Procedura di saldatura (WPS) 👨‍🏭

introduzione

Il WPS (Welding Procedure Specification) è un documento tecnico che stabilisce tutti gli elementi importanti che devono essere considerati quando si uniscono parti mediante saldatura.

Il WPS contiene limiti o intervalli di parametri come il tipo di corrente, lo spessore del metallo di base, il tipo di metallo di base, ecc.

Una procedura di saldatura è valida solo entro i limiti ivi specificati.

Il WPS deve essere preparato sulla base delle specifiche del progettista, e/o produttore dell'attrezzatura o della struttura, dei materiali di consumo per saldatura, dei materiali di base e secondo le specifiche dell'esecutore, rispettando i requisiti stabiliti dalle norme o codici applicabili.

Quando è necessario un nuovo WPS?

Se una procedura non può produrre saldature di buona qualità senza superare i limiti stabiliti, è necessario utilizzare una nuova procedura di saldatura.

Questa è una semplice affermazione ed è valida per tutti i tipi di variabili di saldatura, vedere maggiori dettagli di seguito.

Qualificazione della procedura di saldatura

La maggior parte degli standard di qualificazione richiede che la procedura di saldatura sia qualificata prima di essere utilizzata nella produzione di saldature. Ciò è necessario per garantire che il giunto saldato raggiunga la qualità richiesta.

I materiali utilizzati nella fabbricazione delle apparecchiature hanno proprietà meccaniche note. La progettazione delle apparecchiature si basa su queste proprietà.

Quando l'attrezzatura è realizzata saldando due o più materiali, è necessario assicurarsi che tale unione resista allo stesso modo dei materiali utilizzati. Per questo, il progettista deve sapere quali proprietà avrà il giunto saldato.

Nella saldatura, a causa degli effetti della temperatura, non è sufficiente conoscere solo le proprietà del metallo base e del metallo saldato singolarmente.

È inoltre necessario conoscere le proprietà meccaniche dell'intero giunto saldato (il metallo base, la zona interessata dal calore e il metallo saldato). Ciò avviene attraverso la qualificazione della procedura di saldatura.

La qualificazione della procedura di saldatura è il metodo mediante il quale una particolare procedura si dimostra adeguata a produrre giunti saldati di qualità soddisfacente.

La qualificazione viene effettuata saldando i provini, secondo la procedura precedentemente stabilita, e valutando i risultati delle prove sui provini estratti dal provino.

I risultati sono valutati rispetto ai criteri di accettazione stabiliti dalla norma di qualificazione applicabile.

Dopo aver saldato il pezzo di prova, i range dei parametri di saldatura devono essere rivisti per portare i valori effettivamente utilizzati in linea con le tolleranze consentite dalle norme di qualificazione applicabili.

Procedure di saldatura prequalificate

Si tratta di procedure di saldatura che possono essere utilizzate quando l'esperienza e la familiarità con determinati metalli di base e materiali di consumo per saldatura hanno dimostrato l'idoneità di una procedura specifica attraverso un servizio eseguito per un lungo periodo di tempo.

L'uso della procedura prequalificata viene effettuato solo quando consentito dallo standard di qualificazione della procedura, dalle specifiche, dagli standard di produzione, ecc.

Per le procedure prequalificate non è necessario effettuare le prove di qualificazione.

Quando non è consentito l'uso di una procedura prequalificata (o, ad esempio, quando la procedura non soddisfa i requisiti per qualificarsi come procedura prequalificata), la procedura di saldatura deve essere dimostrata adeguata, attraverso prove e/o esami . E valutazione dei risultati, come richiesto dalla norma o specifica adottata.

I requisiti per la qualificazione delle procedure di saldatura variano ampiamente da uno standard all'altro.

Una qualifica rilasciata secondo uno standard generalmente non è valida per un altro standard.

È quindi necessario che l'ispettore di saldatura sia consapevole che, nella qualificazione delle procedure, vengono seguiti i requisiti della norma applicabile.

Prequalificato o già qualificato?

È abbastanza comune che le persone confondano una procedura "prequalificata" con una "già qualificata". Dal punto di vista tecnico ci sono differenze.

La procedura “già qualificata” è quella che è stata testata/sottoposta a prove secondo gli standard di qualificazione dall'impresa che presta i servizi. Il documento generato da questo processo è un WPQR e quindi viene generato un WPS per la fabbricazione/il lavoro.

