Tecnología y el Control Avanzado de Soldadura Aplicados a Vigas Prefabricadas Metálicas en Acero Armadas: Procesos, Calificación, Ensayos, Optimización y Aseguramiento de Calidad para Bogotá y toda Colombia.

La fabricación de vigas prefabricadas metálicas en acero, un componente esencial en la construcción moderna de edificaciones y proyectos de infraestructura en Colombia, demanda un nivel superior de precisión y fiabilidad. Dentro de este contexto, la tecnología y el control avanzado de soldadura representan la columna vertebral que garantiza la integridad estructural, la durabilidad y la seguridad de estas piezas críticas. La correcta ejecución de las uniones soldadas no es meramente un paso operativo, sino un proceso de ingeniería de alta complejidad que involucra la selección meticulosa de técnicas, la calificación rigurosa del personal, la aplicación sistemática de inspecciones y la implementación de tecnologías de vanguardia. En entornos urbanos densos como Bogotá, donde las normativas de construcción y los requerimientos sísmicos son particularmente exigentes, la excelencia en la soldadura de vigas prefabricadas adquiere una relevancia aún mayor.

El dominio sobre los diversos procesos de soldadura disponibles es el primer pilar de un sistema avanzado. La capacidad de seleccionar y aplicar el método más adecuado para cada unión específica, considerando factores como el tipo de acero, el espesor del material, la posición de soldadura, los requisitos de productividad y las propiedades mecánicas deseadas, es determinante para el éxito del proyecto. No se trata solo de conocer los procesos, sino de entender profundamente sus capacidades, limitaciones y la interacción con los materiales base.

Dominio y Selección Óptima de Procesos de Soldadura para Vigas Prefabricadas

La industria de fabricación de estructuras metálicas en Colombia, y específicamente en la producción de vigas prefabricadas, emplea una gama de procesos de soldadura por arco eléctrico. La selección entre ellos no es arbitraria, sino el resultado de un análisis técnico detallado para optimizar la calidad, la eficiencia y la economía de cada aplicación particular. A continuación, se describen los procesos más relevantes y sus consideraciones de selección:

Soldadura por Arco Sumergido (SAW - Submerged Arc Welding)

El proceso SAW es altamente valorado por su elevada tasa de deposición y su capacidad para producir soldaduras de alta calidad con excelente penetración y apariencia uniforme. Opera mediante un arco eléctrico establecido entre un electrodo continuo (alambre) y la pieza de trabajo, con el arco y el metal fundido cubiertos por un manto de fundente granular (flux). Este fundente protege el baño de soldadura de la contaminación atmosférica, aporta elementos de aleación y ayuda a formar la escoria que protege el cordón mientras se enfría.

• Ventajas: Altas velocidades de soldadura y tasas de deposición, excelente calidad del cordón, buena penetración, mínimo humo y salpicaduras (el arco está cubierto), alta eficiencia del operario (proceso a menudo automatizado o semiautomatizado).
• Limitaciones: Generalmente limitado a posiciones planas (1F, 1G) y horizontales (2F), requiere equipo especializado, el fundente puede quedar atrapado si no se maneja adecuadamente, no es fácilmente portable.
• Aplicaciones Típicas en Vigas Prefabricadas: Soldaduras longitudinales de almas a alas en vigas tipo I o H, soldaduras de tope en planchas gruesas para fabricar secciones compuestas, recargues superficiales. Su alta productividad lo hace ideal para la fabricación en taller de grandes volúmenes de vigas estandarizadas.

Soldadura por Arco Metálico con Gas (GMAW - Gas Metal Arc Welding)

Conocido popularmente como MIG (Metal Inert Gas) o MAG (Metal Active Gas), dependiendo del gas de protección utilizado (inerte como Argón o Helio, o activo como CO2 o mezclas Ar/CO2). En este proceso, un arco eléctrico se forma entre un electrodo de alambre continuo y la pieza de trabajo. El metal fundido es protegido de la atmósfera por un flujo de gas suministrado externamente.

• Ventajas: Buena versatilidad en términos de materiales y posiciones de soldadura, alta eficiencia y velocidad comparado con SMAW, fácil de automatizar, genera menos escoria que SAW o FCAW, buena apariencia del cordón.
• Limitaciones: Requiere protección contra corrientes de aire que puedan dispersar el gas de protección (problemático en campo), equipo más complejo y menos portable que SMAW, posibilidad de falta de fusión si los parámetros no son correctos.
• Aplicaciones Típicas en Vigas Prefabricadas: Soldaduras de filete entre alma y alas, soldaduras de rigidizadores, placas de conexión, elementos secundarios. Es muy utilizado en talleres de fabricación por su flexibilidad y velocidad, especialmente en espesores medios. En Colombia, su uso está extendido tanto en procesos manuales como semiautomáticos y robotizados.

Soldadura por Arco con Núcleo Fundente (FCAW - Flux Cored Arc Welding)

Este proceso es similar al GMAW, pero utiliza un electrodo tubular continuo que contiene un fundente en su interior. Existen dos variantes principales: FCAW-G (protegido con gas externo adicional, similar a GMAW) y FCAW-S (autoprotegido, donde la descomposición del fundente genera los gases de protección necesarios).

• Ventajas: Altas tasas de deposición (especialmente FCAW-G), buena penetración, excelente apariencia del cordón, mayor tolerancia a la contaminación superficial que GMAW. La variante FCAW-S es muy ventajosa para trabajos en exteriores o en campo, ya que no requiere gas de protección externo.
• Limitaciones: Genera más humo y salpicaduras que GMAW, produce escoria que debe ser eliminada entre pasadas, el equipo es similar en complejidad a GMAW.
• Aplicaciones Típicas en Vigas Prefabricadas: Similar a GMAW, pero a menudo preferido para espesores mayores o cuando se requiere mayor productividad. FCAW-S es invaluable para soldaduras en sitio o reparaciones donde la protección gaseosa es difícil de mantener. En la fabricación de vigas robustas para puentes o edificaciones de gran altura en Bogotá, el FCAW es frecuentemente seleccionado por su robustez.

