Control de calidad en soldadura de vigas de grúa

La soldadura de la viga principal de la grúa es el proceso más determinante en la fabricación de vigas cajón y vigas I para grúas pórtico y puente. La calidad del cordón de soldadura condiciona directamente la capacidad portante, la vida a fatiga y la seguridad en servicio de la viga. Este artículo desarrolla de forma sistemática el proceso completo de soldadura de la viga principal: desde la selección de materiales de aporte, el diseño del bisel, la definición de los parámetros de soldadura y el control de la deformación por soldadura, hasta la inspección de calidad del cordón. Se toma como referencia la norma GB/T 5117 sobre electrodos para aceros no aleados y de grano fino, la norma GB/T 8110-2017 relativa a hilos de soldadura de acero al carbono y acero de baja aleación para soldadura por arco con gas protector, y la norma GB/T 11345 sobre ensayo no destructivo de soldaduras mediante técnicas ultrasónicas, niveles de inspección y evaluación. El objetivo es ofrecer a ingenieros de soldadura y personal de inspección de calidad una referencia práctica y completa.

Estructura de la viga principal y tipos de cordones de soldadura

Los cordones de soldadura de la viga cajón principal incluyen principalmente: las soldaduras de filete longitudinales entre las platabandas y el alma (cuatro cordones continuos a lo largo de toda la viga, críticos para soportar las tensiones de flexión), las soldaduras de filete entre el alma y los rigidizadores transversales, las soldaduras de filete entre los rigidizadores longitudinales y el alma, así como las soldaduras a tope y de filete en la unión entre la viga principal y el testero. La garganta de las soldaduras de filete se determina según la norma GB/T 3811 para el diseño de estructuras soldadas, adoptándose generalmente un valor de 0,7 a 1,0 veces el espesor del alma, con un mínimo de 6 mm. Las soldaduras de filete longitudinales se ejecutan de forma continua. La garganta k de la soldadura de filete se define por el menor espesor entre la platabanda y el alma: cuando el espesor de las piezas a soldar es ≤ 20 mm, k ≥ 6 mm; para espesores entre 20 y 40 mm, k ≥ 8 mm; y para espesores superiores a 40 mm, k ≥ 10 mm. Las soldaduras de filete de los rigidizadores transversales pueden ejecutarse de forma discontinua para reducir la deformación por soldadura, si bien los rigidizadores situados dentro del cuarto central de la luz, en ambos extremos de la viga principal, deben soldarse de forma continua. En el caso de la viga I, los cordones comprenden las soldaduras de filete longitudinales entre las platabandas y el alma (dos cordones) y las soldaduras de unión de las placas finales; la disposición de los cordones es más sencilla que en la viga cajón, pero los requisitos de calidad son igualmente exigentes.

Selección de materiales de aporte para soldadura

Diseño de biseles y ensamblaje

La soldadura de filete longitudinal de la viga principal se ejecuta generalmente sin bisel, mediante unión en T soldada directamente. Cuando el alma supera los 20 mm de espesor, para garantizar la penetración completa se mecaniza un bisel en V de un solo lado en el canto del alma (ángulo del bisel 45°±5°, cara de raíz 2 mm). Las uniones a tope por empalme del alma (cuando la longitud de la chapa no alcanza y es necesario unir) se preparan con bisel en doble V o en X, ángulo 60°±5°, cara de raíz 1~2 mm y separación de raíz 2~3 mm. Antes del ensamblaje se limpia la superficie del bisel eliminando aceite, óxido, humedad y otras impurezas en una franja de 20 mm a cada lado del bisel, hasta dejar el metal con brillo propio. Durante el montaje se utilizan utillajes de ensamblaje y fijaciones para garantizar la perpendicularidad entre la platabanda y el alma (desviación de perpendicularidad no superior a 1/500 de la altura del alma), así como el paralelismo entre platabandas y la rectitud en toda la longitud de la viga principal. Los puntos de fijación tienen una longitud de 30~50 mm con una separación de 300~500 mm; se emplean los mismos materiales de aporte y condiciones de proceso que en la soldadura definitiva, y forman parte integrante del cordón final.

