04 Informe Soldadura AseTUB - Jul'132

7/25/2019 04 Informe Soldadura AseTUB - Jul'132

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I n f o r m e Tcn i co

Soldadura trmicaen tuberas de polietileno (PE)

Asociacin Espaola de Fabricantes de Tubos y Accesorios Plsticos


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Informe TcnicoAseTUB

Soldadura trmica en tuberas de PE

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INDICEPg.

1. Introduccin ...................................................................................................................... 3

2. Electrofusin ...................................................................................................................... 42.1 Estructura de los accesorios electrosoldables...................................................................... 5

2.2 Aspectos relevantes de la electrofusin ............................................................................. 52.3 Procedimiento de unin con manguito electrosoldable ......................................................... 92.4 Ventajas de la electrofusin ............................................................................................ 102.5 Causas de fallo en la electrofusin .................................................................................. 10

3. Soldadura a tope................................................................................................................. 113.1 Influencia de los parmetros en el proceso de soldadura a tope ........................................... 133.2 Fundamento de la soldadura a tope ................................................................................. 143.3 Parmetros de soldadura ................................................................................................ 143.4Procedimiento de unin por soldadura a tope .................................................................... 153.5 Sistemas de soldadura a tope ......................................................................................... 18

4. Control de la calidad de las soldaduras a tope.......................................................................... 204.1 Factores que influyen en la calidad de la soldadura ............................................................ 204.2 Control de la calidad de soldadura ................................................................................... 21

4.2.1 Mtodos no destructivos .................................................................................... 214.2.2 Ensayos destructivos a corto plazo ...................................................................... 224.2.3 Ensayos destructivos a largo plazo ..................................................................... 24

4.3 Ensayos de resistencia a la traccin y a la curvatura. Caso prctico ...................................... 25

5. Soldadura de grandes dimetros de tubos de PE ..................................................................... 295.1 Introduccin ................................................................................................................. 295.2 Consideraciones especiales ............................................................................................. 29

6. Trazabilidad ....................................................................................................................... 31

7. Calibracin peridica y control del buen estado de las mquinas ............................................... 33

8. Conclusiones ...................................................................................................................... 34

9. Normas de soldadura tubos PE y otros documentos de referencia .............................................. 36

10. Bibliografa ....................................................................................................................... 39

NOTA:El objeto de este Informe Tcnico es recoger el estado del arte de las prcticas para la soldadura trmica de tubos dePE. Debido a la finalidad meramente divulgativa, AseTUB no adquiere responsabilidad alguna sobre la instalacin oaplicacin de los distintos mtodos de unin que debern adaptarse a las condiciones especficas de cada caso.


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1. IntroduccinLos tubos de Polietileno (PE) pueden unirse por soldadura trmica. Los sistemas de uninsoldada ms comnmente utilizados son:

Electrofusin: Al hacer pasar corriente elctrica a bajatensin (entre 8 y 48 V segn modelo) por las espirasmetlicas de los accesorios electrosoldables, se origina uncalentamiento (efecto Joule) que suelda el tubo con elaccesorio. La gama va desde DN 20 a 800 mm.

Soldadura a tope:Esta tcnica se emplea preferentemente a

partir de 90 mm de dimetro y espesores de pared superioresa 3 mm. Consiste en calentar los extremos de los tubos a unircon una placa calefactora que est a una temperatura de 210-225 C y a continuacin comunicar una determinada presinpreviamente tabulada. Se utiliza la soldadura a tope en tubosde PE con DN 90 a 1600 mm.

Desde hace ms de 40 aos se estn utilizando tcnicas de unin por soldadura, aprovechandolas caractersticas termoplsticas del PE, tanto para las conducciones de agua como de gas.

Dos tipos de tcnicas de soldar se estn utilizando principalmente: Soldadura a tope yElectrofusin. Ambas tcnicas son relativamente simples de realizar en el campo, pero serequiere que se preparen correctamente las superficies a ser soldadas y se utilicenestrictamente los parmetros de soldar.

Si no se cumplen los procedimientos de soldadura, puede ocurrir que uniones aparentementebuenas, sean en realidad puntos dbiles que pueden generar fracasos cuando la tubera esten funcionamiento. Por consiguiente una ventaja del PE, su fcil soldabilidad, puedeconvertirse en un problema si los procedimientos de soldadura se infravaloran.

Hoy da el factor de evaluacin no destructiva ms importante de una unin soldada detuberas de PE, es el control y registro de las condiciones y parmetros de soldadura (llamadotrazabilidad) y el examen visual de la misma, el bordn en el caso de soldadura a tope y elraspado y testigos en la electrofusin.

Hasta ahora, no ha sido posible establecer un ensayo no destructivo capaz de darnos unacorrelacin del comportamiento a largo plazo de las uniones soldadas. La garanta de unabuena soldadura tenemos que buscarla en el control de los parmetros de soldadura.

Las tuberas de PE no se deben pegar ni roscar para unirlas. Es preferible que los sistemas deunin sean resistentes a la traccin. Las tuberas de PE 40 de baja densidad no se debensoldar.


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2. ElectrofusinLos accesorios electrosoldables se utilizan para unir tubos o tubos y accesorios polivalentes omanipulados de PE media y alta densidad, PE 80 y PE 100. Estos accesorios se pueden utilizaren tubos de SDR 17,6 para dimetros mayores de DN 90 y en tubos de SDR 11 para todos losdimetros.

Resisten una presin nominal de 16 bar en conducciones de agua y de 10 bar en conduccionesde gas. En el mercado tambin se pueden encontrar accesorios electrosoldables PN 25. Suelenser de color negro y se sueldan con una tensin de entre 8 y 42 voltios segn el modelo,aunque la tensin ms comn y actualmente ms usada por los fabricantes es de 40 voltios.La introduccin de los datos de soldadura (voltaje y tiempo de fusin) en la mquina deelectrofusin, puede realizarse con equipos manuales o con equipos que registran los datos delaccesorio leyendo su cdigo de barras a travs de lpiz ptico o escner.

Los accesorios electrosoldables se suministran con etiquetas o tarjetas magnticas en las queaparecen cdigos de barras donde aparece toda la informacin relevante del producto as comolos datos de fusin. Con todo ello podemos realizar la trazabilidad del producto conociendo lamateria prima empleada, localizacin de la planta de produccin, inyectora, etc

La utilizacin de la electrofusin para unir tuberas o vlvulas de PE permite una instalacin decanalizacin enterrada homognea del mismo material, segura, econmica y eficaz.

Figura 2.1.- Soldadura con accesorios electrosoldables

El rea de soldadura entre el tubo y el accesorio es muy amplia, por lo que la unin puederesistir tanto fuerzas de traccin como presiones internas, mayores que las que puede soportarel propio tubo.

Las aplicaciones ms comunes hasta ahora han sido en conducciones de gas, agua y deprocesos industriales o qumicos. Existen numerosas ventajas respecto a los mtodostradicionales de unin.

Durante el proceso de electrofusin no se requiere movimiento longitudinal del tubo, por loque es ideal para efectuar instalaciones difciles, reparaciones y cualquier otro tipo deoperaciones posteriores a la instalacin como la realizacin de acometidas sin quitar la presinde la red mediante las tomas en carga.


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2.1 Estructura de los accesorios electrosoldables (EF)

Los accesorios electrosoldables se componen de las siguientes partes:

1) Espira calefactora.2) Bornes para acoplar los conectores de las mquinas de soldadura.3) Testigos de soldadura que indican que se ha completado la fusin.4) Tope interior central para facilitar la introduccin del accesorio

hasta la profundidad correcta. Este tope se puede eliminarfcilmente para permitir el desplazamiento del accesorio sobre eltubo, por ejemplo, en reparaciones.

Fig. 2.2 Partes accesorios EF

2.2Aspectos relevantes de la Electrofusin

La electrosoldadura entre tuberas y accesorios es un sistema de unin seguro, econmico yeficiente. Sin embargo no se debe pasar por alto una preparacin cuidadosa de las superficiesde soldadura como requisito previo indispensable. Las zonas de soldadura deben estar

protegidas contra la humedad con tiempo desfavorable (lluvia, nieve etc.).

Fig.2.3 Mquinas de Electrofusin

Adems de las mquinas y los alineadores, el proceso de electrofusin necesita tiles paracortar, raspar y limpiar las superficies.

MUY IMPORTANTE!: Hay que raspar la zona del tubo a soldar para quitar la pelcula deoxidacin originada por el oxgeno del aire, segn las instrucciones que se indican despus, encaso contrario no se producir una soldadura correcta y la unin no ser estanca ni resistentea la presin interior.

Los accesorios electrosoldables se suministran individualmente empaquetados en bolsas deplstico, de las que no deben ser extrados durante la operacin de preparacin de lasoldadura, para mantenerlos limpios. En caso de que el interior del accesorio se ensucie, selimpiar con papel limpio y ligeramente humedecido en isopropanol (alcohol). No debemosusar otros productos de limpieza como disolventes, jabones, detergentes, etc., ya queobtendramos una fusin defectuosa, ni tampoco limpiar con medios mecnicos, para no daarla resistencia interior.

