En el transporte de petróleo y gas, las infraestructuras municipales y otros grandes proyectos, la elección adecuada del proceso de soldadura de las tuberías de acero influye directamente en la calidad del proyecto y en los costes de construcción. En la actualidad, las tecnologías de soldadura LSAW y SSAW, como las dos principales, suelen generar confusión entre ingenieros y técnicos a la hora de elegir, debido a las diferencias significativas en el proceso de moldeado, las propiedades mecánicas y los escenarios de aplicación. Tomemos como ejemplo los proyectos clave nacionales: el proyecto de transporte de gas de oeste a este adopta tubos de acero soldados mediante LSAW para garantizar el transporte seguro de las tuberías de alta presión, mientras que la red de drenaje de las ciudades costeras utiliza tubos de acero soldados por arco sumergido en espiral para lograr una construcción económica. Para abordar este problema de selección técnica, este artículo analizará de forma sistemática las características técnicas que diferencian ambos procesos de soldadura y establecerá una matriz de selección técnica basada en las necesidades de ingeniería, con el fin de proporcionar una base científica para la toma de decisiones en el proyecto.

Comparación de principios técnicos: LSAW frente a SSAW

LSAW (soldadura por arco sumergido de costura recta)

Proceso de conformado: la chapa de acero se lamina para formar una pieza en bruto de tubo a lo largo de su eje longitudinal y se realiza una única soldadura longitudinal en línea recta.

Diferencias entre LSAW y SSAW1

Dirección de soldadura: el cordón de soldadura es paralelo al eje del tubo de acero, el aporte de calor durante la soldadura es uniforme y la tensión residual es baja (la norma DNV-OS-F101 exige que la tensión residual sea inferior a 15% del límite elástico).

SSAW (soldadura por arco sumergido en espiral)

Diferencias entre LSAW y SSAW2

Proceso de conformado: la chapa de acero se lamina de forma continua con un ángulo en espiral (normalmente de 20° a 25°) para formar una soldadura en espiral.

Dirección de soldadura: la soldadura se distribuye en espiral, y su longitud es 30%-50% mayor que en el caso de la soldadura LSAW, pero existe riesgo de concentración de tensiones geométricas.

Diferencias en los procesos de producción

Parámetro Tubos de acero LSAW Tubos de acero SSAW
Método de conformado Soldadura de una sola costura Soldadura continua en espiral
Longitud de la soldadura (D = 1 m) Aproximadamente 3,14 m (una sola costura recta) Aproximadamente 4,5 m (cuando el ángulo de la hélice es de 25°)
Diámetro de tubería aplicable 406-1422 mm (API 5L (estándar) 219-3048 mm (alta flexibilidad)
Rango de espesores 6-40 mm (puede cubrir acero de alta resistencia X80/X100) 5-25 mm (la ventaja económica que supone el grosor reducido de la pared es significativa)
tasa de producción Lento (0,5-1,0 m/min) Rápido (1,2-1,8 m/min)
Aprovechamiento de la materia prima 85-90% (cortado a medida) 95%-98% (banda continua de acero sin desperdicio)

1. Desglose del proceso de producción

LSAW:

Pretratamiento de la chapa de acero → Conformado JCOE → Pre-soldadura → Soldadura por arco sumergido interna/externa → Expansión → Ensayos no destructivos → Tratamiento anticorrosivo.

Punto clave de control: la desviación de la rectitud de la soldadura es inferior a 0,21 TP4T (norma API 5L).

SSAW:

Desenrollado de la banda de acero → conformado en espiral → soldadura continua → corte en vuelo a longitud fija → rectificado de la soldadura → ensayo hidrostático.

Reto principal: control de precisión del ángulo de la hélice (±0,5°).

Diferencias en el rendimiento: resistencia, tenacidad y riesgo de defectos

1. Comparación de las propiedades mecánicas

Resistencia a la tracción:

La resistencia de la soldadura del proceso LSAW puede alcanzar valores de 98%-100% del material base (la norma API 5L exige más de 485 MPa), mientras que la resistencia de la soldadura SSAW es de aproximadamente 90%-95% del material base, debido al componente de tensión de la soldadura en espiral.

Ductilidad al impacto:

En un entorno a baja temperatura de -20 ℃, la energía de impacto Charpy de la soldadura LSAW es superior o igual a 40 J (GB/T 9711 Clase B), mientras que la energía de impacto de las soldaduras SSAW suele ser inferior o igual a 35 J debido a la amplia zona afectada térmicamente (HAZ).

2. Tipo de defecto y eficacia de detección

LSAW:

Los principales defectos son las zonas sin templar o las inclusiones de escoria, que pueden detectarse mediante ensayos ultrasónicos (UT) con una tasa de detección superior al 99%. En el proyecto de transporte de gas de oeste a este se utiliza la tecnología de ensayos ultrasónicos de matriz en fase para reducir la tasa de errores en la detección de defectos a menos del 0,1%.

