Soldadura
Tiempo de purga de argón en soldadura
En resumen
Una purga de respaldo protege la raíz de una soldadura. El volumen entre tapones es V = π/4 × Di² × L y el tiempo de prepurga t = n × V / Q. Un modelo de mezcla perfecta, C(t) = C0 · e^(−Q·t / V), da el tiempo para alcanzar un límite de oxígeno. El gas de prepurga es el caudal por el tiempo mínimo de prepurga.
Cálculo
Ejemplo calculado con los valores por defecto de la herramienta.
Datos
- Volumen
- Tubo entre dos tapones
- Tubo
- DN50 · 60,3 × 2,9 mm
- Longitud purgada entre tapones
- 300 mm
- Material
- Inoxidable austenítico 316L
- Gas de purga
- Argón
- Renovaciones del volumen
- 5
- Caudal de prepurga
- 15 L/min
- Tiempo de soldeo con purga
- 10 min
- Límite que alcanzar en el venteo
- Según el material
Resultados
- Tiempo mínimo de prepurga
- 21 slímite de 100 ppm con mezcla perfecta
Ejemplo resuelto
Todos los valores de esta sección son los del ejemplo, calculado con los valores por defecto de la herramienta.
Otros resultados del ejemplo
- Tiempo de prepurga
- 14 s5 renovaciones
- Tiempo para alcanzar el límite
- 21 s100 ppm, mezcla perfecta
- Renovaciones para el límite
- 7,6
- Volumen purgado
- 0,70 L
- Gas de prepurga
- 5,4 L
- Gas durante el soldeo
- 50 L5 L/min (fabricante)
- Consumo total de gas
- 55 L
- Diámetro interior
- 54,5 mm
- Oxígeno residual objetivo
- 100ppm máximo: 100 (BOC), 50 según Huntingdon, 20 en servicio severo; prevalece la WPS
- Valores orientativos de práctica de fabricante: no sustituyen a la WPS cualificada ni a una medida de oxígeno.
- Solo un analizador de oxígeno dentro de la zona purgada confirma la purga; el tiempo por sí solo no basta.
- Prevé un venteo de salida y, mientras sueldas, un caudal apenas perceptible a la salida (Huntingdon): demasiado caudal sube la presión en el tubo.
- Grandes cantidades de gas de purga: riesgo de asfixia alrededor del puesto, comprueba la ventilación (BOC).
- Mezcla perfecta (caso más desfavorable): 1415 ppm de O2 tras 5 renovaciones, por encima de 100 ppm. El desplazamiento de abajo arriba da mejor resultado en la práctica: compruébalo con un analizador.
- El límite de 100 ppm requiere 7,6 renovaciones con mezcla perfecta: prepurga ampliada a 21 s.
Cálculo detallado
Diámetro interior
Di = OD − 2e
60,3 − 2 × 2,90 = 54,5 mm
Volumen purgado
V = π/4 × Di² × L
π/4 × 54,5² × 300 = 699849 mm³ = 0,700 L
Gas de prepurga
Vg = Q × t chambrage
15,0 L/min × 21 s / 60 = 5,35 L
Tiempo de prepurga
t = n × V / Q
3,50 / 15,0 = 0,23 min = 14 s
Oxígeno, mezcla perfecta (caso más desfavorable)
C = 210 000 ppm × e^(−n)
210 000 × e^(−5,0) = 1415 ppm
Renovaciones para 100 ppm (mezcla perfecta)
n = ln(210 000 / 100)
7,6
Oxígeno en el venteo
C(t) = C0 · e^(−Q·t / V)
C0 = 210 000 ppm ; Q = 15,0 L/min ; V = 0,700 L
Tiempo para 100 ppm
t = V / Q × ln(C0 / C)
0,700 / 15,0 × ln(210 000 / 100) = 0,36 min = 21 s
Prepurga mínima
max(t renouvellements ; t seuil)
max(14 ; 21) = 21 s
Cómo se usa
- Elige el tubo (diámetro exterior y espesor) y la longitud purgada entre tapones, o introduce un volumen conocido.
