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SOLDADURA DE REPARACIÓN Y
MANTENIMIENTO
Aplicaciones a la Industria Petrolera
Ing. Eduardo Asta
SOLDADURA DE REPARACIÓN Y MANTENIMIENTO
Aplicaciones a la Industria Petrolera
Soldadura de Reparación y Mantenimiento
Aplicaciones a la Industria Petrolera
Módulo II: Procesos de Soldadura por Metalizado o
Proyección Térmica
• 6.0 Metalizado: Procesos
• 7.0 Metalizado: Aplicaciones
• 8.0 Placas o Chapas antidesgaste (Parte I)
• 8.0 Reparación de fisuras en recipientes (Parte II)
// PROCESOS DE SOLDADURA POR METALIZADO O PROYECCIÓN TÉRMICA
SOLDADURA DE REPARACIÓN Y MANTENIMIENTO
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SESIÓN 8 (Parte II)
Caso de Estudio: Reparación de fisuras en
recipientes
SOLDADURA DE REPARACIÓN Y MANTENIMIENTO
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TEMAS DE LA
SESION
• Caso de Estudio
•
•
•
•
•
•
•
Características del componente
Objetivo de la reparación
Proceso utilizado
Materiales aplicados
Equipamiento utilizado
Secuencia de trabajo
Resultados
// REPARACION DE FISURAS EN RECIPIENTES// TEMAS DE LA SESION
SOLDADURA DE MANTENIMIENTO
Aplicaciones a la Industria Petrolera
Características del componente a ser reparado
 Recipiente horizontal de petróleo con diámetro interno de
3300mm y espesor medido de 8,7mm. Material : acero al carbono
IRAM- IAS U500- 137 designación o grado RP 2 (tipo ASTM 515
Gr55/60)
 Se presenta una fisura sobre una soldadura circunferencial con
longitud l= 2400mm y una profundidad a= 3mm.
// REPARACION DE FISURAS EN RECIPIENTES // CARACTERÍSTICAS DEL COMPONENTE A SER REPARADO
SOLDADURA DE MANTENIMIENTO
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Reparación
• Efectuar una limpieza de la zona a ser reparada eliminando
todo vestigio de residuos de petróleo, corrosión y otros
posibles elementos contaminantes.
• Verificar, nuevamente por medio de ensayo con tintas
penetrantes la extensión total de la fisura.
• Remover la fisura completamente por medio de amolado
• Verificar, por medio de tintas penetrantes la presencia de
indicaciones lineales relacionadas con existencia de fisuras.
En caso de aparecer tales indicaciones continuar con el
calado por amolado hasta la remoción total de las mismas.
• Efectuar, una limpieza final, dejando la superficie seca y
libre de contaminación.
• Soldadura de reparación: se efectuará en acuerdo con la
especificación de procedimiento de soldadura (EPS).
// REPARACION DE FISURAS EN RECIPIENTES // REPARACIÓN
SOLDADURA DE MANTENIMIENTO
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Cáncamo Soldado a Viga de Equipo de Bombeo
// REPARACION DE FISURAS EN RECIPIENTES // REPARACIÓN
SOLDADURA DE MANTENIMIENTO
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Cáncamo Soldado a Viga de Equipo de Bombeo
A partir de la colocación de dos cáncamos soldados para izado en la
viga superior de equipos de bombeo, correspondientes a diferentes
modelos de los mismos, se produce una rotura por proceso de fatiga
que no se corresponde con el comportamiento frente a carga cíclica
de la viga sin dichos agregados
// REPARACION DE FISURAS EN RECIPIENTES // REPARACIÓN
SOLDADURA DE MANTENIMIENTO
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Cáncamo Soldado a Viga de Equipo de Bombeo
 La soldadura es de filete desarrollada en todo el perímetro de
ambas bases de conexión del cáncamo, en forma de arco, con el
ala superior de la viga doble T.
 El filete que se observa en una viga fracturada, muestra una
cierta asimetría en los catetos así como un tamaño (E) de cateto
entre 6 y 8 mm. De la observación visual no se aprecian
indicaciones de discontinuidades tales como: fisuras, cráteres o
porosidad, notándose sí una cierta tendencia al socavado.