La selección del proceso óptimo implica considerar múltiples factores interrelacionados:

• Material Base: Tipo y grado del acero, su soldabilidad inherente.
• Espesor del Material: Determina la necesidad de penetración y la cantidad de metal a depositar. Procesos como SAW son ideales para grandes espesores.
• Tipo de Junta y Posición de Soldadura: SAW está limitado en posición, mientras que GMAW y FCAW ofrecen mayor flexibilidad.
• Requisitos de Calidad y Propiedades Mecánicas: Normativas aplicables (como la AWS D1.1/D1.1M, "Código de Soldadura Estructural - Acero", ampliamente referenciada en Colombia) especifican criterios de aceptación y pueden influir en la elección del proceso.
• Productividad y Costo: Tasas de deposición, eficiencia del operario, costo de consumibles y equipos. La automatización (SAW, GMAW robotizado) puede incrementar la productividad significativamente.
• Condiciones Ambientales: Necesidad de protección gaseosa (GMAW, FCAW-G) vs. autoprotección (FCAW-S) o protección por fundente (SAW).
• Disponibilidad de Equipo y Personal Calificado: La infraestructura del taller y la pericia de los soldadores son factores prácticos decisivos.

A continuación, se presenta una comparación general de los procesos de soldadura comúnmente utilizados en la fabricación de vigas prefabricadas:

Un fabricante avanzado de vigas prefabricadas en Colombia no solo domina estos procesos individualmente, sino que posee la capacidad de integrar el proceso más eficiente y de mayor calidad para cada tipo de unión dentro de una misma viga, utilizando sistemas manuales, semiautomáticos, mecanizados o robotizados según convenga.

Gestión Rigurosa de la Calificación y Certificación Continua de Soldadores

La habilidad y el conocimiento del soldador son tan importantes como el proceso y el equipo utilizados. Las normativas internacionales y nacionales, con la AWS D1.1/D1.1M siendo una referencia primordial en Colombia para estructuras de acero, establecen requisitos estrictos para la calificación de soldadores. Esta calificación asegura que el individuo posee la destreza necesaria para producir soldaduras sanas y con las propiedades mecánicas requeridas, utilizando un procedimiento de soldadura específico (WPS).

La gestión de la calificación implica un proceso sistemático:

1. Programa de Entrenamiento: Implementación de programas de formación inicial y continua para asegurar que los soldadores comprendan los fundamentos de la soldadura, la lectura de planos y WPS, las técnicas específicas del proceso a utilizar, y los criterios de aceptación visual y de END.
2. Calificación Inicial (WPQR - Welder Performance Qualification Record): Antes de realizar soldaduras de producción, cada soldador debe demostrar su habilidad realizando una probeta de ensayo bajo la supervisión de personal calificado. Esta probeta se realiza siguiendo un WPS específico o un procedimiento de calificación estandarizado. Las condiciones de ensayo (material, espesor, posición, proceso) definen el rango de calificación obtenido por el soldador.
3. Ensayos de las Probetas: Las probetas de calificación son sometidas a ensayos destructivos (generalmente doblado de cara, raíz y/o lateral) y/o no destructivos (inspección visual, radiografía o ultrasonido) según lo especificado por el código aplicable (AWS D1.1). Los resultados deben cumplir con los criterios de aceptación del código.
4. Emisión de Certificados: Una vez aprobados los ensayos, se documenta la calificación del soldador en un registro (WPQR o certificado de calificación), detallando las variables esenciales de la prueba y el rango para el cual está calificado (procesos, materiales, espesores, posiciones, diámetros, etc.).
5. Mantenimiento de la Calificación: La calificación de un soldador no es permanente. Según AWS D1.1, la calificación generalmente permanece vigente indefinidamente, a menos que el soldador no haya soldado con el proceso específico durante un período superior a seis meses, o exista una razón específica para cuestionar su habilidad. Las empresas implementan sistemas para verificar la continuidad del uso del proceso por parte del soldador (registros de soldadura, bitácoras).
6. Re-calificación: Si la calificación expira o hay dudas sobre la habilidad del soldador, se requiere una re-calificación, que puede implicar repetir la prueba de calificación original o realizar ensayos adicionales.
7. Registros y Trazabilidad: Mantener una base de datos actualizada de las calificaciones de todos los soldadores, incluyendo fechas de calificación, rangos aprobados y fechas de último uso del proceso, es vital para la asignación de tareas y para demostrar el cumplimiento normativo ante clientes y entidades reguladoras en Colombia.

Un programa robusto de calificación y certificación continua no solo cumple con los requisitos normativos, sino que también fomenta una cultura de calidad y competencia técnica dentro del equipo de soldadura, lo cual es indispensable para la fabricación de vigas prefabricadas de alta responsabilidad estructural.

A continuación, se detallan algunos elementos clave considerados en la calificación de soldadores según normativas tipo AWS D1.1:

La inversión en la calificación y el desarrollo continuo de los soldadores es una inversión directa en la calidad y fiabilidad de las vigas prefabricadas producidas, asegurando que cada unión soldada sea ejecutada por personal competente y certificado según los estándares más exigentes de la industria en Colombia.

