Welding Journal en Español

La industria ferroviaria de Estados Unidos depende en gran medida de la soldadura para producir equipos de transporte que mueven a las personas, los productos y las mercancías que mantienen a Estados Unidos en funcionamiento continuo. En ese país la carga se mueve por ferrocarril, entre otros medios. Según un informe del Departamento de Transporte de los Estados Unidos, la red ferroviaria representó aproximadamente el 28 % del movimiento de carga por tonelada-milla (para obtener más detalles, visite rails.dot.gov/rail-network-development/freight-rail-overview). Además, las tendencias del número de pasajeros de la Asociación Americana de Transporte Público (American Public Transportation Association) (APTA) (transitapp.com/apta) compartieron la siguiente información: “Durante la pandemia de COVID-19, el número de pasajeros del transporte público aumentó y disminuyó rápidamente. Estos cambios dificultan las cosas para las agencias de tránsito que dependen de informes mensuales o trimestrales. Para enfrentar este desafío, APTA y Transit se han asociado para crear un nuevo recurso para toda la industria rastreando la demanda de transporte público y publicando estimaciones del cambio en el número de pasajeros en tiempo real”. Creo que la economía de Estados Unidos simplemente no funcionaría sin los ferrocarriles de carga que transportan mercancías y los trenes de pasajeros que brindan transporte interurbano e intraurbano.

En las últimas décadas, los códigos y estándares de AWS han impulsado la seguridad, la confiabilidad y la calidad de la fabricación de material rodante. Desde la fabricación de nuevas locomotoras que emplean motores Tier4 de la EPA y la construcción de vehículos ferroviarios ligeros y trenes múltiples a diesel-eléctricos para el transporte urbano hasta la próxima generación de trenes de alta velocidad Amtrak Acela, los fabricantes confían en los códigos, estándares y especificaciones de AWS como base de fabricación.

Fabricación de material rodante

Casi todos los aspectos de la industria del transporte utilizan soldadura donde la falla podría ser catastrófica. Estas soldaduras requieren estándares de alta calidad para garantizar la seguridad, y los códigos de soldadura AWS afectan cada parte del proceso de fabricación.

Adquirir material rodante puede llevar mucho tiempo. Inicialmente, se publican las solicitudes de propuestas y los fabricantes tienen la oportunidad de reunirse con el posible cliente, revisar las especificaciones técnicas y presentar una propuesta para la construcción. Luego viene la entrega, la puesta en servicio y la garantía de los equipos nuevos o reconstruidos.

Atención especial a la especificación técnica

La especificación técnica publicada es el documento rector que detalla la metodología de construcción, la confiabilidad, la seguridad y las especificaciones de rendimiento del vehículo. Cada especificación técnica es un conjunto único de características detalladas por el propietario o la autoridad de transporte y se rige por las leyes del lugar donde se utilizará el vehículo.

Para el transporte nacional de Estados Unidos, la especificación técnica establece que el fabricante debe realizar el proceso de soldadura utilizando los códigos y procedimientos de soldadura AWS y utilizar soldadores calificados para realizar el trabajo. Además de los requisitos de soldadura, el documento detalla los procesos específicos que pueden o no usarse en la construcción, los materiales utilizados para la construcción y cualquier técnica de soldadura fuerte, blanda o de unión que se vaya a utilizar. Esta especificación técnica también se transmite a los subcontratistas que fabrican componentes para el contrato mediante los términos y condiciones de las órdenes de compra emitidas.

Desde el sistema de calefacción y enfriamiento (HVAC) hasta los módulos de fuente de alimentación auxiliar y de propulsión, incluidos los elementos de colisión, los bastidores, los camiones y los gabinetes de alto voltaje hasta los asientos que los ingenieros y los pasajeros usan todos los días, prácticamente todos los sistemas se ven afectados por los estándares de AWS y prácticas que abarcan desde la ingeniería inicial hasta la entrega del producto final.

Cada autoridad de tránsito que publica una especificación técnica para el mercado de los Estados Unidos requiere la utilización de códigos y estándares AWS durante la fabricación de locomotoras y material rodante de pasajeros. Por lo general, y según el material solicitado para la construcción, la especificación técnica solicitará el uso de las especificaciones de soldadura estructural de AWS, incluido AWS D1.1, Código de Soldadura Estructural (Structural Welding Code): acero D1.3, Código de Soldadura Estructural: chapa de acero D1.6, Código de Soldadura Estructural: acero inoxidable D1.2, Código de Soldadura Estructural: aluminio para uso en diseño y fabricación y D15.1, Especificación de Soldadura Ferroviaria para Vagones y Locomotoras (Railroad Welding Specification for Cars and Locomotives).