- Elige el material y el gas de purga: argón o nitrógeno.
- Introduce el número de renovaciones del volumen, el caudal de prepurga y el tiempo de soldeo con purga.
- Elige el límite de oxígeno que alcanzar en el venteo, o introduce el valor de la WPS en ppm.
- Lee el tiempo mínimo de prepurga.
Preguntas frecuentes
¿Cómo se calcula el tiempo de purga de argón de un tubo?
Ejemplo: un tubo de 60,3 × 2,9 mm, o sea Di = 54,5 mm, en 300 mm entre tapones: V = π/4 × 54,5² × 300 = 0,700 L. Con 5 renovaciones a 15 L/min, t = n × V / Q = 3,50 / 15,0 = 0,23 min, o sea 14 s. Para llegar a 100 ppm de oxígeno con mezcla perfecta, t = V / Q × ln(C0 / C) = 21 s: el tiempo mínimo de prepurga es de 21 s.
¿Cómo se hace una purga de respaldo en soldadura?
Cierra el tubo a ambos lados de la junta (tapones, globos o película soluble), deja un venteo de salida y sustituye el aire por el gas de purga antes de soldar. La práctica de fabricante utilizada es de unas 5 renovaciones del volumen a 15 a 20 L/min, y luego unos 5 L/min durante el soldeo, apenas perceptible a la salida.
¿Qué gas de respaldo se usa en inoxidable?
El argón sirve para todos los materiales. BOC admite el nitrógeno sin oxígeno en los austeníticos y los dúplex, pero estabiliza la austenita y puede dar una microestructura inaceptable: el cálculo lo reserva a trabajos no críticos en austenítico (excluido en ASME BPE). En dúplex, las fuentes no coinciden: sigue la WPS y, si no, argón.
¿Qué nivel de oxígeno debe alcanzar la purga?
En inoxidable, BOC considera satisfactorio 100 ppm (0,01 %), Huntingdon 50 ppm, y 20 ppm para servicio severo. En acero al carbono, la purga no suele hacer falta; cuando se exige, se suele aceptar un 1 % de O2. Manda la WPS, y solo un analizador de oxígeno confirma la purga.
¿Cuántas renovaciones necesita una purga en dúplex?
IMOA recomienda argón puro introducido por abajo y al menos 7 renovaciones del volumen; el cálculo avisa por debajo de esa cifra. Con mezcla perfecta, 5 renovaciones aún dejan 1415 ppm de oxígeno: la purga por desplazamiento lo hace mejor en la práctica, pero compruébalo con un analizador.
Límites
Resultados orientativos, sacados de la práctica de fabricantes (Huntingdon, BOC) y de IMOA: no sustituyen ni a la WPS cualificada ni a una medida de oxígeno. El modelo de mezcla perfecta es el caso más desfavorable; solo un analizador dentro de la zona purgada confirma la purga. Un caudal de más de 20 L/min crea turbulencias que alargan la purga. Grandes volúmenes de gas de purga: riesgo de asfixia, comprueba la ventilación.
Fuentes
- Huntingdon Fusion Techniques : pré-purge (≈ 5 renouvellements, 15–20 L/min, 5 L/min en soudage) : Shielding Gas and Purging Techniques during Welding, Part 2
- Huntingdon Fusion Techniques : oxygène résiduel inox < 50 ppm : Welding Stainless Steel
- BOC / Linde : gaz de purge, teneurs en O2 admises, azote : The right gas working for you, Purging or root backing
- Orbital Welding Guide : azote, travaux non critiques: Argon Purge Welding Guide
- Dilution : équation de purge d’un volume (mélange parfait) : Basic room purge equation, t = V/Q · ln(C0/C)
- IMOA : envers à l’argon, par le bas, au moins 7 fois le volume : Practical Guidelines for the Fabrication of Duplex Stainless Steels, § 12.3.1
- Géométrie : Volume d’un cylindre