NORMAS, DISCONTINUIDADES Y DEFECTOS EN SOLDADURAS - PAYEND 2.ppt

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NORMAS,DISCONTINUIDADES Y

DEFECTOS ENSOLDADURAS

25 de Noviembre de 2005

PAYEND 2005

Asociacin Uruguaya

de Ensayos No Destructivos

FACULTADDE INGENIERAINSTITUTO DE ENSAYO DE

MATERIALES
http://www.iem.fing.edu.uy/iem/


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NORMAS

Aplicar normas y cdigos asegura que unaestructura o componente tendr un nivel de calidadadecuado para una funcin especfica, conadecuadas condiciones de seguridad, y conuniformidad (similitud entre instalacionessemejantes).

Una encuesta de fin de siglo entre los socios de unaimportante revista de ingeniera mecnica dio porresultado que dentro de los diez mayores logros dela humanidad en el rea de la ingeniera en el SigloXX est el desarrollo y uso de normas y cdigos.


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La pregunta es por qu usar normas, enparticular las referidas a construcciones

soldadas? La respuesta es: porque las normas son

compendios de necesidades originadas

usualmente en experiencias terribles decatstrofes que arrojaron prdidas de vidashumanas y de propiedades.

NORMAS
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Entonces al aplicar una norma uno est respaldado,y puede dormir tranquilo que problemas iguales alos que ocasionaron aquellas tragedias no volverna ocurrir.

El cuidado bsico que hay que tener es no tratar dedesmembrar diversas normas de diversos orgenes,para tomar lo econmicamente ms conveniente decada una de ellas, pues las normas deben aplicarse

con coherencia, atendiendo a cada uno de losaspectos: materiales de construccin, ensayosdestructivos y no destructivos, frmulas de clculode espesores, presiones de prueba hidrosttica, etc

NORMAS


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AWS American Welding Society

ASME American Society of Mechanical Engineers

ASME B31, Code for Pressure Piping,conteniendo siete secciones, cada una de las cualesprescribe los requisitos mnimos para el diseo,materiales, fabricacin, ereccin, ensayos einspeccin de un tipo particular de sistema decaeras; las secciones ms usadas en URUGUAYson la B31.1 Power Piping, B31.3 Chemical Plantand Petroleum Refinery Piping, y B31.4 LiquidPetroleum Transportation Piping Systems.

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BPVCThe ASME Boiler and Pressure VesselCode, conteniendo once secciones, de las cualeslas Secciones I, III, IV, VIII, y X cubren el diseo,construccin e inspeccin de calderas y recipientesa presin; las Secciones VI, VII, y XI cubren elcuidado y la operacin de calderas o decomponentes de plantas de potencia nuclear; y lasSecciones II, V, y IX cubren respectivamenteespecificaciones de materiales, de ensayos no

destructivos, y de calificaciones de soldadura. ASNT American Society of Nondestructive

Testing

API American Petroleum Institute

NORMAS


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ANSI American National Standards Institute,que es una organizacin privada responsable de lacoordinacin de normas que se utilizan dentro deUSA. ANSI no prepara normas, sino que formagrupos de inters compuestos por personasprovenientes de varias organizaciones involucradascon el desarrollo de algn documento particular; sihay consenso del valor de una norma particular,entonces esta norma puede ser adoptada como una

norma nacional de USA., y a esas normas se lasnombra agregndole las siglas ANSI por delante dela norma original. Un ejemplo son todas las normasANSI/ASME o ANSI/AWS.

NORMAS


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ASTM Inicialmente era conocida comoAmericanSociety for Testing and Materials, actualmente esuna sigla sin significado aparente, porque laquieren hacer internacional.

ENNormas Europeas (European Normalisation) BSA (normas BS) British Standard Association

DIN Instituto Alemn de Normalizacin

(Deutsches Institute fuer Normung) AFNOR (normas NF) Asociacin Francesa de

Normalizacin (Association Francaise deNormalisation)

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JSA (normas JIS) Japanese StandardsAssociation

UNIT Instituto Uruguayo de Normas Tcnicas

ISO International Organization forStandardization

ULUnderwriters Laboratories, Inc.