Adicionalmente, en la especificación técnica y con base en la aplicación, se harán referencias a AWS B2.1, Especificación para el Procedimiento de Soldadura y Calificación de Desempeño D17.2 (Specification for Welding Procedure and Performance Qualification), Especificación para Soldadura por Resistencia para Aplicaciones Aeroespaciales C1.1 (Specification for Resistance Welding for Aerospace Applications), Prácticas recomendadas para soldadura por resistencia y el Manual de Soldadura (Welding Handbook), así como las secciones pertinentes de ASME para recipientes a presión.

Es posible que los fabricantes fuera de los Estados Unidos utilicen los estándares industriales de Japón o los estándares DIN EN para la soldadura y la calificación del soldador al fabricar productos nacionales en su país o región de origen, pero las especificaciones técnicas para la fabricación de la mayoría de los productos ferroviarios para el mercado estadounidense requieren códigos de soldadura AWS y normas. Los fabricantes también pueden proporcionar comparaciones de varios estándares con los códigos de AWS, pero generalmente prevalece a los efectos del contrato el más estricto, a menudo el código de AWS.

Materiales y procesos utilizados en la construcción

Las locomotoras, el material rodante de pasajeros y el transporte de mercancías utilizan una variedad de materiales y formas en el proceso de fabricación y manufactura desde acero inoxidable austenítico, acero inoxidable AISI 301LN y 304L y acero de baja aleación y alta resistencia, como A572, A588 y A606, hasta fundiciones y láminas y extrusiones de aluminio de la Asociación de Ferrocarriles Estadounidenses M-201. Durante la fabricación, a menudo se crean y califican procedimientos de soldadura para materiales disímiles para la soldadura por fusión de alta resistencia a la tracción de baja aleación con acero inoxidable. A menudo, la mitigación de la corrosión también debe abordarse durante la fabricación ya que se combinan varios tipos de materiales en un solo vehículo.

La diversidad de fabricación utilizada en la construcción de locomotoras, vagones de carga y material rodante de pasajeros emplea una multitud de procesos, como soldadura por arco metálico con gas (GMAW), GMAW en cortocircuito, soldadura por arco metálico blindado, soldadura por arco con núcleo fundente, soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW), GTAW pulsado, soldadura por arco sumergido, soldadura por puntos de resistencia, soldadura por costura por resistencia, soldadura por rayo láser, soldadura por fricción y agitación, pulverización de plasma, soldadura fuerte y blanda y unión. Históricamente, la fabricación de material rodante de pasajeros utilizó soldadura manual, pero hoy vemos robots con seguimiento de costura láser y posicionadores integrados que se utilizan para producir soldaduras repetitivas de alta calidad en estructuras de locomotoras y camiones. La robótica también desempeña un papel cada vez mayor en la soldadura por puntos y por costura de componentes estructurales individuales para la fabricación de láminas laterales, techos y láminas finales de vagones de pasajeros. Los elementos de colisión y los componentes estructurales pesados se sueldan cada vez más con la automatización, pero a menudo los pequeños detalles para unir y sellar el techo y las estructuras laterales aún emplean GTAW y soldadura. Las locomotoras y los trenes pesados/de cercanías contienen cientos de pies de tubería de frenos de aire y tuberías de cobre para usar con frenos de aire, así como sistemas HVAC que se sueldan manualmente.

La importancia de AWS D15.1

Parte de casi todas las especificaciones técnicas de Estados Unidos para la fabricación o refabricación/revisión de la construcción de locomotoras/material rodante es AWS D15.1, Especificación de Soldadura Ferroviaria para Vagones y Locomotoras (Railroad Welding Specification for Cars and Locomotives).

El AWS D15.1 fue desarrollado por el Comité AWS D15 sobre soldadura ferroviaria para establecer estándares mínimos para la fabricación y el mantenimiento de equipos ferroviarios y proporcionar un documento completo para la industria. Desde D15.1-86 hasta la versión actual publicada en 2019, los miembros del comité se han esforzado constantemente por proporcionar aportes continuos de la industria en el desarrollo de la especificación de agencias reguladoras, nuevas tecnologías y otras especificaciones y códigos para un documento completo que cubra soldadura, certificación, e inspección. Hoy el documento sirve como una colección completa de datos para uso en la industria ferroviaria.