Aplicación Sistemática de Ensayos No Destructivos (END)

Los Ensayos No Destructivos (END), también conocidos como NDT por sus siglas en inglés (Non-Destructive Testing), son un conjunto de técnicas de inspección que permiten evaluar la integridad y detectar discontinuidades internas o superficiales en las soldaduras sin dañar la pieza inspeccionada. Son una herramienta indispensable en el control de calidad avanzado de las vigas prefabricadas, ya que proporcionan una verificación objetiva de la sanidad de las uniones críticas. La selección y aplicación adecuada de los métodos END es vital para asegurar que las soldaduras cumplen con los criterios de aceptación definidos por las normativas aplicables (como AWS D1.1) y los requisitos específicos del proyecto.

La batería de END comúnmente aplicada en la fabricación de vigas metálicas en Colombia incluye, pero no se limita a:

Inspección Visual (VT - Visual Testing)

Es el método de END más básico, pero fundamental. Se realiza antes, durante y después de la operación de soldadura. Permite detectar discontinuidades superficiales como:

• Dimensiones incorrectas del cordón (tamaño de filete, altura de refuerzo).
• Perfil inadecuado (concavidad excesiva, convexidad excesiva).
• Socavaciones (undercut).
• Porosidad superficial.
• Fisuras superficiales.
• Salpicaduras excesivas.
• Falta de fusión superficial.
• Otros defectos de acabado.

La VT debe ser realizada por personal calificado (por ejemplo, inspectores certificados CWI - Certified Welding Inspector de AWS, o equivalentes reconocidos en Colombia), utilizando herramientas como galgas de soldadura, lupas y buena iluminación. Aunque parece simple, una inspección visual rigurosa puede identificar muchos problemas potenciales y es siempre el primer paso en la evaluación de una soldadura.

Líquidos Penetrantes (PT - Penetrant Testing)

Este método se utiliza para detectar discontinuidades abiertas a la superficie en materiales no porosos. Es eficaz para encontrar fisuras finas, porosidad superficial y otros defectos que podrían no ser visibles a simple vista. El proceso generalmente implica:

1. Limpieza de la superficie.
2. Aplicación del líquido penetrante (coloreado o fluorescente).
3. Tiempo de penetración para que el líquido entre en las discontinuidades.
4. Eliminación del exceso de penetrante de la superficie.
5. Aplicación de un revelador, que extrae el penetrante atrapado en las discontinuidades, haciéndolas visibles (indicaciones coloreadas bajo luz blanca o fluorescentes bajo luz UV).

El PT es relativamente económico, portable y sensible a defectos superficiales finos. Es aplicable a una amplia gama de materiales, incluyendo aceros al carbono y de baja aleación comúnmente usados en vigas. Se aplica a menudo en soldaduras de filete, bordes de planchas cortadas y áreas críticas después de reparaciones.

Partículas Magnéticas (MT - Magnetic Particle Testing)

El MT se emplea para detectar discontinuidades superficiales y subsuperficiales (muy cercanas a la superficie) en materiales ferromagnéticos (como los aceros al carbono estructurales). El principio se basa en magnetizar la pieza y aplicar partículas ferromagnéticas finas (secas o en suspensión líquida). Si existe una discontinuidad, ésta interrumpe el campo magnético, creando un "campo de fuga" que atrae a las partículas, formando una indicación visible sobre la discontinuidad.

Existen diferentes técnicas de magnetización (yugos, bobinas, electrodos) y tipos de partículas (visibles, fluorescentes). El MT es rápido, relativamente económico y muy sensible a fisuras superficiales y subsuperficiales. Es ampliamente utilizado para inspeccionar soldaduras de filete y de ranura en vigas prefabricadas, especialmente en áreas de alta concentración de esfuerzos.

Ultrasonido (UT - Ultrasonic Testing)

El UT utiliza ondas sonoras de alta frecuencia (ultrasonido) para detectar discontinuidades internas y superficiales, así como para medir espesores. Un transductor (palpador) emite pulsos de ultrasonido en el material. Estos pulsos viajan a través del material y se reflejan en las interfaces (caras del material) y en las discontinuidades internas (fisuras, inclusiones de escoria, porosidad, falta de fusión, falta de penetración). El transductor también recibe los ecos reflejados, que se muestran en una pantalla (A-Scan, B-Scan, C-Scan) permitiendo al operador interpretar la ubicación, tamaño y naturaleza de la discontinuidad.

El UT es muy sensible a discontinuidades planares como fisuras y falta de fusión, que son críticas para la integridad estructural. Es portable, no presenta riesgos de radiación y proporciona resultados inmediatos. Requiere operadores altamente calificados y experimentados para su correcta aplicación e interpretación. Técnicas avanzadas como Phased Array UT (PAUT) y Time-of-Flight Diffraction (TOFD) ofrecen capacidades mejoradas de detección, dimensionamiento y registro de datos, siendo cada vez más adoptadas en proyectos de alta especificación en Colombia.

El UT es el método volumétrico predominante para la inspección de soldaduras de ranura de penetración completa en las uniones críticas de las vigas (por ejemplo, uniones de tope en alas o almas, uniones alma-ala de penetración completa).

Radiografía Industrial (RT - Radiographic Testing)

La RT utiliza radiación penetrante (Rayos X o Rayos Gamma) para crear una imagen de la estructura interna de la soldadura en una película radiográfica o un detector digital. Las variaciones de densidad dentro de la soldadura (causadas por discontinuidades como porosidad, inclusiones de escoria, falta de penetración) absorben la radiación de manera diferente, resultando en una imagen donde estos defectos pueden ser visualizados.

La RT proporciona un registro permanente y es eficaz para detectar discontinuidades volumétricas. Sin embargo, presenta desventajas: es menos sensible a discontinuidades planares (fisuras) a menos que estén favorablemente orientadas a la radiación, implica riesgos de seguridad por radiación que requieren áreas de exclusión y medidas de protección estrictas, y el proceso es generalmente más lento y costoso que el UT.