Normas de empresas. Ej.: normas ANCAP

NORMAS


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Uso de normas relacionadas con soldadura:

Para los trabajos metalrgicos, y especficamentehablando de las soldaduras, hay esencialmente trestipos o clases o grupos de normas que pueden serutilizadas en la fabricacin, montaje, y reparacin

de los equipos que la componen: I) Normas para el diseo y la construccin del

equipo (recipiente, tanque, caera, intercambiador,caldera, horno, reactor, etc), y para la reparacindel equipo.

II) Normas para especificacin y calificacin deprocedimientos de soldadura.

III) Normas para calificacin de soldadores.

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En Uruguay lo usual, para trabajos metalrgicos, esutilizar normas API, ASME, ASTM, AWS, UL, ASNT yUNIT, y ltimamente se estn aplicando normaseuropeas EN para diversas temticas relacionadas

con construcciones soldadas. Salvo las normas UNIT, y las EN en su versin en

castellano, todas las dems normas estn enidioma ingls, lo cual evidentemente para nosotros

representa un inconveniente que tenemos quesuperar tratando de adquirir un mnimoconocimiento del idioma que nos permitainterpretarlas.

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Por qu las empresas tienen sus propias normas(ej ANCAP), y no se contentan con normasinternacionales de referencia solamente?

La respuesta est en la gnesis de las normas dereferencia (por ejemplo las normas ASME o lasAPI): la Organizacin (ej. ASME o API, en Uruguaypodra ser UNIT) prepara las normas por consenso

dentro de comits o grupos de trabajo integradospor especialistas en el rea que trata la norma, yque representan a diversos grupos de inters:fabricantes, usuarios, y autoridades de gobierno ode municipios.

NORMAS


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Por esto, las normas consensuadas (tipo ASME,API, UNIT, etc) no deben ser consideradas comoalgo casi inalcanzable, sino que debern ser unmnimo, que debern ser complementadas con losrequisitos propios de cada industria.

Las normas estn en continua revisin, y sufren

modificaciones (en muchos casos en forma anual)motivadas porque:

a) la norma estaba equivocada, o

b) porque era demasiado exigente, o

c) porque no se aplica a los nuevos desarrollostecnolgicos.

POR TODO ESTO ES CONVENIENTE UTILIZAR

SIEMPRE LA LTIMA EDICIN DE LAS NORMAS

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Normalizacin de los ENDs (Ensayos NoDestructivos):

Todas las normas mencionadas, cuando tratan delas discontinuidades que son aceptadas o

rechazadas, hacen referencia a ENDs, y entonceshacen referencia a la aplicacin y uso de otrasnormas. Por ejemplo cuando se manejan lasnormas de diseo ASME, todas ellas hacenreferencia a la Seccin V del BPVC de ASME. EstaSeccin indica en qu condiciones deben serrealizados los ensayos no destructivos utilizados enla evaluacin de las discontinuidades de lassoldaduras.

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Cada norma utilizada, tanto en el diseo /construccin como en la calificacin de losprocedimientos y como en la calificacin de lossoldadores, sealan los lmites para la aceptacin o

rechazo de las discontinuidades detectadas con losvariados ENDs.

Normalmente no coinciden estos lmites para eldiseo / construccin, la calificacin de

procedimientos, y de soldadores, pues por sentidocomn hay que exigir ms cuando se califican a lossoldadores que cuando luego se evalan lasdiscontinuidades en el trabajo.

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Veamos qu especifican las normas msusadas en Uruguay en cuanto a los ENDs:

AWS D1.1: Los END se hacen utilizando loslineamientos de la ANSI/AWS B1.0 Guide forNondestructive Inspection of Welds, y lametodologa debe conformar a diversas normas

ASTM. El personal que hace los ENDs debe estarcalificado de acuerdo con la ASNT RP SNT-TC-1A.

API 1104: La radiografa se hace con losprocedimientos de la misma norma, los ICI surgen

de ASTM E 142 E 747; los procedimientos de lasotras tcnicas de ENDs deben cumplir con otrasnormas ASTM. Los que interpretan las placas debenser Niveles II III exclusivamente (no dice de qunorma, pero se supone que es ASNT).