Para efectuar la soldadura, las superficies se deben mantener secas. En el caso de que algunavlvula no cierre bien y siga pasando agua, aunque sea poca, se deber hacer unbalonamiento (insertar un baln en el interior de la tubera a travs de un collarn de toma)para que no pase absolutamente nada de agua durante la soldadura.

Recuerde comprobar que los tubos y accesorios que se van a soldar sean de resinas

compatibles para la electrofusin, esto significa que los tubos a soldar deben ser de PE 80 o PE100, pero nunca de polietileno de baja densidad PE 40.


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Importante es tambin que el corte de la tubera sea recto para evitar errores posteriores.Para ello emplearemos cortatubos idneos o en su defecto una sierra. En ningn casoutilizaremos motosierras, ya que stas tienen aceite que pude contaminar la soldadura.

Aspectos a tener en cuenta para la correcta ejecucin de la unin por electrofusin:

a) Preparacin y raspado

En primer lugar, se ha de limpiar la superficie del tubo utilizando un papel limpio y seco, deforma que se trabaje en superficies exentas de suciedad, reduciendo el riesgo decontaminacin del rea de la unin y del tiempo de raspado. Si no se consigue limpiartotalmente el tubo utilizando un trapo seco, se puede utilizar agua, pero solamente antes deefectuar el raspado de la tubera. Se recomienda efectuar esta operacin utilizando trapos otoallas de papel que no dejen residuos. Algunos trapos confeccionados a partir de fibrasnaturales pueden contener lanolina, lo cual puede afectar a la calidad de la soldadura.

En los tubos de PE se produce una pequea oxidacin en la capa superficial del mismo y quees preciso eliminar para realizar una buena soldadura. La mejor manera de efectuarlo es

utilizar un raspador mecnico. Este tipo de herramienta elimina una capa uniforme dematerial, controlando la superficie de penetracin.

Fig. 2.4 Raspadores mecnicos

Los raspadores manuales tambin pueden ser un mtodo efectivo para eliminar esta capa

superficial, pero el resultado depende totalmente de la tcnica del operador, por lo que sedeben tomar algunas precauciones. Un mtodo recomendado es utilizar un rotulador parasealar la zona que debe ser raspada en toda la superficie del tubo, por ejemplo, en tubos decolor negro utilizar un rotulador de color blanco y hacer unas lneas en la superficie a raspar.Cuando hayamos eliminado estas lneas podemos deducir que hemos raspado la superficieprevista. El raspado se realiza siempre hacia el extremo del tubo.La dureza de la superficie del PE 100 frente a la del PE 80 desaconseja el uso de raspadoresmanuales, siendo preferidos los raspadores mecnicos.

Si existe demasiada holgura entre el accesorio y el tubo, debido a que se haya raspadodemasiado y eliminado una excesiva cantidad de material, al realizar la soldadura se puedeproducir una fluencia del PE fundido hacia el exterior del accesorio.

La lija o papeles abrasivos no se deben utilizar para preparar la superficie de la soldadura.Este tipo de abrasivos no slo no elimina material, sino que estropean la superficie del tubo,adems de dejar partculas en la superficie a soldar.

La zona del tubo a soldar se ha de limpiar con un papel celulsico limpio y seco antes de serraspado. Despus de efectuar el raspado no se debe tocar la superficie del tubo. No hay nadaque pueda limpiar an ms esta superficie despus de ser raspada.

No se deben utilizar trapos empapados en alcohol despus de haber raspado, ya que puedenaadir contaminacin y si no ha transcurrido el tiempo necesario para que se evapore elalcohol pueden generarse materias voltiles durante el proceso de soldadura. La zona

preparada se debe mantener seca, si existe humedad en la zona de fusin, se pueden producirburbujas durante el proceso de soldadura. Solamente se utilizar limpieza con papel eisopropanol si hay viento y ensucia la zona raspada o el accesorio ha estado fuera de su bolsay por tanto se ha ensuciado.


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b) Manejo de los accesorios

La limpieza es fundamental para realizar una soldadura fiable y de alta calidad. Los accesoriosEF se fabrican en un entorno que asegura que el producto llegue hasta el clienteconvenientemente protegido y limpio. Todos aquellos factores o materiales que afectan a la

calidad del producto, estn estrictamente controlados durante la fabricacin y el accesorio esconvenientemente empaquetado antes de salir de fbrica.

La mejor manera de mantener las condiciones de limpieza es mantener el accesorio en suembalaje original hasta el final, es decir, sacar el accesorio de su bolsa solamente cuando sehaya completado la preparacin del tubo y se vaya a hacer la soldadura en ese momento.

Fig. 2.5 Limpiar, marcar y raspar

c) Tolerancia de las embocaduras de los accesorios EFLos accesorios estn diseados para permitir unastolerancias de trabajo adecuadas a la prctica de lasinstalaciones. Las zonas muertas (sin resistenciaelctrica) del centro y de los extremos, proporcionanuna seguridad extra y uniones fiables.

Un aumento de la longitud de las embocaduras,aumenta la estabilidad y ayuda al alineamiento deltubo durante el proceso de fusin en condicionesdifciles. Fig.2.6 Seccin de una soldadura EF

d) Tiempo de fusin

El tiempo de fusin est indicado en cada accesorio, expresado en segundos, y es aplicablecuando se trabaja a temperaturas entre 5C y +45C. En el caso de estar trabajando conmquina manual y debido a que la temperatura de los tubos y accesorios que se van a soldarinfluye en el tiempo de soldadura, es necesario ajustar el tiempo de fusin de acuerdo con lastablas suministradas por el fabricante del accesorio.

Cuando se trabaja con mquina automtica y con el modo cdigo de barras, el tiempo defusin siempre es seleccionado de forma automtica por la mquina, de acuerdo a latemperatura ambiente medida por la propia unidad.

e) Unin por electrofusinDurante el proceso de fusin, hay que evitar cualquier tipo de tensin que pueda originarmovimientos en la unin. Esto se consigue utilizando alineadores. Si por alguna causa no sepuede utilizar este tipo de herramienta, la unin se debe asegurar mediante cualquier otromedio.


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Fig. 2.7 Alineadores

f) Fusin y control de las soldaduras

Comprobar que la fusin se ha completado de forma correcta, segn lo indicado acontinuacin:

- Observar que la mquina electrosoldable ha completado el ciclo.- Colocar la mano sobre el accesorio para comprobar que se ha calentado.- Comprobar que han salido los testigos de soldadura.

Si se ha interrumpido el ciclo de fusin por alguna causa, por ejemplo un corte de corrienteelctrica, la unin puede ser recalentada una vez ms, pero debe haberse dejado enfriarcompletamente antes de iniciar el recalentamiento y despus debe completarse totalmente el

ciclo de fusin.

g) Finalizacin del trabajoEl tiempo de enfriamiento de los accesorios electrosoldables est indicado en los accesorios yes el tiempo mnimo que se requiere antes de manipular la unin. No se debe retirar elalineador antes de este tiempo, ni tampoco se debe efectuar ningn otro tipo de trabajo,como perforar la tubera en el caso de las tomas en carga.Es recomendable indicar sobre el accesorio, con un rotulador, la hora final del tiempo deenfriamiento, la fecha de realizacin de la soldadura y el nmero de carn de instaladorAseTUB (si dispone de l).

Fig. 2.8 Marcado tiempo de enfriamiento

h) Interrupcin por fallo elctrico

Si se ha producido un fallo elctrico por causas externas,(p.ej. fallo en el generador) y lasoldadura se ha interrumpido, se puede volver a fundir teniendo en cuenta estos puntos:

- Comprobar y corregir las causas del fallo.- No soltar los alineadores.- Enfriar el accesorio completamente (mnimo 1 h) hasta temperatura ambiente. No utilizar

ningn elemento adicional para enfriar (agua fra, aire, etc.).- Proteger la unin de la suciedad y de la humedad durante la fase de enfriamiento.- Realizar la soldadura de nuevo de acuerdo con las instrucciones de montaje y las

especificaciones del fabricante.- No se recomienda volver a re-soldar las tomas en carga.

Si la soldadura falla en la prueba de presin, no se debe realizar la re-soldadura en el mismopunto.


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2.3 Procedimiento de unin con manguitos Electrosoldables

1. Cortar perpendicularmente los extremos de los tubos que se vana unir.

2. Limpiar la suciedad de los extremos de los tubos,aproximadamente 500 mm, utilizando un papel limpio.

3. Utilizar el accesorio, sin sacarlo de la bolsa, para marcar lalongitud mnima de tubo que debe ser raspada en cada uno de losextremos, (mitad de la longitud del manguito ms unos 25 mm).