Aunque el UT ha ganado terreno, la RT sigue siendo utilizada en la inspección de soldaduras críticas en vigas prefabricadas, a menudo como método complementario o cuando las especificaciones del proyecto lo requieren explícitamente.

Definición del Alcance y Frecuencia de los END

La determinación de qué soldaduras inspeccionar, qué métodos END aplicar y con qué frecuencia, no es una decisión arbitraria. Se basa en una combinación de factores:

• Requisitos Normativos: Códigos como AWS D1.1 especifican los tipos de juntas que requieren inspección por END, los métodos aceptables y los criterios de aceptación. Por ejemplo, AWS D1.1 define requisitos específicos para soldaduras de ranura de penetración completa (CJP) en función de la categoría de servicio de la conexión (estáticamente cargada, cíclicamente cargada) y el tipo de junta.
• Especificaciones del Proyecto: Los documentos contractuales, planos de ingeniería y especificaciones técnicas del proyecto pueden imponer requisitos de END más estrictos que los mínimos del código, basados en la criticidad de la estructura, las condiciones de servicio (fatiga, sismo), o las preferencias del diseñador o cliente. Proyectos de infraestructura importantes en Bogotá suelen tener especificaciones de calidad muy detalladas.
• Tipo de Unión Soldada: Las soldaduras de ranura de penetración completa (CJP) suelen requerir inspección volumétrica (UT o RT) en un porcentaje significativo o incluso al 100%, debido a su importancia crítica en la transferencia de cargas. Las soldaduras de filete o de penetración parcial (PJP) se inspeccionan típicamente de forma visual (VT) y, en menor medida, con métodos superficiales (PT o MT) en un porcentaje definido.
• Criticidad Estructural: Las uniones en zonas de altos esfuerzos, conexiones momento-resistentes, o elementos sujetos a cargas de fatiga o impacto, requieren un mayor nivel de inspección. Se realiza un análisis de la función de cada viga y sus conexiones dentro de la estructura global.
• Proceso de Soldadura Utilizado: Algunos procesos pueden ser más propensos a ciertos tipos de defectos, lo que podría influir en la selección del método END más adecuado. Por ejemplo, el UT es muy efectivo para detectar falta de fusión, que puede ser una preocupación en GMAW si los parámetros no son óptimos.
• Historial de Calidad: Los resultados de las inspecciones previas y el desempeño histórico de los soldadores y procedimientos pueden influir en ajustar el alcance (aumentándolo si se detectan problemas recurrentes, o potencialmente reduciéndolo si la calidad es consistentemente alta, siempre dentro de los límites permitidos por el código y el proyecto).
• Análisis de Riesgo: Un enfoque basado en riesgos puede ayudar a priorizar los esfuerzos de inspección en las áreas de mayor consecuencia de fallo.

El alcance (porcentaje de longitud de soldadura a inspeccionar) y la frecuencia (en qué etapa de la producción) se definen en un Plan de Inspección y Ensayo (IEP o ITP) específico para el proyecto. Este plan detalla qué inspecciones se realizan, por quién, con qué método, según qué procedimiento, con qué frecuencia o alcance, y cuáles son los criterios de aceptación. La correcta definición y seguimiento de este plan son cruciales para el aseguramiento de la calidad en la fabricación de vigas prefabricadas en Colombia.

A continuación, se presenta una orientación general sobre la aplicabilidad de los métodos END a discontinuidades típicas en soldaduras de acero:

Incorporación de Tecnologías Avanzadas: Soldadura Robotizada y Monitoreo Digital

La búsqueda constante de mayor calidad, consistencia y eficiencia en la fabricación de vigas prefabricadas ha impulsado la adopción de tecnologías avanzadas en los talleres más modernos de Colombia. Dos áreas clave son la soldadura robotizada y el monitoreo digital de parámetros.

Soldadura Robotizada

La automatización de la soldadura mediante robots industriales ofrece numerosas ventajas:

• Consistencia y Repetibilidad: Un robot ejecuta la misma soldadura con parámetros idénticos una y otra vez, eliminando la variabilidad inherente al factor humano. Esto resulta en una calidad de soldadura más uniforme y predecible.
• Precisión: Los robots pueden seguir trayectorias complejas con alta precisión y mantener constantes la velocidad de avance, el ángulo de la antorcha y la distancia al trabajo (CTWD), factores críticos para la calidad de la soldadura.
• Velocidad y Productividad: Los robots pueden operar a velocidades de soldadura y ciclos de trabajo más altos que los soldadores manuales, incrementando significativamente la producción, especialmente en tareas repetitivas como las soldaduras longitudinales de vigas.
• Calidad Mejorada: La estabilidad del proceso reduce la probabilidad de defectos como porosidad, falta de fusión o perfiles irregulares.
• Seguridad del Operario: Aleja al trabajador de la exposición directa a humos, radiación del arco y calor intenso. El operario asume un rol de supervisión y programación.
• Optimización de Consumibles: El control preciso de los parámetros puede llevar a un uso más eficiente de alambre y gas de protección.

Sin embargo, la implementación de soldadura robotizada requiere una inversión inicial significativa en equipos, programación y personal capacitado. Es más adecuada para producción de alto volumen y piezas con geometrías repetitivas. Los procesos GMAW y SAW son los más comúnmente robotizados en la fabricación de vigas. La integración con sistemas de posicionamiento de piezas y sensores (seguimiento de junta, visión artificial) aumenta aún más la flexibilidad y capacidad de los sistemas robotizados.