// REPARACION DE FISURAS EN RECIPIENTES // REPARACIÓN
SOLDADURA DE MANTENIMIENTO
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Cáncamo Soldado a Viga de Equipo de Bombeo
Tendencia al socavado
// REPARACION DE FISURAS EN RECIPIENTES // REPARACIÓN
SOLDADURA DE MANTENIMIENTO
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Cáncamo Soldado a Viga de Equipo de Bombeo
 La incorporación de un elemento de perturbación, como el cáncamo,
sobre el ala de la viga, sujeta a tensiones longitudinales produce un
cambio en la categoría del comportamiento a la fatiga de alto número de
ciclos de la nueva configuración.
 La geométrica de la viga en la zona donde se le une el cáncamo tendrá
una tensión rango umbral de fatiga (TH) menor que la geometría como
perfil doble T.
 Esto significa que aunque la soldadura no presente indicaciones de
discontinuidades o defectos, asimilables a una fisura con un determinado
tamaño inicial, tendrá igualmente un potencial riesgo a la iniciación de
fisuras si la tensión  aplicada supera el valor umbral TH
 Respecto a la posibilidad de fisuración en la ZAC no parece muy
probable dada la buena soldabilidad que presenta el acero de la viga,
ASTM A 131 Grade AH 32, cuyo carbono equivalente (CE) según IIW es:
CEIIW = 0,332.
No obstante un excesivo aporte térmico o la utilización de consumibles
con un elevado contenido de hidrógeno difusible podrían provocar la
aparición de fisura.
// REPARACION DE FISURAS EN RECIPIENTES // REPARACIÓN
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Cáncamo Soldado a Viga de Equipo de Bombeo
A
B
Potenciales puntos de iniciación de fisuras
// REPARACION DE FISURAS EN RECIPIENTES // REPARACIÓN
La
B
es
la
que
corresponde a la unión
que provocó la fractura de
la viga, es la más
perjudicial debido a la
posibilidad adicional de
aparición de fisuras en el
límite de la línea de fusión
con la ZAC (zona afectada
por el calor) o en la
misma ZAC del cordón
transversal sobre el ala de
la viga.
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Cáncamo Soldado a Viga de Equipo de Bombeo
 Verificación y reparación del actual diseño de los
cáncamos y soldadura aplicada sobre la viga (caso B), se
recomienda:
 Verificar en las soldaduras transversales y en los extremos
de las longitudinales la posible indicación de fisuras.
 Donde aparezcan indicaciones, remover completamente el
filete por amolado hasta llagar a 3 o 4 mm de profundidad en
el material del ala de la viga. Verificar la ausencia de fisuras y
luego efectuar la recuperación del perfil con un procedimiento
de soldadura de acuerdo a código estructural AWS D1.1.
 Si no aparecen fisuras en las soldaduras transversales es
conveniente amolar la zona de transición entre el cáncamo y
la viga (sobre la soldadura transversal) para generar un radio
de acuerdo y una superficie de terminación más suave.
// REPARACION DE FISURAS EN RECIPIENTES // REPARACIÓN
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Cáncamo Soldado a Viga de Equipo de Bombeo
 En nuevos cácamos con el mismo diseño (forma de
arco), pero con soldadura de filete longitudinal solamente
(caso A) :
 Buscar en lo posible un diseño de cácamo con radio de
acuerdo en sus extremos
 Soldaduras de filete con un cateto mínimo de 5 mm
(adecuar cateto y largo de la soldadura a la capacidad de
carga necesaria para el cáncamo) ejecutadas según un
procedimiento de soldadura de acuerdo con código
estructural AWS D1.1. Amolado de los extremos de los
filetes para dar terminación suave.
 Tomar los recaudos para garantizar un adecuado perfil
del filete (penetración de raíz y laterales) a través de
soldaduras de prueba o en la calificación del
procedimiento.
// REPARACION DE FISURAS EN RECIPIENTES // REPARACIÓN
SOLDADURA DE MANTENIMIENTO
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Reparación de herramientas de perforación o bombeo de
Aceros tipo AISI 4130
Para la soldadura de un acero SAE/AISI 4140 por proceso de
soldadura manual (SMAW) con consumible según AWS 11018M o con
proceso semiautomático con alambre tubular y protección gaseosa
(FCAW) utilizando consumible E110T5- K4 (TUBULARC 117) se
recomiendan las siguientes temperaturas de precalentamiento y
poscalentamiento para espesores hasta 25mm
To (precalentameiento) = 250°C
Tf (poscalentamiento) = 300/350°C durante 1hora, enfriamiento
lento en material
Termoaislante.
