Estudio de La Soldabilidad de Acero Astm A-36 Con Acero VCL Mediante El Proceso Smaw y Pos [PDF]

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN FACULTAD DE INGENIERÍA DE PROCESOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MATERIALES

“ESTUDIO DE LA SOLDABILIDAD DE ACERO ASTM A-36 CON ACERO VCL MEDIANTE EL PROCESO SMAW Y POSTERIOR CALIFICACION DEL PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA”

Tesis Presentado Bachilleres:

por

los

Jonathan Paul Janampa Huancollo Juan Luis Surco Alzamora Para optar el Título Profesional de Ingenieros de Materiales.

AREQUIPA-PERU

DICIEMBRE 2015

DEDICATORIA Dedico esta Tesis a mis padres Luis y Juana, por ser el pilar fundamental en todo lo que soy; a mis hermanos Rudy y Joselo, quienes a pesar de la distancia me motivan a seguir adelante, los quiero mucho; a mis tíos Roberto y Delia, a mis primitas Ita y Robertita, por su ejemplo y apoyo desinteresado; a mi enamorada Patricia, quien ha sido el impulso durante toda mi carrera. Juan Luis Surco Alzamora.

Para ti mama Rosita, que desde arriba iluminas mi camino y bendices la familia que siempre me apoyó, gracias por ponerme una segunda madre y unos hermanos maravillosos a quien amo con todas mis fuerzas, todo lo que soy es gracias a ustedes, el primer paso de muchos esta cumplido. Jonathan Paul Janampa Huancollo.

RESUMEN

En la Industria metal-mecánica, generalmente se usa aceros estructurales para construcciones soldadas, como es el caso del acero ASTM A36, cuya característica principal es su fácil soldabilidad, sin embargo hay puntos críticos en los que este acero, por sus bajas propiedades mecánicas, no llega a cubrir los requerimientos y se opta por mejorar sus características mediante diversos tratamientos, ya sean físico, químicos, térmicos, etc., generando un alto costo, pero aun así, en ciertos casos, no se llega a cubrir las exigencias que la puesta en servicio requiere; buscando el reemplazo de éste. En este trabajo se propone el uso del acero VCL para lograr cubrir las expectativas requeridas, y cumplir con el trabajo predispuesto, para esto, en este proyecto de investigación se ha estudiado la soldabilidad de un material muy común en la Industria ASTM A-36 junto con un acero que no es muy común Acero Bohler VCL (AISI 4140) el cual por su alto contenido de carbono, sus contenidos aleantes y su tratamiento térmico (Bonificado) demuestra una desventaja enorme al momento de crear una soldadura. Para el estudio de esta Soldabilidad, se siguió una serie de pasos en los cuales se investigaron las Variables Esenciales del Procedimiento de Soldadura, entre estas tenemos la determinación de la temperatura PRE-CALENTAMIENTO, variable mediante el cual se evita la aparición de fisuras superficiales, y/o discontinuidades internas (poros, fisuracion en caliente, en frio, etc), así mismo se evaluó el tipo de electrodo o material de aporte debe estar especificado en el procedimiento, la posición de soldadura, los parámetros de soldadura(voltaje, Amperaje, velocidad de avance, pases de soldadura, etc) , y todos estos bajo el criterio de aceptación de la AWS D1.1 que es el código mandatorio para Soldaduras Estructurales. En la investigación se demostró que si se procede con la soldadura

a

temperaturas menores de 100°C tiene mayor tendencia a la creación de discontinuidades tales como fisuras en el cordón de soldadura y en la zona afectada por el calor (ZAC) que afectan al servicio pudiendo ocurrir fallos en las uniones soldadas, sin embargo con un Pre-Calentamiento de 150°C a 200°C estas se evitan y crean una soldadura de Buena Calidad, que se garantiza

mediante la

aplicación de Ensayos, tanto Destructivos Y No Destructivos,

adicionalmente por recomendaciones del fabricante nos sugiere de no exceder un Pre-Calentamiento mayor a los 200°C porque se afectaría el Bonificado que tiene el Acero VCL y como resultado tendríamos tendencias a debilitar y disminuir las ventajosas características mecánicas del acero VCL. Por lo tanto esta investigación sobre la unión de Aceros de diferente Composición química quedaría a solamente ser aprobada por un Inspector de Soldadura Certificado (Certified Welding Inspector

CWI – AWS), para su

posterior uso y aplicación en cualquier empresa del Rubro Metal-Mecánico

ÍNDICE

CAPITULO 1: ......................................................................................................................... 1 MARCO METODOLOGICO .......................................................................................... 1 1.1.

INTRODUCCIÓN: .................................................................................................... 1

1.2.

ANTECEDENTES ..................................................................................................... 2

1.3.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .......................................................................... 3

1.4.

HIPÓTESIS .............................................................................................................. 4

1.5.

OBJETIVOS ............................................................................................................. 5

1.5.1.

Objetivo General ................................................................................................... 5

1.5.2.

Objetivos Específicos ............................................................................................. 5

1.6.

METODOLOGÍA ...................................................................................................... 6

1.6.1.

Objetivo Especifico 1 ............................................................................................. 6

1.6.2.

Objetivo Especifico 2 ............................................................................................. 6

1.6.3.

Objetivo Especifico 3 ............................................................................................. 6

1.6.4.

Objetivo Especifico 4 ............................................................................................. 6

1.7.

PLAN DE TRABAJO.................................................................................................. 7

1.7.1.

ACTIVIDADES......................................................................................................... 7

CAPITULO 2: ............................................................................................................... 8 MARCO CONCEPTUAL............................................................................................... 8 2.1. INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA DE LA SOLDADURA ................................................. 8 2.1.1 IMPORTANCIA. ........................................................................................................... 8 2.1.2 APLICACIONES DE LA SOLDADURA. .............................................................................. 9 2.2 METALURGIA DE LA SOLDADURA................................................................................. 10 2.2.1 DEFINICION ............................................................................................................... 10 2.2.2 ESTRUCTURA CRISTALINA .......................................................................................... 11 2.2.5 CONSTITUYENTES MICRO ESTRUCTURALES DE LOS ACEROS ...................................... 14 2.2.5.1. CRISTALIZACIÓN. ................................................................................................... 14 2.2.5.2. LÍMITES DE GRANO. ............................................................................................... 15 2.2.6. DIAGRAMA HIERRO-CARBONO .............................................................................. 16 2.2.6.1. ALEACIONES HIERRO – CARBONO .......................................................................... 17 2.2.6.2. TIPOS DE ACERO .................................................................................................... 18 2.2.7

SOLDADURAS ......................................................................................................... 22

2.2.7.1 ORIGEN DE LA ESTRUCTURA PRIMARIA EN SOLDADURA ........................................ 23

2.2.7.2 ORIGEN DE LA ESTRUCTURA SECUNDARIA EN SOLDADURA ................................... 26 2.2.7.3 DIAGRAMAS TTT (TEMPERATURA – TRANSFORMACÓN –...................................... 27 2.2.7.4 TRANSFORMACIONES EN ESTADO SÓLIDO ........................................................... 29 2.2.7.5 TRANSFORMACIONES EN LA ZONA AFECTADA POR EL CALOR .............................. 29 2.2.8 PRE-CALENTAMIENTO ............................................................................................. 34 2.2.9 POST-CALENTAMIENTO .......................................................................................... 35 2.2.10

FISURACIÓN POR HIDRÓGENO ............................................................................ 36

2.2.11

CARBONO EQUIVALENTE: .................................................................................... 38

2.3 DETERMINACION DEL PRECALENTAMIENTO EN LA SOLDADURA DE ............................. 39 2.3.1 INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 39 2.3.2

MÉTODOS. ............................................................................................................ 41

2.3.3

CONTROL DUREZA EN LA ZAC ................................................................................ 42

2.3.4.

CONTROL DE HIDROGENO..................................................................................... 43

2.3.5.

SELECCIÓN DEL MÉTODO. ..................................................................................... 44

2.3.6.

APLICACIÓN DEL MÉTODO DE CONTROL DE DUREZA ............................................ 45

2.3.7

APLICACIÓN DEL MÉTODO DE CONTROL DE HIDROGENO. .................................... 46

2.4. CONCEPTOS BÁSICOS DE SOLDADURA ...................................................................... 50 2.4.1

PROPIEDADES DE LOS METALES ............................................................................ 50

2.4.1.1 PROPIEDADES FÍSICAS .......................................................................................... 50 2.4.1.2 PROPIEDADES MECÁNICAS .................................................................................. 50 2.4.1.3 ESPECIFICACIONES DE METALES Y CLASIFICACIÓN DE ACEROS ............................. 51 2.4.1.4 INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN EN LOS ACEROS .......................... 52 2.4.2 DEFINICIONES BÁSICAS DE SOLDADURA .................................................................. 54 2.4.3 TIPOS DE UNIONES: ................................................................................................. 55 2.4.4 TIPOS DE SOLDADURAS ........................................................................................... 57 2.4.5 TIPOS DE PREPARACIÓN DE SOLDADURAS ............................................................... 59 2.4.6 TERMINOLOGÍA ....................................................................................................... 62 2.4.6.1 TÉRMINOS ASOCIADOS A LAS SOLDADURAS EN ÁNGULO ..................................... 62 2.4.6.2 CARA Y RAÍZ DE UNA SOLDADURA ....................................................................... 63 2.4.6.3 NÚMERO DE PASADAS ......................................................................................... 64 2.4.6.4

PENETRACIÓN DE UNAS SOLDADURA .................................................................. 65

2.4.6.5 SOLDADURAS POR EL REVERSO, SOLDADURA CON RESPALDO Y SOLDADURA DE RESPALDO .......................................................................................................................... 66 2.4.6.6 VELOCIDAD DE SOLDEO ....................................................................................... 68

2.4.6.7 EXTENSIÓN DEL ELECTRODO, EXTREMO LIBRE DEL ELECTRODO Y LONGITUD DEL ARCO ........................................................................................................................... 68 2.4.6.8 POSICIONES DE SOLDEO. ........................................................................................ 69 2.4.7 PREPARACIÓN DE LAS PIEZAS Y PARÁMETROS A UTILIZAR EN FUNCIÓN DE LA POSICIÓN ........................................................................................................................... 72 2.4.8 TÉCNICAS DE SOLDEO ................................................................................................ 73 2.4.8.1 ORIENTACIÓN DEL ELECTRODO ............................................................................ 73 2.4.8.2 SOLDEO HACIA DELANTE Y HACIA ATRÁS ............................................................... 74 2.5.

PROCESO DE SOLDADURA Y CORTE ...................................................................... 78

2.5.1 SOLDADURA POR ARCO DE METAL PROTEGIDO (SMAW) ........................................... 78 2.5.2

SOLDADURA POR ARCO DE METAL Y GAS (GMAW).............................................. 82

2.5.3.

SOLDADURA DE TUNGSTENO CON PROTECCIÓN DE GAS (GTAW) ....................... 86

2.5.4

SOLDADURA POR ARCO CON NÚCLEO DE FUNDENTE (FCAW).............................. 89

2.5.5

SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO .................................................................. 93

2.5.6

PROCESO DE SOLDADURA MANUAL POR ARCO (MMA) ....................................... 96

2.5.7

PROCESOS DE CORTE ........................................................................................... 98

2.6.

CÓDIGOS Y ESPECIFICACIONES DE SOLDADURA ................................................. 101

2.6.2

CLASIFICACIÓN DE LOS CÓDIGOS Y ESPECIFICACIONES EN SOLDADURA ............. 101

2.7.

ENSAYOS DESTRUCTIVOS. .................................................................................. 106

2.7.1 ENSAYO DE RESISTENCIA A LA TENSIÓN. .................................................................. 106 2.7.2 ENSAYO DE SANIDAD DE SOLDADURAS. .................................................................. 109 2.7.3 ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO. .................................................................... 113 2.7.4 ENSAYO DE DUREZA. ............................................................................................... 115 2.7.4.1 DUREZA BRINELL ................................................................................................ 115 2.7.4.2 DUREZA ROCKWELL ........................................................................................... 116 2.7.4.3 MICRO DUREZA ................................................................................................. 117 2.8.

CALIFICACIÓN DE PROCEDIMIENTOS DE SOLDADURA Y SOLDADORES ................ 119

2.8.1 PROCEDIMIENTOS DE SOLDADURA.......................................................................... 119 2.8.2 CALIFICACIÓN DE PROCEDIMIENTOS DE SOLDADURA. ............................................. 120 2.8.3 CALIFICACIÓN DE SOLDADORES. .............................................................................. 123 2.9.

ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ............................................................................. 126

2.9.1 ANTECEDENTES ....................................................................................................... 127 2.9.2 APLICACIONES ......................................................................................................... 128 2.9.3 MÉTODOS Y TÉCNICAS............................................................................................. 130 2.9.3.1 PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS SUPERFICIALES ..................................................... 130

2.9.3.2 PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS VOLUMÉTRICAS .................................................... 131 2.9.3.3 PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS DE HERMETICIDAD ............................................... 132 2.9.4 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS USADOS PARA CALIFICACIÓN DE PROCEDIMIENTOS Y DE SOLDADORES ................................................................................................................... 133 2.9.4.1 INSPECCIÓN VISUAL ........................................................................................... 133 2.9.4.2 LIQUIDOS PENETRANTES .................................................................................... 138 2.9.4.3 ULTRASONIDO INDUSTRIAL................................................................................ 140 2.10 DISCONTINUIDADES EN UNIONES SOLDADAS ........................................................ 147 2.10.1 INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 147 2.10.2 GRIETAS .............................................................................................................. 149 2.10.3 FALTA DE FUSIÓN................................................................................................ 152 2.10.4 FALTA DE PENETRACIÓN ..................................................................................... 153 2.10.5 INCLUSIONES ...................................................................................................... 154 2.10.6 POROSIDAD ........................................................................................................ 155 2.10.7 SOCAVACIÓN ...................................................................................................... 156 2.10.9 TRASLAPE ............................................................................................................ 157 2.10.10 CONVEXIDAD ...................................................................................................... 157 2.10.11 SOBREESPESOR DE SOLDADURA ......................................................................... 158 2.10.12 GOLPE DE ARCO.................................................................................................. 159 2.10.13 SALPICADURAS O CHISPORROTEO ...................................................................... 159 2.10.14 LAMINACIÓN ...................................................................................................... 160 2.10.15 DESGARRAMIENTO LAMINAR ............................................................................. 160 2.10.16 GRIETAS Y PLIEGUES DE LAMINACIÓN................................................................. 161 2.10.17 DISCONTINUIDADES DIMENSIONALES................................................................. 161 2.10.18 DEFECTOS EN LASER Y SOLDADURA POR HAZ DE ELECTRONES ............................ 162 CAPÍTULO 3 ............................................................................................................ 163 ESTUDIO DE LA SOLDABILIDAD DE ACUERDO A CODIGO AWS D1.1 ........... 163 3.1

PROPIEDADES DE RESISTENCIA A LA TRACCION DE MATERIALES A UTILIZAR .......... 163

3.2

CARBONO EQUIVALENTE ........................................................................................ 163

3.3

UBICACIÓN EN EL DIAGRAMA DE GRAVILLE ............................................................ 166

CAPÍTULO 4 ........................................................................................................... 170 PARTE EXPERIMENTAL ......................................................................................... 170 4.1. DETERMINACION DE PROPIEDADES MECANICAS PARA ACEROS ASTM A36 Y VCL .... 170 4.2. DETERMINACION DE PROPIEDADES MECANICAS PARA EL ACERO ASTM A36. ........... 171 4.3. DETERMINACION DE PROPIEDADES MECANICAS PARA EL ACERO VCL. ...................... 169

4.4. PROCESO DE SOLDADURA........................................................................................ 173 4.5. INSPECCIONES DE SOLDADURA................................................................................ 175 CAPÍTULO 5 ............................................................................................................ 179 RESULTADOS Y CONCLUSIONES ........................................................................ 179 CAPITULO 6 ............................................................................................................ 182 6.1 ANEXOS............................................................................................................ 182

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1 Soldadura por Fusión ...................................................................................... 9 Figura 2 Aplicación de la Soldadura ............................................................................ 10 Figura 3 Celda Unitaria BCC ........................................................................................ 11 Figura 4 Celda Unitaria FCC......................................................................................... 12 Figura 5 Celda Unitaria HCP ........................................................................................ 12 Figura 6 Soluciones Solidas ......................................................................................... 13 Figura 7 Formas Cristalinas Alotrópicas del Fe a distintas Temperaturas ................... 14 Figura 8 Proceso de formación de granos ................................................................... 15 Figura 9 Esquema de Limite de granos ....................................................................... 15 Figura 10 Diagrama Hierro - Carbono ......................................................................... 16 Figura 11 Aleaciones Hierro - Carbono ....................................................................... 18 Figura 12 Micrografía de la Ferrita ............................................................................. 19 Figura 13 Micrografía de la Perlita .............................................................................. 20 Figura 14 Micrografía de la Austenita ......................................................................... 21 Figura 15 Crecimiento epitaxial producido durante la solidificación de una zona de soldadura con fusión de metal ................................................................... 25 Figura 16 Iimagen de Crecimiento epitaxial. .............................................................. 26 Figura 17 Diagrama Temperatura - Transformación - Tiempo. ................................... 28 Figura 18 Esquematización de efectos sobre la forma de los granos al laminar una chapa.. ........................................................................................................ 30 Figura 19 Relación entre las temperaturas picos experimentadas por diversas regiones en un cordón soldado y como se correlacionan con el diagrama de fase hierro-carbono. ................................................................................... 33 Figura 20 Esquema de Distribución del Calor de acuerdo al Tipo de Junta ................. 35 Figura 21 Solubilidad del Hidrogeno en el Acero. ....................................................... 37 Figura 22 Fisuras generadas por presencia de Hidrogeno .......................................... 39 Figura 23 Fórmula Para Determinar El Parámetro De Composición ........................... 46 Figura 24 DIAGRAMA DE GRAVILLE ............................................................................ 48 Figura 25 Velocidad de Enfriamiento Crítica para 350 HV y 400HV ............................ 48 Figura 26 Geometría de chaflán de Soldadura............................................................ 61 Figura 27 Desalineamiento De La Unión De Soldadura............................................... 62 Figura 28 Terminologia De Las Soldaduras En Angulo ................................................ 62 Figura 29 Soldaduras En Angulo Intermitentes........................................................... 63 Figura 30 Cara Y Raiz De Una Soldadura ..................................................................... 64 Figura 31 Cordones De Soldadura Y Capas De Soldadura ........................................... 64 Figura 32 Soldaduras Con Penetracion Completa ....................................................... 65 Figura 33 Soldadura Con Penetracion Parcial ............................................................. 65 Figura 34 Soldadura Por El Reverso ............................................................................ 66 Figura 35 Soldadura Con Respaldo ............................................................................. 67 Figura 36 Soldadura De Respaldo ............................................................................... 67 Figura 37 Nomenclatura De La Pistola Para Soldeo Por Arco Con Gas ........................ 69 Figura 38 Posiciones de Soldeo ................................................................................... 72 Figura 39 Preparacion De Piezas Para Soldeo En Cornisa ........................................... 73 Figura 40 Angulo De Trabajo del Electrodo ................................................................ 74

Figura 41 Angulo de Desplazamiento del Electrodo ................................................... 75 Figura 42 Simbologia de la Soldadura ......................................................................... 77 Figura 43 Equipo Para Proceso Smaw ......................................................................... 80 Figura 44 Clasificación Para Electrodos De Soldadura ................................................ 81 Figura 45 Proceso SMAW............................................................................................ 82 Figura 46 Tipos de Transferencia, Proceso GMAW ..................................................... 84 Figura 47 Proceso GTAW ............................................................................................ 87 Figura 48 Proceso FCAW ............................................................................................. 89 Figura 49 Proceso SAW ............................................................................................... 94 Figura 50 Portada del Código ASME Sección IX ........................................................ 102 Figura 51 Portada del Código de Soldadura Estructural AWS D1.1 ........................... 104 Figura 52 Ensayo de Traccion.................................................................................... 108 Figura 53 Probeta para Ensayo de Tracción .............................................................. 109 Figura 54 Ensayo de Doblamiento ............................................................................ 111 Figura 55 Probeta para ensayo de Nick Break .......................................................... 113 Figura 56 Ensayo de Impacto o Charpy ..................................................................... 114 Figura 57 Penetrador Brinell ..................................................................................... 115 Figura 58 Ensayo de Dureza Rockwell....................................................................... 117 Figura 59 Ensayo de Dureza Knoop e Indentador Vickers ........................................ 118 Figura 60 Registro de Calificación de Soldador – Homologación .............................. 125 Figura 61 Inspección mediante Partículas Magnéticas y Líquidos Penetrantes ........ 130 Figura 62 Placa Radiográfica ..................................................................................... 131 Figura 63 Esquema de Ultrasonido ........................................................................... 132 Figura 64 Prueba de Burbuja .................................................................................... 133 Figura 65 Inspección Visual en Pase de Raíz ............................................................. 134 Figura 66 Inspección Visual Mediante Bridge Cam .................................................... 137 Figura 67 inspección Visual mediante Galg Gage Fillet ............................................. 138 Figura 68 Inspección mediante Líquidos Penetrantes .............................................. 140 Figura 69 Incidencia de Haz Angular de Ultrasonido ................................................ 142 Figura 70 Calibración de Equipo de Ultrasonido ....................................................... 144 Figura 71 Técnica De Radiografiado.......................................................................... 147 Figura 72 Tipos de Grietas ........................................................................................ 152 Figura 73 Discontinuidades presentes en la Soldadura ............................................ 156 Figura 74 Formula para Determinar el Carbono Equivalente ................................... 164 Figura 75 Ubicación del Nivel de Soldabilidad en el Diagrama de Graville ............... 166 Figura 76 Dimensiones de Probeta para Ensayos Destructivos ................................ 170 Figura 77 Probetas de Ensayo ................................................................................... 174 Figura 78 Limpieza superficial de Probetas de Ensayo.............................................. 175 Figura 79 Armado de Probetas ................................................................................. 176 Figura 80 Probetas inspeccionadas por Líquidos Penetrantes .................................. 177 Figura 81 Probetas inspeccionadas por Partículas Magnéticas................................. 177 Figura 82 Material base inspeccionado por Ultrasonido Industrial .......................... 178

ÍNDICE DE TABLAS

tabla 1 Actividades De Trabajo ..................................................................................... 7 Tabla 2 Temperaturas De Recristalización De Algunos Materiales ............................. 31 Tabla 3 Agrupamiento Del Is, Nivel De H Y Pcm ......................................................... 49 Tabla 4 Temperatura Mínimas De Precalentamiento ................................................. 49 Tabla 5 Clasificacion De Los Aceros Según Diferentes Tipos De Normss ................... 52 Tabla 6 Tipos De Uniones De Soldadura Y Su Aplicación ............................................ 55 Tabla 7 Tipos De Soldaduras....................................................................................... 57 Tabla 8 Tipos De Preparacion De Juntas ..................................................................... 60 Tabla 9 Posiciones De Soldeo ..................................................................................... 70 Tabla 10 Soldeo Hacia Atrás Y Hacia Delante. Angulo De Retraso Y De Adelanto ...... 75 Tabla 11 Porcentaje De Contenido De Aleantes En Material Base ........................... 164 Tabla 12 Relacion Entre La Dureza Maxima En La Zac Y Riesgo De Fisuracion.......... 165 Tabla 13 Indice De Suceptibilidad............................................................................. 167 Tabla 14 Agrupamiento Del Indice De Suceptibilidad Y El Nivel De Hidrogeno ........ 168 Tabla 15 Agrupamiento De La Temperatura De Precalentamiento Minimo Y El Nivel De Embridamiento ...................................................................................... 169 Tabla 16 Comparación De Propiedades Mecánicas Del Acero Astm A36 ................. 171 Tabla 17 Composición Química Según Certificado De Calidad Astm A36 ................. 172 Tabla 18 Comparación De Propiedades Mecánicas Del Acero Vcl ............................ 172 Tabla 19 Composición Química Según Certificado De Calidad Acero Vcl .................. 172

CAPITULO 1: MARCO METODOLOGICO

1.1. INTRODUCCIÓN:

En la industria, generalmente las uniones de aceros se realizan con materiales idénticos o de composición y propiedades similares. Sin embargo, existen aplicaciones, en las que las soldaduras deben estar hechas de metales de diferente composición, con la finalidad de cubrir las necesidades requeridas, tales como fenómenos de desgaste mecánico, alta temperatura, u otras condiciones extremas deben ser satisfechas en una junta soldada. Esto conlleva en algunos casos a la necesidad de unir metales disímiles, que cumplan las exigencias del caso, para dar como resultado una soldadura exitosa entre aceros de diferente composición. El Acero A36 es una aleación de acero al carbono con menos de 0,3% de carbono, tiene buena ductilidad y es muy adecuado para fabricar elementos estructurales como perfiles, barras, etc. y también para elementos de unión estructurales como pernos, tuercas, etc. El bajo contenido de carbono y la ausencia de elementos aleantes hacen que tenga una mala templabilidad por lo que estos aceros tienen buena soldabilidad, aumentando la gama de diseños realizables con estos materiales.