La decisión de incorporar soldadura robotizada en un taller de fabricación de vigas prefabricadas en Bogotá o cualquier otra parte de Colombia se basa en un análisis costo-beneficio que considera el volumen de producción, la complejidad de las juntas, los requisitos de calidad y la disponibilidad de mano de obra calificada. A continuación, se presenta una comparación general entre la soldadura manual y la robotizada en este contexto:

Monitoreo Digital de Parámetros de Soldadura

Independientemente de si la soldadura es manual, semiautomática o robotizada, el control preciso de los parámetros esenciales (voltaje del arco, corriente de soldadura, velocidad de alimentación del alambre, velocidad de avance, flujo de gas de protección) es fundamental para asegurar la calidad y repetibilidad de las uniones. Los sistemas de monitoreo digital van más allá de los medidores analógicos tradicionales, ofreciendo:

• Registro Continuo: Grabación en tiempo real de los parámetros de soldadura durante toda la ejecución del cordón.
• Alarmas y Límites: Posibilidad de establecer rangos operativos aceptables para cada parámetro. Si algún valor sale de los límites predefinidos, el sistema puede generar una alarma visual o sonora, alertando al operador o supervisor.
• Análisis de Datos: Los datos registrados pueden ser almacenados, analizados estadísticamente y correlacionados con los resultados de inspección (VT, END). Esto permite identificar tendencias, optimizar procedimientos y solucionar problemas de calidad de forma proactiva.
• Trazabilidad Mejorada: Vinculación de los datos de parámetros registrados con juntas específicas, soldadores (en sistemas manuales/semiautomáticos) y WPS utilizados. Esto fortalece la trazabilidad requerida por muchos códigos y clientes.
• Control de Ciclo de Trabajo y Consumo: Monitoreo del tiempo real de arco encendido (arc-on time), lo que ayuda a calcular la eficiencia, estimar el consumo de consumibles y planificar el mantenimiento.
• Integración con Sistemas de Gestión: Los datos pueden ser integrados en sistemas de gestión de calidad (QMS) o de planificación de recursos empresariales (ERP) para una visión global del proceso productivo.

La implementación de sistemas de monitoreo digital representa un paso significativo hacia la "Industria 4.0" en la fabricación de estructuras metálicas. Proporciona una visibilidad sin precedentes sobre el proceso de soldadura, permitiendo un control más estricto, una toma de decisiones basada en datos y una mejora continua de la calidad en la producción de vigas prefabricadas, cumpliendo con las altas expectativas de los proyectos de construcción en Colombia.

Desarrollo, Calificación (PQR) y Aplicación de Procedimientos de Soldadura (WPS)

Un Procedimiento de Soldadura (WPS - Welding Procedure Specification) es un documento formal que proporciona instrucciones detalladas y probadas para realizar una soldadura de producción específica. Sirve como una "receta" que garantiza que la unión soldada cumplirá con los requisitos de diseño y calidad establecidos. La elaboración y aplicación de WPS calificados es un requisito mandatorio según la mayoría de los códigos de soldadura estructural, incluyendo AWS D1.1.

El proceso general implica los siguientes pasos:

1. Desarrollo del WPS Preliminar (pWPS): Basándose en el conocimiento técnico, la experiencia previa, las recomendaciones de los fabricantes de consumibles y los requisitos del código y del proyecto, se elabora un WPS preliminar. Este documento especifica todas las variables relevantes para la soldadura propuesta, incluyendo:
   • Proceso(s) de soldadura.
   • Material(es) base (tipo, grado, grupo según el código).
   • Metal(es) de aporte (clasificación AWS).
   • Diseño de la junta (tipo, preparación de bordes, dimensiones).
   • Posición(es) de soldadura.
   • Características eléctricas (tipo de corriente, polaridad, rango de amperaje y voltaje).
   • Características del proceso (velocidad de avance, velocidad de alimentación de alambre, tipo y flujo de gas de protección, tipo de fundente, etc.).
   • Técnica de soldadura (oscilación, cordones rectos, número de pasadas).
   • Precalentamiento (temperatura mínima requerida antes de soldar).
   • Temperatura entre pasadas (temperatura máxima permitida antes de depositar la siguiente pasada).
   • Tratamiento térmico post-soldadura (PWHT), si es requerido.
2. Calificación del Procedimiento (Prueba PQR): Para validar que el pWPS es capaz de producir una soldadura con las propiedades mecánicas y de sanidad requeridas, se realiza una prueba de calificación. Se suelda una probeta de ensayo siguiendo estrictamente los parámetros definidos en el pWPS. Durante esta prueba, se registran con precisión todas las variables utilizadas; este registro se denomina Registro de Calificación del Procedimiento (PQR - Procedure Qualification Record).
3. Ensayos de la Probeta PQR: La probeta soldada se somete a una serie de ensayos destructivos y no destructivos, según lo especificado por el código aplicable (AWS D1.1). Los ensayos típicos para calificar un WPS de soldadura de ranura incluyen:
   • Inspección Visual (VT).
   • Ensayos No Destructivos (usualmente UT o RT para evaluar la sanidad interna).
   • Ensayos de Tensión Transversal (para determinar la resistencia a la tracción de la unión soldada).
   • Ensayos de Doblado Guiado (de cara, raíz y/o laterales, para evaluar la ductilidad y la sanidad de la soldadura).
   • Opcionalmente, ensayos de impacto (Charpy V-Notch) si se requiere tenacidad a baja temperatura, análisis macrográfico, ensayos de dureza, etc., dependiendo de los requisitos específicos.
4. Evaluación de Resultados y Documentación del PQR: Si todos los resultados de los ensayos cumplen con los criterios de aceptación del código, el PQR se considera aprobado. El PQR documenta los parámetros reales utilizados durante la soldadura de la probeta de ensayo y los resultados de todos los ensayos realizados. Es un registro objetivo de una prueba exitosa.
5. Elaboración del WPS Final Calificado: Basándose en el PQR aprobado, se redacta el WPS final. El WPS proporciona los rangos permitidos para las variables de soldadura en producción. Estos rangos se derivan de los valores registrados en el PQR, permitiendo cierta flexibilidad operativa pero asegurando que la soldadura de producción se mantenga dentro de los límites probados. El WPS debe contener toda la información necesaria para que el soldador pueda realizar la soldadura correctamente. AWS D1.1 define qué variables son "esenciales" (cambios fuera del rango calificado requieren una nueva calificación PQR), "no esenciales" (pueden cambiarse sin recalificar, pero deben documentarse en el WPS) y, en algunos casos, "suplementarias esenciales" (requieren recalificación solo si se aplican requisitos específicos como ensayos de impacto).
6. Aplicación en Producción: Los WPS calificados deben estar disponibles y ser seguidos por los soldadores y supervisores durante la fabricación de las vigas prefabricadas. La supervisión de soldadura debe verificar que se esté utilizando el WPS correcto para cada junta y que los parámetros se mantengan dentro de los rangos especificados.

