ABSTRACTThe evenmatched welding conditions in FCAW-G process were used in API 5L X80 steel. In this study, two joint geometries (bevel 25 and 35) with different process parameters were used. Each type of joint was welded with one type of consumable: AWS E81T1-Ni1C (evenmatched), with variation of heat input. During welding the voltage and current varied in a range, in order to preserve the transfer mode by short circuit. For each welded joint, it was studied the influence of these welding parameters in the weld metal's quality and, the influence of the bevel angle in the extent of heat affected zones and their correlated mechanical properties. The microstructures were characterized by optical and scanning microscopy, in which the qualitative analyses of microconstituents were performed in transverse sections of weld bead. The mechanical properties for each condition were obtained by uniaxial tensile, hardness, impact and bending tests, allowing the comparison between the different parameters. The tensile test results obtained with a smaller bezel angle had mechanical resistance slightly higher than those of bigger angle joint. Consumables with the same mechanical strength of the base metal (evenmatched) presented performances consistent with their levels of resistance and proved to be viable, depending on the application.Keywords:FCAW process, evenmatched welding, API 5L X80 steel

INTRODUCCINLos procesos de soldadura utilizados en la API 5L aceros han sido conservadores. Siguiendo Quintana y Johnson la fabricacin de una unin soldada utilizando un solo consumible es ni prctico ni coste bajo.Por ejemplo, muchos en las tuberas de lnea se producen utilizando tanto SMAW de pasada de raz y FCAW-S para pases de relleno.La fabricacin de grandes composiciones o estructuras que normalmente implica la soldadura utilizando tanto GMAW y FCAW-G procesos en industrias o procesos SMAW y FCAW-S en el campo.Los procesos de soldadura de viradas y el ajuste se hacen generalmente por SMAW, y finalizaron con otros procesos de soldadura para lograr mayores tasas de deposicin.Estos ejemplos de aplicaciones ilustran que las mezclas de diferentes metales de soldadura pueden ocurrir en una sola articulacin.Estos patrones indican que una mezcla de diferentes materiales de relleno y el proceso se produce con frecuencia como una parte normal del proceso de fabricacin.Por el contrario, muchos consumibles de soldadura se optimizan sin considerar subyacentes a efectos de dilucin del metal de base o las diferentes composiciones qumicas del metal de soldadura.Es habitual clasificar las soldaduras como superados, evenmatched o sub-ajustadas, si el valor del lmite de elasticidad o tensin ltima de la WM es respectivamente superior, igual o inferior a la MM.Soldadura superados se usa comnmente en componentes estructurales bajo estrs (AWS D1.1).Soldadura sub-ajustadas se utiliza a veces en las articulaciones estructurales de acero de alta resistencia con el fin de minimizar la tendencia a hidrgeno-agrietamiento inducido en metal soldado, la reduccin o prevencin costo adicional de precalentamientoGraf y Niedorhoffanalizaron el desempeo de las soldaduras superados y sub-ajustadas en placas de prueba.Sus resultados sugieren que es aceptable para realizar la soldadura con AWS E 9010-G electrodos celulsicos en X70 grado, y en algunos casos en el grado X80.Estos resultados demuestran que este mtodo es adecuado para acero API 5L X80.En una revisin, Loureiromostr que las juntas de soldadura (WJ) son naturalmente materiales heterogneos, presentando variaciones en las microestructuras y propiedades mecnicas (dureza, resistencia y tenacidad) a travs del metal de soldadura (WM) y la zona afectada por el calor (HAZ).Un fenmeno de la mezcla con diversos metales de soldadura y dilucin, y los ciclos trmicos complejos en ZAC puede producir diferentes microestructuras (Quintana y Johnson, Loureiro y Fernandes).Rendimiento WJ parece depender del tamao y nivel de desacuerdo en la fuerza y la dureza de cada rea de la WJ (Toyoda et al.).Segn Utterberg y Svensson, el aumento de contenido de nquel en los cables de rutilo asociados con un aumento de la dureza puede ser explicado por el refinamiento de grano.Para Evans9el aumento de contenido de nquel en el metal de soldadura disminuye la cantidad de ferrita primaria, en otras palabras, hay una reduccin de las venas de ferrita preponderantes un aumento de volumen de ferrita acicular sobre ferrita de segunda fase.Vieira10en su evaluacin sobre la tenacidad del metal de soldadura con alambre de AWS-81T1 Ni1, segn ASME A 5.29 y PETROBRAS N-189 estndares, utilizando las tensiones en torno a 27 V a 28 V, corriente de aproximadamente 188 A a 270 A, y soldadura velocidades de entre 3,67 mm / s a 6,35 mm / s, obtenidos acicular microestructura de ferrita en las regiones columnar.En este estudio, la calidad de los procedimientos evenmatched FCAW-G se evaluaron a travs de las propiedades de la microestructura de correlacin / mecnicas de las uniones soldadas en acero API 5L X80.Se hace hincapi en los procedimientos de soldadura que se llevaron a cabo en su totalidad con un solo tipo de consumible evenmatched (AWS E81T1-Ni1C).2. Material y mtodosEl metal base utilizado en este estudio fue API 5L X70 acero tubera, conformada por el proceso UOE, con un dimetro nominal de 864 mm (34 "), espesor de 19 mm. Durante la fabricacin de las chapas de acero fueron producidos por laminacin controlada sin enfriamiento acelerado (TMCP - proceso controlado termomecnica). Las composiciones qumicas de las propiedades del acero y mecnicos se presentan enlas tablas 1y2respectivamente Utilizando las ecuaciones segn lo recomendado por el Instituto Internacional de la Soldadura (IIW) y por la norma API 5L.[11], la valores (modificado de craqueo parmetro) PCM = 0,15 y CE (carbono equivalente) = 0,40 se obtuvo, tomando como base la composicin qumica del material de base como se muestra enla Tabla 1.El alambre consumible utilizado en este estudio fue E81T1-Ni1C (evenmatched), con dimetro de 1,2 mm para los procesos FCAW-G siguiente A5.29 (AWS SFA-5,29[13]) estndar.De acuerdo con la informacin indicada en el Certificado de Calidad, con fecha de 06.10.2009, emitida por el fabricante, el consumible E81T1-Ni1C pertenece a VT924T4658.Tabla 3presenta la composicin qumica de los consumibles.De la misma manera, las propiedades mecnicas del alambre tubular soldada como se muestran en laTabla 4.