La procedura “prequalificata” e tutti i suoi criteri sono presi direttamente dalla norma. Il documento generato da questo processo è un WPS e il WPQR non è richiesto.

Una procedura “già qualificata” è normalmente accettata nelle nuove opere, in quanto tale riutilizzo è previsto nelle stesse norme di qualificazione.

Tuttavia, il suo utilizzo non può essere indiscriminato ed è necessario un professionista con conoscenze tecniche per analizzare l'applicabilità di una procedura “già qualificata” in un nuovo lavoro.

Il ricorso a procedure prequalificate, invece, è già molto meno accettato. Si noti che le procedure prequalificate non sono accettate da alcune aziende.

La mia opinione è che questa decisione sia estremamente conservatrice e persino retrograda. È incredibile come sprechiamo soldi dovendo (ri)fare una qualifica di una procedura di saldatura nelle condizioni seguenti:

• Materiale con ottima saldabilità come acciaio a basso tenore di carbonio.
• Usi come scale.
• Condizioni e parametri molto dettagliati, come quelli forniti in AWS D1.1.

Questo è uno dei motivi per cui alcuni lavori in Brasile finiscono per essere più costosi!

Specifica della procedura di saldatura preliminare (pWPS)

Il WPS preliminare è un documento preparato sulla base di conoscenze, esperienze passate o "tecniche" per tentativi ed errori. È la descrizione di come si desidera saldare il pezzo di prova.

Il più delle volte, i parametri di saldatura suggeriti nel pWPS avranno piccoli aggiustamenti da parte del saldatore che esegue la qualifica. Dobbiamo garantire che queste modifiche o parametri effettivi vengano incorporati nel WPQR.

Dopo la saldatura di qualificazione, i provini vengono collaudati e se superano la prova la qualifica ha esito positivo. Il WPQR può essere elaborato e sarà la base per la costruzione della specifica del procedimento di saldatura (WPS definitivo).

Si noti che il WPS preliminare non è obbligatorio in tutti gli standard, ma è comunque una buona pratica ingegneristica. ASME IX, ad esempio, non richiede WPS preliminari, si veda l'interpretazione IX-10-22.

Standard di qualificazione

L'esecuzione di saldature improprie durante la fabbricazione di determinati tipi di strutture o attrezzature, come navi, ponti, condutture, componenti automobilistici e recipienti a pressione, può causare gravi incidenti con il materiale e, infine, perdite umane e danni all'ambiente.

Per ridurre al minimo la possibilità che si verifichino questi eventi e garantire una maggiore uniformità, controllo e tracciabilità del processo, le operazioni di saldatura per diverse applicazioni e vari altri aspetti relativi alla saldatura sono regolati da codici e specifiche differenti.

I requisiti obbligatori relativi alla qualificazione delle procedure di saldatura, dei saldatori e degli operatori di saldatura sono inclusi o citati in questi documenti.

È responsabilità dell'ingegnere della saldatura determinare, attraverso le specifiche di progettazione oi documenti di acquisto, la norma che regola la saldatura e quali requisiti di qualificazione sono determinati in questi documenti.

Per illustrare la varietà di standard/codici esistenti, i più utilizzati sono elencati di seguito:

ASME Sezione IX – Qualifiche di Saldatura e Brasatura

È uno standard applicato ad apparecchiature quali caldaie, tubazioni, recipienti a pressione, componenti nucleari. Tutte le sezioni della norma "ASME Boiler and Pressure Vessels" fanno riferimento alla "Sezione IX" per le qualifiche.

API Std. 1104 – Norma per tubazioni di saldatura e impianti correlati

È uno standard di qualificazione unico per la saldatura di tubazioni. Generalmente limitato ai gasdotti terrestri qui in Brasile.

AWS D1.1 – Codice di saldatura strutturale AWS – Acciaio

Questa norma è dedicata alla saldatura di strutture metalliche in acciaio. Esistono altre “D” che si occupano della saldatura di alluminio, acciaio inox ecc…

Questo documento contiene i propri requisiti per le qualifiche, obbligatorie quando i lavori di saldatura devono essere conformi a AWS D1. 1.

La tabella seguente mostra gli standard di progettazione e produzione più comuni per le apparecchiature con gli standard di qualificazione specificati.