4. Utilizar un raspador para eliminar la capa superficial marcadaalrededor de los extremos de los tubos a unir. No utilizar lija otela esmeril para limpiar o raspar hacia el extremo del tubo.

5. Asegurarse de que se ha raspado toda la zona superficialmarcada.

6. No tocar con las manos las zonas raspadas.7. Utilizar un espejo, si es necesario, para comprobar que se ha

raspado toda la superficie de la parte inferior del tubo.

8. Sacar el manguito de la bolsa y leer la etiqueta para asegurarsede que se ha elegido la medida correcta.9. Colocar el manguito en uno de los extremos del tubo. Marcar la

profundidad de penetracin cuando la marca central del manguitocoincida con el extremo del tubo.

10.Sacar el manguito e introducirlo en el extremo del otro tubo.Marcar la profundidad de penetracin cuando la marca central delmanguito coincida con el extremo del tubo.

11.Colocar y apretar ligeramente el alineador.12.Colocar los extremos de los tubos en el interior del manguito.13.Asegurarse de que el manguito est centrado en el alineador y

que los tubos se han introducido hasta la marca de profundidadde penetracin. Apretar totalmente el alineador.

14.Girar el manguito con suavidad para comprobar que los tubos noestn desalineados.

15.ATENCIN: Si la corriente elctrica procede de un grupoelectrgeno, asegurarse que la tensin de salida est estabilizadaa 220 1% V. y la frecuencia sea de 50 Hz, ya que en casocontrario se averiar la mquina. Es necesario calibrar los gruposperidicamente. Tambin hay que comprobar que haya suficientecombustible en el generador para asegurar el periodo de fusin.

16.Quitar los tapones que protegen los terminales del manguito.17.Conectar los cables a los terminales del manguito.18.Ver el tiempo de fusin indicado en el accesorio e introducirlo en

la mquina de soldar Electrosoldables. En mquinas automticas,pasar el lpiz ptico o la tarjeta.

19.Pulsar el botn start y asegurarse de que se completa el ciclode fusin.

Fig. 2.9 Proceso de soldadura EFcon manguitos

20.Sin mover el manguito, dejarlo enfriar en el alineador el tiempoindicado en la etiqueta.

21.Quitar los cables y desmontar el alineador.22.Inspeccionar visualmente la unin y comprobar que han salido

los testigos de fusin.

NOTA:Los tiempos de fusin y enfriamiento de los accesorios, suelen ser pararangos de temperatura ambiente de trabajo de entre 15C y 25C. Para otrastemperaturas de trabajo, se deben consultar las tablas de correccin detiempo que facilita el fabricante del accesorio.


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2.4 Ventajas de la electrofusin- Seguridad, uniones fiables y duraderas.- Ideal para soldar tubos de dimetro pequeo.- Se mantiene la misma capacidad de transporte de caudal que la del tubo original.- Es ideal para realizar soldaduras en condiciones difciles.

- El mejor sistema para realizar una reparacin.- No se requiere movimiento de los tubos durante la soldadura.- Corto tiempo de instalacin y fcil de realizar.- Las mquinas automticas de electrofusin minimizan los fallos y errores que se puedan

producir, adems de darnos una trazabilidad total de la unin.- Aplicable a las uniones entre tubos de media y alta densidad de PE 80 y PE 100.- Los accesorios EF para instalaciones de gas y agua estn certificados en muchos pases.- Es posible unir tubos de PE 80 con PE 100 y de distintos espesores de pared utilizando

accesorios EF.

CORRECTO

Fig. 2.10 Seccin soldaduras

2.5 Causas de fallo en la Electrofusin- Por no raspar el tubo- Tensin del grupo electrgeno incorrecta.- Excesivo espacio entre el tubo y el accesorio.- Movimiento durante la fusin.- Tubo excesivamente ovalado y no haber utilizado redondeador.- Introduccin incorrecta del voltaje del accesorio en la mquina.- Contaminacin o suciedad de los tubos y/o accesorios.

- Preparacin insuficiente (mirar con un espejo la parte inferior del tubo).- Por raspar demasiado el tubo.- Incorrecta introduccin del tiempo en la mquina.- Interrupcin del ciclo de fusin.- Haber realizado un corte inadecuado de la tubera.- No haber utilizado alineadores.- No esperar a cumplir el tiempo de enfriamiento.

PRECAUCIN:Durante el proceso de soldadura hay que situarse como mnimo a 1 m de distancia de la soldadura, ya que si elsistema no funciona correctamente podra salpicar PE fundido.

Fig. 2.11 Algunas obras realizadas con accesorios electrosoldables

PE 80PE 100


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3. Soldadura a tope

Como ya hemos dicho, esta tcnica se emplea preferentemente a partir de 90 mm de dimetroy espesores de pared superiores a 3 mm. Consiste en calentar los extremos de los tubos a unircon una placa calefactora que est a una temperatura de 21010C y a continuacincomunicar una determinada presin previamente tabulada para cada mquina de soldar.

Las mquinas de soldar a tope tienden a ser cada da ms automticas, aunque sigue siendomuy importantes las habilidades y formacin de los operarios.

Las mquinas de soldar a tope automticas facilitan el proceso de soldadura y tambin nospueden dar un informe de las soldaduras realizadas con objeto de tener la trazabilidad de lasmismas.

Existen mquinas de soldar a tope para trabajar en obra y otro tipo de mquina que se utilizaen el taller y que nos permite hacer accesorios manipulados (codos, ts, etc.) y pueden soldartubos de PE desde dimetro 90 hasta 1600 mm.

Fig. 3.1 Mquina de soldar a tope de obra Fig. 3.2 Mquina de soldar a tope de taller para fabricaraccesorios manipulados

Fig. 3.3 Accesorios manipulados de PE fabricados por soldadura a tope


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Aunque en la norma ISO 12176-1 las mquinas estn clasificadas segn el tipo de presinutilizado o el grado de automatizacin, a ttulo orientativo indicamos las siguientes.

Tabla 3.1.- Tipos de mquinas de soldar a tope

Ma n u a l e s :Aquellas en las que los parmetros de soldadura los controla el soldador

MecnicasDesde DN 40 a 160 mm

HidrulicasDesde DN 90 a 1600 mm

Au t o m t i c a s :Aquellas mquinas en las que los parmetros de soldadura los controla la mquina y no puedenser manipulados por el soldador

Elctricas

Desde DN 90 a 250 mm

HidralicasDesde DN 63 a 500 mm

Auto desplazablesDesde DN 250 a 900 mm


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3.1 Influencia de los parmetros en el proceso de soldadura a tope

Diedrich y Gaube realizaron all por 1970 estudios experimentales variando los parmetros desoldadura a tope, presin y temperatura, comprobando el comportamiento de la soldadura. Elefecto del ndice de Fluidez (MFR) del PE fue investigado por Diedrich y Kempe y publicados en

1980 en las normas DVS 2207-1; DVS 2203-1; DVS 2205-1.En 1980 en Alemania se puso en marcha unextenso programa con el objetivo deperfeccionar los parmetros de la soldadura atope con placa calefactora utilizada para unirtuberas de polietileno de espesores superiores a45 mm.

Varias universidades as como las industriasinvolucradas, (proveedores materias primas,fabricantes de tuberas y de accesorios,fabricantes de mquinas de soldar), trabajaronen los proyectos de investigacin, dando lugar alas normas DVS correspondientes. Fig. 1.- La rotura no se produce en el rea soldada

Las investigaciones internas de Hoechst AG, Frankfurt, confirmaron que no se produca ningnefecto negativo en el comportamiento a largo plazo de las uniones de PE con placascalefactoras que estaban entre 190 C y 260 C de temperatura. La variacin de la presinentre 0.15 N/mm y 0.45 N/mm tambin daba buenos resultados. Basndose en estosresultados se estableci una ventana para estos dos parmetros de soldadura.

Fig. 3.4 Ventana para el buen comportamiento a largo plazo de soldaduras a tope en tuberas de PE

Norma

DVS2207-1WIS

4-32-08NEN 7200

ElectrabelNBN T 42-

010

DS/INF 70-2INSTA 2072

UNI 10520PPI-TR33ASTM D2657

UNE 53394

Pas AlemaniaReinoUnido

Holanda Blgica Escandinavia Italia USA Espaa

Temperaturade soldadura

(C)200-220 230 10 210 10 210 10 200-230 210 10 204-232 210-225

Presin desoldadura(N/mm2)

0.15 0.15 0.18 0.3 0.12 0.18 0.15 0.41 0.62 0.15

Tabla 3.2 Temperatura y presin de soldadura a tope en distintos pases.

Las diferentes combinaciones de parmetros de soldadura a tope - excepto PPI-TR33- escubierto por la ventana que indica el buen comportamiento a largo plazo de las soldaduras.