Para el tratamiento térmico posterior a la soldadura PWHT se
recomienda:
Temp. de tratamiento: 600/680°C
Rampa de calentamiento y enfriamiento: 50/60 °C/h
Tiempo de permanencia a la temp. de trat.: 1h cada 25mm
// REPARACION DE FISURAS EN RECIPIENTES // REPARACIÓN
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Soldadura de Reparación y Mantenimiento de Aceros Cr-Mo
para alta temperatura
Aceros ferríticos diferentes contenidos de Cr y Mo
Utilizados para componentes y cañerías bajo el criterio de diseño de alta
temperatura en régimen permanente
Resistentes al daño por termofluencia o creep, para una determinada
temperatura máxima de diseño y tiempo de vida de diseño
// REPARACION DE FISURAS EN RECIPIENTES // REPARACIÓN
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TABLA 1 – Especificaciones ASTM de productos producidos en Acero-Cromo-Molibdeno
// REPARACION DE FISURAS EN RECIPIENTES // REPARACIÓN
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PRIMARIO
SECUNDARIO
II
III
Deformación, 
I
TERCIARIO
Fractura
Tiempo, t
Representación del proceso creep en un acero
// REPARACION DE FISURAS EN RECIPIENTES // REPARACIÓN
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Los aceros Cr-Mo al ser enfriados a velocidades relativamente
elevadas describiendo un proceso de enfriamiento continuo
(CCT) desde una temperatura por encima de la temperatura
crítica superior, como en el ciclo térmico que imponen los
procesos de soldadura, pueden presentar un importante
endurecimiento por temple que aumenta su dureza y resistencia
mecánica, reduciendo la ductilidad y la tenacidad del material.
En consecuencia deberá prevenirse el riesgo a la fisuración en
frío asistida por hidrógeno (HIC) en las uniones soldadas de
estos aceros, tanto en el metal de soldadura (MS) como en la
zona afectada por el calor (ZAC)
// REPARACION DE FISURAS EN RECIPIENTES // REPARACIÓN
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Soldabilidad de los aceros
Típico diagrama CCT Acero Cr-Mo
// REPARACION DE FISURAS EN RECIPIENTES // REPARACIÓN
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La prevención del riesgo a fisuras en frío requiere:
Determinación de una temperatura mínima de

precalentamiento y entre pasadas
Selección adecuada de consumibles y procesos con
bajo nivel de hidrógeno
Aplicación de tratamiento térmico posterior

a la soldadura (PWHT)
// REPARACION DE FISURAS EN RECIPIENTES // REPARACIÓN
SOLDADURA DE MANTENIMIENTO
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Bases para la Elaboración de un Procedimiento de Soldadura
Precalentamiento:
La temperatura mínima de precalentamiento debe alcanzar un valor
suficiente como para:
 Permitir la difusión del hidrógeno presente en el metal de soldadura y
la ZAC
 Disminución del gradiente de velocidad de enfriamiento entre 800 y
500 ° C , incremento del tiempo de enfriamiento entre estas
temperaturas (t8/5)
La mínima temperatura de precalentamiento dependerá de:
 La composición química,
 Espesor de los aceros Cr- Mo a ser unidos
 Grado de restricción de la unión soldada.
A medida que aumentamos el espesor, el grado de restricción de la junta
así como el contenido de carbono y elementos de aleación, relacionados
a través del carbono equivalente como medida de la soldabilidad del
acero, la temperatura de precalentamiento deberá ser incrementada.
// REPARACION DE FISURAS EN RECIPIENTES // REPARACIÓN
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Temperatura de precalentamiento
La determinación de la temperatura mínima de precalentamiento se
determina de manera predictiva por medio de diferentes métodos
de cálculo o tablas de Códigos tales como:
Norma British Standard BS 5135
Nomograma de Coe
Criterio de Duren
Criterio de Ito y Bessyo
Criterio de Suzuki y Yurioka
Método de Seferian
Método del Instituto Internacional de Soldadura
ANSI/AWS D1.1, Código de Estructuras Soldadas en Acero
Método de la Carta
También puede ser determinada con ensayos para evaluar la
fisuración en frío tales como los de Tekken, Ranura, W.I.C, entre
otros.