Un fabricante de vigas prefabricadas en Colombia debe contar con una biblioteca de WPS calificados que cubran las diversas combinaciones de materiales, procesos, juntas y posiciones que utiliza habitualmente. La gestión adecuada de los WPS y PQR es un componente central del sistema de aseguramiento de calidad de la soldadura.

Estrategias y Técnicas para Minimizar y Controlar las Distorsiones Inducidas por la Soldadura

La soldadura introduce calor de forma localizada y no uniforme en las piezas metálicas. A medida que el metal de soldadura y el metal base adyacente se calientan y luego se enfrían, experimentan expansión y contracción. Si esta contracción no ocurre de manera uniforme, genera esfuerzos residuales y puede provocar deformaciones dimensionales y cambios en la forma de la pieza, fenómeno conocido como distorsión.

La distorsión en vigas prefabricadas puede manifestarse como:

• Contracción Transversal: Acortamiento perpendicular a la línea de soldadura.
• Contracción Longitudinal: Acortamiento paralelo a la línea de soldadura.
• Deformación Angular: Rotación de las secciones transversales (común en soldaduras de filete asimétricas, como las de alma-ala).
• Pandeo (Buckling): Deformación fuera del plano en paneles delgados (alma de la viga).
• Curvatura (Camber/Sweep): Flexión de la viga en su conjunto, ya sea en el plano vertical (camber) u horizontal (sweep).

La distorsión excesiva es inaceptable, ya que afecta las tolerancias dimensionales, dificulta el montaje en obra, puede inducir esfuerzos no previstos y comprometer la estética y funcionalidad de la estructura. Por ello, el control de la distorsión es una preocupación primordial en la fabricación avanzada de vigas. Se emplean diversas estrategias y técnicas:

Técnicas de Prevención y Minimización de la Distorsión:

• Diseño Adecuado de la Junta: Utilizar el menor volumen de metal de soldadura posible que cumpla los requisitos de resistencia. Preferir soldaduras de filete a soldaduras de ranura cuando sea factible. Diseñar juntas simétricas siempre que sea posible.
• Control del Aporte Térmico (Heat Input): Minimizar el aporte térmico total (calculado a partir del voltaje, amperaje y velocidad de avance) dentro de lo permitido por el WPS. Un menor aporte térmico generalmente produce menos distorsión. Utilizar procesos de alta velocidad y baja energía lineal cuando sea apropiado.
• Secuencia de Soldadura Optimizada: Planificar cuidadosamente el orden y la dirección en que se realizan las soldaduras para equilibrar las contracciones. Técnicas comunes incluyen:
  • Soldadura Balanceada: Realizar soldaduras simétricamente alrededor del eje neutro de la sección para contrarrestar las deformaciones. Por ejemplo, alternar la soldadura entre las uniones ala-alma de ambos lados de la viga.
  • Soldadura por Retroceso (Back-Stepping): Realizar segmentos cortos de soldadura en dirección opuesta al avance general, permitiendo que cada segmento se contraiga antes de soldar el siguiente.
  • Soldadura Intermitente o por Bloques: Dividir soldaduras largas en segmentos más cortos soldados en un orden predefinido para distribuir el calor y la contracción.
• Uso de Restricciones (Sujeción): Emplear plantillas (jigs), accesorios (fixtures), prensas y contrapesos (strongbacks) para mantener las piezas firmemente en su posición durante la soldadura y el enfriamiento. La rigidez del sistema de sujeción ayuda a resistir las fuerzas de contracción. Sin embargo, una restricción excesiva puede aumentar los esfuerzos residuales.
• Pre-deformación o Pre-cambering: Deformar intencionalmente las piezas en dirección opuesta a la distorsión esperada antes de soldar. La idea es que la contracción de la soldadura devuelva la pieza a su forma deseada. Esto es común para controlar la curvatura (camber) en vigas armadas.
• Minimizar el Número de Pasadas: Para un tamaño de soldadura dado, realizarla con el menor número de pasadas posible (utilizando cordones más grandes) generalmente reduce la distorsión angular, aunque puede aumentar la contracción transversal. Se busca un equilibrio óptimo.
• Uso de Enfriamiento Controlado o Disipadores de Calor: En ciertos casos, se pueden usar técnicas para extraer calor más rápidamente de áreas específicas y promover un enfriamiento más uniforme.

Técnicas de Corrección de la Distorsión:

A pesar de aplicar medidas preventivas, puede ocurrir alguna distorsión que exceda las tolerancias permitidas (definidas por códigos como AISC - American Institute of Steel Construction, referenciado en Colombia, o especificaciones del proyecto). En estos casos, se pueden aplicar técnicas de corrección controladas:

• Enderezado por Llama (Flame Straightening): Aplicación cuidadosa y localizada de calor (usualmente con un soplete oxiacetilénico) en patrones específicos (líneas, puntos, cuñas) sobre la superficie convexa de la deformación. La expansión localizada al calentar, seguida de la contracción al enfriar (restringida por el metal frío circundante), induce esfuerzos que contrarrestan la distorsión original. Requiere personal muy experimentado para evitar el sobrecalentamiento o daño metalúrgico.
• Enderezado Mecánico: Aplicación de fuerza mediante prensas, gatos hidráulicos o rodillos para deformar plásticamente la pieza y devolverla a la forma deseada. Debe realizarse con cuidado para no introducir tensiones excesivas o dañar el material.