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ASME (BPVC y B31): Los ENDs se realizancon procedimientos dados por la Seccin Vdel BPVC. El personal que hace los ENDsdebe estar certificado de acuerdo con ASNT.

API 620/650: dem al ASME.

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Mnimas condiciones para realizar unadecuado control de obra segn normas:

Para hacer un correcto seguimiento de la obra lobsico que debe saberse, adems de las normasaplicables, es lo siguiente:

1) Deben estar indicados en planos constructivoslos tipos de soldadura, con la simbologacorrespondiente: soldaduras a tope (en caeras yrecipientes sern de penetracin total),dimensiones de los catetos en las soldaduras filete

(continuas o intermitentes, y en este ltimo caso ellargo y separacin de los cordones).

2) Debe solicitarse o reunirse la siguientedocumentacin: procedimientos de soldadurascalificados a utilizar, soldadores calificados, tipos decontroles (inspeccin visual y dems ENDs).

NORMAS


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Debe exigirse a la empresa ejecutora del trabajo que se

haga responsable de la calidad del mismo, mediante elcumplimiento de lo indicado por la(s) norma(s) exigida(s).Absolutamente todas la normas establecen que elfabricante es el responsable del fiel cumplimiento de lasespecificaciones, y debe contar con personal competentey maquinaria apta para tal fin.

Pero es fundamental que al fabricante se le indiqueclaramente qu normas deben aplicarse, sinambigedades, pues buena parte del xito de una obra

radicar en las adecuadas especificaciones tcnicas.

Presentadas las normas, veamos discontinuidades

y defectos en las soldaduras.

NORMAS


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DISCONTINUIDADES YDEFECTOS DE SOLDADURA

ELEMENTOS GENRICOS DE LAS SOLDADURAS:

1) CROQUIS DEL METAL DE SOLDADURA Y SU ZAC

SCO S


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2) NOMENCLATURA DELAS SOLDADURAS A

TOPE



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3) NOMENCLATURA DELAS SOLDADURASTIPO FILETE



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4) DIMENSIONES DE LASSOLDADURAS TIPO

FILETE



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5) RACES DE LASSOLDADURAS A

TOPE Y FILETE



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DEFINICIONES:

Discontinuidad - Falta de continuidad; falta de cohesin (deunin); interrupcin en la estructura fsica normal del material oproducto.

Defecto - Discontinuidad cuyo tamao, forma, orientacin,ubicacin o propiedades son inadmisibles para alguna normaespecfica. En particular, al realizar un ensayo no destructivo(END) se cataloga como defecto a toda discontinuidad o grupo

de discontinuidades cuyas indicaciones no se encuentrandentro de los criterios de aceptacin especificados por la normaaplicable.


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Indicacin - Respuesta o evidencia de unadiscontinuidad resultante de la aplicacin de unEND.

Evaluacin de Indicaciones - Proceso en el cualse decide la severidad del estado de la parte opieza, luego de que la indicacin ha sidointerpretada. De la interpretacin surgir que laindicacin es irrelevante o es una discontinuidad, y

en este ltimo caso surgir que es un defecto o no.Dicha evaluacin lleva a decidir, entonces, si laparte o pieza debe ser rechazada, reparada oaceptada para su uso.

CO


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Mtodo de Ensayo - Utilizacin de un principiofsico en un END, como ser:

RT - Radiografa (Radiographic testing)

UT - Ultrasonido (Ultrasonic testing)

MT - Partculas magnetizables (Magnetic testing)

PT - Lquidos penetrantes (Penetrant liquidstesting)

VT - Evaluacin visual (Visual testing) LT - Ensayo de estanqueidad (Leak testing)

ET - Corrientes parsitas (Eddys current testing)

AE - Emisin acstica (Acustic emission)

DISCONTINUIDADES Y


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Indicaciones alargadas (linear indications) En

general se clasifican como indicaciones alargadas atodas aquellas indicaciones cuya longitud L es mayor a 3veces su ancho A: (L > 3A).

Indicaciones redondeadas (rounded indications)En general se clasifican como indicaciones redondeadasa todas aquellas indicaciones cuya longitud L es menor oigual a 3 veces su ancho A: ( L 3A ).