El Acero VCL, es una acero especial bonificación con aleación de cromo molibdeno, muy resistente a la tracción y a la torsión, como también a cambios de flexión, se suministra en estado bonificado, lo que permite, en la mayoría de los casos, su aplicación sin necesidad de tratamiento térmico adicional.

La unión de ambos aceros no presenta buena soldabilidad debido la gran diferencia en sus composiciones y propiedades mecánicas, con resultados deficientes que no cumple los estándares de calidad exigido por la Norma o Código aplicable.

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1.2. ANTECEDENTES En EEUU, La Sociedad Americana de Soldadura AWS, publica su primer Estándar en 1928, titulada “Código para la Soldadura por Fusión y Corte por Gas en la construcción de Edificios”, en 1941 publica el Código AWS D1.0 “código para la Soldadura en Construcción de Edificios” y ya en 1972 se publica por primera vez, el Código AWS D1.1 “ Código de Soldadura de Acero Estructural” y se le hicieron varias revisiones hasta el año 2010, su 22 a Edición; este Código cubre los requerimientos para cualquier tipo de soldadura estructural realizada con acero al carbono. En el año 2007, en la Pontificia Universidad Católica del Perú, Pedro Augusto Coloma Vera, presenta la Tesis “Planificación, Construcción y Reparación de Construcciones Soldadas: Análisis de 3 casos” para optar el Título de Ingeniero Mecánico, quien presenta en detalle, tres trabajos en soldadura realizados a lo largo de su experiencia, en el primer caso y el de mayor relevancia para este trabajo, estudia la soldabilidad de aceros en la reparación del chasis de un camión minero, mediante el proceso SMAW, logrando satisfactorios resultados y ahorro considerable en gastos frente a la adquisición de un chasis nuevo. En el año 2014, en la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa, Aldo Omar Aspilcueta Caya, presenta la Tesis: “Determinación de la Temperatura de Precalentamiento Utilizando el Método Tekken a Fin de Prevenir la Fisuración en Frio en la Unión de Planchas Chronit T-1”, para optar el título de Ingeniero de Materiales, quien resuelve que la determinación de temperatura de precalentamiento es el parámetro más relevante para evitar la fisuración en frío, característica común de soldar aceros antiabrasivos templados y revenidos, mediante el proceso SMAW,

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1.3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA En los últimos años los diseñadores y calculistas de estructuras, han introducido dentro de sus materiales el acero VCL para efectuar sus diseños, porque brinda características mecánicas, alta resistencia a la tracción y a la torsión y cambios de flexión. En la industria, generalmente se usa aceros estructurales, como es el caso del acero ASTM A36, sin embargo hay puntos críticos por lo que este acero no cumple las especificaciones y requerimientos, el cual conlleva al tratamiento térmico del material o en su defecto al reemplazo de éste, es por eso que en este trabajo se propone el uso del acero VCL. Normalmente se busca mejorar las propiedades de este acero estructural, mediantes diversos tratamientos, pero no se llega a cubrir los requerimientos exigidos en ciertos puntos críticos. Lo que si se logra con un acero VCL, cuya desventaja principal es su baja soldabilidad debido a su alto contenido de carbono y alta aleación. Para la unión de estos aceros se elige el proceso SMAW, por su gran rendimiento eficacia portabilidad y bajo costo, se puede emplear en cualquier posición, en locales abiertos y cerrados incluso con restricción de espacio y es aplicable para una gran variedad de espesores y tipos de metales. Debemos tomar en cuenta la elección de un adecuado material de aporte que presente propiedades mecánicas similares a los materiales base (A36 - VCL) La elección de los parámetros de soldadura para la elaboración del procedimiento de soldadura (WPS).

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1.4. HIPÓTESIS

Para el estudio de la soldabilidad de un acero ASTM A36 con un acero VCL, debemos de elaborar un adecuado Procedimiento de Soldadura (WPS) en el cual se tomará en cuenta el material de aporte adecuado, variables esenciales, variables no esenciales y esenciales suplementarias, para lograr una unión aceptable entre los materiales mencionados, posteriormente se validará mediante la Calificación de Procedimiento de Soldadura (PQR), según Código AWS D1.1

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1.5. OBJETIVOS

1.5.1. Objetivo General Estudiar la soldabilidad del Acero ASTM A-36 con el Acero VCL en soldadura de filete y proponer un procedimiento de soldadura WPS de acuerdo a los alcances de la Norma AWS D1.1.

1.5.2. Objetivos Específicos

1.5.2.1.

Determinar las propiedades mecánicas del Acero ASTM A-36.

1.5.2.2.

Determinar las propiedades mecánicas del Acero VCL

1.5.2.3.

Proponer un procedimiento de soldadura (WPS) preliminar adecuado para la unión conforme norma AWS D1.1.

1.5.2.4.

Evaluación de la unión soldada conforme a norma AWS D1.1 para su posterior calificación

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1.6. METODOLOGÍA

1.6.1. Objetivo Especifico 1 Mediantes Ensayos Destructivos y No Destructivos, determinaremos las propiedades mecánicas del acero estructural ASTM A36, entre ellos: ensayo de tracción, ensayo de dureza.

1.6.2. Objetivo Especifico 2 Mediantes Ensayos Destructivos y No Destructivos, determinaremos las propiedades mecánicas del acero bonificado VCL, entre ellos: ensayo de tracción, ensayo de dureza.

1.6.3. Objetivo Especifico 3 Determinación de una buena soldabilidad por ensayos NDT, Líquidos Penetrantes, Partículas Magnéticas, Ultrasonido Industrial o Gammagrafía Industrial.

1.6.4. Objetivo Especifico 4 Según alcances AWS D1.1 se evaluara la unión soldada mediante ensayos no destructivos como son, inspección visual, inspección por partículas magnéticas; ensayos destructivos, tales como ensayo de doblez y macrografía

6

1.7.

1.7.1.

PLAN DE TRABAJO

ACTIVIDADES

2. Recepción de materiales de acuerdo a norma AISC. 3. Elaboración del procedimiento de soldadura WPS conforme a AWS D1.1 4. Ensayos destructivos y no destructivos a los materiales base. 5. Preparación del material para la unión a filete. 6. Ejecución de la soldadura. 7. Ensayos destructivos y no destructivos a la unión soldada. 8. Comparación de resultados reales y teóricos. 9. Redacción del Informe Final.

Tabla 1 ACTIVIDADES DE TRABAJO Código de Semanas Actividad 1 2 3 4 5 6 7 8 1 X 2 X X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X

7

CAPITULO 2:

MARCO CONCEPTUAL

2.1. INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA DE LA SOLDADURA El origen de la soldadura como tecnología para la unión de materiales metálicos se remonta hasta la Edad de Bronce, donde se encuentran los primeros

vestigios

de

procesos

de

soldadura

utilizados

para

fines

ornamentales. En la Edad de Hierro se han encontrado piezas de hierro forjado que habrían sido unidas calentándolas y martillándolas juntas, desarrollándose así la soldadura por forjado. En la Edad Media la soldadura en fase sólida se utilizaba para reducir el mineral de hierro a hierro metálico sin necesidad de fundirlo. Sin embargo el problema de unir chapa fue solucionado por la soldadura por fusión, en la cual una fuente de calor suficientemente intensa como para fundir los bordes de ambas chapas a unir es desplazada a lo largo de la junta

2.1.1 IMPORTANCIA. La soldadura hoy en día, es el método más eficaz y el único posible de unir dos o más piezas metálicas para hacerlas funcionar como un solo elemento. La soldadura se usa ampliamente para fabricar o reparar los productos hechos con metal. Prácticamente todos los tipos de fenómenos metalúrgicos ocurren durante la realización de una soldadura: •

Fusión.

•

Solidificación.

•

Reacciones gas-metal.

•

Reacciones metal-escoria.

•

Fenómenos de superficie.

•

Reacciones en estado sólido.

8

Figura 1 Soldadura por Fusión

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

Las ventajas de la soldadura son las siguientes: ●

Es el método de unión con más bajo costo

●

Proporciona un peso más ligero por la mejor utilización de los materiales.

●

Une todos los metales comerciales.

●

Puede usarse en cualquier parte.

●

Proporciona flexibilidad en el diseño.

2.1.2 APLICACIONES DE LA SOLDADURA. Todos los metales pueden ser unidos por uno u otro proceso de soldadura, todos los metales usados comercialmente para las partes estructurales o de refuerzo son soldables. El acero al carbono es, por mucho, el metal que más se utiliza. De los demás tipos de aceros, cada uno de estos tienen implicados diferentes tipos de

9

soldaduras, los cuales deben seguirse estrechamente para lograr una unión exitosa. Las aleaciones de aluminio poseen diferentes propiedades

y requieren de

variados procedimientos para la soldadura. El cobre y las aleaciones que su base primordial es el cobre, como lo son los bronces y latones, son usados para la conductividad eléctrica, la resistencia a la corrosión o la conductividad del calor, constituyen un aspecto importante. El acero inoxidable y los aceros fundidos, se suelda normalmente como aceros laminados de la misma composición. Figura 2 Aplicación de la Soldadura

Fuente: welding handbook volume 1

2.2 METALURGIA DE LA SOLDADURA

2.2.1 DEFINICION Es un conjunto de procedimientos y técnicas de elaboración y tratamiento de los metales y sus aleaciones.

10

2.2.2 ESTRUCTURA CRISTALINA Cada metal tiene una estructura cristalina bien definida y sus propiedades dependen de la forma de los cristales, del número de átomos que comprende cada estructura espacial de cristales, de la distancia de los átomos de la estructura espacial de cristales y de la interrelación de estas estructuras. Las más comunes son: (BCC) cubico de cuerpo centrado, metales como el hierro a temperatura ambiente, cromo, aceros al carbono, molibdeno y tungsteno.

Figura 3 Celda Unitaria BCC

Fuente: Metalurgia de la Soldadura, Dr. Carlos Fosca

(FCC) cubico de caras centradas, metales como el cobre, aluminio, aceros inoxidables austeníticos y níquel.

11

Figura 4 Celda Unitaria FCC.

Fuente: Metalurgia de la Soldadura, Dr. Carlos Fosca

(HCP) hexagonal compactado, tales como el Zinc, Cadmio y Magnesio. Figura 5 Celda Unitaria HCP

Fuente: Metalurgia de la Soldadura, Dr. Carlos Fosca

2.2.3 MECANISMOS DE ALEACION La solución solida substitucional o sustitucional es cuando los cristales son del mismo tamaño el de menor proporción como por ejemplo el níquel y cobre. La solución solida intersticial si los átomos de menor proporción en la aleación son más pequeños, no hay reemplazo si no un acomodamiento en los espacios, oquedades o intersticios en el metal de mayor proporción como por ejemplo el fierro tiene pequeñas cantidades de carbono. 12

Compuesto intermetálicos si los átomos de menor proporción no pueden disolverse completamente, forman un compuesto químico semejante a la formula química, formando diferentes estructuras cristalinas. Figura 6 Soluciones Solidas

Fuente: Metalurgia de la Soldadura, Dr. Carlos Fosca 2.2.4 TRANSFORMACIÓN DE FASES Es el cambio en la estructura cristalina de un metal y se conoce como transformación de fase o alotropía. El hierro es de estructura cristalina de BCC a 910° C que es temperatura ambiente, pero si tiene temperaturas arriba del punto de fusión que es 1538°C nuevamente tiene BCC. Pero cuando esta hasta 1388°C es de estructura cristalina de cubico centrado en las caras (FCC). Otros metales que tiene alotropía son titanio, zirconio, cobalto.

13

Figura 7 Formas Cristalinas Alotrópicas del Fe a distintas Temperaturas

Fuente: Metalurgia de la Soldadura, Dr. Carlos Fosca

2.2.5 CONSTITUYENTES MICRO ESTRUCTURALES DE LOS ACEROS La distribución y arreglo de los granos, los límites de grano y las fases presentes en una aleación metálica se conoce como micro estructura.