// REPARACION DE FISURAS EN RECIPIENTES // REPARACIÓN
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Bases para la Elaboración de un Procedimiento de Soldadura
Material de Aporte
 El material de aporte y el proceso de soldadura deberán
garantizar el bajo nivel de hidrógeno (menor o igual que 5 ml
/100g)
 El criterio de selección será buscando la igualación de
resistencia y composición química respecto del material base, con
excepción del contenido de carbono, a fin de mantener en el
metal de soldadura las condiciones de resistencia al creep y
propiedades a alta temperatura.
// REPARACION DE FISURAS EN RECIPIENTES // REPARACIÓN
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Bases para la Elaboración de un Procedimiento de Soldadura
Material de Aporte
 Electrodos de la misma composición o ligeramente superior pueden
ser utilizados para uniones con una determinada variación de
composición.
 De acuerdo con la norma AWS 5.5 es factible especificar electrodos
Cr- Mo para soldadura manual con la característica L ( por ejem.
E7018 B2L), de bajo carbono (menor o igual que 0,05%).
 Este tipo de combinación puede favorecer la soldadura en términos
reducir la dureza cundo la misma está asociada a problemas de
corrosión.
 Sin embargo cuando la principal consideración de diseño es la
resistencia al creep a alta temperatura el contenido mínimo de
carbono deberá estar en 0,05%, debiendo tener presente esta
situación frente a la necesidad de mantener la igualación de
resistencia (matching) en la unión soldada.
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Bases para la Elaboración de un Procedimiento de Soldadura
Tipo de Junta
 Para las uniones de partes cilíndricas de recipientes a presión y
uniones a tope de cañerías en aceros Cr-Mo se utilizan juntas a tope
de penetración completa (JPC) cuya geometría estará relacionada con
los espesores de las uniones y proceso de soldadura a aplicar
 Para espesores gruesos (mayores que 30 mm) y donde hay acceso
por un solo lado (cañerías) se prefieren juntas tipo U o J que
permiten una eficiente disipación con mínima distorsión y una sección
optimizada de soldadura
 La raíz de la unión será asegurada preferentemente con proceso
TIG (GTAW).
// REPARACION DE FISURAS EN RECIPIENTES // REPARACIÓN
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N° P
Especificación
ASTM/ASME
ASME
SA387/SA182/SA3 IX
35
Material de Aporte según Clasificación
de AWS para Soldadura Manual
(SMAW)
Gr2 / F2 / P2
3
E8018-B1
Gr4 / F4 / P4
4
E8018-B2
Gr22 / F22 / P22
5A
E9018- B3
Gr5 / F5 / P5
5B
E8018-B6/ E8015-B6/ E502-15
Gr9 / F9 / P9
5B
E8018-B8/ E8015-B8/ E505-15
Gr91 / F91 / P91
5B
Aprox. E9015- B9 modificado)
Requisitos adicionales o suplementarios
C<=0.15 ; P<=0.008 ; S<=0.002 ;
Sn<=0.008 ; Sb<=0.003 ; As<=0.01 ; Ni<=0.2 ;
Cu<=0.15 ; V<=0.01 ; Nb<=0.01
Factor X<=15 X = (10P + 5Sb + 4Sn + As) / 100
Tenacidad (CVN) a -20°C de 54J en promedio y una no menor que 47J.
// REPARACION DE FISURAS EN RECIPIENTES // REPARACIÓN
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Bases para la Elaboración de un Procedimiento de Soldadura
Tratamiento Térmico Posterior a la Soldadura (PWHT)
El (PWHT) tiene por objeto reducir la dureza y el nivel de tensiones residuales, produciendo
una mejora en la tenacidad del material base en la ZAC y en el metal de soldadura.
Temperatura para el Tratamiento:
El rango de temperatura del PWHT para los aceros Cr-Mo oscila entre 620 y 760 °C.
La unión soldada puede ser enfriada a temperatura ambiente antes de iniciar el
tratamiento, dependiendo del grado de restricción de la junta y composición química del
acero. La experiencia muestra que aceros con contenidos de Cr menor o igual que 2, 25 %
son usualmente enfriados a temperatura ambiente antes de efectuarse el PWHT. En estos
casos, es recomendable aplicar un poscalentamiento a fin de facilitar la eliminación de
hidrógeno
En aceros con alto contenido de Cr se requiere mantener el precalentamiento hasta el
inicio del tratamiento térmico.