Indicaciones alineadas (radiografa) Tres o msindicaciones alineadas aproximadamente paralelas al ejede la soldadura, espaciadas lo suficientemente cercaentre ellas como para ser considerada discontinuidadnica e intermitente.


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Las DISCONTINUIDADES ms frecuentes que seencuentran en las soldaduras, o que estn muy

relacionadas con ellas, forman parte de lossiguientes veinte tipos:

1) Porosidad (Porosity):

Discontinuidad del tipo de cavidad formada por gasatrapado durante la solidificacin del metal desoldadura. Se divide a su vez en cuatro tipos:


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a) Porosidaduniformemente

dispersa



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b) Porosidadagrupada(Clusterporosity)



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c) Porosidadalineada (Linear

porosity)



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d) Porosidad vermicular o tipo gusanos(Piping porosity)

Es un poro de gas alargado.


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2) Inclusiones(Inclusions)

a) Inclusiones deescoria (Slag

inclusions)



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Inclusionesde escoria

tipocarrileras:



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b) Inclusiones deTungsteno



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3) Fusin incompleta (Incomplete fusion)(o falta de fusin)

Discontinuidad bidimensional causada por la faltade unin entre los cordones de soldadura y el metalbase, o entre los cordones de la soldadura.

Es el resultado de tcnica de soldadura,preparacin del metal base, o diseo de la juntainapropiados.


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Croquis de soldadurascon fusin completa



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Croquis desoldadura con

fusinincompleta



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4) Penetracin incompleta o falta de penetracin(Incomplete joint penetration)

Ocurre cuando el metal de soldadura no se extiende a travsde todo el espesor de la junta. El rea no fundida ni penetrada

es una discontinuidad descripta comopenetracinincompleta. Esta puede resultar de un insuficiente aporte de calor de

soldadura, diseo de la junta inapropiado (por ejemplodemasiado espesor para ser penetrado por el arco, o chanfle

insuficiente), o control lateral inapropiado del arco desoldadura. Algunos procesos tienen una mayor capacidad depenetracin que otros. Las soldaduras en caeras sonespecialmente vulnerables a este tipo de discontinuidad, dadoque el lado interior es usualmente inaccesible.


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Croquis conpenetracin

completa eincompleta



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Croquis conpenetracin

incompleta



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Placaradiogrfica

con falta depenetracin



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5) Fisuras (Cracks)

Ocurren en el metal base y en el metal de aporte,cuando las tensiones localizadas exceden laresistencia ltima del material. La mayor parte delas normas utilizadas consideran que las fisurasson, independientemente de su longitud, defectos y

por lo tanto una vez detectadas deben removerse,eliminarse.


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Las fisuras pueden clasificarse en: a) Fisuras en caliente: se

desarrollan durante la solidificacin ysu propagacin es intergranular(entre granos).

b) Fisuras en fro: se desarrollanluego de la solidificacin, sonasociadas comnmente confragilizacin por hidrgeno. Se

propagan entre y a travs de losgranos (inter y transgranular).

Croquis con varios tipos de fisuras



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Placaradiogrfica

con fisuralongitudinalde raz



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Placaradiogrfica

mostrandotres fisurastransversales



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6) Socavadura / mordedura (Undercut)

Asociadas generalmente con tcnicas inapropiadasy/o corrientes excesivas de soldadura. Lasocavadura es una muesca o canaleta o hendiduraubicada en los bordes de la soldadura; es unconcentrador de tensiones y adems disminuye el

espesor de las planchas o caos, todo lo cual esperjudicial. Pueden darse en la raz o en la cara dela soldadura.


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Croquis,algunos

mostrandosocavadurasde cara y deraz.



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Placaradiogrfica

mostrandosocavadurade cara



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Placaradiogrfica

mostrandosocavadurade raz.



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7) Concavidad(Underfill)

Se produce cuando elmetal de soldadura en

la superficie de la caraexterna, o en lasuperficie de la razinterna, posee un nivelque est por debajo de

la superficie adyacentedel metal base.

8) Garganta insuficiente(Insuficient throat)

Puede ser debido a una depresin enla cara de la soldadura de filete,disminuyendo la garganta, cuya

dimensin debe cumplir laespecificacin dada por el proyectistapara el tamao del filete.