Nuevo documento borrador de AWS D15.3

La fabricación de vehículos ferroviarios de pasajeros a menudo emplea soldadura por resistencia de acero y acero inoxidable para formar la estructura del automóvil. El acero inoxidable se usó para fabricar decenas de miles de vehículos desde el uso inicial de Budd Co., St. Louis Car Co. y Pullman-Standard hasta el uso actual de los fabricantes estadounidenses para aplicaciones de trenes pesados y de cercanías. La costura por resistencia y la soldadura por puntos, tanto manual como automatizada, han brindado la resistencia y la seguridad necesarias para cumplir con los estándares más estrictos. La soldadura por puntos de resistencia automatizada de las paredes laterales permite una apariencia estética soldada deseada por las autoridades de tránsito. Algunos fabricantes ahora emplean soldadura láser para conectar el marco de la estructura lateral a la lámina de la pared lateral exterior para minimizar la apariencia de la soldadura exterior visible para el público que viaja. La soldadura por puntos de resistencia de los umbrales laterales y centrales utiliza acero inoxidable 301L y, a menudo, se puede soldar con un grosor de 3 o 4 capas de 0.187 pulgadas (4.7 mm). El subcomité AWS D15D sobre soldadura por resistencia para aplicaciones ferroviarias aborda la necesidad de requisitos específicos de soldadura por resistencia que se encuentran en la fabricación de vehículos ferroviarios de pasajeros.

Históricamente, el AWS C1.1 Prácticas Recomendadas para Soldadura por Resistencia (Recommended Practices for Resistance Welding) se utilizó como base para la soldadura por resistencia, al igual que algunos requisitos de la AWS D17.2 Especificación para Soldadura por Resistencia para Aplicaciones Aeroespaciales (Specification for Resistance Welding for Aerospace Applications), para calificación y prueba. Una vez publicado, el nuevo estándar, AWS D15.3/D15.3M, Especificación para Soldadura por Resistencia para Aplicaciones Ferroviarias, abordará la tecnología actual de soldadura por resistencia para la fabricación, los procedimientos, la calificación, las pruebas y la inspección de vagones de ferrocarril. El estándar también incorporará técnicas de inspección más avanzadas, como la prueba ultrasónica de matriz en fase para utilizar todo su potencial para la inspección de soldadura por resistencia.

Las inspecciones verifican el cumplimiento

La AWS ha promovido el programa Certified Welding Inspector (CWI) (Inspector Certificado de Soldadura) (aws.org/cwi) durante décadas, y la industria ferroviaria ha reconocido que los CWI son esenciales para la verificación de fabricación al incorporar el uso de sus conocimientos y habilidades como un requisito en la especificación técnica. Los CWI revisan los procedimientos y las entregas de certificaciones para el cumplimiento del código, verifican que los procedimientos sean empleados correctamente por soldadores calificados e inspeccionan el producto final. Trabajan para abordar cualquier disconformidad o discrepancia y trabajan con el ingeniero del propietario y el fabricante para resolver problemas de calidad. Desde las presentaciones iniciales para la construcción de vehículos hasta las revisiones de la documentación de soldadura en las inspecciones del primer artículo en las instalaciones del fabricante y del subcontratista, el inspector de soldadura desempeña un papel vital en la fabricación.

A menudo, durante las fases iniciales del desarrollo y las presentaciones del plan de fabricación, el CWI, el ingeniero de soldadura y el departamento de calidad trabajan de la mano en la revisión de la documentación del fabricante y de varios fabricantes de componentes, comparando las entregas con las especificaciones y los requisitos técnicos. Durante la fabricación, el inspector de soldadura, tanto del lado del fabricante como del propietario, proporciona una verificación independiente de los procedimientos utilizados durante el proceso de fabricación hasta la inspección final de los componentes o del vehículo. Los CWI verifican que se utilicen los elementos y variables esenciales establecidos y que el producto final cumpla con los requisitos de ingeniería, códigos, estándares y especificaciones técnicas.

Pensamientos de partida

Los códigos y estándares AWS tienen una amplia aceptación en la fabricación de material rodante de carga y pasajeros. Las autoridades de tránsito, los propietarios y los fabricantes han estado incorporando códigos AWS para la construcción uniforme de vehículos sobre rieles en los Estados Unidos y en el extranjero durante décadas. A medida que la industria se adapta constantemente a nuevos productos, procesos y tecnologías, los miembros del comité presentan discusiones relacionadas. A medida que surjan nuevas tecnologías para crear vehículos más rápidos y livianos, los códigos y estándares de AWS continuarán brindando seguridad de fabricación en el material rodante ferroviario, donde las fallas no son una opción. 

PAUL BURYS (paulburys@rvba.com) es el gerente del programa en Raul V. Bravo + Associates Inc., Reston, Va.; inspector de soldadura senior certificado por AWS y Gerente Certificado de Calidad/Excelencia Organizacional de ASQ. También tomó el F40PH, los bastidores de los camiones, las unidades múltiples eléctricas y las fotos de la carcasa del automóvil en este artículo. Además, es miembro del Comité AWS D15 sobre Soldadura Ferroviaria (Committee on Railroad Welding), el Subcomité D15D sobre Soldadura por Resistencia para Aplicaciones Ferroviarias (Subcommittee on Resistance Welding for Railroad Applications) y el Subcomité D15A sobre Vagones y Locomotoras (Subcommittee on Cars and Locomotives).