El cálculo del tiempo de mantenimiento a la temperatura de tratamiento difiere según el
código que se aplique, la mayoría requiere 1 hora por cada 25 mm de espesor con un
mínimo tiempo de permanencia que puede diferir notablemente si se aplica por ejemplo
ASME B31.1 el cual requiere 15 min. o ASME B31.3 con un tiempo mínimo de
mantenimiento de 120 minutos.
// REPARACION DE FISURAS EN RECIPIENTES // REPARACIÓN
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Tratamiento Térmico Posterior a la Soldadura (PWHT)
Velocidad de Calentamiento y Enfriamiento
 Tanto el calentamiento como el enfriamiento hasta o desde la
temperatura de tratamiento deberá efectuarse en forma uniforme
y progresiva evitando un calentamiento o enfriamiento brusco o
rápido.
 Por ejemplo ASME B31.1 recomienda un velocidad máxima
para calentamiento y enfriamiento de 315 °C / h. No obstante el
ajuste de esta velocidad en muchos casos, especialmente cuando
especificamos valores de dureza máxima, deberán ser ajustados
con la calificación del procedimiento de soldadura
// REPARACION DE FISURAS EN RECIPIENTES // REPARACIÓN
SOLDADURA DE MANTENIMIENTO
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Tratamiento Térmico Posterior a la Soldadura (PWHT)
Tratamiento Térmico Localizado
 Cuando no es posible la realización del PWHT en horno este se
aplicará en forma localizada a través de métodos apropiados como la
utilización de mantas cerámicas eléctricas ubicadas de forma tal que
cubran todo el largo de la soldadura (longitudinal o circular) a ambos
lados de la misma.
 Tanto en el caso de tratamiento en horno como localizado deberá
procurarse un control efectivo de los ciclos térmicos y un registro
permanente de los mismos. Se utilizarán en todos los casos sensores
de temperatura (termocuplas) en un sistema de control automático o
de lazo cerrado.
 En los tratamientos localizados la banda a ambos lados de la
soldadura será definida en relación con el código aplicado. Para el caso
de ASME B31.1 en uniones a tope de cañerías la banda a cada lado de
la línea central de la soldadura deberá ser como mínimo de tres veces
el espesor (3t).
// REPARACION DE FISURAS EN RECIPIENTES // REPARACIÓN
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Prevención de la Fragilidad por Revenido en el Metal de Soldadura
 El fenómeno se manifiesta por un aumento o corrimiento de la
temperatura de transición dúctil- frágil luego de un prolongado tiempo
de exposición e un intervalo de temperaturas entre
400 y 600 °C.
 Para lograr un metal de soldadura de óptimas propiedades las
siguientes condiciones deberán ser cumplidas:
 La cantidad de elementos residuales debe ser limitada a los valores
más bajos.
 La influencia de elementos residuales tales como: fósforo, arsénico,
antimonio y estaño es la principal razón para al fragilización por
revenido.
 El contenido de manganeso recomendado para el metal de soldadura
es de 0,7 a 1%.
 Una forma de predecir o evaluar la susceptibilidad a la fragilización por
revenido en el metal de soldadura es utilizando el parámetro de
Bruscato (X) relacionado con los elementos de impureza
X = (10P + 5Sb + 4Sn + As) / 100
 Este factor deberá ser menor o igual que 20 ppm, con P  0,008%
// REPARACION DE FISURAS EN RECIPIENTES // REPARACIÓN
SOLDADURA DE MANTENIMIENTO
Aplicaciones a la Industria Petrolera
Otras consideraciones para optimizar el EPS o WPS
El mejor intervalo de temperatura para realizar el PWHT es
entre 675 y 705°C a fin de obtener las mejores propiedades de
impacto Charpy-V
El refinamiento de grano de cada pasada estará optimizado con
pasadas de espesor menores o iguales que 2 mm y cordones con
mínima oscilación. Tal requisito es relativamente simple de
cumplir con proceso manual (SMAW) en la posición 1G (plana o
bajo mano). Para la posición vertical se recomienda la utilización
de la técnica de oscilación, considerando el incremento de calor
aportado que la misma produce.
Elevado índice de basicidad en el recubrimiento del electrodo y
nivel de H  4 ml / 100 g o H4
// REPARACION DE FISURAS EN RECIPIENTES // REPARACIÓN