9) Catetos demasiado cortos(Insuficientlegs)

Es un tamao menor que el adecuadopara su uso, en los catetos de lasoldadura de filete. Es de ndole similara la discontinuidad anterior.


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10) Solape (Overlap) (Metal desoldadura apoyado sobre elmetal base sin fundirlo)

Es la porcin que sobresale delmetal de soldadura ms all del

lmite de la soldadura o de su raz.Se produce un falso borde de lasoldadura, estando el metal desoldadura apoyado sobre el metalbase sin haberlo fundido (como quese derram el metal fundido sobreel metal base). Puede resultar porun deficiente control del proceso desoldadura, errnea seleccin de losmateriales, o preparacin del metalbase inapropiados.



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11) Sobremonta excesiva (Weldreinforcement)

La sobremonta es un concentrador de tensiones y,adems, un exceso de sta aumenta las tensionesresiduales, presentes en cualquier soldadura,debido al aporte sobrante. Por estos motivos las

normas limitan el valor de R, que en general nodebe exceder de 1/8(3mm).


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12) Laminaciones(Laminations)

Son discontinuidades planas

y alargadas en el metalbase, encontrndosenormalmente en la partemedia del espesor de losmateriales forjados (comolo son las planchas de acero

utilizadas para construccinde recipientes o tanques,que se producen porlaminado (rolado), el cuales un proceso de forja).

13) Fisuras laminares(Lamellartears)

Son fracturas en forma deterraza en el metal base,con orientacinbsicamente paralela a lasuperficie forjada. Son

causadas por altosesfuerzos en la direccindel espesor que resultan delproceso de soldadura.


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14) Golpes de arco / apertura dearco / arranque de arco /chisporroteo (en el material

base fuera de la soldadura)(Arc strike)

Imperfeccin localizada en lasuperficie del metal base,caracterizada por una ligera adicin

o falta de metal, resultante de laapertura accidental del arcoelctrico.



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15) Desalineacin (High Low)

Esta discontinuidad se da cuandoen las uniones soldadas a topelas superficies que deberan serparalelas se presentan

desalineadas; tambin puededarse cuando se sueldan doscaos que se han presentadoexcntricamente, o poseenovalizaciones. Las normas limitanesta desalineacin, normalmente

en funcin del espesor de laspartes a soldar.

Es frecuente que en la raz de lasoldadura esta desalineacinorigine un borde sin fundir.

16) Salpicaduras (Spatter) Son los glbulos de metal de aporte

transferidos durante la soldadura yadheridos a la superficie del metal base,o a la zona fundida ya solidificada. Es

inevitable producir cierto grado desalpicaduras, pero deben limitarseeliminndose, aunque ms no sea poresttica, de la superficie soldada. Lassalpicaduras pueden ser origen demicrofisuras (como los arranques de

arco sobre el metal base), ysimultneamente son un punto de iniciode la oxidacin en superficies pintadasya que tarde o temprano estos glbulospodrn desprenderse del metal base,llevando consigo la pintura superficial

all localizada.


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17) Penetracin excesiva(Excesive penetration)

En una soldadura simpledesde un solo lado(tpicamente soldaduras decaeras), estadiscontinuidad representaun exceso de metal

aportado en la raz de lasoldadura que da lugar adescolgaduras de metalfundido.



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Placaradiogrfica

conpenetracinexcesiva.


DISCONTINUIDADES Y


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18) Rechupes (de crter)

Es la falta de metal de soldadura resultante de la contraccinde la zona fundida, localizada en la cara de la soldadura.

19) Porosidad alargada en la raz (Hollow - bead porosity(HB))

Es definida como una porosidad alargada alineada a lo largo dela lnea central de la soldadura que ocurre a lo largo del cordnde raz de la soldadura.

20) Quemn (Burn - Through (BT)) Es definida como una porcin del cordn de raz donde una

excesiva penetracin ha causado que el metal de soldadura seasoplado hacia el interior, o puede que se descuelgue unexcesivo metal fundido. Suele presentarse como una depresinno alargada, en forma de crter, en la raz.


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Placaradiogrfica

conquemones:



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GRACIAS PAYSAND

GRACIAS COMISINORGANIZADORA DEL PAYEND2005

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