2.2.5.1. CRISTALIZACIÓN. El crecimiento de los cristales que se inicia en los centros o núcleos de cristalización en el metal líquido, no puede ser uniforme a causa de los diferentes factores de la composición del metal, la velocidad de enfriamiento y las interferencias que se producen entre ellos mismos durante el proceso de crecimiento.

14

Figura 8 Proceso de formación de granos

Fuente: Metalografía, Universidad Tecnológica de Pereira, Colombia

2.2.5.2. LÍMITES DE GRANO. La microestructura de la mayor parte de los materiales está formada por muchos granos. Un grano es una porción del material dentro del cual el arreglo atómico es idéntico. Sin embargo, la orientación del arreglo atómico o estructura cristalina, es distinta para cada grano. En la figura se muestra de manera esquemática tres granos, la red de cada uno de ellos es idéntica pero están orientados de distinta manera. La frontera de grano, que es la superficie que separa los granos, es una zona estrecha en la cual los atomos no esta correctamente espaciados. Figura 9 Esquema de Limite de granos

Fuente: Metalografía, Universidad Tecnológica de Pereira, Colombia 15

2.2.6. DIAGRAMA HIERRO-CARBONO El sistema de equilibrio hierro-carbono, está comprendida en la región de [0.0% a 6.7%] de carbono en peso. Dicha región se conoce como el diagrama de equilibrio meta-estable, hierro-carbono y es la región en donde ocurren las reacciones de interés en metalurgia. El hierro y el carbono forman un compuesto conocido como carburo de hierro o llamado cementita. La perlita es una mezcla ferrita y carburo de fierro. Veamos a continuación el diagrama Hierro- carburo de hierro donde se da un esquema breve de las distintas partes y estados de la aleación para las diferentes temperaturas y % de carbono: Figura 10 Diagrama Hierro - Carbono

Fuente: Metalurgia de la Soldadura, Carlos Fosca

16

Línea ABCD: LIQUIDUS (inicio de la solidificación). Línea AHJECF: SOLIDUS (fin de la solidificación). Las 3 líneas horizontales HJB, ECF y PSK indican el transcurso de 3 reacciones invariantes. Línea HJB: reacción peritéctica (1499°C). El resultado de la reacción es la formación de AUSTENITA. Esta reacción solamente se produce en aquellas aleaciones que contienen entre 0,1 y 0,5% de C. Línea ECF: reacción eutéctica (1147°C). El resultado de la reacción es la formación de la mezcla eutéctica AUSTENITA + CEMENTITA. Esta reacción se produce en las aleaciones del sistema que contienen más de 2,14% de C. Línea PSK: reacción eutectoide (727°C). El resultado de la reacción es la formación de la mezcla eutectoide FERRITA + CEMENTITA (PERLITA). Esta reacción se produce en todas las aleaciones que contienen más de un 0,02% de C, es decir, prácticamente en todas las aleaciones Fe-C de uso industrial

2.2.6.1. ALEACIONES HIERRO – CARBONO El hierro puro apenas tiene aplicaciones industriales, pero formando aleaciones con el carbono (además de otros elementos), es el metal más utilizado en la industria moderna. Las aleaciones con contenido de C comprendido entre 0.03% y 1.76% tienen características muy bien definidas y se denominan aceros. Los aceros de cualquier proporción de carbono dentro de los límites citados pueden alearse con otros elementos, formando los denominados aceros aleados o aceros especiales. Algunos aceros aleados pueden contener excepcionalmente hasta el 2.5% de C. Los aceros generalmente son forjables, y es ésta una cualidad muy importante que los distingue.

17

Figura 11 Aleaciones Hierro - Carbono

Fuente: Metalurgia de la Soldadura, Carlos Fosca

Si la proporción de C es superior a 1.76% las aleaciones de Fe-C se denominan fundiciones, siendo la máxima proporción de C aleado del 6.67%, que corresponde a la cementita pura. Las fundiciones, en general, no son forjables. 2.2.6.2. TIPOS DE ACERO En las aleaciones Fe-C pueden encontrarse hasta once constituyentes diferentes, que

se denominan: Ferrita, Cementita, Perlita, Austenita,

Martensita, Troostita Sorbita, Bainita, Ledeburita, Steadita y Grafito. Estos nombres tienen razones descriptivas para denominar las distintas estructuras que aparecen el diagrama Fe-C.

FERRITA Aunque la ferrita es en realidad una solución sólida de carbono en hierro (hierro α), su solubilidad a temperatura ambiente es tan pequeña que llega a disolver un 0.008% de C. Es por esto que prácticamente se considera la ferrita como hierro alfa puro. La ferrita es el más blando y dúctil constituyente de los aceros. Cristaliza en una estructura BCC (Cúbica centrada en el cuerpo) y presenta propiedades magnéticas. En los aceros aleados, la ferrita suele contener Ni,

18

Mn, Cu, Si, Al en solución sólida sustitucional. Al microscopio aparece como granos monofásicos Figura 12 Micrografía de la Ferrita

Fuente: Metalurgia de la Soldadura, Carlos Fosca

CEMENTITA Es carburo de hierro con composición de 6.67% de C en peso. Es un compuesto intersticial, el constituyente más duro y frágil de los aceros. Es magnética hasta los 210ºC, temperatura a partir de la cual pierde sus propiedades magnéticas.

PERLITA Es un constituyente compuesto 6,4 partes de ferrita y 1 de cementita. Cada grano de perlita está formado por láminas o placas alternadas de cementita y ferrita. Esta estructura laminar se observa en la perlita formada por enfriamiento muy lento (imagen c). Si el enfriamiento es muy brusco, la estructura es más borrosa y se denomina perlita sorbítica. Si la perlita laminar se calienta durante algún tiempo a una temperatura inferior a la crítica (723 ºC), la cementita adopta la forma de glóbulos incrustados en la masa de ferrita, recibiendo entonces la denominación de perlita globular.

19

Figura 13 Micrografía de la Perlita

Fuente: Metalurgia de la Soldadura, Carlos Fosca

AUSTENITA Es el constituyente más denso de los aceros, y está formado por solución sólida por inserción, de carbono en hierro ɤ. La proporción de C disuelto varía desde 0 a 1.76%, correspondiendo este último porcentaje de máxima solubilidad a la temperatura de 1130ºC. La austenita en los aceros al carbono, es decir, si ningún otro elemento aleado, empieza a formarse a la temperatura de 723ºC. También puede obtenerse una estructura austenítica en los aceros a temperatura ambiente, enfriando muy rápidamente una probeta de acero de alto contenido de C a partir de una temperatura por encima de la crítica, pero este tipo de austenita no es estable, y con el tiempo se transforma en ferrita y perlita, o bien cementita y perlita. Excepcionalmente,

hay

algunos

aceros

al

cromo-níquel

denominados

austeníticos, cuya estructura es austenítica a temperatura ambiente. La austenita está formada por cristales cúbicos de hierro ɤ con los átomos de carbono intercalados en las aristas y en el centro. La austenita no presenta propiedades magnéticas.

20

Figura 14 Micrografía de la Austenita

Estructura de la Austenita en un acero al carbono.

Austenita a temperatura ambiente en un inoxidable AISI 316L.

Fuente: Metalurgia de la Soldadura, Carlos Fosca

MARTENSITA Es el constituyente de los aceros templados, está conformado por una solución sólida sobresaturada de carbono o carburo de hierro en ferrita y se obtiene por enfriamiento rápido de los aceros desde su estado austenítico a altas temperaturas. Sus propiedades físicas varían con su contenido en carbono, hasta un máximo de 0.7 % C. Es muy frágil y presenta un aspecto acicular (en forma de aguja) formando grupos en zigzag con ángulos de 60 grados.

BAINITA Se forma en la transformación isoterma de la austenita, en un rango de temperaturas de 250 a 550ºC. El proceso consiste en enfriar rápidamente la austenita hasta una temperatura constante, manteniéndose dicha temperatura hasta la transformación total de la austenita en bainita.

21

LEDEBURITA La ledeburita no es un constituyente de los aceros, sino de las fundiciones. Se encuentra en las aleaciones Fe-C cuando el contenido total de carbono supera los 1.76%. Se forma al enfriar una fundición líquida de carbono desde 1130ºC, siendo estable hasta 723ºC, descomponiéndose a partir de esta temperatura en ferrita y cementita

2.2.7 SOLDADURAS Cuando se hace una soldadura ocurren cambios de temperatura, dimensiones, crecimiento de cristales y granos, transformación de fases y otras. El tipo de proceso de soldadura determinada, la forma en que sucederán. La velocidad de enfriamiento o templado es de importancia fundamental y está controlada por el proceso, procedimiento, metal y masa. A medida que el metal de la soldadura se deposita sobre el metal base parte de este se funde y se mezcla con el metal de la soldadura, produciendo la dilución de este último. Los metales más puro tiene el punto de fusión más bajo y por consiguiente se solicitan primero. Los metales o elementos con puntos de fusión más alto se solidifican al último.

22

2.2.7.1 ORIGEN DE LA ESTRUCTURA PRIMARIA EN SOLDADURA El metal de soldadura (MS) puede ser similar o diferente al metal de base (MB), debido a que está compuesto por la mezcla de metal de aporte y de base, fundidos durante el proceso de soldadura. El metal de aporte empleado es elegido en función de las propiedades mecánicas y la composición química deseada, y la estructura cristalina final de la soldadura será el resultado directo de la secuencia de eventos que ocurren previos y durante la solidificación: 1)

Reacciones metal-gas.

2)

Reacciones con fases líquidas no-metálicas (escorias o fundentes).

3)

Reacciones en estado sólido producidas durante el proceso de

solidificación de la soldadura.

Para un mejor entendimiento de estas reacciones enfoquémonos en el estudio de los fenómenos de cristalización, que permiten comprender dos aspectos relevantes de los mismos: 

A medida que se desarrolla el proceso de cristalización, cada vez participa un número mayor de cristales. Al principio se acelera el proceso, pero en cierto momento, el encuentro mutuo de cristales en expansión dificulta su crecimiento. Este se retarda aún más, debido a que la cantidad de líquido disponible es cada vez menor.



En el proceso de crecimiento del cristal, mientras está rodeado de líquido, éste suele tener forma regular, pero al encontrarse dos frentes de cristalización con una ubicación espacial diferente, esta forma se altera, y la forma final dependerá de las condiciones del contacto con los cristales vecinos.

23

La velocidad del proceso de cristalización está determinada cuantitativamente por dos magnitudes: 1)

La velocidad de formación de los núcleos de cristalización (número

de cristales que se generan por unidad de tiempo). 2)

La velocidad de crecimiento de los cristales (velocidad con la que

aumentan las dimensiones lineales de un cristal). “la fase final resultante de una soldadura se da, no solamente en los procesos que ocurren en las masas fundidas al solidificar, sino también en las transformaciones en estado sólido, por generación y crecimiento de cristales”

SOLIDIFICACIÓN EN SOLDADURAS. La transformación de sólido a líquido está gobernada por un proceso combinado de nucleación y crecimiento de cristales, y el tamaño, orientación y distribución de los granos producidos define las propiedades mecánicas y la sanidad de la estructura solidificada.

Cada grano se inicia en un núcleo a partir del cual se produce el crecimiento. La nucleación puede iniciarse a partir de partículas sólidas externas suspendidas en el líquido: NUCLEACIÓN HETEROGENEA.

24

En la práctica industrial, la gran mayoría de los casos son de nucleación heterogénea, originándose la misma en un sustrato presente en el líquido que debe solidificar. En general, cuanto mejor sea el “mojado” del líquido en el sustrato, más efectivo será inicio del proceso de nucleación. “En la soldadura, el mojado es perfecto, ya que el sustrato consiste en los granos parcialmente fundidos de metal de base, a partir de los cuales se produce la solidificación del metal líquido.” DIRECCIONES DE CRECIMIENTO DE GRANOS. El crecimiento de los cristales se da con la misma orientación cristalina que los granos de metal base parcialmente fundidos. Éste fenómeno recibe el nombre de crecimiento epitaxial. La solidificación epitaxial es el mecanismo común a todos los procesos de soldadura por fusión, posibilitando la coalescencia buscada para tener continuidad entre el metal base y el metal de soldadura. Figura 15 Crecimiento epitaxial producido durante la solidificación de una zona de soldadura con fusión de metal

Fuente: Tecnología De Proceso y Transformación De Materiales, María Salan Bastelleros

25

Durante el crecimiento de estos granos iniciados epitaxialmente, se produce una selección de unos a expensas de otros, formándose una textura de crecimiento. Este crecimiento competitivo se produce debido a que cada grano posee direcciones preferenciales de crecimiento. Por lo tanto, los granos que poseen esa orientación, o cercana a ella, tendrán mayor chance de sobrevivir. La característica epitaxial de la solidificación aparece también en cada pase de una Soldadura multipasada. Figura 16 Iimagen de Crecimiento epitaxial.