Parámetros del proceso de soldadura

La soldadura con protección gaseosa CO₂ es el método más habitual para los cordones de filete longitudinales de la viga principal. La pureza del CO₂ no debe ser inferior al 99,5%, con un caudal de 15~25 L/min. Parámetros de correspondencia entre corriente y voltaje: para espesores de 8~12 mm, corriente 200~280 A, voltaje 24~28 V, velocidad de soldadura 25~35 cm/min; para espesores de 12~20 mm, corriente 280~360 A, voltaje 28~32 V, velocidad 20~30 cm/min; para espesores de 20~30 mm, corriente 360~420 A, voltaje 32~36 V, velocidad 18~25 cm/min. La longitud libre del hilo se mantiene entre 15~20 mm. La soldadura automática por arco sumergido se emplea para la producción en serie de cordones de filete longitudinales continuos: para espesores de 10~16 mm, corriente 500~650 A, voltaje 32~36 V, velocidad 30~40 cm/min; para espesores de 16~24 mm, corriente 650~800 A, voltaje 34~38 V, velocidad 25~35 cm/min. La soldadura manual con electrodo se utiliza principalmente para rigidizadores y cordones cortos en los extremos; con espesores de 8~16 mm la corriente es de 180~240 A (electrodo φ4,0). La temperatura ambiente de trabajo no debe ser inferior a 0°C, la humedad relativa máxima del 80%, y la velocidad del viento para soldadura CO₂ no debe superar 2 m/s (por encima de este valor se requiere pantalla cortaviento).

Control de deformación de soldadura

La deformación por soldadura en la viga principal es el problema de calidad más común durante el proceso de fabricación. Se manifiesta principalmente como curvatura lateral (desviación lateral de la viga principal en el plano horizontal), desviación de la contraflecha (la contraflecha de la viga principal en el plano vertical no cumple con los requisitos de diseño) y deformación por torsión (giro de la viga principal alrededor de su eje longitudinal). Las medidas de control del proceso para la deformación por soldadura incluyen: secuencia de soldadura simétrica (soldar primero el cordón de soldadura de filete longitudinal de un lado, luego el correspondiente del otro lado, alternando y evitando la soldadura continua en un solo lado), método de soldadura por retroceso segmentado (dividir el cordón largo en segmentos de 300~500 mm, soldando desde el centro hacia los extremos en retroceso; cada segmento debe enfriarse hasta que se pueda tocar con la mano antes de soldar el siguiente), método de preformado (preestablecer la deformación inversa durante el ensamblaje, por ejemplo, preestablecer una contraflecha de 10~15 mm mayor que el requisito de diseño para que, tras la soldadura, recupere el valor de diseño), método de fijación rígida (utilizar fijaciones para asegurar la viga principal al utillaje de soldadura, limitando la deformación durante el proceso) y una secuencia de soldadura racional (soldar primero las soldaduras a tope del alma, luego las soldaduras de filete entre los rigidizadores y el alma, y finalmente los cordones de soldadura de filete longitudinales continuos). Tras la soldadura, se realiza un enderezado general de la viga principal mediante corrección por llama (calentar la platabanda o el alma en la zona deformada con llama de oxiacetileno a 600~650 °C y dejar enfriar naturalmente para que se contraiga y corrija la forma) o corrección mecánica (enderezado en frío con prensa). La temperatura de corrección por llama no debe superar los 900 °C para no afectar las propiedades del material base.

Inspección de calidad de los cordones de soldadura

La inspección de calidad de los cordones de soldadura se realiza según las normas GB/T 11345 y GB/T 29712, e incluye tres niveles: inspección visual, ensayo no destructivo y ensayos de propiedades mecánicas. La inspección visual se aplica a todos los cordones de soldadura y verifica la uniformidad de la superficie del cordón, así como la presencia de grietas, porosidad, inclusión de escoria, falta de fusión, mordedura (con una profundidad máxima de 0,5 mm y una longitud acumulada no superior al 10 % de la longitud total del cordón) y que la garganta cumpla con los requisitos de diseño. El ensayo no destructivo incluye un Ensayo por Ultrasonidos (UT) al 100 % de los cordones de filete longitudinales y de las soldaduras a tope, con un grado de detección no inferior a B y un grado de evaluación no inferior a 2. Las soldaduras a tope y los cordones de filete de los rigidizadores transversales en la zona de tracción se someten a un Ensayo por Partículas Magnéticas (MT) para la detección de defectos superficiales y subsuperficiales. El Ensayo por Ultrasonidos se realiza según los requisitos de la norma GB/T 11345, con una frecuencia de sonda de 2,5~5 MHz y una sensibilidad de detección no inferior al orificio transversal de φ2×40 mm. Los ensayos de propiedades mecánicas se llevan a cabo durante la fase de cualificación del procedimiento de soldadura e incluyen el ensayo de tracción, el ensayo de plegado y el ensayo de impacto (KV₂ ≥ 27 J a -20 °C) del metal de soldadura. Por cada lote de soldadura se prepara una probeta de procedimiento para la verificación de las propiedades mecánicas. Norma de aceptación: el interior del cordón de soldadura no debe presentar grietas, falta de fusión ni falta de penetración; el diámetro de cada poro individual no debe superar los 3 mm y el número de poros no debe exceder de 3 por cada 100 mm de longitud del cordón; la longitud de las inclusiones de escoria lineales no debe superar los 10 mm y la separación entre ellas no debe ser inferior a 6 veces su longitud.

Preguntas frecuentes sobre deformación y control de soldadura