Questi e altri codici e specifiche possono coprire le più diverse fasi di saldatura, tra cui, ad esempio, la specifica dei materiali (metallo di base e materiali di consumo), la progettazione e la preparazione dei giunti, la fabbricazione di strutture e attrezzature, le procedure e le qualifiche degli operatori, le procedure di ispezione e la valutazione della discontinuità.

Una volta determinato lo standard di qualificazione, possono essere stabiliti requisiti specifici per ogni caso per la qualificazione delle procedure e dei saldatori e operatori di saldatura.

Come accennato in precedenza, le qualifiche vengono effettuate valutando i risultati di prove effettuate su provini estratti da provini, saldati secondo una procedura prestabilita.

Preparazione delle provette

La preparazione delle provette si basa sui requisiti della norma di qualificazione applicabile e sulle informazioni della procedura di saldatura da qualificare.

Gli elementi relativi alla preparazione del pezzo di prova sono collegati tra loro.

Pertanto, l'analisi deve essere congiunta, tenendo presente che il minor numero di provette è sempre auspicabile, entro i limiti della norma applicabile.

Tipi di tagliandi di prova

Il provino può essere un tubo, un foglio o una combinazione di questi. Non sempre la tipologia è considerata una variabile essenziale, cioè una variabile per la quale è necessaria una riqualificazione in caso di modifiche.

In generale il pezzo di prova dovrebbe essere rappresentativo del lavoro da eseguire. Se la qualifica è per la saldatura di tubi, eventualmente la provetta dovrebbe essere un tubo, in modo da ridurre il numero di provette necessarie.

Materiale del tagliando di prova

In generale, le provette devono essere dello stesso materiale dell'attrezzatura. Per ridurre il numero delle qualifiche, le norme definiscono eccezioni che, ove possibile, dovrebbero essere adottate.

Le norme raggruppano i materiali in modo da facilitare l'uso di materiali simili alle apparecchiature da saldare. Ad esempio, secondo ASME Sez. IX, il provino deve avere lo stesso “numero P” dell'attrezzatura (i materiali con la stessa saldabilità sono raggruppati sotto lo stesso numero).

Inoltre, secondo ASME Sez. IX, per la qualificazione dei saldatori, il materiale può essere acciaio al carbonio (numero P = 1), anche se l'attrezzatura è di altro materiale (vedi ASME Sez. IX QW-310.4).
La scelta del materiale deve sempre basarsi sui requisiti delle norme e, nelle eccezioni consentite, sulla disponibilità e sul costo del materiale.

Dimensioni del tagliando di prova

Il provino deve avere dimensioni tali da consentire la rimozione dei provini previsti. Per determinare la lunghezza di una piastra di prova, ad esempio, è necessario conoscere la quantità e la larghezza dei provini. La larghezza del provino dipende dalla lunghezza dei provini.

Lo standard AWS D1. 1 stabilisce direttamente le dimensioni, lasciando solo all'ispettore l'individuazione del progetto specifico da utilizzare.

L'ASME Sez. IX mostra separatamente la distribuzione e le dimensioni dei provini, lasciando all'ispettore la determinazione delle dimensioni da utilizzare.

NOTA: Le dimensioni sono indicate in mm e rappresentano le dimensioni minime

Spessore del tagliando di prova

Uno dei fattori più importanti da determinare prima della preparazione del pezzo di prova è lo spessore del pezzo. Questo perché lo spessore del provino determina i limiti di spessore qualificati dal test.
In generale, lo spessore della provetta dovrebbe essere almeno la metà dello spessore massimo stabilito nella procedura. In ogni caso, lo spessore del provino è rappresentativo di una certa gamma di spessori. Lo standard API Std. 1104, ad esempio, limita la qualificazione a determinati gruppi di spessori.

La corretta scelta dello spessore ridurrà il numero di provette.

Diametro del tagliando di prova

Quando il provino è un tubo, occorre analizzare l'influenza del diametro sulla validità della qualifica.
Gli standard di qualificazione differiscono in questo senso. Secondo l'ASME Sez. IX, ad esempio, il diametro influenza solo la qualificazione dei saldatori (vedi tabella sotto). Quando il diametro del tubo è una variabile essenziale, rappresenterà un range di diametri, e la scelta dovrà essere fatta in modo da coprire il range previsto dalla procedura.