Presindesoldadura

(N/mm

2)

Temperatura de la placa (C)

Ventana

UNE 53394

Plano de

la unin


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3.2 Fundamento de la soldadura a tope

La soldadura a tope es un sistema de unin que se aplica preferentemente en tuberas de PE80 y PE 100 de media y alta densidad de dimetro mayor a 90 mm. Consiste en calentar losextremos de los tubos a unir por medio de una placa calefactora que est a una temperatura

de 210-225C y a continuacin se comunica una presin previamente tabulada para cada clasede tubo.

En todos los casos la presin que hay que comunicar a los tubos a unir es una constante de0.15 N/mm2. Esta presin es prefijada, as como la constante de la mquina de soldar(originada por la superficie de los pistones hidrulicos), la nica variable es la superficie de laseccin de los tubos a unir, la cual determina las diferentes presiones de soldadura para cadatubo.

Sistema hidrulico: F = p . STubo: F1= pk. S1 F = F1 p . S = pk. S1 p = pk . S1 / SSiendo:F - F1 = Fuerza (Kg)p = Presin del sistema hidrulico (manmetro en bar)pk = Constante de presin de soldadura: 0.15 N/mm

2S = Superficie pistones hidrulicos (cm2)S1 = Superficie seccin transversal del tubo (cm

2)

Nota: 1 N/mm2= 1 MPa = 10 bar

3.3 Parmetros de soldadura

Fig. 3.5 Parmetros de soldadura a tope segn UNE 53394 (DVS 2207-1)

*h

Bordn final*h = Altura del bordn finalen un tiem o *t

Temperatura placa 210-225C

*

k > 0PARALELISMOMax. 0.5mm

Max. 10%espesordel tubo

ALINEACINDesviaciones mximas admisibles


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Espesor tubomm

Altura bordnInicial *h

mm

Tiempo decalentamientot2segundos

Tiempopara retirar

placat3segundos

Tiempo paraalcanzar lapresin

t4segundos

Tiempo de enfriamientot5minutos

Hasta 4.5 0.5 45 5 5 5

4.5- 7 1.0 45-70 5-6 5-6 6-107-12 1.5 70-120 6-8 6-8 10-1612 -19 2.0 120-190 8-10 8-11 16-2419-26 2.5 190-260 10-12 11-14 24-3226-37 3.0 260-370 12-16 14-19 32-4537-50 3.5 370-500 16-20 19-25 45-6050-70 4.0 500-700 20-25 25-35 60-80

p1 = Presin del sistema hidrulico (manmetro en bar). Ver tabla mquina de soldarpk = Presin de soldadura prefijada: 0.15 N/mm2p2 = Presin en el tiempo de calentamiento: p2= 10% p1*t1= Tiempo para la formacin del cordn inicial de altura *ht2 = Tiempo de calentamiento en segundost3 = Tiempo de retirar placa en segundos

t4 = Tiempo para alcanzar la presin de soldadura en segundost5 = Tiempo de enfriamiento en minutost6 = Tiempo necesario antes de someter el tubo a presin

Los parmetros de soldadura, por orden de importancia en la calidad de las soldaduras, se indican acontinuacin:

a. Tiempo de calentamiento (t2) ara obtener suficiente zona fundida.

b. Tiempo enfriamiento (t5). Tiempos de enfriamiento demasiado cortos pueden dar roturasfrgiles debido a tensiones internas.

c. Rampa de presin (t4) Despus del calentamiento, los extremos de los tubos deben serjuntados rpidamente, pero la presin debe ser gradual.

d. Retirar placa y cerrar (t3)

Esta operacin debe ser realizada en el menor tiempo posible, menos de 10 segundos es lorecomendado. Es importante que el tiempo sea pequeo para que las superficies fundidas de lostubos no se enfren.

e. Presin de fusin (p1)Puede variar en el rango de 0.10-0.22 N/mm2. Valores ms bajos no son aconsejables cuando lafuerza de arrastre (p2) sea alta. El valor de p1es el que viene en la tabla de la mquina ms lapresin de arrastre. El valor de p2suele ser un 10% de p1.

f. Temperatura (T)Puede variar entre 200230C sin diferencia significativa en la resistencia de la soldadura. No esposible mejorar la resistencia de la unin subiendo la temperatura de la placa.

La conclusin es que pequeas variaciones de la temperatura de la placa y de la presin tienen muy pocainfluencia en la calidad de las uniones soldadas.

3.4 Procedimiento de unin por soldadura a tope

Seguidamente se especifican los pasos a seguir par a una correcta soldadura a tope

Equipo de soldar a tope 1. Colocar el tubo en la mquina 2. Refrentar


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3. Eliminar virutas sin tocar con lasmanos la superficie refrentada 4. Comprobar alineacin tubos 5. Colocar placa

6. Calentar hasta la formacin delbordn

7. Abrir, quitar placa, cerrar y darrampa de presin

8. Dar presin de soldadura ymantener tiempo de enfriamiento

Fig. 3.6 Proceso soldadura a tope

1. Emplazar la mquina. En caso necesario, por lluvia, fro o viento, montar una tienda o similar

3. Colocar y alinear en la mquina los tubos o accesorios de PE4. Refrentar los tubos hasta que se limpie totalmente la superficie transversal de los tubos

5. Retirar el refrentador

6. Retirar la viruta sin tocar las superficies a unir

7. Controlar el paralelismo, confrontando los extremos de los tubos a soldar (tolerancia mx. 0,5 mm)

8. Controlar desalineacin (tolerancia mxima 10% del espesor del tubo)

9. Limpiar las caras de la placa de soldar con isopropanol (alcohol). Las placas deben llevar un

revestimiento de politetrafluoretileno (PTFE).

10. Comprobar con un termmetro de contacto que la temperatura de la placa est entre 210-225C

11. Comprobar la presin de arrastre y anotar en la ficha de soldadura12. Calcular p1, la presin para la formacin del bordn inicial (presin de soldadura tabulada + presin

de arrastre) y anotar en la ficha

13. Poner la placa entre los tubos a soldar

14. Presionar los extremos de los tubos a la placa, a la presin calculada p1, hasta formar unbordninicial uniforme y de altura h

15. Reducir la presin a p2= 10% p1, para el calentamiento

16. Pasado el tiempo de calentamiento t2(tabulado en cada mquina), separar los tubos de la placa

17. Retirar la placa y unir rpidamente los extremos de los tubos en un tiempo mximo t3

18. Aumentar progresivamente la presin, (rampa de presin) desde cero a la presin requerida p1, en

un tiempo t4y mantenerla durante un tiempo t519. Dejar enfriar la soldadura en esta posicin sin quitar la presin p1 ni aflojar las abrazaderas.

20. Pasado el tiempo de enfriamiento aflojar las abrazaderas y retirar el tubo o la mquina.


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Es recomendable indicar como mnimo sobre eltubo, con un rotulador, la hora final del tiempo deenfriamiento, la fecha de realizacin de la

soldadura y el nmero de carn de instaladorAseTUB (si dispone de l).

Fig. 3.7 Marcado de ejecucin de soldadura(N carn AseTUB, Fecha, n de soldadura, hora de inicio y final del tiempo de enfriamiento)

Tienda de proteccin. Tubo PE 100 DN 1600 Soldando con 2 mquinas DN 1000

Codo manipulado y manguito EF DN 800 Codo 90 PE 100 polivalente

Fig. 3.8 Instalaciones con soldadura a tope


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3.5 Sistemas de soldadura a tope

En la Introduccin de la norma ISO 21307, podemos leer: Con el incremento del uso de losmateriales de polietileno bimodales, como PE 80 y PE 100, cada da estn apareciendo mscompuestos de PE en el mercado de tubos, acompaados de propuestas de procedimientos de

soldadura a tope que a menudo difieren dentro del mismo material. El objetivo de lanormalizacin es impulsar el uso de procedimientos similares para los mismos tipos demateriales. Por todo ello, existe una necesidad de analizar, a escala mundial, las prcticasusuales de ejecucin de soldaduras a tope en sistemas de abastecimiento y distribucin deagua y gas, con objeto de establecer los mejores procedimientos que garanticen la mximacalidad de las soldaduras, de modo consistente y eficiente.

La norma ISO 21307 indica que se pueden soldar tubos de PE 80 y PE 100 que estnfabricados con materia prima que tengan un ndice de Fluidez entre 0,3 y 1,7 g/10 min con lascondiciones de 190C/5 kg, con equipos que cumplan la ISO 12176-1 y que la instalacin serealice segn la ISO/TR 10839.