Fuente: Tecnología De Proceso y Transformación De Materiales, María Salan Bastelleros

2.2.7.2 ORIGEN DE LA ESTRUCTURA SECUNDARIA EN SOLDADURA

Se ha descripto en términos generales anteriormente la formación de la estructura primaria o de solidificación, que resulta del pasaje de líquido a sólido, por el cual se obtiene una estructura crecida epitaxialmente a partir de los granos parcialmente fundidos del metal base. 26

Ésta estructura primaria corresponde a una determinada fase estable a la temperatura de solidificación. En el caso de materiales como aluminio, durante el enfriamiento desde la temperatura de fusión hasta la temperatura ambiente, la fase primaria conserva su estructura cristalina. En este caso la estructura del cordón soldado presente en servicio a temperatura ambiente estará compuesta por los granos originados durante la solidificación, conjuntamente con las inclusiones, porosidad, etc.

¿Qué pasa con un acero recién solidificado cuando se enfría hasta la temperatura ambiente? Se producen transformaciones de fase en estado sólido que dan origen a la llamada ESTRUCTURA SECUNDARIA.

Las transformaciones de fase en estado sólido tienen una importancia tecnológica fundamental en los aceros, ya que permiten obtener diferentes propiedades mecánicas según sea el tratamiento termo-mecánico a que es sometido un material de una composición química dada.

Durante la soldadura de un acero, el enfriamiento se produce en forma continua, dependiendo del material, proceso, espesor de las chapas, calor aportado, precalentamiento, temperatura interpase, etc. Las velocidades de enfriamiento involucradas determinan que las condiciones para las transformaciones de fase mencionadas sean de NO EQUILIBRIO. Por esta razón, no es posible utilizar los DIAGRAMAS DE FASE DE EQUILIBRIO. Se recurre entonces a los Diagramas TTT (temperaturatransformación-tiempo). 2.2.7.3 DIAGRAMAS TTT (TEMPERATURA – TRANSFORMACÓN –TIEMPO) Se denomina curva TTT al diagrama que relaciona el tiempo (normalmente en escala logarítmica) y la temperatura requeridos para una transformación a temperatura constante. 27

Se construyen a partir de las curvas de transformación isotérmicas, representando los puntos de inicio, 50% y fin de transformación, para las diferentes temperaturas. Restricciones de estos diagramas: 

Composición fija.



Referidos a transformaciones isotérmicas (Temperatura Cte.)

Consideremos el caso de un acero del cual resulta la Transformación Austenita => Perlita (0.77%C en peso):

Figura 17 Diagrama Temperatura - Transformación - Tiempo.

Construcción del diagrama TTT

Diagrama Completo TTT

Fuente: Metalurgia de la Soldadura, Dr. Carlos Fosca

28

Los factores que modifican la forma del diagrama TTT son:

1. Composición química del acero: a. Elementos que mueven las líneas hacia la derecha (C, Ni, Mn, Si, Cu) b. Elementos que además cambian la forma (Cr, Mo, V) 2. Tamaño de grano austenítico: si es grande, disminuye la superficie de borde de grano disponible para nuclear. 3. Heterogeneidad de la austenita: en las áreas segregadas la austenita se transforma de acuerdo a un diagrama modificado por el efecto local.

2.2.7.4 TRANSFORMACIONES EN ESTADO SÓLIDO Durante el enfriamiento, los productos de la descomposición de la austenita aparecen en distintas proporciones, dependiendo tanto de su estado inicial (composición química, tamaño de grano, heterogeneidad, etc.), como del tratamiento termo-mecánico a que se la somete durante la transformación. Estos elementos estructurales, sumados a los provenientes de la estructura primaria,

y

que

no

se

transforman,

constituyen

la

ESTRUCTURA

SECUNDARIA del metal de soldadura.

2.2.7.5 TRANSFORMACIONES EN LA ZONA AFECTADA POR EL CALOR (ZAC)

La respuesta del área próxima a la línea de fusión en una junta soldada depende de la naturaleza del material soldado y del proceso empleado. Debido a que el ciclo térmico es muy rápido, los materiales más afectados serán aquellos que aumentan su resistencia por tratamiento térmico. Las temperaturas en la ZAC varían entre las temperaturas ambiente y de liquidus, por lo

tanto muchos procesos metalúrgicos que se producen

lentamente a temperatura ambiente, pues dependen de la difusión en estado

29

sólido, pueden ocurrir muy rápidamente a temperaturas próximas a la de liquidus. Veamos los efectos del calor de soldadura en la ZAC, para algunos tipos de aleaciones que pueden ser soldadas:

Aleaciones que aumentan su resistencia por trabajo en frío. Aleaciones que aumentan su resistencia por transformación martensítica.

1) Aleaciones que aumentan su resistencia por trabajo en frío:

Figura 18 Esquematización de efectos sobre la forma de los granos al laminar una chapa..

Fuente: Springer Handbook of Mechanical Engineering - Volume 10

Debido a que los materiales endurecidos por trabajo en frío recristalizarán (conforman nuevamente su estructura cristalina)

cuando son llevados a

temperaturas próximas al punto de fusión, debemos importantes en la resistencia de la

ZAC.

esperar cambios

Originalmente los granos estarán

alargados y aplastados, producto del trabajo en frío. Luego, en algún punto de 30

la ZAC, el metal alcanza la temperatura necesaria para recristalizar, apareciendo pequeños granos equiaxiales en

la microestructura.

En la línea de fusión, además de la recristalización, se producirá un crecimiento de grano significativo. Tabla 2 Temperaturas de Recristalización de algunos Materiales

Fuente: Tecnologia de los Metales y Procesos de Manufactura, Norma Pazos.

Por tanto en este caso la resistencia se verá sensiblemente disminuida, y finalmente la resistencia de la junta será del orden de la chapa en estado recocido (*1).

En resumen, las propiedades conferidas con el trabajo en frío se verán disminuidas.

2) Aleaciones que aumentan su resistencia por transformación martensítica

Las aleaciones de interés en este grupo son los aceros con suficiente C y elementos de aleación, que pueden formar estructuras martensíticas con el rápido enfriamiento de la soldadura. Estos pueden ser aceros templados y revenidos

previamente

composición

adecuada

a

la soldadura, o simplemente aceros con la

para

obtener

previamente no hayan sido tratados.

31

estructuras

de

temple,

aunque

La figura siguiente muestra la variación de la temperatura máxima que se alcanza en diversos planos de la ZAC de un empalme soldado sobre un acero con 0,30% C. Gran parte de esta zona se ha calentado a temperaturas superiores a A1.

Punto 1 - se ha calentado a más de 1315°C. La austenita formada será de grano grueso por cuanto a esa temperatura los granos crecen.

Punto 2 - se ha calentado a 982°C y se ha austenizado totalmente. No ha tenido lugar el crecimiento de grano y sí puede haber afinamiento de granos.

Punto 3 - se ha calentado exactamente por encima de A3, temperatura que no es suficientemente elevada como para homogeneizar por completo a la austenita.

Punto 4... esta zona se ha calentado aproximadamente a 760°C, que está comprendida entre A1 y A3. "Parte de la estructura se transforma en austenita y la mezcla de estructuras resultante, durante el enfriamiento, puede degradar las propiedades de impacto de la junta.

Punto 5 - a esta zona se la ha calentado a 649°C que es inferior a A1, y por lo tanto no ha habido transformación austenítica. El metal base conservará su estructura de ferrita y cementita pero se habrá ablandado.

(*1) Recocido: Es un

tratamiento de calentamiento, mantenimiento y

enfriamiento por el cual el material recupera una estructura cristalina libre de tensiones (reblandecimiento). Se eliminan los cambios producidos por deformación plástica, quedando el material con sus propiedades originales. Dureza y resistencia disminuyen, con un aumento de la ductilidad.

32

Figura 19 Relación entre las temperaturas picos experimentadas por diversas regiones en un cordón soldado y como se correlacionan con el diagrama de fase hierro-carbono.

Fuente: Tecnología de los Metales y Procesos de Manufactura, Norma Pazos.

Estas zonas parciales de la ZAC pueden presentar múltiples estructuras con propiedades diferentes entre sí.

Las condiciones de soldadura influyen en el enfriamiento, de acuerdo con los siguientes conceptos: 1.

La energía de arco: Una mayor energía (joules/pulgada) provoca menores

velocidades de enfriamiento. El uso de electrodos de menor diámetro, una menor corriente de soldadura y una mayor velocidad de avance, son factores

33

concurrentes para reducir la energía de arco y con ello incrementar las velocidades de enfriamiento. 2.

El espesor del metal base: Por lo general un metal base de mayor

espesor se enfría más rápidamente que otro más fino. La mayor capacidad para absorber el calor, relacionada con su mayor masa, producen mayores velocidades de enfriamiento. 3.

Temperatura del metal base, Precalentamiento: La temperatura del

metal base, al iniciar la soldadura, tiene fuerte efecto sobre las velocidades de enfriamiento en toda la zona afectada por el calor y en el cordón de soldadura; a mayor precalentamiento corresponden menores velocidades de enfriamiento.

2.2.8 PRE-CALENTAMIENTO Esta operación consiste en el calentamiento de la junta previo a la soldadura. Su principal efecto es reducir la velocidad de enfriamiento de la unión soldada. Relación entre las temperaturas picos experimentadas por diversas regiones en un cordón soldado y como se correlacionan con el diagrama de fase hierrocarburo de hierro. Tiene como Ventajas: Evitar el templado. Aumentar la difusión de hidrógeno en la junta.

Desventaja: aumenta la extensión de la ZAC.

Veamos algunos ejemplos de tipos de juntas y como el calor se transmite a través de las mismas.

34

Figura 20 Esquema de Distribución del Calor de acuerdo al Tipo de Junta

Fuente: Metalurgia de la Soldadura, Carlos Fosca

En la figura (A) vemos una junta sin bisel en la cual el calor se distribuye igual a ambos lados de la misma. En la figura (B) estamos soldado una raíz sin talón (filo de cuchillo) contra el fondo de la misma, por tanto utilizaremos menos energía y produciremos menos calor que en el caso (A). Al tener talón, caso (C), necesito más energía para fundir el mismo produciendo una transferencia de calor mayor. En los casos (D) y (E) observamos juntas con espesores distintos a cada lado de la misma. Esto hará que una mayor cantidad de calor fluya por la chapa más gruesa (en la práctica

a la hora de realizar estas

soldaduras se deberá tener en cuanta: precalentar de forma de compensar espesores con distinto calor aplicado a cada lado de la junta y considerar los espesores al momento de retener el punto caliente sobre cada una de las caras a fundir).

2.2.9 POST-CALENTAMIENTO Esta operación consiste en mantener la junta soldada a una temperatura mayor que la ambiente, durante un cierto tiempo, para aumentar la difusión de hidrógeno. Buscamos enlentecer el enfriamiento de la unión.

Veamos uno de los problemas más importantes en lo que hace a soldadura, fruto de la presencia de hidrógeno.

35

2.2.10 FISURACIÓN POR HIDRÓGENO La fisuración en frío, correctamente denominada fisuración asistida por hidrógeno,

se manifiesta por la aparición de fisuras inmediatamente, o

transcurridos minutos y en algunos casos hasta horas después de completada la soldadura. Estas fisuras pueden presentarse en el cordón de soldadura o en la zona afectada por el calor del material base. Requiere para su aparición de la concurrencia de los siguientes factores: 1) Hidrógeno difusible en el metal de soldadura o en la zona afectada

térmicamente del material base. 2) Una microestructura susceptible, típicamente martensita de dureza superior

a los 350 HV. (Las microestructuras de baja tenacidad como martensita y bainita, son especialmente frágiles cuando están saturadas de hidrógeno). 3) Alto grado de restricción o tensión residual en la junta, por ejemplo

tensiones residuales o térmicas. (entallas como mordeduras, falta de penetración e inclusiones promueven deformaciones plásticas que ponen en movimiento los defectos cristalinos. Cuando el

grado de restricción de la

junta es bajo, la fisura será intergranular, en tanto que para altos factores de restricción, la fisura será transgranular). 4) Faja de temperaturas entre –100 y 200 ºC.

Es necesaria la combinación de estos factores para producir una fisura por hidrógeno.