Posizione di saldatura

La posizione influisce sull'energia di saldatura e sulla difficoltà di eseguire le saldature, e quindi influisce direttamente sulla qualificazione delle procedure e dei saldatori/operatori di saldatura.

In considerazione di ciò, le norme definiscono le posizioni fondamentali e l'intervallo di dominio di ciascuna posizione, il che rende possibile stabilire la posizione in cui il provino deve essere saldato.

Qualora la posizione di saldatura sia considerata una variabile essenziale, la qualificazione deve essere limitata alla posizione in cui il pezzo viene saldato oppure, secondo la norma applicabile, a due o più posizioni, ad esempio abbiamo lo Standard AWS D1 .1.

Di fronte a un caso specifico, si verifica quali posizioni di saldatura sono previste nella procedura, se la posizione di saldatura è una variabile essenziale per la procedura di saldatura nella norma di qualificazione e, in caso affermativo, quali sono i limiti delle posizioni.

Materiali di consumo per saldatura

La corretta specificazione del materiale di consumo da utilizzare è legata all'integrità del giunto saldato, al fine di garantire le proprietà meccaniche richieste dal progetto.

Il raggruppamento dei materiali di consumo avviene in modo diverso, lo standard API 1104 specifica 11 gruppi, lo standard AWS D1.1 i materiali di consumo sono correlati al tipo di materiale di base, nello standard ASME Sezione IX i materiali di consumo sono specificati tramite il n. F, come indicato nel paragrafo QW 432.

La tabella seguente illustra il raggruppamento dei materiali di consumo per saldatura secondo lo standard API1104.

Preparazione del giunto da saldare

La preparazione del giunto deve essere rappresentativa delle condizioni effettive dell'attrezzatura da saldare. Pertanto, il tipo e le dimensioni dello smusso, degli ausili di montaggio e della pulizia del giunto devono essere equivalenti alle condizioni reali.

Alcuni standard (ad es. AWS) definiscono il tipo di smusso come una variabile essenziale. In considerazione di ciò, a seconda dei tipi di smusso previsti nella procedura, il numero delle provette può essere influenzato.

Rimozione di campioni

Dalla definizione del pezzo di prova che è stata realizzata in base alle informazioni della procedura di saldatura e alle variabili della norma di qualificazione, si possono determinare i requisiti riguardanti la rimozione e la preparazione dei provini.

Tutti i requisiti ora dipendono dal pezzo di prova e dallo standard di qualificazione. Dal provino, perché dipendono dal tipo, spessore e diametro (per tubi) del provino e dalla norma di qualificazione perché le norme, anche in questo fattore, hanno requisiti esclusivi per la qualificazione delle procedure e per la qualificazione dei saldatori e operatori di saldatura.

Posizione di ritiro delle prove

In generale, la posizione di ritiro del provino dipende dallo standard di qualificazione, dal tipo di provetta, dal diametro della provetta e dallo spessore della provetta.

Le 3 figure seguenti illustrano la posizione di rimozione dei corpi secondo quanto richiesto dalle più usuali norme di qualificazione.

Preparazione dei campioni

Questo punto è di grande importanza nella qualifica perché dipende dalla validità e ripetibilità dei risultati del test.
È responsabilità dell'ispettore della saldatura garantire che i requisiti relativi alle dimensioni e alla finitura dei provini siano soddisfatti.

Validità delle qualifiche

Sia nella qualificazione delle procedure di saldatura che nella qualificazione dei saldatori e operatori di saldatura, le norme differiscono tra loro per la validità delle qualifiche, ovvero quando una procedura diventa inadatta all'uso o quando un saldatore o saldatore deve essere riqualificato.

È compito dell'ispettore della saldatura garantire che vengano utilizzate solo procedure qualificate (vedi nota sotto), che saldatori e operatori di saldatura lavorino solo sui servizi per i quali sono qualificati e che siano riqualificati quando necessario.

Vale ancora la pena ricordare che il fatto che una procedura sia qualificata non ne garantisce l'applicabilità a qualsiasi opera. Ogni opera ha i suoi criteri e requisiti ed è richiesto un giudizio tecnico per applicare una procedura di saldatura.

I limiti di qualificazione vengono prima stabiliti attraverso le variabili di saldatura.
Le variabili sono condizioni di saldatura che, se modificate, influiscono sulla qualità delle saldature.