2.1.Procedimiento de soldaduraLas muestras para la soldadura fueron cortados de la tubera en direccin longitudinal.De acuerdo con las recomendaciones del fabricante, la geometra de la junta ms adecuada tiene las siguientes medidas: espesor de 19 mm, la altura de la nariz de 1,5 mm a 2,0 mm y la nariz apertura de 2,0 mm a 2,5 mm para un ngulo de bisel de 35 .A fin de reducir la utilizacin de consumibles, se experiment un ngulo de bisel de 25 .La figura 1ilustra la geometra de las articulaciones esquemtica.

Tabla 5presenta las especificaciones de procedimientos de soldadura para el proceso FCAW-G.En estas especificaciones, se produjeron algunos cambios en los parmetros de soldadura teniendo en cuenta la geometra de la ranura, corriente de soldadura y la tensin del arco.Incluso con estos cambios, se utilizaron los parmetros de soldadura dentro de los intervalos recomendados por los fabricantes de electrodos consumibles, de acuerdo con la ASME-IX[14]estndar.Por lo general, los intervalos y soldadura actuales velocidad, tanto con la extensin de largo, se utilizan en el procedimiento de soldadura para evitar el metal base para ser atravesado por un alambre en la nariz bisel.La razn es que los valores utilizados en estos parmetros en los pases de raz y calientes son demasiado bajos.La temperatura entre pasadas tiene el objetivo de minimizar la tendencia al agrietamiento inducido por el hidrgeno en el metal soldado.Temperatura mxima entre pasadas de 150 C seguido las instrucciones del fabricante de alambre.Las temperaturas entre pases se obtuvieron utilizando un pirmetro ptico con permitividad y la exactitud alrededor de 0,1 C ajustable.El palo fuera del alambre se midi con una cinta mtrica de metal con una precisin de 1 mm.La velocidad de soldadura se estim midiendo el tiempo de cada pase, dividido por la distancia recorrida.La entrada de calor (H) se calcul sobre la base de la Ecuacin 1. Durante la soldadura, la eficiencia trmica (del proceso se consider como= 0,80, V (tensin de soldadura), I (corriente de soldadura) y v (velocidad de soldadura).