El mecanismo por el cual se produce una fisura por hidrógeno viene de la mano con la disolución de este elemento en forma intersticial, y en sitios preferenciales tales como bordes de grano, inclusiones y defectos cristalinos. La teoría más aceptada es la de “decohesión”, la cual sostiene que donde existe una discontinuidad (pre-fisura), y se aplica una tensión de tracción, el hidrógeno se acumula en la región de mayor deformación (en el extremo de la discontinuidad). Esto reduce la energía cohesiva de la red cristalina, hasta un punto en que se produce la fisura. 36

Consideremos las curvas ilustrativas siguientes, a la izquierda se muestra como varía la cantidad de H en el metal depositado en función del H en la atmósfera del arco. En l a derecha se muestra la solubilidad del H en Fe a distintas temperaturas. Puede observarse la brusca variación de solubilidad en la transformación líquido - sólido.

Figura 21 Solubilidad del Hidrogeno en el Acero.

Fuente: Metalurgia de la Soldadura, Carlos Fosca.

¿Cuáles son las fuentes de hidrógeno? 1)

Revestimiento orgánico de electrodos.

2)

Humedad absorbida o contenida por revestimientos de electrodos, especialmente básicos.

3)

Humedad del fundente en proceso por arco sumergido.

4)

Humedad del gas en procesos bajo protección gaseosa.

La soldadura en estado líquido disuelve cantidades importantes de hidrógeno. La solubilidad del hidrógeno en el líquido decrece con la temperatura.

37

Comparado con otros elementos intersticiales, el hidrógeno posee una difusividad (capacidad para dispersarse) mucho mayor, siendo por ejemplo muy superior a la del carbono o del nitrógeno (a 20ºC). 2.2.11 CARBONO EQUIVALENTE: La soldabilidad de aceros es inversa a la templabilidad. La templabildad del acero está fuertemente ligada a su composición química. Mayores cantidades de carbono y de otros elementos de aleación resultan en mayor templabildad, y por lo tanto una soldabilidad menor.

Para poder evaluar la soldabilidad de las aleaciones, se usa una medida conocida como el

contenido carbono

equivalente,

que

compara

las

soldabilidades relativas de diferentes aleaciones respeto de un acero al carbono simple. A medida que se eleva el contenido equivalente de carbono, la soldabilidad de la aleación baja.

La adición de elementos de aleación permite mejorar las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión. Estas adiciones desplazan las curvas TTT hacia la derecha, aumentando la templabilidad del material. Las fórmulas de Carbono Equivalente (CE) expresan la tendencia del material a formar estructuras frágiles, y por lo tanto promover la aparición de fisuras por hidrógeno.

Utilicemos la ecuación desarrollada por el Instituto Internacional de Soldadura, cuya expresión es la siguiente:

38

Veamos algunos ejemplos de lugares donde pueden aparecer fisuras causadas por la presencia de hidrógeno:

1.- Grietas bajo el cordón (underbead crack) 2.- Grietas en la raíz (root crack) 3.- Grietas en el pie de la soldadura (toe crack) 4.- Grietas transversales (transverse crack) Figura 22 Fisuras generadas por presencia de Hidrogeno

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

2.3 DETERMINACION DEL PRECALENTAMIENTO EN LA SOLDADURA DE ACEROS

2.3.1 INTRODUCCIÓN

Un factor que controla la microestructura de la zona afectada por calor (ZAC), es su velocidad de enfriamiento, esta velocidad depende de los espesores del material base, la geometría de la unión, el calor aportado y la temperatura de precalentamiento.

39

Por efecto de la velocidad de enfriamiento pueden originarse en el acero estructuras metalúrgicas de elevada dureza y, en casos extremos, provocar una transformación directa de austenita a martensita.

Si calentamos el material, previamente a la soldadura, disminuimos el desnivel térmico desde la temperatura de fusión del acero, desplazando la curva de enfriamiento hacia la derecha del diagrama Temperatura – Tiempo – Transformación (TTT) o, para el análisis de aceros bajo procesos de soldadura, la curva de enfriamiento continuo (CCT). De este modo se favorecen las transformaciones metalúrgicas a estructuras más blandas que resultan menos frágiles y propensas a fisuración.

La temperatura de precalentamiento produce también un efecto importante en la velocidad de difusión del hidrógeno y previene la formación de martensita en aceros de alto carbono. Además tiene un efecto secundario de reducir las tensiones residuales disminuyendo los gradientes térmicos asociados a la soldadura.

En general la temperatura de precalentamiento requerida en soldadura multipasadas es menor que para soldadura de simple pasada. En soldadura de multipasadas el calor de la segunda pasada disminuye la dureza de la ZAC que generó la primera pasada y acelera la migración de hidrógeno. Esto reduce notablemente la posibilidad de fisuración en frío en aceros soldados. La pasada en caliente realizada inmediatamente después de la pasada de raíz es muy efectiva para prevenir la fisuración en frío, dado que puede reducir la concentración de hidrógeno en aproximadamente un 30 a 40% comparados con los casos de pasada de raíz solamente. Esta hace que la temperatura de precalentamiento

necesaria

se

pueda

disminuir

entre

30

y

50

°C

aproximadamente. La pasada en caliente además, puede disminuir la dureza en la ZAC. Generalmente, en la práctica las temperaturas de precalentamiento pueden variar desde temperatura ambiente específicos puede ser aún mayor.

40

hasta los 450 °C, en casos

No hay un método para predecir las condiciones óptimas en todos los casos, pero se considerara varios factores importantes tales como nivel de hidrógeno y composición del acero no incluido en forma explícita en la Tabla 2.3.2. La guía puede entonces ser de valor para indicar tanto si los requerimientos de la Tabla 2.3.2 son excesivamente conservadores o si en algunos casos no son suficientes. Al usar esta guía como una alternativa a la Tabla 2.3.2 deberá tenerse una consideración cuidadosa de las hipótesis asumidas, los valores elegidos, y la experiencia previa.

2.3.2 MÉTODOS.

Hay distintos métodos propuestos para determinar o estimar la necesidad de precalentar en la soldadura de aceros. Estos métodos consideran algunos o todos los factores que influyen en la fisuración en frío: composición química del acero, difusión de hidrógeno, calor aportado, espesor del metal base, tensiones residuales en la soldadura y restricción de la junta. Sin embargo, hay una considerable diferencia en la valoración de la importancia de estos factores ente los distintos métodos. Por ejemplo el efecto de la composición química difiere de un método a otro en la evaluación de la importancia de cada elemento de aleación y por lo tanto se obtienen distintos carbonos equivalentes (CE), relación que permite analizar la soldabilidad del acero en función de su composición química. Alguno de los métodos más conocidos y aplicados para el cálculo de la temperatura de precalentamiento son los siguientes:  Norma British Standard BS 5135 Nomograma de Coe  Criterio de Duren Criterio de Ito y Bessyo  Criterio de Suzuki y Yurioka Método de Seferian  Método del Instituto Internacional

de Soldadura ANSI/AWS D1.1,

Código de Estructuras Soldadas en Acero Método de la Carta

41

En este trabajo se adoptara como método alternativo la utilización del criterio aplicado por el Código ANSI/AWS D1.1. Este criterio utiliza dos métodos básicos para estimar las condiciones de soldadura para evitar la fisura en frío:  Control de Dureza en la ZAC  Control del Hidrógeno

2.3.3. CONTROL DUREZA EN LA ZAC Las disposiciones incluidas en este trabajo para el uso de este método están restringidas a las soldaduras de filete. Este método está basado en la suposición que la fisura no ocurrirá si la dureza de la ZAC se mantiene debajo de algún valor crítico. Esto se logra controlando la velocidad de enfriamiento debajo de un valor crítico dependiendo de la templabilidad del acero. La templabilidad del acero en soldadura se relaciona con su propensión a la formación de una ZAC de alta dureza y puede caracterizarse por la velocidad de enfriamiento necesaria para producir un nivel de dureza dado. Los aceros con una gran templabilidad pueden, por lo tanto, producir una ZAC de alta dureza a velocidades de enfriamiento inferiores a las correspondientes a aceros con menor templabilidad. Las ecuaciones y gráficos están disponibles en la literatura técnica que relaciona las velocidades de enfriamiento con los espesores de los componentes de acero, tipo de junta, condiciones de soldadura y otras variables. La selección de la dureza crítica dependerá en un número de factores tales como tipo de acero, nivel de hidrógeno, restricción, y condiciones de servicio. Los ensayos de laboratorio con soldadura de filete muestran que la fisuras en la ZAC no ocurren si el valor de Dureza Vickers (HV) es menor que 350 HV, incluso con electrodos de alto hidrógeno. Con electrodos de bajo hidrógeno, se puede admitir una dureza menor o igual que 400 HV sin evidencia de fisuras. Tal dureza, sin embargo, puede no ser tolerable en servicio donde hay un alto riesgo de fisuración debido a corrosión bajo tensiones, fractura frágil u otro tipo de riesgos relacionados con la integridad estructural. 42

La velocidad de enfriamiento crítica para una dureza dada, puede ser relacionada aproximadamente con el carbono equivalente del acero (ver Figura 2.3.2). Debido a que la relación es sólo aproximada, la curva que se muestra en la Figura 2.3.2 puede ser conservadora para aceros al carbono o carbonomanganeso y por esto permiten el uso de curvas de elevada dureza con mínimo riesgo. Algunos aceros de baja aleación o microaleados de laminado termo controlado, particularmente, aquellos que contienen niobio (Nb), pueden ser más templables que lo indicado por la Figura 2.3.2. y se recomienda el uso de una curva de dureza más baja.

A pesar que el método puede ser usado para determinar el nivel de precalentamiento, su finalidad más importante es la de determinar el mínimo calor aportado (y por ende el mínimo tamaño de soldadura) que impide un endurecimiento excesivo. Es particularmente útil para determinar el tamaño mínimo de soldaduras de una sola pasada en filete que podrán ser depositadas sin precalentamiento.

La aproximación por dureza no considera la posibilidad de fisura del metal de soldadura. Sin embargo, de la experiencia se encuentra que el calor aportado determinado por este método es adecuado normalmente para impedir las fisuras en el metal de soldadura. Esto ocurre, en la mayoría de los casos, en soldaduras de filete si el material de aporte no es de alta resistencia y es en general de bajo hidrógeno.

Debido a que este método depende solamente del control de dureza de la ZAC, el nivel de hidrógeno y restricción no se consideran en forma explícita.

2.3.4. CONTROL DE HIDROGENO.

El método de control del hidrógeno se basa en la hipótesis que la fisura no ocurrirá si la cantidad promedio de hidrógeno que permanece en la junta luego que fue enfriada hasta los 50°C no excede un valor crítico que depende de la 43

composición del acero y el grado de restricción. Usando este método se puede estimar la temperatura de precalentamiento necesaria para permitir la difusión de suficiente hidrógeno fuera de la junta. Este método está basado principalmente en los resultados de ensayos de soldadura utilizando junta con bisel de penetración parcial(JPP)soldada con restricción. El metal de soldadura usado en los ensayos iguala las propiedades del metal base. No se han realizado ensayos extensivos de este método en soldadura de filete; sin embargo, teniendo en cuenta la restricción, ha sido adaptado adecuadamente para dichas soldaduras. Para el método de control del hidrógeno, se requiere una determinación del nivel de restricción y del nivel de hidrógeno original en la pileta líquida del metal de soldadura. En esta trabajo, la restricción es clasificada como alta, media o baja, donde la categoría de restricción se deberá establecer por la experiencia.

El método de control del hidrógeno está basado en un único cordón de soldadura de bajo calor aportado que representan una pasada de raíz y asume que la ZAC se endurece. Este método es particularmente útil para aceros de baja aleación y alta resistencia que tengan muy alta templabilidad, donde el control de dureza no es siempre factible. En consecuencia, debido a la consideración que la ZAC se endurece totalmente, el calentamiento predicho puede ser muy conservador para aceros al carbono.