Per il processo di saldatura ad elettrodo rivestito, ad esempio, il passaggio da un raddrizzatore a un generatore di corrente normalmente non ha alcuna influenza sulla probabilità di alterare la qualità delle saldature e quindi non è considerato una variabile per questo processo. .

Ad ogni modo, può essere una variabile per un altro processo di saldatura.

Alcuni standard di qualificazione attribuiscono a tutte le variabili la stessa importanza. Altri danno loro diversi livelli di importanza, classificandoli in variabili essenziali e variabili non essenziali.
Ogni norma determina variabili specifiche, applicabili a ciascuno dei processi di saldatura.

Con la conoscenza delle variabili applicabili, l'ispettore della saldatura può determinare se la saldatura viene eseguita correttamente.

Variabili essenziali

Si tratta di variabili che, se modificate, richiedono una riqualificazione.

Variabili essenziali supplementari

Si tratta di variabili che, se modificate, richiedono una riqualificazione, tuttavia la loro analisi è necessaria solo quando vi è un requisito di impatto sul giunto saldato.

Variabili non essenziali

Si tratta di variabili che, se modificate, non necessitano di riqualificazione. Utilizzando una procedura qualificata e nei limiti delle variabili, dovrebbero dare luogo a saldature accettabili, se il saldatore non introduce difetti. Tuttavia, una modifica oltre i limiti stabiliti nella procedura può influire sulle proprietà meccaniche delle saldature, anche se il saldatore esegue la saldatura senza difetti.

Una modifica a una variabile non essenziale richiede comunque una revisione del WPS ma non del WPQR.

Esempio di variabili di saldatura

Tipo di giunto saldato

Il tipo di giunzione viene determinato tenendo conto dello spessore del materiale da saldare. In generale, il tipo di giunzione deve essere utilizzato in modo che la quantità di metallo depositato sia ridotta, evitando così sprechi di metallo di saldatura, tempo macchina e saldatore, oltre ad evitare l'introduzione di una grande quantità di calore nel pezzo.

Angolo di smusso

L'angolo di smusso è ciò che consente all'elettrodo di accedere alle regioni vicine alla radice di saldatura e facilita la saldatura di più passate, evitando il surriscaldamento del pezzo. Deve avere una dimensione variabile entro un certo limite, perché se troppo “chiusi” rendono difficoltosa l'operazione di passata di radice e se troppo “aperti” si depositano quantità elevate ed inutili di materiale di addizione.

Apertura della radice

L'apertura della radice consente al metallo d'apporto di penetrare nella radice della saldatura. Anche l'apertura della radice deve essere controllata, perché se è troppo grande, può esserci un'eccessiva penetrazione della saldatura o la fusione completa delle facce del naso, e quindi traboccare dall'intera radice e troppo piccola potrebbe non consentire alcuna penetrazione.

Faccia di radice

Ha anche un ruolo importante nella penetrazione in quanto funge da solido supporto per il metallo fuso. Anche la sua dimensione deve essere controllata in modo che vi sia una perfetta fusione dei suoi bordi, e di conseguenza un'adeguata penetrazione.

Uso di "supporto"

Nei giunti di testa in posizione piana, per avere una penetrazione controllata e indipendente dai fattori sopra citati, si sceglie il supporto che funge da supporto del metallo fuso ottenendo le forme desiderate. Questo tipo di dispositivo viene spesso utilizzato nei giunti in cui non è disponibile l'accesso all'altro lato del giunto.

Modulo WPS (esempio)

Il modulo WPS deve contenere le informazioni previste dai rispettivi standard di qualificazione applicabili, ad esempio:

• Identificazione dello standard di qualificazione.
• Schizzo della guarnizione e dello smusso.
• Schizzo della sequenza di passaggio (solitamente ignorato per motivi pratici).
• Specifica, classificazione e marchio dei materiali di consumo.
• Numero WPS e WPQR.
• Controllo dell'apporto di calore quando applicabile.
• Requisiti speciali per il materiale di consumo utilizzato (come l'utilizzo del suffisso G).
• Gamma di preriscaldamento per spessori qualificati.
• Data di preparazione e approvazione.
• Nome completo dell'ingegnere responsabile.

Informazioni sulla Saldatura

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Citazione

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