La norma ISO 21307: Plastics pipes and fittings Butt fusion jointing procedures forpolyethylene (PE) pipes and fittings used in the construction of gas and water distributionsystems, contempla los sistemas siguientes:

Tabla 3.3 Sistemas de soldadura a tope

Baja presin single- Temperatura placa: 200 a 245C- Presin inicial y final P1= P3= 0,17 N/mm2

Normas de referencia:- DVS 2207-1 (Alemania)

- NEN 7200 (Holanda)-UNE 53394 (Espaa)

Baja presin dual

- Temperatura placa: 200 a 245C- Presin inicial y final P1= P3 = 0,17 N/mm2- P4= 0,025 N/mm2

Normas de referencia:- UNI 10520 (Italia)

- WIS 4-32-08 (UK)

Alta presin

- Temperatura placa: 200 a 230C- Presin inicial y final P1 = P3 = 0,52 N/mm2

Norma de referencia:- ASTM D 2657 (USA)

0,17 N/mm

0,17 N/mm

0,025 N/mm

0,52 N/mm


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Ejemplo:

Clculo de los parmetros de soldadura para un tubo PE 100 DN 500 SDR 11, espesor nominal45,4 mm y PN 10 bar. Resultado de los parmetros en azul.

Tabla 3.4 Parmetros de los Sistemas de soldadura a tope

Parmetro UnidadB a j a p r e s i n

s i n g l e

B a j a p r e s i n

d u a l

A l t a

p r e s i n

Temperatura placa T C 200 a 245 200 a 245 200 a 230

Presin inicial p1 MPa 0,17 0,02 0,17 0,02 0,52 0,01

Altura bordn inicial h mm0,5 + 0,1 en

(max. 6mm)5,04

0,5 + 0,1 en(max. 6mm)

5,04

0,5 + 1

7,81

Mnimo tiempocalentamiento t2 s

(11 1) en454-544,8

10 en+ 60514

(11 1) en454-544,8

Presin decalentamiento p2 MPa presin dearrastre presin dearrastre presin dearrastre

Mximo tiemporetirada placa t3 s

0,1 en+ 48,54

0,1 en+ 48,54

0,1 en+ 812,54

Presin de fusin p3 MPa 0,17 0,02 0,17 0,02 0,52 0,01

Tiempo rampapresin t4 s

0,4 en+ 216,16-20,16 ------ ------

Tiempo unin porfusin, t5-dual s ------ 10 1 ------

Presin reducida enel enfriamiento p4 MPa ------

(0,025 0,002)en> 20mm0,023-0,027

------

Mnimo tiempoenfriamiento bajopresin

T5 min en+ 348,4en+ 3

48,40,43 en

19,52

Mnimo tiempoenfriamiento sinpresin

t6 minen+ 3

48,4en+ 3

48,4 a)

a) Un tiempo de enfriamiento fuera de la mquina y antes de mover la tubera puede ser recomendado, pero en lamayora de los casos no es necesario con estos tiempos de enfriamiento.

en= espesor nominal del tubo o accesorio en mm

Fig. 3.9 Comparacin sistemas de alta y baja presin single


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4. Control de la Calidad de las soldaduras a tope

4.1 Factores que influyen en la calidad de la soldadura

- Condiciones de trabajo

El viento puede causar problemas en la calidad de la soldadura. Se pueden enfriar zonas de laplaca y causar desigual distribucin de temperatura en la misma. Es recomendable proteger launin del sol, del viento y del polvo, poniendo una tienda en el lugar de trabajo. Bajastemperaturas ambientales no implican necesariamente que la calidad de las soldaduras seamala, es posible obtener buenas soldaduras a temperaturas de-5C.

Hay que tener cuidado de mantener limpios los extremos de los tubos y la placa calefactora,libres de polvo, arena o arcilla. Una soldadura contaminada puede reducir su vida

drsticamente. La suciedad se elimina usando un trapo limpio. Hay que tener la precaucin deno tocar con las manos las superficies a soldar una vez refrentadas.

- Alineacin

Desalineaciones de los extremos de los tubos pueden tambin causar una reduccin de la vidatil de la soldadura o de su resistencia. Estas pueden ser causadas por un alineamientoincorrecto del tubo en las abrazaderas de la mquina o porque los extremos estn malcortados o refrentados. Es importante conseguir una desalineacin lo ms pequea posible. Siel desalineamiento es excesivo, se pueden producir formas afiladas (entallas), conconcentracin de tensiones. El desalineamiento no debe exceder del 10% del espesor del tubo.

- ndice de Fluidez

El ndice de fluidez nos define la compatibilidad de la soldadura. Un criterio para soldardiferentes materiales es tener en cuenta su ndice de Fluidez (MFR). No existen problemas desoldadura entre tubos de PE 80 y/o PE 100 que tengan un ndice de Fluidez MFR 190C/5Kgsituado entre 0,3 y 1,7 g/10 min.

- Parmetros de soldaduraLos parmetros de soldadura a tope son: Presin, Temperatura y Tiempo. Es imprescindiblecumplir con estos parmetros definidos si queremos obtener una soldadura fiable y duradera.

- Diferencia de espesoresSe recomienda no unir tubos de diferente material y con distintos espesores de pared,utilizando la soldadura a tope:

INCORRECTO

El procedimiento de soldadura a tope solamente debe ser utilizado para unir tubos con elmismo espesor de pared:

CORRECTO

Fig. 4.1 Seccin soldaduras a tope

PE 100 PE 100


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4.2 Control de la calidad de la soldadura

En un principio, se realizaron en laboratorio ensayos destructivos, como resistencia a lapresin interior a corto y largo plazo, resistencia a la traccin y alargamiento a la rotura, paracomprobar la idoneidad de los parmetros de soldadura utilizados. Una vez comprobado que

stos parmetros eran idneos, ahora simplemente se trata de aplicarlos y controlarlos.Hoy en da, la inspeccin visual del tipo de bordn da una idea de la calidad de la soldadura.Siendo este mtodo el ms utilizado para identificar posible fallos en la misma o si ha sidorealizada correctamente.

Las soldaduras pueden ser inspeccionadas utilizando mtodos no destructivos o destructivos acorto o largo plazo.

4.2.1 Mtodos no destructivos

Ejemplos de mtodos no destructivos son:- Inspeccin visual del bordn de soldadura (mtodo comnmente utilizado).- No usuales para tubos en obra, inspeccin por ultrasonidos, rayos X, radiografa,

termografa, reflexin hologrfica y ensayos de alta frecuencia elctrica.

Control visual de la soldaduraAunque la correcta soldadura slo puede asegurarse mediante la realizacin de mtodos deensayo destructivos, la inspeccin visual es muy valiosa ya que sirve para detectar algunosdefectos, como desalineacin, poros o inclusiones, errores en los parmetros de soldadura,...Si la apariencia del bordn es similar a la de alguno de los ejemplos de la tabla 4.1, es unaindicacin de que la soldadura es defectuosa. Por lo que se debern cortar los extremos ysoldar de nuevo.Si se siguen los pasos e indicaciones para la correcta ejecucin de una soldadura a tope, elbordn obtenido tendr una apariencia ms o menos redondeada.

Tabla 4.1 Tipos de bordones incorrectos

INCORRECTO

2.- El bordn es demasiado estrecho y altoExceso de presin

3.- El bordn es muy pequeoPresin insuficiente

4.- Una hendidura profunda en el centro del bordnTemperatura insuficiente o tiempo de transicin demasiado largo

5.- DesalineamientoLa desviacin mxima permitida es del 10% del espesor de pared

6.- Diferentes espesores de paredSe recomienda utilizar accesorios electrosoldables

7.- Los materiales tienen diferentes temperaturas de fusin

Para una verificacin adicional de las soldaduras ejecutadas en obra, se puede realizar unainspeccin de la unin de los labios del bordn. Para ello se cortar el bordn por todo elpermetro de la soldadura a ras del tubo utilizando una herramienta adecuada (corta-labios) y


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posteriormente se comprobar la integridad del bordn. Si se produce separacin de los labiosesto indicar que la soldadura no es correcta.

4.2.2 Ensayos destructivos a corto plazo

Resistencia a la traccinActualmente, la resistencia mecnica de una unin soldada se comprueba mediante ensayosde traccin con probetas extradas de la soldadura en la direccin longitudinal del tubosiguiendo las indicaciones de la norma UNE-ISO 13953. En este ensayo, la rotura final sueleocurrir fuera del plano de la soldadura. Se considera el resultado de prueba conforme si larotura ha sido dctil y no conformecuando se produce una rotura frgil.Con objeto de concentrar los esfuerzos en la zona de unin soldada, se realizan unos taladrosen la probeta para que las tensiones se localicen en la soldadura, tal y como se indica en lasprobetas A y B de la norma UNE-ISO 13953, indicadas a continuacin:

Fig.4.2 Probeta mecanizada tipo A(para espesores < 25 mm)

Fig. 4.3 Probeta mecanizada tipo B(para espesores 25 mm)

Tabla 4.4 Dimensiones de las probetas tipos A y B segn UNE-ISO 13953

Smbolo DescripcinDimensiones de probeta tipo A Dimensiones de

probetas tipo BDn 160 Dn > 160

A Longitud (min) 180 180 250

B Anchura total 60 3 80 3 100 3

CLongitud de la zona paralelaestrecha No aplicable No aplicable 25 1

D Anchura de la zona estrecha 25 1 25 1 25 1

E Radio 5 1 10 1 25 1

G Distancia inicial entre taladros 90 1 90 1 165 1

H Espesoresespesor de la

paredespesor de la

paredespesor de la

pared

I Dimetro agujeros de traccin 20 1 20 1 30 1

Uniones soldadas de mala calidad son caractersticas por dar esfuerzos de rotura bajos, lacalidad de la soldadura requiere examen visual de la superficie rota, para determinar si la

rotura es dctil o frgil.