2.3.5. SELECCIÓN DEL MÉTODO.

Se sugiere el siguiente procedimiento como guía para la selección tanto del método de control de dureza como el de control del hidrógeno. Determinar el carbono y el carbono equivalente de acuerdo con la expresión del Instituto Internacional de Soldadura (IIW):

44

para ubicar la posición de la zona del acero en la Figura 3.2.1. Las características de comportamiento de cada zona y la interpretación de las mismas es la siguiente: Zona I. La fisuración es improbable, pero puede ocurrir con alto hidrógeno o alto nivel de restricción. Usar el método de control del hidrógeno para determinar el precalentamiento de los aceros de esa zona. Zona II. El método de control de dureza y la dureza seleccionada deberán ser utilizadas para determinar el mínimo calor aportado para soldaduras de filete de pasada única sin precalentamiento. Si el nivel de calor aportado no resulta práctico, usar el método de control de hidrógeno para determinar el precalentamiento. Para aceros con alto carbono, puede requerirse un mínimo calor aportado para el control de dureza y un precalentamiento para el control del hidrógeno tanto para soldaduras de filete como de bisel. Zona III. Deberá usarse el método de control del hidrógeno. Donde el calor aportado deberá ser restringido para preservar las propiedades mecánicas de la ZAC (por ejemplo en algunos aceros templados y revenidos) deberá usarse el método de control del hidrógeno para determinación del precalentamiento.

2.3.6. APLICACIÓN DEL MÉTODO DE CONTROL DE DUREZA

El carbono equivalente deberá ser calculado como CE según la expresión detallada del IIW. El análisis químico puede ser obtenido de: o Certificados de ensayos de la acería o Composición química típica de producción (acería) o Composición química de la especificación (usando los valores máximos) Ensayos de los usuarios (análisis químicos)

La velocidad de enfriamiento crítica deberá determinarse para una dureza máxima en la ZAC seleccionada de 350 HV o 400 HV de acuerdo con la Figura 2.3.2.

45

2.3.7

APLICACIÓN DEL MÉTODO DE CONTROL DE HIDROGENO.

El valor del parámetro de composición, Pcm, deberá ser calculado de acuerdo con la siguiente expresión:

Figura 23 fórmula para determinar el Parámetro de Composición

Fuente: AWS D1.1, Código Soldadura Estructural En Acero

El nivel de hidrógeno deberá ser determinado y definirse como sigue: H1 Hidrógeno Extra – Bajo. Electrodos de bajo hidrógeno tomados de envases herméticamente sellados, secados entre 340 °C y 430 °C por una hora(teniendo en cuenta la indicación específica del fabricante del consumible) y usados dentro de las dos horas de ser retirados.Estos consumibles deben tener un contenido de hidrógeno difusible menor que 5ml/100g de metal depositado cuando medido de acuerdo con la norma ISO 3690-1976 o un contenido de humedad del recubrimiento del electrodo menor o igual que 0.2% de acuerdo con las normas IRAM-IAS U500-601 y U500-127(ANSI/AWS A5.1 o A5.5). H2 Bajo Hidrógeno. Electrodos de bajo hidrógeno tomados de contenedores herméticamente sellados, almacenados y acondicionados usados dentro de las cuatro horas luego de ser retirados. H3 Hidrógeno no controlado. El resto de los consumibles que no alcanzan los requerimientos de H1 o H2. Debe

determinarse

el

grupo

correspondiente

al

índice

de

susceptibilidad de la Tabla 2.3.1. Niveles mínimos de temperatura de Precalentamiento y Entre pasadas

46

La Tabla 2.3.2 permite la obtención de las temperaturas mínimas de precalentamiento y entre pasadas que deberán aplicarse. La Tabla IV-2 establece tres niveles de restricción, los mismos deberán determinarse según el criterio indicado en 2.3.7.3.

Restricciones (Embridamiento)

La clasificación de los tipos de soldadura con distintos niveles de restricción se efectuará por la experiencia, análisis de ingeniería, investigación o cálculo. Se han establecido tres niveles de restricción: (1)Bajo. Este nivel describe juntas soldadas de filete y con biseles simples, en los cuales existe una libertad razonable de movimiento de los elementos estructurales. (2)Medio. Este nivel describe juntas soldadas de filete y con bisel en las cuales debido a que los elementos estructurales se encuentran fijos o parcialmente fijos existe una libertad de movimiento reducida. (3)Alto. Este nivel describe soldaduras en los cuales no existe casi libertad de movimiento para los elementos estructurales unidos (tales como soldaduras de reparación, especialmente con materiales de gran espesor)

47

Figura 24 DIAGRAMA DE GRAVILLE

Fuente: Anexo I de AWS D1.1

Figura 25 Velocidad de Enfriamiento Crítica para 350 HV y 400HV

Fuente: Anexo I de AWS D1.1 48

Tabla 3 Agrupamiento del IS, nivel de H y Pcm

Fuente: Anexo I de AWS D1.1

Tabla 4 Temperatura Mínimas de Precalentamiento

Fuente: Anexo I de AWS D1.1 49

2.4. CONCEPTOS BÁSICOS DE SOLDADURA

2.4.1 PROPIEDADES DE LOS METALES 2.4.1.1 PROPIEDADES FÍSICAS Color se relaciona con la calidad de luz reflejada por el metal. Masa es la densidad que relaciona la masa con respecto al volumen. Punto de fusión está relacionado con la temperatura cuando el metal cambia de estado sólido a estado líquido. Punto de ebullición es la temperatura a la cual el metal cambia del estado líquido al estado de vapor. Conductividad térmica es la capacidad de un metal para transmitir calor a

través de su masa. Calor específico es una medida de la cantidad de calor que se requiere para incrementar la temperatura de un metal en una cantidad específica. Dilatación térmica es el incremento de la dimensión de un metal causado por el calor. Conductividad eléctrica es la capacidad del metal para conducir la corriente eléctrica.

2.4.1.2 PROPIEDADES MECÁNICAS Las propiedades mecánicas determinan el margen de utilización del metal y establecen el servicio que puede esperarse de ellos. También ayudan a especificar y a identificar metales. Las propiedades mecánicas más comunes de los metales son las siguientes:

Resistencia es la capacidad para resistir la acción de las fuerzas externas sin romperse. La resistencia a la tensión que también se denomina, esfuerzo máximo, es la máxima resistencia que desarrolla un metal en un prueba de tensión.

50

Ductilidad es la propiedad que le permite estirarse o cambiar de forma de algún otro modo sin romperse, retener su otra forma después de que se ha eliminado la carga. La ductilidad de una soldadura o de los metales también puede medirse por la prueba de doblado.

Dureza es la resistencia del metal a una penetración local por otra sustancia más dura. Se mide introduciendo una punta de diamante o bola de acero endurecido en una superficie de la muestra, bajo un peso definido en una máquina de prueba de dureza. 2.4.1.3 ESPECIFICACIONES DE METALES Y CLASIFICACIÓN DE ACEROS Existen muchas y diferentes formas en las que los metales se identifican y se especifican. El método más popular para especificar un metal es por medio del número de la American Society for Testing and Materials (ASTM). Las normas ASTM para los metales proporcionan las propiedades mecánicas del metal y en muchos casos su composición química. Las especificaciones también proporcionan información sobre la forma y tamaño de los productos, la discrepancia en el tamaño, los procedimientos para las pruebas, la información de inspección y otros. Los agrupamientos de aceros dentro de este sistema numérico. Los números se usan para designar diferentes composiciones químicas. Una serie de números de cuatro dígitos designa aceros de carbono y de aleación de acuerdo con los tipos y clases. El sistema se ha ampliado y en algunos casos se utilizan cinco dígitos para designar ciertos aceros de aleación. Los últimos dígitos tiene como finalidad indicar la mitad aproximada del grado de carbono.

51

Tabla 5 Clasificacion de los aceros según diferentes tipos de Normss

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

2.4.1.4 INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN EN LOS ACEROS Aluminio se emplea como elemento de aleación en los aceros de nitruración, que suelen contener 1% aproximadamente de aluminio. También se usa en algunos aceros resistentes al calor. El aluminio es un elemento desoxidante

52

muy enérgico y es frecuente añadir 300gr por tonelada de acero para desoxidarlo y afinar el grano. El cobalto se emplea casi exclusivamente en los aceros rápidos de más alta calidad. Este elemento, al ser incorporado a los aceros, se combina con la ferrita, aumentando su dureza y resistencia. En los aceros de alto porcentaje de carbono reduce la templabilidad. En los aceros al wolframio endurece la ferrita con lo que facilita el mantenimiento de la dureza y de la aptitud de corte de las herramientas a elevada temperatura. Cromo es uno de los elementos especiales más empleados para la fabricación de aceros aleados, usándose indistintamente en los aceros de construcción, en los de herramientas, en los inoxidables y en los de resistencia en caliente. Se emplea en cantidades diversas desde 0,3 a 30% de Cr según los casos, y sirve para aumentar la dureza y la resistencia a la tracción de los aceros, mejora la templabilidad, impide las deformaciones en el temple, aumenta la resistencia al desgaste, la inoxidabilidad, etc.

EL cobre se suele emplear para mejorar la resistencia a la corrosión de ciertos aceros de 0,15 a 0,30% de carbono, que se usan para grandes construcciones metálicas. Se suelen emplear contenidos de cobre variables de 0,4 a 0,5 %.

El

manganeso

aparece

prácticamente

en

todos los aceros,

debido,

principalmente, a que se añade como elemento de adición para neutralizar la perniciosa influencia del azufre y del oxígeno, que siempre suelen contener los aceros cuando se encuentran en estado líquido en los hornos durante el proceso de fabricación.

Molibdeno este elemento mejora la resistencia a la tracción, la templabilidad, la resistencia al “creep” de los aceros. Añadiendo pequeñas cantidades a los aceros cromo-níquel, se disminuye o elimina la fragilidad Krupp que se presenta cuando estos aceros son revenidos en la zona de los 450°C a 550°C.

Níquel desde que se empezó a usar el níquel en los aceros, se vio que este elemento mejora las propiedades de los aceros. Una de las ventajas más importantes que reporta el empleo del níquel, es evitar el crecimiento del grano 53

en tratamientos térmicos, lo que sirve para conseguir siempre con ellos gran tenacidad. Los aceros al níquel sometidos a temperaturas demasiado elevadas, quedan después del temple y revenido con muy buena tenacidad.

El wolframio es un elemento muy utilizado para la fabricación de aceros para herramientas, empleándose en especial en los aceros rápidos, aceros para herramientas de corte, y aceros para trabajos en calientes. Sirve para aumentar la dureza a elevadas temperaturas y evitan que se desafilen o ablanden las herramientas, aunque lleguen a calentarse a 500° ó 600°C. También se usa para la fabricación de aceros para imanes. Vanadio se emplea principalmente para la fabricación de aceros de herramientas, tiende a afinar el grano y disminuir la templabilidad. Es un elemento desoxidante muy fuerte.

El boro es un elemento de aleación que ha comenzado a ser empleado recientemente. Experimentalmente se ha visto que cantidades pequeñísimas de boro del orden 0,001 a 0,006%, mejoran notablemente la templabilidad, siendo en este aspecto el más efectivo de los elementos aleados y el de mayor poder templante de todos.

Titanio se suelen añadir pequeñas cantidades de titanio a algunos aceros muy especiales para desoxidar y afinar el grano. El titanio tiene gran tendencia a formar carburos y a combinarse con el nitrógeno. En los aceros inoxidables cromo-níquel, actúa como estabilizador de los carburos y evita la corrosión ínter cristalina.

2.4.2 DEFINICIONES BÁSICAS DE SOLDADURA Para comprender la soldadura hay que familiarizarse con algunos términos que se usan en la industria. La AWS (American Welding Society) proporciona la mayoría de las definiciones en la especificación AWS.

54

La operación de soldar es un proceso de unión de materiales que produce su coalescencia calentándolos a temperatura de fusión, con o sin aplicación de presión, o por medio de la aplicación de presión solamente y con o sin el uso de material de aporte, el cual se usa en trabajos de soldadura. La coalescencia significa adherirse uno a otro o adherir a un cuerpo los materiales que se sueldan. El ensamble soldado es un conjunto de partes unidas con soldadura, y puede hacerse a partir de muchos o de pocas partes metálicas. La unión en soldadura se define: “la unión de los miembros o de las orillas de los miembros que se van a unir o que han sido unidos”.