2.2.Caracterizacin microestructuralLa caracterizacin microestrutural se realiz despus de la preparacin metalogrfica tradicional, en el que se utilizaron papeles de lija con una granulometra de 220, 320, 400, 600 y 1000 de malla.Despus de lijar, las superficies se pulieron usando pasta de diamante de 1 m.Despus de pulir, las muestras fueron ligeramente grabadas con Nital 5% para un perodo de 5 segundos a 10 segundos.Los anlisis macroscpicos se llevaron a cabo en un estereoscopio con un aumento de menos de 10 veces, y los anlisis microscpicos fueron realizadas por la microscopa ptica y microscopa electrnica de barrido (SEM).La caracterizacin microestructural se realiz en una muestra de cada condicin de soldadura diferente en las siguientes regiones: el metal base, la zona y la fusin de zona afectada por el calor.

2.3.Ensayos mecnicosPara cada condicin de soldadura se prepararon dos muestras de ensayo con reducidas secciones transversales, de acuerdo con ASME IX[14].Las muestras se ensayaron en una mquina de traccin uniaxial con una velocidad de cruceta de 1 mm / min, siguiendo la gua de ASTM A370[12].Para el ensayo de flexin seis especmenes fueron elaborados para cada condicin de soldadura.Cada muestra tenan una seccin transversal de 10 19 mm, siguiendo ASME IX[14], que se someti a las pruebas de flexin guiada de conformidad con las posiciones: cara, la raz y las transversales laterales, sosteniendo un ejemplar por cada cara y races posiciones y cuatro para lateral posicin.La flexin se llev a cabo en una prensa hidrulica donde el material fue conformada plsticamente hasta que el espcimen alcanz 120 grados o rompieron antes de entonces.Las mismas muestras utilizadas para la caracterizacin microestrutural fueron sometidos a la prueba de micro dureza, siguiendo la norma ASTM E384[15]estndar.Prueba de dureza Micro tuvo como parmetros una carga de 300 gramos, el tiempo de sangra de 20 segundos y una ampliacin de la imagen de impresin de 40 veces.Para cada condicin de soldadura, la microdureza fue tomada en seccin transversal de la muestra, teniendo en cuenta la zona central de la junta soldada en el que seis puntos en cada lado de 0,5 mm distantes unos de otros, y todos ellos en lnea a 3 mm de la superficie libre.Las pruebas de impacto Charpy se realizaron en una mquina permiten producir hasta 300 J de los impactos de la energa, de acuerdo con la norma ASTM A 370[12]estndar.Cada condicin de soldadura se prob en regiones WM y HAZ con temperaturas entre 0 C e 25 C (temperatura ambiente).Tres muestras se ensayaron para cada temperatura.En virtud de la temperatura de 1 C, las muestras se mantuvieron en un bao de salmuera a una temperatura de alrededor de (- 10 C) durante un tiempo de 10 minutos.Despus de este tiempo, las muestras fueron retiradas de la salmuera y llevados a la mquina que esperar el momento en que la temperatura alcanz los 0 C 1 C.Durante la prueba, la monitorizacin de la temperatura se llev a cabo utilizando un pirmetro ptico con lser permitividad ajustable.Para estas pruebas, las muestras se mecanizan y terminadas en el que las muescas se colocaron en dos regiones diferentes: uno en el metal de soldadura y otro en HAZ, comola Figura 2y3.