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Fig.4.5 Tpica rotura dctil

Fig.4.6 Tpica rotura frgil

Se puede definir si la rotura es dctil o frgil, observando si hay arranque de material en lasuperficie de la rotura (dctil) o no (frgil). Tambin si observamos las curvas de traccinsituadas en medio de las figuras anteriores, comprobamos que en la rotura frgil la curva cae

bruscamente en un punto sin resistencia a la rotura ni alargamiento.

Fig.4.7 Ensayo de resistencia a la traccin y alargamiento

Ensayo de curvatura


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Otro ensayo de corto plazo similar al anterior, es el ensayo de curvatura segn la norma UNE-EN 12814-1, que consiste en someter una probeta a una deformacin por curvatura avelocidad constante sin que se invierta la direccin de la curvatura durante el ensayo.

Fig.4.8 Extraccin de la probeta en el tubo Fig. 4.9 Determinacin del ngulo de curvatura con indicador

El ngulo de curvatura (desplazamiento del pisn) y la aparicin de fractura proporcionan unagua de la ductilidad de la unin soldada y por tanto de la calidad de la soldadura. El ngulofinal (posicin final del pistn) se mide cuando ocurre la fractura, es perceptible una grieta asimple vista o cuando se alcanza una carga mxima. Si no aparece ninguna grieta, el ensayose termina bien a un ngulo de curvatura de 160, bien a un determinado desplazamiento delpisn dado en la tabla 2 de la UNE-EN 12814-1.

4.2.3 Ensayos destructivos a largo plazo

Resistencia a la presin interior

Un mtodo de ensayo usual es el de resistencia de los probetas soldadas a presin hidrulica.Para reducir los tiempos de ensayos se utilizan temperaturas elevadas o determinados agentes

qumicos.

Fig. 4.10 Probetas soldadas

Parmetros del ensayo de resistencia ala presin hidrulica interior:

Tubos de PE 100:

- 20C/100h ; = 12,4 MPa (aprox.1.55 PN)- 80C/165h ; = 5,4 MPa (aprox.0.68 PN)- 80C/1000h ; = 5,0 MPa(aprox.0.60 PN)

= Esfuerzo circunferencial de ensayo

Fig. 4.11 Ensayo presin interna

Entre parntesis se ha indicado la presin interior aproximada del ensayo respecto a la presinnominal (PN), siendo estos valores los mismos que para los ensayos de los tubos por lo que sino se producen fallos en ninguna probeta, el ensayo es correcto.


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Fluencia

Otro mtodo de largo plazo es el de fluencia entraccin de uniones soldadas. El ensayoconsiste en someter una probeta, obtenida de

la zona de la soldadura, a carga constantehasta que se produzca la rotura. Se mide y seregistra el tiempo necesario para la rotura.

Ensayos a largo plazo de fluencia a traccin concarga constante se pueden utilizar paradiferenciar calidad entre soldaduras. Paraacortar la duracin del ensayo es posibleemplear una solucin acuosa surfactanteapropiada como medio de contacto, tanto paralas probetas soldadas como para aquellas sinsoldar.

Cargaconstante

Escalaalargamiento

Bao agua atemperaturacontrolada

Probeta

Fig. 4.12 Determinacin de la fluencia a traccin a largo

plazo segn UNE-EN 12814-3

4.3 Ensayos de resistencia a la traccin y a la curvatura. Caso prctico

Resultados de los ensayos realizados entre el 28.07.05 y el 08.09.05 en el laboratorio alemnDVS Schweitechnische Lehranstalt Koblenz Kunststoff Center sobre muestras de tubosPE100 DN500 SDR 11 PN 16 bar.

Soldadura de tubos probetaIndicamos a continuacin los parmetros de las soldaduras a tope y los ensayos de traccin ycurvatura:

FICHA TCNICA Parmetros de soldadura a tope

Mquina de soldar Ref. PL-501

Tubo PE 100 / DN 500 mm / e = 45,4 mm / PN 16 bar

Fecha: 13.07.05

Firma: ST

P1= 68+arrastre: 6= 74 bar

P2= 0+ arrastre: 6= 6 bar *h=3,5 mm 454 4 3 55 minutos


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Probetas tubos PE 100 DN 500 x 45,4 SDR 11 PN 16 bar

Probetas para ensayos Traccin

Probetas para ensayos Curvatura

Fig. 4.13 Extraccin probetas para ensayos de Traccin y Curvatura

Resistencia a la traccin segn ISO 13953

- Tubos PE 100 DN 500 x 45.4 SDR 11 PN 16 bar.- Velocidad 5 mm/min- Probetas tipo B

Probeta S (mm2) D (mm) F (kN) Tipo derotura

1 1135 25 28.08 dctil

2 1135 25 29.94 dctil3 1135 25 30.74 dctil

4 1135 25 29.10 dctil

5 1135 25 29.78 dctil

6 1135 25 30.40 dctil

7 1135 25 29.36 dctil

Fig. 4.14 Ensayos traccin. Probetas tipo B segn ISO 13953


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Fig. 4.15 Ensayo de traccin. Rotura dctil

Clc u lo s

n = 7 smm

BMm

Lvmm

EmodN/mm2

FmaxN

maxN/mm2

Lmaxmm

max. max. - kprr

x 45.00 30.00 210.00 229.39 13681.14 70.94 163.45 152.20 152.19s 0.00 0.00 0.00 98.60 866.57 4.49 3.35 0.86 0.85 0.00 0.00 0.00 42.98 6.33 6.33 2.05 0.57 0.56

Ensayo de curvatura segn UNE-EN 12814-1 (DVS 2203-5)

- Tubos PE 100 DN 500 x 45,4 SDR 11 PN 16 bar.- Velocidad 50 mm/min

Nre

mmb

mmLvMm

EmodN/mm2

FmaxN

maxN/mm2

Lmaxmm max.

max. -

kprrValor

1 45 30 210 398.44 14999.86 77.78 161.26 151.63 151.64 Sin rotura

2 45 30 210 254.67 14079.08 73.00 159.90 151.26 151.26 Sin rotura3 45 30 210 68.11 12552.90 65.09 164.03 152.38 152.41 Sin rotura4 45 30 210 199.89 12894.31 66.86 162.50 151.97 151.98 Sin rotura5 45 30 210 205.20 14410.90 74.72 161.67 151.74 151.72 Sin rotura6 45 30 210 212.96 13269.63 68.81 164.74 152.56 152.48 Sin rotura7 45 30 210 266.49 13561.28 70.32 170.07 153.88 153.87 Sin rotura

50 100

10

20

Carga(kN)

Desplazamiento (mm)0


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Fig. 4.16. Ensayos Curvatura segn UNE-EN 12814-1 (DVS 2203-5)


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5. Soldadura de grandes dimetros de tubos de PE5.1 Introduccin

La soldadura de tubos de PE de gran dimetro requiere una atencin especial, debido a losmayores pesos de los tubos y de las fuerzas involucradas en el proceso de soldadura, loscuales han de ser controlados para conseguir una soldadura resistente y duradera. Desde 1972se estn instalando en Europa tubos de PE hasta DN 1600 mm con el sistema de unin desoldadura a tope, por lo que hay una experiencia considerable sobre el comportamiento deestas uniones.

Los tiempos de calentamiento y enfriamiento son los parmetros ms crticos de la soldadura atope, por lo que se deben mantener los indicados en las correspondientes tablas de lasmquinas de soldar. A continuacin y en orden de importancia est la temperatura. No esposible conseguir una unin soldada de mayor calidad aumentando la temperatura

Condiciones bsicas para obtener una soldadura correcta:- Equipo de soldar en buenas condiciones y personal formado- Las superficies a soldar han de estar limpias- Proteger la soldadura de las inclemencias ambientales (viento, lluvia, etc.)- Los dos extremos de los tubos a ser soldados, se han de calentar lo necesario para

tener suficiente material fundido, es decir, mantener los tiempos de calentamiento.- Utilizar las presiones tabuladas y mantenerlas durante el calentamiento y enfriamiento- Mantener los tiempos de enfriamiento necesarios.

5.2 Consideraciones especiales

La experiencia nos dice que los tiempos decalentamiento y enfriamiento han de sersuficientemente largos para obtener buenosresultados. Los tiempos y las presiones desoldaduras han de ser controladas.El peso de estos grandes tubos provoca mayorresistencia a la friccin (presin de arrastre). Lafuerza o presin de arrastre es la fuerza quenecesitamos hacer para mover el tubo hastaconectar con la placa de calentamiento.