SSAW:

La soldadura en espiral es propensa al defecto de “curvatura en forma de media luna” (provocado por tensiones de conformado), por lo que se debe utilizar una inspección por rayos X (RT) en toda la circunferencia; sin embargo, la velocidad de detección es lenta (solo 60% de UT) y la sensibilidad a los defectos de fisuras es baja.

3. Datos sobre la vida útil por fatiga

Según DNV-RP-C203 ensayo de carga cíclica estándar:

La resistencia a la fatiga de los tubos de acero LSAW tras 10^7 ciclos es de 220 MPa.

Debido a la concentración de tensiones, la resistencia a la fatiga de los tubos de acero SSAW desciende hasta los 180 MPa.

Guía de selección: Adapta la tecnología a cada situación

1. Transporte de petróleo y gas a alta presión (presión > 10 MPa)

Selección forzada de LSAW:

Tomando como ejemplo el gasoducto de la ruta este entre China y Rusia, la soldadura de los tubos LSAW de grado X80 (espesor de pared de 21,4 mm) funciona a una presión de 12 MPa, y la tasa de conformidad de los ensayos no destructivos de la soldadura es de 99,981 TP4T.

2. Abastecimiento de agua y alcantarillado urbano / Gas a baja presión (presión inferior a 4 MPa)

Recomienda SSAW:

Un proyecto de drenaje en una ciudad del sudeste asiático utiliza tuberías SSAW (diámetro de 2600 mm) para conseguir un gran diámetro y un bajo coste gracias al conformado en espiral. El coste total del proyecto es 28% inferior al del sistema LSAW.

3. Ingeniería naval (alta corrosión, cargas dinámicas)

Solo LSAW cumple con los requisitos:

La norma DNV-OS-F101 establece claramente que el gasoducto submarino debe soldarse con tubos de costura recta. El gasoducto LSAW del yacimiento petrolífero noruego del Mar del Norte lleva 20 años en servicio en aguas marinas con una concentración de Cl⁻ de 50 000 ppm, y la pérdida de espesor de la pared es de tan solo 0,3 mm.

4. Transporte de lodos mineros (situaciones de alto desgaste)

Enfoque híbrido:

Al utilizar tubería SSAW como línea principal (bajo coste) y sustituir el codo clave por tubería LSAW (alta resistencia al desgaste), el coste total se reduce en 15%.

Tendencia de vanguardia en el sector: la integración de la inteligencia, la sostenibilidad y los nuevos materiales

Actualización para soldadura inteligente

LSAW:

Se ha incorporado un sistema de seguimiento de visión por láser para compensar en tiempo real el error de conformado de la chapa, y se ha mejorado la precisión del control de la rectitud del cordón de soldadura hasta ±0,1 mm («Optimización del proceso de soldadura por arco de acero de alta resistencia», 2022).

SSAW:

El modelo de predicción de la calidad de las soldaduras basado en inteligencia artificial permite identificar de antemano posibles defectos a través de datos de termografía, lo que reduce la tasa de desechos de 21 TP4T a 0,51 TP4T.

Tecnología de fabricación sostenible

LSAW:

El consumo de energía se reduce en 40% y las emisiones de CO₂ se reducen en 35% al sustituir el precalentamiento con gas por el calentamiento por inducción electromagnética.

SSAW:

El acero de alta resistencia y pared delgada (como el X70, con un espesor de pared de 8 mm) se ha desarrollado para reducir el consumo de material en comparación con el 20%, al tiempo que cumple los requisitos de resistencia.

Un nuevo avance en el campo de los materiales

Acero de resistencia ultraalta X120:

El proceso LSAW ha permitido soldar acero de la clase X120 (límite elástico igual o superior a 120 ksi), con un espesor de pared de 18% inferior al del X80, adecuado para tuberías de hidrógeno a presión ultraalta.

Conclusión: La tecnología no presenta ninguna ventaja ni desventaja absoluta; la adaptación al contexto es lo fundamental.

La ventaja competitiva de los procesos LSAW y SSAW radica en el equilibrio del triángulo “rendimiento-coste-eficiencia”. Los ingenieros deben ir más allá de una comparación superficial de los parámetros técnicos y analizar en profundidad el contexto del proyecto:

Diferencias entre LSAW y SSAW3

Alta presión, baja temperatura, entorno corrosivo: la fiabilidad del proceso LSAW es insustituible;

En aplicaciones de baja y media presión, con diámetros grandes y en las que el coste es un factor determinante: el SSAW ofrece una mejor relación calidad-precio global.

Tal y como señala el informe de la Asociación Internacional de Tuberías (IPA): “La tecnología inteligente y sostenible redefinirá el panorama de la tecnología de soldadura durante la próxima década, pero el principio de ‘la idoneidad ante todo’ nunca pasará de moda”.”