3. RESULTADOS Y DISCUSIN3.1.Rendimiento de soldaduraLa soldadura de cada condicin fue seguido y se describe en la soldadura de informes de seguimiento y los parmetros utilizados se resumen enla Tabla 6. Se observ que la condicin de soldadura G-5 (35 ) y G-7 (25 ) exigieron un calor ms pequea de entrada, con promedio de 0.60 kJ / mm para G-5 (35 ) y 0,53 kJ / mm para G-7 (25 ), ya que tiene la geometra Bisel diferente, se suelda con menores valores de tensin y corriente.La variacin de la velocidad de soldadura entre las condiciones no fue significativa para justificar las variaciones sustanciales en las entradas de calor.Aunque se mantuvieron los parmetros de soldadura dentro de los rangos especificados (Tabla 5), las variaciones resultantes justifican los cambios en las entradas de calor para cada condicin.En general, se puede observar que el tiempo de soldadura fue ms corta cuando se utiliz el ngulo inferior (25 ), independientemente de la entrada de calor.3.2.Caracterizacin MicrostruturalLas caracterizaciones microestrutural llevadas a cabo por microscopa ptica mostraron que, en esta escala de observacin, las microestructuras se compone de granos ferrticos ligeramente enriquecido con perlita en los contornos.Enla Figura 4, condicin G-8 (0,68 kJ / mm), presenta el tamao de grano de aproximadamente 10 micras, mientras que enla Figura 5, condicin G-7 (0,53 kJ / mm) muestra el tamao de grano ms pequeo, justificado por la entrada de calor ms pequea en comparacin con el G-8 condicin.

La condicin G-7 y G-8, en esta escala de observacin ya muestra la tendencia de producir microconstituyentes aciculares en el metal de soldadura como se predijo por Evans9, aunque se observ que la mayora de ferrita poligonal en la microestructura.Las condiciones G-7 y G-8, con entradas de calor promedio de 0,63 kJ / mm y 0,68 kJ / mm, respectivamente, su condicin de enfriamiento fue ms lenta en comparacin con la propuesta por Vieira10.Este resultado sugiere que la obtencin de ferrita acicular en una forma masiva en el metal de soldadura slo es posible en condiciones de enfriamiento superiores.La caracterizacin microestrutural tambin se realiz en una escala ampliada.Para una mejor identificacin de los microelementos, los anlisis se llevaron a cabo por microscopa electrnica de barrido (SEM).La zona de fusin de la G-7 y G-8 se muestran enlas Figuras 6y7.

Figuras 6presenta perlita (P) y los constituyentes de martensita-austenita (MA) en una matriz de ferrita.Enla Figura 7(G-8) se percibe algunas islas de austenita retenida (AR), el constituyente MA y un grano que contornos tienen una pequea presencia de constituyentes acicular (FA) en la regin central.Estudios anteriores explican el origen y los efectos de los microelementos en unin soldada (Aquino Filho16).Los macrografas mostrados enlas Figuras 8y9son particularmente relacionado a las condiciones G-6 y G-8, con el bisel de 35 y 25 .A pesar de que presentan diferentes geometras, estas dos articulaciones tienen aproximadamente la misma anchura de HAZ: 2,2 mm para G-6 y 2,1 mm para G-8.Las otras mediciones medida HAZs eran 2,0 mm para G-5 y 1,8 mm para G-7, como se muestra enla Tabla 7. Teniendo en cuenta la entrada de calor en relacin con haz se puede decir que para una mayor entrada de calor mayor es el ancho de HAZ.Esto sugiere la anchura ZAC slo depende de los valores de las entradas de calor proporcionados en cada pasada.Estos macrografas delas figuras 8y9tambin demuestran el menor consumo de los consumibles con ngulo de 25 bisel.

Material y mtodo Metal base y aporte de soldaduraUno de los materiales base utilizado para este trabajo es un acero microaleado templado y revenido para uso estructural ASTM A514 Gr. B con un espesor de 25 mm. En la Tabla 1 se indica la composicin qumica y los valores de carbono equivalente CE y Pcm, calculados de acuerdo con las expresiones (1) y (2) respectivamente, mientras que en la Tabla 2 se muestran las propiedades mecnicas.