Parmetros que pueden dificultar el control de lassoldaduras:

a) Tiempo retirar placa y cerrar

Cuando soldamos tubos de PE de gran dimetrohay que conseguir tiempos cortos de retirada de laplaca ya que en caso contrario tenemos losextremos de los tubos a soldar expuestos al aire,causando enfriamientos y oxidacin en lassuperficies a soldar que influyen en la calidad delas soldaduras. Hay dos razones que dificultan la

retirada de la placa y el cierre de la mquina detubos de gran dimetro, por un lado el PE se pegaa la placa y por otro lado el peso de la misma placadificulta su retirada rpidamente.


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Estos problemas pueden solucionarse utilizando placas recubiertas de PTFE(politetrafluoretileno) y utilizando un dispositivo para retirar la placa rpidamente. Las nuevasgeneraciones de mquinas de soldar a tope disponen de sistemas que retiran la placarpidamente

b) Presin de enfriamientoLa presin de arrastre es a menudo importante, incluso superior a la mitad de la presin desoldadura aunque no se debe sobrepasar este valor. Se recomienda utilizar soportes de rodillospara disminuir la presin de arrastre. La fuerza de arrastre se ha de medir y sumar a lapresin de soldadura y a la de enfriamiento. Inmediatamente despus del cierre de la mquinapara unir, es importante comprobar la presin de soldadura + la presin de arrastre. La fuerzaen los tubos durante el enfriamiento ha de exceder de la fuerza de arrastre para compensar lafusin de ambos tubos. De otra forma, el resultado puede darnos presiones negativas desoldadura y grandes tensiones residuales, incluso poros, lo que disminuira la vida til de lasoldadura a largo plazo.

Fig. 4.17. Tubos de PE de gran dimetro


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6. Trazabilidad y controlLa trazabilidad en una canalizacin es un conjunto estructurado de datos que suministraninformacin y permite seguir el rastro sobre los diferentes componentes y uniones de la red,tales como la forma como se fabricaron, la forma como se instalaron y donde estnexactamente instalados.

Los factores que determinan la calidad de una unin soldada son: la calidad individual de loscomponentes, los parmetros de fusin y la forma en que la soldadura es preparada yrealizada.

Hemos de tener en cuenta que las nicas uniones que permiten la automatizacin de suproceso y por lo tanto garantizan un seguimiento completo antes y despus de su ejecucin,son la soldadura a tope y la soldadura por electrofusin, adems con estos dos sistemas deunin, se conservan todas las caractersticas y propiedades de una conduccin de polietileno,al no intervenir ningn elemento que pudiera modificar sus facultades.

Los distintos datos necesarios para construir un sistema de este tipo, tienen que serregistrados y procesados. Esto es mejor hacerlo de forma totalmente automtica. La lecturamanual podra llevar mucho tiempo y por consiguiente ser demasiado cara y lo que es ms, elriesgo del error humano es mucho mayor, lo cual podra tener un impacto negativo sobre lafiabilidad de los datos almacenados. Tiene que prepararse un detallado procedimiento, debidoa que poner en marcha un sistema de trazabilidad requiere una especial preparacin.

De esta forma los datos de trazabilidad registrados pueden clasificarse en cuatro apartados:

- Datos de Operario- Datos de Obra- Datos de los productos componentes- Datos del proceso de preparacin y fusin.

Todas las soldaduras realizadas, sern almacenadas y registradas por el equipo de soldar. Conlos datos de las fusiones realizadas, disponemos de diversas opciones:

- Visualizarlos por pantalla (100% de los datos)- Imprimirlos, para lo que existen diversas opciones (ltima, las del da, establecer

rango, etc.)- Exportarlos a un PC compatible. Mediante una aplicacin y un cable de transmisin

suministrados con cada unidad. Cuando se utiliza esta opcin el aplicativo genera un

campo adicional (checksum) llamado control que impide que los datos transferidospuedan ser manipulados.

- Exportarlos una unidad de almacenamiento externo (pendrive, disco duro, etc.)- Borrarlos (se precisa una tarjeta de password para prevenir borrarlos accidentales o

efectuados por personas no autorizadas.

De esta forma el propietario de estos equipos, o la empresa que prescriba la obra puedeestablecer un sistema de control para garantizar que todas las fusiones realizadas por unequipo, en una obra concreta estn ejecutadas segn los parmetros de fusin establecidos yel resultado con que se han realizado.


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7. Calibracin peridica y control del buen estado de las mquinasLos equipos de soldar deben estar calibrados y revisados como mnimo una vez al ao, por elfabricante o el servicio oficial de los mismos, de acuerdo con las siguientes normas:

Electrofusin

ISO 12176-2 Equipment for fusion joining polyethylene systems. Part 2: ElectrofusionISO 12176-3 Equipment for fusion joining polyethylene systems. Part 3: Operators badge.ISO 12176-4 Equipment for fusion joining polyethylene systems. Part : Traceability coding.ISO/TR 13950 Plastics pipes and fittings -- Automatic recognition systems for electrofusion

Soldadura a tope

ISO 11414 Preparation of test piece assemblies between pipe/pipe or pipe/fitting in polyethylene (PE) by buttfusionISO 12176-1 Equipment for fusion joining polyethylene systems. Part 1: Butt fusionISO 12176-3 Equipment for fusion joining polyethylene systems. Part 3: Operators badge.ISO 12176-4 Equipment for fusion joining polyethylene systems. Part 4: Traceability coding.


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8. ConclusionesLa garanta de la calidad de la soldadura hay que basarla en el control de los parmetros desoldadura, presiones, temperatura placa, tiempos y por supuesto limpieza. Estos parmetrosson fundamentales para conseguir una buena soldadura. Hasta ahora no se ha establecido unmtodo de ensayo no destructivo capaz de proporcionar una correlacin del comportamientode las soldaduras a tope a largo plazo.

En ocasiones es difcil definir si una rotura es dctil o frgil en el ensayo de traccin ya que hayroturas micro dctiles e incluso la norma WIS 4-32-17 habla de un tercer tipo que le llamarotura mixta. Adems no est definido en ninguna norma el criterio de aceptacin o rechazocuando en la misma soldadura tenemos roturas dctiles y mixtas, estando ahora mismopendientes de normativa que defina este criterio. Lo que s est claro es que en casos deduda, el ensayo de resistencia a la presin interna tanto a corto como a largo plazo es el mejorpara conocer la calidad de una soldadura a tope.

El ptimo comportamiento de las tuberas de PE est contrastado en la prctica ya que suutilizacin en las redes de conduccin de agua (y otras aplicaciones) es comn desde hace muchosaos. Para conseguir una instalacin fiable y duradera es necesario seguir los cdigos de buenaprctica de manipulacin y montaje de las tuberas. El control de los parmetros de soldadura,presiones, temperatura placa, tiempos y limpieza, es fundamental para conseguir una soldaduraperfecta; pero tampoco nos debemos olvidar del buen estado de los equipos de soldar, que debenestar calibrados y dentro del periodo de verificacin.

Otro punto importante es la formacin de los soldadores. La mejor forma de realizar con garantas

una instalacin de tubos de PE es que el soldador est acreditado con el Carn AseTUB deEspecialista en instalacin de sistemas de tuberas plsticas.

En la web de AseTUB (www.asetub.es)puede encontrar informacin de este Carn de Especialistaen Instalacin de tuberas plsticas y un listado con todos los instaladores que estn en posesindel Carn AseTUB.

Normativa

Legislacin

Tuberas Plsticas

Certificadas

Instaladores

Acreditados

IInnssttaallaacciinn

GGaarraanntt iizzaaddaa
http://www.asetub.es/http://www.asetub.es/


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9. Normas de soldadura tubos PE y otros documentos de referenciaUNE

UNE 53394 INMateriales Plsticos. Cdigo de instalacin y manejo de tubos de polietileno (PE) paraconduccin de agua a presin. Tcnicas recomendadas.

UNE-EN

UNE-EN 473Ensayos no destructivos. Cualificacin y certificacin del personal que realiza ensayos nodestructivos. Principios generales.

UNE-EN 970 Examen no destructivo de soldaduras por fusin. Examen visual. (materiales metlicos)

UNE-EN 12345 Soldeo. Relacin multilinge de trminos relativos a uniones soldadas con ilustraciones.

UNE-EN 12814-1/AC Ensayo de uniones soldadas en productos termoplsticos semi-acabados. Parte 1: Ensayo decurvatura.

UNE-EN 12814-1Ensayo de uniones soldadas en productos termoplsticos semi-acabados. Parte 1: Ensayo decurvatura.

UNE-EN 12814-2Ensayo de uniones soldadas en productos termoplsticos semiacabados. Parte 2: Ensayo detraccin

UNE-EN 12814-3 Ensayo de uniones soldadas en productos termoplsticos semiacabados. Parte 3: Ensayo defluencia en traccin.