La selección de la técnica de control de distorsión más adecuada depende del tipo y magnitud de la deformación, el tamaño y forma de la viga, el tipo de acero y las capacidades del taller. Un enfoque proactivo, centrado en la prevención mediante una planificación cuidadosa y la aplicación de las técnicas correctas durante la soldadura, es siempre preferible a la corrección posterior.

A continuación, se resumen algunas técnicas clave para el manejo de la distorsión en la fabricación de vigas:

Aseguramiento de la Trazabilidad Individual de Juntas Soldadas Críticas

La trazabilidad en la soldadura se refiere a la capacidad de rastrear y documentar la historia de cada junta soldada, especialmente las consideradas críticas para la integridad estructural de la viga prefabricada. Un sistema de trazabilidad robusto es esencial para:

• Aseguramiento de la Calidad: Demostrar que cada soldadura crítica fue realizada por personal calificado, siguiendo un procedimiento aprobado (WPS) y utilizando materiales conformes.
• Responsabilidad: Poder identificar quién realizó una soldadura específica, cuándo y bajo qué condiciones, en caso de que surjan problemas de calidad o fallas posteriores.
• Análisis de Causa Raíz: Si se detecta un defecto o problema recurrente, la trazabilidad permite investigar rápidamente las variables asociadas (soldador, WPS, lote de consumible, parámetros, etc.) para identificar y corregir la causa.
• Cumplimiento Normativo y Contractual: Muchos códigos y especificaciones de proyecto, particularmente para estructuras importantes en Colombia, exigen niveles específicos de trazabilidad.

Un sistema eficaz de trazabilidad de soldaduras en la fabricación de vigas prefabricadas suele incluir:

1. Identificación Única de Juntas: Asignación de un código o número de identificación único a cada junta soldada crítica en los planos de taller y, a menudo, marcado físico adyacente a la soldadura en la propia viga (mediante estampación de bajo esfuerzo, pintura resistente al calor o etiquetas).
2. Registro del Soldador u Operador: Cada soldador u operador de equipo automático/robotizado debe tener una marca de identificación única (estampa o código). Esta marca se registra asociada a las juntas que ha soldado. Esto se documenta en "mapas de soldadura" o registros de producción.
3. Vinculación con el WPS: El registro de producción debe indicar claramente qué WPS específico se utilizó para realizar cada junta identificada.
4. Fecha de Soldadura: Registrar la fecha (y a veces el turno) en que se realizó la soldadura.
5. Registro de Consumibles (Opcional, pero recomendable para alta calidad): En sistemas muy rigurosos, se puede llegar a registrar el lote específico de consumible (alambre, electrodo, fundente, gas) utilizado para ciertas soldaduras críticas.
6. Integración con Registros de Inspección: Vincular los resultados de la inspección visual y los END (incluyendo informes detallados) con la identificación única de la junta, el soldador y el WPS.
7. Sistema de Gestión de Datos: Utilizar bases de datos o software especializado para gestionar toda esta información de manera eficiente, permitiendo búsquedas, filtros y generación de informes de trazabilidad.

La implementación de un sistema de trazabilidad detallado requiere disciplina y rigurosidad en la documentación a lo largo de todo el proceso de fabricación, pero los beneficios en términos de control de calidad, gestión de riesgos y confianza del cliente son considerables, especialmente en el exigente mercado de la construcción de Bogotá y Colombia.

Controles Rigurosos sobre Consumibles de Soldadura

La calidad de los consumibles de soldadura (electrodos revestidos, alambres sólidos, alambres tubulares, fundentes para SAW, gases de protección) tiene un impacto directo en la integridad y propiedades mecánicas de la unión soldada. Por lo tanto, un control estricto sobre su recepción, almacenamiento y manejo es una parte integral de la tecnología y control avanzado de soldadura.

Los controles clave incluyen:

• Recepción e Inspección:
  • Verificar que los consumibles recibidos corresponden exactamente a lo solicitado (tipo, clasificación AWS, diámetro, embalaje).
  • Comprobar que el embalaje esté intacto, seco y sin daños. Los embalajes herméticos son cruciales para electrodos de bajo hidrógeno y algunos fundentes.
  • Revisar los certificados de conformidad o informes de prueba del fabricante que acompañan al lote, asegurando que cumplen con las especificaciones requeridas (composición química, propiedades mecánicas del metal depositado).
  • Asignar un número de lote interno para trazabilidad.
• Almacenamiento Adecuado:
  • Almacenar los consumibles en un área designada, limpia, seca y protegida de la intemperie y daños físicos.
  • Seguir estrictamente las recomendaciones del fabricante respecto a las condiciones de almacenamiento (temperatura, humedad).
  • Electrodos de Bajo Hidrógeno (Ej. E7018): Son muy susceptibles a la absorción de humedad. Deben almacenarse en hornos de mantenimiento a temperaturas especificadas (típicamente 120-150 °C) después de abrir el empaque hermético original. Si se sospecha exposición a la humedad, requieren reacondicionamiento (horneado a temperaturas más altas, ej. 260-430 °C) según las indicaciones del fabricante y del código (AWS D1.1 tiene requisitos específicos).
  • Alambres Sólidos y Tubulares: Proteger las bobinas y carretes del polvo, óxido y daños mecánicos. Almacenar en ambiente seco.
  • Fundentes para SAW: Mantener en sus envases originales sellados hasta su uso. Almacenar en ambiente seco. Algunos tipos pueden requerir secado u horneado antes de usar si se exponen a la humedad. Los sistemas de recirculación de fundente deben mantenerse limpios.
  • Gases de Protección: Almacenar los cilindros en posición vertical, asegurados, en un área bien ventilada, lejos de fuentes de calor o ignición. Verificar la pureza y composición de las mezclas.
  • Implementar un sistema FIFO (First-In, First-Out) para asegurar la rotación de inventario y evitar el uso de consumibles caducados o almacenados por tiempo excesivo.
• Manejo en el Punto de Uso:
  • Expedir solo la cantidad de consumibles necesarios para un turno o período corto de trabajo.
  • Electrodos de Bajo Hidrógeno: Transportar y mantener en el punto de uso en hornos portátiles ("quivers") calentados a la temperatura adecuada (ej. 65-120 °C). Limitar el tiempo de exposición fuera del horno según lo especificado por el código (AWS D1.1 limita el tiempo de exposición). Los electrodos expuestos por más tiempo del permitido deben ser reacondicionados o desechados.
  • Proteger los alambres durante su uso para evitar contaminación con grasa, aceite, polvo o humedad.
  • Asegurar la correcta configuración y mantenimiento de los sistemas de alimentación de gas y fundente.