PROCESO OPERACIONAL: Aliste todos los elementos de seguridad, Prepare y ponga en marcha el equipo para soldar al arco, seleccione, amperaje, y polaridad, Prepare la pulidora, posicionar los niples para el pase de raiz, Aplicar pase de raiz esmerilando el sitio de los empalme segun norma, Esmerilar pase de raiz y preparar superficie para aplicar pase caliente segun norma, Aplicar pase caliente segun norma, Limpiar con grata el pase caliente y preparar superficie para aplicar pase de relleno segun norma, Aplicar pase de relleno y presentacion segun norma, Limpiar pase de presentacion con la ayuda de la grata y evaluar resultados

4. CONCLUSIONESLa soldadura de API 5L X 70 de acero se puede lograr con evenmatched (E81T1-Ni1C) consumibles.Dependiendo de las condiciones de funcionamiento de tuberas, ya que los parmetros de soldadura reproducir el mismo modo de transferencia por corto circuito, por lo que las propiedades mecnicas se puede lograr como este estudio muestra.Las condiciones que mostraron mayor variacin dureza y nivel de resistencia menor impacto se justifican por la entrada de calor promedio ms alto.La ruptura de todos los especmenes en el metal de soldadura en las pruebas de tensin se explica por los valores de la resistencia lmite del metal de base es ms alta que el metal de soldadura.Los ensayos de flexin laterales nico presentan discontinuidad medibles.Estos resultados siguen la AWS A5.29[13]y ASME IX[14]las normas.El anlisis microestructural mediante microscopa ptica revel una tendencia de producir microconstituyentes aciculares en el metal de soldadura aunque ferrita poligonal todava es predominante en la microestructura. Este resultado sugiere que la obtencin de ferrita acicular en una forma masiva en el metal de soldadura slo es posible en condiciones de enfriamiento superiores.El anlisis realizado por microscopa electrnica de barrido mostr en cada condicin de la MA microconstituyentes, la austenita retenida y las huellas ferrita acicular en el metal de soldadura.

ESPECIFICACIN DE PROCEDIMIENTO DE SOLDADURAAPI 1104

REFERENCIA:API STANDART 1104, 5.2FECHA:Mayo de 2015

PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA N:CEC-API1104-01

COMPAA: GRUPO 5 - TECSUPSOLDADURA DE: TUBERA

PROCESO: FCAW

MATERIAL: API 5L X 70YIELD STRENGHT: 70 000 PSI

DIMETRO: 32SCH: 80DIMETRO 812.8 mm

ESPESOR DE PARED:

DISEO DE LA JUNTA: BISEL EN V

METAL DE APORTE: AWS A5.29E8045-P2 H4RNUMERO DE PASES: 1

CARCTERSTICAS ELECTRICAS: DC(-) E8045-P2 H4R

POSICIN: 45

DIRECCIN DE SOLDEO: Vertical Ascendente

NUMERO DE SOLDADORES: 1

TIEMPO ENTRE PASES: N.A.

TIPO DE ALINEADORES: Puntos de soldadura, platinasREMOCIN DE ALINEADORES: Pulidora

LIMPIEZA Y/O PULIMENTO: Pulidora y grata

PRECALENTAMIENTO: 66C

FUNDENTE DE RESPALDO: N.A.

VELOCIDAD DE AVANCE: 9-11 inch/min

ESQUEMA DE LA JUNTA:

T = 37.6 mmAproximado 1/8SECUENCIA DE PASESSECUENCIA DE PASES

TAMAO DEL ELECTRODO Y NMERO DE PASES

PASE NELECTRODODIMETROVOLTAJEAMPERAJEPOLARIDADVELOCIDAD

2E81T8-G1.2 mm18.5-19205-215NEGATIVA9-11 inch/min

ElaborFernando Huaman DazRevisIng. Ignacio MamaniAprobIng. Ignacio Mamani

FechaMayo de 2015FirmaFecha

ANEXOS

Bibliografahttp://www.lincolnelectric.com/assets/global/Products/Consumable_PipelinerConsumables-Pipeliner-PipelinerNR-208-XP/c110019.pdfhttp://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1516-14392014000200002&script=sci_arttexthttp://www.tormeneamericana.com.ar/public/TA3245A%20-%20DOCUMENTACION/DATABOOK/02.-Documenatacion%20de%20Soldadura/Procedimiento%20Especificaci%F3n%20de%20Soldadura/WPS-14G-2-FCAW.pdfhttp://repositorio.uis.edu.co/jspui/bitstream/123456789/1314/2/134781.pdfhttp://www.woodcousa.com/line_pipe_properties.htmhttp://www.api5lx.com/api5lx-grades/http://sergioelguapo.org.mx/ESIME/ISISA/actividades_dinamica_fluidos/imagenes/bernoulli/cedula80.jpg