UNE-EN 12814-4Ensayo de uniones soldadas en productos termoplsticos semiacabados. Parte 4: Ensayo depelado.

UNE-EN 12814-5Ensayo de uniones soldadas en productos termoplsticos semiacabados. Parte 5: Examenmacroscpico.

UNE-EN 12814-6 Ensayo de uniones soldadas en productos termoplsticos semiacabados. Parte 6: Ensayo de

traccin a baja temperatura.

UNE-EN 12814-7Ensayos de uniones soldadas en productos termoplsticos semiacabados. Parte 7: Ensayos detraccin con probetas con entalla en U.

UNE-EN 12814-8 Ensayo de uniones soldadas en productos termoplsticos semiacabados. Parte 8: Requisitos.

UNE-EN 12814-8/AC Ensayo de uniones soldadas en productos termoplsticos semiacabados. Parte 8: Requisitos.

UNE-EN 13067Personal de soldeo de materiales plsticos. Ensayos de cualificacin de soldadores. Conjuntosde accesorios termoplsticos con uniones soldadas

UNE-EN 13100-1Ensayos no destructivos de las uniones soldadas en productos termoplsticos semi-acabados.Parte 1: Examen visual

UNE-EN 13100-2Ensayos no destructivos de las uniones soldadas en productos termoplsticos semi-acabados.Parte 2: Ensayo radiogrfico mediante rayos X

UNE-EN 13100-3 Ensayos no destructivos de las uniones soldadas en productos termoplsticos semi-acabados.Parte 3: Ensayo de Ultrasonidos


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UNE-EN ISO (y UNE ISO)

UNE-EN ISO 3126Sistemas de canalizacin en materiales plsticos. Componentes de materiales plsticos.Determinacin de las dimensiones

UNE-EN ISO 6259 Tubos termoplsticos. Determinacin de las propiedades de traccin.

UNE-ISO 13953Tubos y accesorios de Polietileno (PE) Determinacin de la resistencia a la traccin y tipo derotura en probetas soldadas a tope.

UNE-EN ISO 15494Sistemas de canalizacin en materiales plsticos para aplicaciones industriales.Polibuteno (PB), polietileno (PE) y polipropileno (PP)Especificaciones para componentes y el sistema. Series Mtricas

UNE-EN ISO 17659 Soldeo. Relacin multilinge de trminos con ilustraciones para uniones soldadas.

DVS

DVS 2202-1 Imperfections in thermoplastic welding joints; features, descriptions, evaluation

DVS 2203-4 Testing of welded joints of thermoplastics plates and tubes. Tensile creep test

DVS 2203-5 Testing of welded joints of thermoplastics plates and tubes. Technological bend test

DVS 2207-1Welding of thermoplastics. Heated tool welding of pipes, pipeline components and sheetsmade from PE-HD

DVS 2208-1 Welding of thermoplastics. Machines and devices for the heated tool welding of pipespipeline components and sheets

ISO

ISO/TS 10839Polyethylene pipes and fittings for the supply of gaseous fuels Code of practice for design,handling and installation.

ISO 11414Plastics pipes and fittings Preparation of polyethylene (PE) pipe/pipe or pipe/fitting testpiece assemblies by butt fusion

ISO 12176-1 Plastics pipes and fittings Equipment for fusion-jointing polyethylene systems. Part 1: Buttfusion

ISO 12176-2 Plastics pipes and fittings Equipment for fusion-jointing polyethylene systems. Part 2:Electrofusion

ISO 12176-3Plastics pipes and fittings Equipment for fusion-jointing polyethylene systems. Part 3:Operators badge

ISO 12176-4Plastics pipes and fittings Equipment for fusion-jointing polyethylene systems. Part 4:Traceability coding

ISO 13953Polyethylene (PE) pipes and fittings Determination of the tensile strength and failure modeof test pieces from a butt-fused joint

ISO/PDTR 19480Polyethylene pipes and fittings for the supply of gaseous fuels or water Guidance fortraining and assessment of fusion operators.

ISO/DIS 21307 Plastics pipes and fittings Butt Fusion Jointing Procedures for Polyethylene (PE) Pipes andFittings used in the construction of gas and water distribution systems

DIN

DIN 16963-1Pipe Joints and elements for High Density Polyethylene (HDPE) Pressure Pipelines.Types 1 and 2. Pipe Bends of Segmental Construction for Butt-welding. Dimensions

DIN 16963-2Pipe joint assemblies and fittings for types 1 and 2 high-density polyethylene (HDPE)pressure pipes.Tees and branches produced by segment inserts and necking for butt welding. Dimensions

DIN 16963-3Pipe Joints and elements for High Density Polyethylene (HDPE) Pressure PipelinesTypes 1 and 2 Pipe Bends for Butt-welding. Dimensions

DIN 16963-4 Pipe Joints and elements for High Density Polyethylene (HDPE) Pressure Pipes.Adaptors for fusion jointing, flanges and sealing elements. Dimensions

DIN 16963-5 Pipe fittings and joint assemblies for PE 80 and PE 100 polyethylene pressure pipes.General quality requirements and testing


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UNI

UNI 10520Saldatura di materie plastiche. Saldatura ad elementi termici per contatto. Saldatura di giuntitesta a testa di tubi e/o raccordi in polietilene per il trasporto di gas combustibili, di acqua edi altri fluidi in pressione.

UNI 10565Saldatrici da cantiere ad elementi termici per contatto impiegate per l'esecuzione di giunzionitesta/testa di tubi e/o raccordi in polietilene (PE), per il trasporto di gas combustibile, di

acqua e di altri fluidi in pressione - Caratteristiche funzionali, di collaudo e di documentazione

O t r o s d o c u m e n t o s d e r e f e r e n c ia

WIS Water Industry spacifications. UK Water

WIS 4-32-17 Polyethylene pressure pipes for pressurised water supply and sewerage duties

EWF European Welding Federation

EWF 581-01Minimum requirements for the education, examination and certification of European plasticswelders. (The education and training of plastics welders in preparation for the examinationsdefined in EN 13067).

SEDIGASRHMSEL-PE Rev 521.01.2008

Maquinaria y utillaje para la realizacin de uniones de tubos y accesorios de PEReglamento de homologacin de Equipos de electrofusin RHMSEL-PE Rev 5

RHMSTO-PE Rev 521.01.2008

Maquinaria y utillaje para la realizacin de uniones de tubos y accesorios de PEReglamento de homologacin de Mquinas de termofusin a tope RHMSTO-PE Rev 5

Revisin 24Diciembre 2008

PROCEDIMIENTO GENERAL DE CERTIFICACION DE SOLDADORES DE POLIETILENOPG-01

WEBwww.sedigas.es

Listado de soldadores certificados

Revisin 11diciembre 2007

Especificaciones tcnicas de SEDIGAS para la manipulacin y soldadura de tuberas de PE paradistribucin de gas.

AseTUB2009/19/MT Manual de Instalacin de sistemas de tuberas plsticas. Abastecimiento, riego y saneamiento.


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10. Bibliografa

Non-destructive testing of fusion joints of polyethylene piping by real time ultrasonic imaging.H. Shin, Y. Jang (INDE System Co, Ltd, South Korea)J. Kwon (Korea Gas Safety Corporation, South Korea)E. Lee (KNDT&I, Co Ltd, South Korea)

Welding of large diameter heavy wall polyolefine pipes and long term performance.J. Hessel (Hessel Ing.-technik, Germany)I. Lueghamer (AGRU Kunststofftehnik, Austria)M. Tsunaga (Mesco, Japan)

Italgas experience on non destructive evaluation of PE pipe welding.S. Ghia, D. Olivero, M. Piovano (Italgas S.p.A., Italy)

The Influence from pipe surface, weld beads and protective skins on long term failure timesfor PE butt fusion joints.L. Lindqvist, G. Bergstrm (SP National Testing & Research Institute, Sweden)

Novel high resolution defect for thermoplastic butt welds in operating pipelines by ultrasonicTOFD.B. Messer (Fluor Corp, Canada)

Welding of large diameter PE pipes Art 399 03.04.1998 Ed. 1

Plastics pipes for water supply and sewage disposal, 4thedition.Lars-Eric Janson

Jointing Technologies - Mquinas de soldar.Urs Rudischhauser. Georg Fischer

Control y ensayos de uniones soldadas a tope en tubos de PE.Rodolfo Vegas. Grupo PLOMYPLAS. vila 2006

Trazabilidad en las redes de polietileno de abastecimiento de agua. Control sobre equipos desoldadura, operarios y materiales.Ramn Garca y Jaume Prats. ACUSTER. vila 2008

Jornada tcnica. Tuberas de PE. Soldadura y Aplicaciones.Barcelona 28.05.09 - Torre AGBAR

Tuberas de PE. Manual tcnico.AseTUB. 2008

04 Informe Soldadura AseTUB - Jul'132

Documents

Transcript of 04 Informe Soldadura AseTUB - Jul'132