La falta de control sobre los consumibles, especialmente la humedad en electrodos de bajo hidrógeno, puede llevar a la introducción de hidrógeno en la soldadura, aumentando drásticamente el riesgo de fisuración en frío (hydrogen-induced cracking), un defecto grave y a menudo retardado. Por ello, estos controles son fundamentales para garantizar la calidad de las soldaduras en vigas prefabricadas de acero estructural.

A continuación, se presenta un resumen de recomendaciones para el almacenamiento de consumibles comunes:

Presentación Clara y Completa de Resultados de Inspección de Soldaduras

La documentación final que evidencia la calidad de las soldaduras realizadas en las vigas prefabricadas son los informes de inspección. Estos informes deben ser claros, completos, precisos y fácilmente interpretables tanto por el personal interno de calidad como por clientes, supervisores externos y entidades reguladoras en Colombia. La presentación efectiva de los resultados es crucial para demostrar el cumplimiento de los requisitos y para la aceptación final de las estructuras.

Un informe de inspección de soldadura robusto, ya sea de inspección visual (VT) o de Ensayos No Destructivos (END), típicamente incluye la siguiente información:

• Información General del Proyecto: Nombre del proyecto, número de contrato, ubicación (ej. Bogotá, Colombia).
• Identificación de la Pieza/Estructura: Nombre o código de la viga, número de plano de referencia, número de serie o identificación única de la viga.
• Identificación de la Junta(s) Inspeccionada(s): Código o marca de identificación única de la(s) junta(s) según planos o mapas de soldadura. Descripción de la junta (ej. "Unión a tope ala superior-alma", "Filete rigidizador R3 a alma").
• Procedimiento de Soldadura Aplicado: Número de WPS utilizado para realizar la junta inspeccionada.
• Identificación del Soldador/Operador: Código o marca del soldador u operador responsable de la junta.
• Método de Inspección Utilizado: Indicar claramente el método (VT, PT, MT, UT, RT) y, si aplica, la técnica específica (ej. UT Phased Array, RT con Rayos X).
• Procedimiento de Inspección: Referencia al procedimiento escrito seguido para realizar la inspección (basado en códigos como AWS D1.1, ASME V, o procedimientos internos calificados).
• Equipo Utilizado: Identificación del equipo principal (ej. número de serie del equipo UT, tipo de yugo MT, tipo de fuente RT, galgas VT). Certificados de calibración vigentes deben estar disponibles.
• Personal de Inspección: Nombre y firma del inspector calificado que realizó la prueba. Nivel de certificación (ej. CWI, Nivel II UT ASNT, etc.).
• Criterios de Aceptación: Referencia explícita al código, norma o especificación utilizada para evaluar los resultados (ej. "AWS D1.1:2020, Tabla 8.1 para Cargas Cíclicas").
• Resultados Detallados:
  • Para VT: Descripción de las observaciones (dimensiones, perfil, presencia de defectos superficiales).
  • Para PT/MT: Descripción, ubicación y tamaño de las indicaciones relevantes evaluadas. Distinción entre indicaciones relevantes e irrelevantes.
  • Para UT: Registro detallado de las indicaciones detectadas (ubicación, longitud, altura estimada o clasificación según código - ej. Clase A, B, C, D en AWS D1.1), amplitud de la señal, nivel de referencia. Incluir bocetos o mapeos de la soldadura si es necesario. Para técnicas avanzadas (PAUT, TOFD), incluir imágenes o vistas escaneadas.
  • Para RT: Identificación de la radiografía, descripción de las discontinuidades observadas (tipo, ubicación, tamaño/densidad) según estándares de interpretación.
• Evaluación Final: Una declaración clara de si la(s) junta(s) inspeccionada(s) cumple(n) ("Aceptada") o no cumple(n) ("Rechazada") con los criterios de aceptación establecidos.
• Fecha de Inspección: Fecha en que se realizó la inspección.
• Revisión y Aprobación: Espacio para firmas de revisión y aprobación por parte de supervisores de calidad o representantes del cliente, si aplica.

La presentación de esta información debe ser organizada y sistemática. El uso de formatos estandarizados, ya sean físicos o digitales, es esencial. Para proyectos grandes, la gestión electrónica de los informes de inspección, vinculada a la trazabilidad de las juntas, facilita enormemente el control, la consulta y la elaboración del dossier final de calidad que se entrega al cliente, asegurando la conformidad de las vigas prefabricadas producidas en Colombia con los más altos estándares de la industria.