2.4.3 TIPOS DE UNIONES:

En la figura siguiente, se representan los cinco tipos de uniones

Tabla 6 Tipos de Uniones de Soldadura y su Aplicación Aplicable a soldaduras Con chaflán biselado Con chaflán en V Con chaflán en bisel ensanchada ensanchado

Con chaflán plano

Con chaflán en J

De borde en canto

Con chaflán en U

Fuertes

Con chaflán en V (A) Unión a tope

Aplicable a soldaduras Con chaflán biselado Con chaflán plano Con chaflán en bisel De tapón ensanchado

En ángulo

Con chaflán en J

En ojal

Con chaflán en U

Fuertes

Con chaflán en V

Por costura

55

Con chaflán en V Por protuberancias ensanchada

Por puntos

Aplicable a soldaduras (B) Unión en esquinas

Con chaflán biselado En ángulo Con chaflán en bisel En ojal ensanchado

Fuertes

Con chaflán en J

Por costura

Con chaflán plano

Por protuberancias

De tapón

Por puntos

(C) Unión en T

Aplicable a soldaduras Con chaflán biselado En ojal Con chaflán en bisel Fuertes ensanchado

Por costura

Con chaflán en J

Por protuberancias

De tapón

Por puntos

De ángulo (D) Unión a solape

Aplicable a soldaduras Con chaflán biselado Con chaflán en V Con chaflán en bisel ensanchada ensanchado

Con chaflán plano

Con chaflán en J

De canto

Con chaflán en U

Por costura

Con chaflán en V (E) Unión en canto Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

56

2.4.4 TIPOS DE SOLDADURAS Se describirán a continuación los tipos de soldaduras más utilizados. Tabla 7 Tipos de Soldaduras Soldaduras a tope

Son las realizadas sobre uniones a tope, independientemente de la forma del chaflán, que podrá ser plano, en bisel, en V,…

Soldaduras en ángulo

Son las que unen dos superficies que forman

entre

sí

un

ángulo

aproximadamente recto en una unión en T, a solape o en esquina, los cantos de las piezas a unir son planos.

Soldadura en ángulo con chaflán

Una de las piezas sobre las que se realiza la soldadura tiene los bordes preparados, de esta forma se facilita la penetración.

57

Soldaduras de tapón y en ojal Las soldaduras de tapón y en ojal son similares en diseño pero diferentes en forma. En ambos casos se realiza un taladro en una de las piezas a unir.

Estas uniones no se deben confundir con las soldaduras en ángulo en un agujero. Soldaduras de recargue Soldadura

efectuada

sobre

una

superficie, en contra posición a la realizada en una unión, para obtener una

dimensiones

o

propiedades

deseadas (en general, aumentar la resistencia

al

desgaste

o

a

la

corrosión. Soldaduras por puntos

Soldadura

efectuada

en

solapadas

y

forma

cuya

piezas es

aproximadamente circular.

Se pueden realizar en la intercara entre las dos piezas mediante soldeo por resistencia (ver capítulo 16), o mediante

un

proceso

capaz

de

producir la fusión de ambas piezas a través de una de ellas; normalmente mediante soldeo por haz de electrones 58

o soldeo por arco (plasma, MIG/MAG o TIG).

Soldadura de costuras

Soldadura

contínua

efectuada

en

piezas solapadas.

Se puede realizar entre las superficies de

contacto

mediante

soldeo

por

resistencia, o mediante un proceso capaz de fundir ambas piezas a través de

una

de

ellas,

normalmente

mediante soldeo por haz de electrones o soldeo por arco (plasma, MIG/MAG o TIG)

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

2.4.5 TIPOS DE PREPARACIÓN DE SOLDADURAS

El chaflán de una soldadura es la abertura entre las dos piezas a soldar que facilita el espacio para contener la soldadura. Este chaflán podrá tener diversas geometrías dependiendo de los espesores de las piezas, el proceso de soldeo y la aplicación de la soldadura.

En la tabla se indican las geometrías más usuales con sus denominaciones.

59

Tabla 8 Tipos de Preparacion de Juntas Chaflán plano simple

Chaflán en bisel simple o en Y

Chaflán en V simple

Chaflán en bisel doble o en K

Chaflán en V doble

0.0.0.0. Chaflán en J simple

Chaflán en U simple

Chaflán en J doble

Chaflán en U doble

Canto rebordeado

Canto rebordeado

Chaflán esparcado

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

Los chaflanes en U, en U doble, en J y en J doble se utilizan en lugar de chaflanes en V, en V doble, en bisel simple y en bisel doble en las piezas e gran espesor con objeto de ahorrar material de aportación, al mismo tiempo se reducen el aporte térmico y las deformaciones.

60

2.4.5.1 términos utilizados en la preparación de las soldaduras

En la figura anterior se indican las denominaciones de todas las dimensiones necesarias para definir correctamente el chaflán de las piezas que se van a soldar.

En cualquier unión será importante mantener los bordes de las piezas alineadas. El desalineamiento de una unión se ha representado en la siguiente figura. Figura 26 Geometría de chaflán de Soldadura

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco 61

Figura 27 Desalineamiento De La Unión De Soldadura

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

2.4.6 TERMINOLOGÍA

2.4.6.1

TÉRMINOS ASOCIADOS A LAS SOLDADURAS EN ÁNGULO

En la figura siguiente, se representan las dimensiones más importantes de una soldadura en ángulo. Figura 28 Terminologia De Las Soldaduras En Angulo

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

62

Una soldadura en ángulo estará definida por su garganta o por su lado, se debe tener en cuenta que ambas dimensiones están relacionadas:

Z  2 .a siendo a = garganta y z = lado

Las soldaduras en ángulo intermitentes pueden ser enfrentadas (figura A) o alternadas (figura B). En la soldadura en ángulo intermitente enfrentada de la figura se han indicado los nombres de las dimensiones más comunes en las soldaduras en ángulo intermitentes. Figura 29 Soldaduras En Angulo Intermitentes

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

2.4.6.2

CARA Y RAÍZ DE UNA SOLDADURA

La figura siguiente representa la cara y la raíz de una soldadura junto con el sobre espesor en la cara y en la raíz.

63

Figura 30 Cara Y Raiz De Una Soldadura

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

2.4.6.3

NÚMERO DE PASADAS

El número de pasadas es el nº de veces que se ha tenido que recorrer longitudinalmente la unión hasta completarla. Como resultado de cada pasada se obtiene un cordón de soldadura. Figura 31 Cordones De Soldadura Y Capas De Soldadura

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

(A) Nº DE CORDONES = 11; Nº DE CAPAS = 6 (B) Nº DE CORDONES 0 7; Nº DE CAPAS = 7 64

2.4.6.4

PENETRACIÓN DE UNAS SOLDADURA

Una soldadura se puede realizar con penetración completa o con penetración parcial

Figura 32 Soldaduras Con Penetracion Completa

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

Figura 33 Soldadura Con Penetracion Parcial

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

65

2.4.6.5 SOLDADURAS POR EL REVERSO, SOLDADURA CON RESPALDO Y SOLDADURA DE RESPALDO

Soldadura Por El Reverso Es una soldadura efectuada por el lado de la raíz de la soldadura ya realizada. Se suele realizar un resanado, o al menos una limpieza, antes de depositar la soldadura por el reverso.

Figura 34 Soldadura Por El Reverso

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

Soldadura Con Respaldo En algunas ocasiones se utiliza un respaldo para realizar una soldadura. Un respaldo es un material o dispositivo que se coloca por la parte posterior de la unión para soportar y retener el metal de soldadura fundido. Este material puede ser metálico o no y puede fundirse parcialmente o no durante el soldeo. En el caso de fundirse parcialmente durante el soldeo es respaldo será permanente (no se retirará después del soldeo)

66

Figura 35 Soldadura Con Respaldo

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

Soldadura De Respaldo En el caso de utilizar un cordón de soldadura con respaldo se denominará soldadura de respaldo. Figura 36 Soldadura De Respaldo

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

67

2.4.6.6

VELOCIDAD DE SOLDEO

La velocidad de soldeo es la longitud del cordón depositado en la unidad de tiempo. Normalmente se mide en cm/min, en m/s o en pulgadas/min. Por tanto, es la velocidad con la que se avanza a lo largo de la unión.

2.4.6.7

EXTENSIÓN

DEL

ELECTRODO,

EXTREMO

LIBRE

DEL

ELECTRODO Y LONGITUD DEL ARCO

a. EXTENSIÓN DEL ELECTRODO

La extensión del electrodo es un parámetro importante en el sondeo MIG/MAG, FCAW y SAW. Se define como la longitud de electrodo no fundida a partir del extremo de la tobera de gas.

En general, cuanto mayor es la extensión del electrodo para una intensidad dada mayor es la tasa de deposición y menor la penetración. b. EXTREMO LIBRE DEL ELECTRODO.

Es la longitud de electrodo no fundida a partir del extremo del tubo de contacto. c. LONGITUD DEL ARCO.

Distancia desde el extremo del electrodo a la superficie de la pieza.

68

Figura 37 Nomenclatura De La Pistola Para Soldeo Por Arco Con Gas

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

2.4.6.8 POSICIONES DE SOLDEO. La designación de las posiciones de soldeo están normalizadas. Las designaciones más utilizadas con las ASME y las EN. La designación ASME distingue entre soldaduras en ángulo, designándolas con una F, y soldaduras a tope, a las que se designa con la G. La normativa europea no hace esta distinción, por lo que habrá que indicarlo de alguna otra forma. En la tabla se representan las posiciones de soldeo y su designación; en la siguiente se ha representado la correlación entre la posición del consumible, o la fuente de calor, respecto a la unión a soldar y la designación de las posiciones según EN.

69

Tabla 9 Posiciones de Soldeo Posición de la unión 2.1. Designación

Posición de la unión

EN

ASME

COMUN

PA

1G

Plana

PA

1F

Plana Acunada

2.2. Designación EN

ASME

COMUN

PB

2F

En ángulo

PB

2 FR

En ángulo

Cornisa PC

2G

Horizontal – vertical

PD

4F

Bajo techo

PE

4G

Bajo techo

70

PF ascendente

3G ascendente

PG descendente 3 G descendente

PF ascendente

3F ascendente

PG descendente

3F descendente

PF ascendente

5G ascendente

PG descendente 5G descendente Posición de la unión

Vertical ascendente o descendente

Vertical ascendente o descendente

Múltiples ascendente o descendente

2.3. Designación EN

ASME

PF ascendente

5F ascendente

PG descendente

5F descendente

6G

COMUN Múltiple ascendente o descendente

Múltiple

Múltiples con 6GR

anillo de restricción

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

71

Figura 38 Posiciones de Soldeo

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

Correlación entre la posición del consumible, o de la fuente de calor, respecto a la unión a soldar indicada por la dirección de las flechas y las designaciones de las posiciones de soldeo de acuerdo con la normativa europea (EN).

2.4.7 PREPARACIÓN DE LAS PIEZAS Y PARÁMETROS A UTILIZAR EN FUNCIÓN DE LA POSICIÓN

La preparación de las piezas antes del soldeo es una tarea de gran importacia. Para conseguir uniones sanas se deberá elegir la preparación en función, entre otras cosas, de la posición de soldeo. Así cuando se suelda en cornisa el ángulo de ambos biseles deberá ser diferente para reducir el descuelgue del material de soldadura.

En el soldeo bajo techo se deberá reducir un poco el ángulo del chaflán y reducir, o incluso eliminar, el talón de la raíz para facilitar una penetración adecuada. Sin embargo, en el soldeo en posición plana el talón no deberá ser 72

muy pequeño, impidiendo de esta forma que la penetración en la raíz sea excesiva.

También los parámetros de soldeo deberán ser función de la posición y tipo de unión; en general, se utilizará un 10% menos de intensidad (o voltaje) en la posición bajo techo y un 5% menos en vertical ascendente, respecto a la intensidad (o voltaje) utilizada en plano. También se deberán utilizar intensidades (o voltajes) mayores en las soldaduras en ángulo frente a las soldaduras a tope.

Figura 39 Preparacion De Piezas Para Soldeo En Cornisa

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

2.4.8 TÉCNICAS DE SOLDEO

2.4.8.1

ORIENTACIÓN DEL ELECTRODO

La orientación del electrodo respecto a la pieza y respecto al cordón de soldadura es un parámetro importante para conseguir soldaduras de calidad. Una orientación inadecuada puede llevar a la consecución de numerosos defectos (falta de fusión, porosidad, inclusiones de escoria, etc.). 73



Angulo de trabajo (ver figura): En general un ángulo de trabajo muy pequeño favorece la formación de mordeduras, mientras que un ángulo de trabajo grande puede ser causa de fatal de fusión.

Figura 40 Angulo De Trabajo del Electrodo

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco



Angulo de desplazamiento: Es el ángulo comprendido entre el eje del electrodo y una línea perpendicular al eje de la soldadura.

2.4.8.2 SOLDEO HACIA DELANTE Y HACIA ATRÁS

El soldeo hacia delante es la técnica de soldeo en la cual el electrodo, soplete o la pistola se dirige en el mismo sentido que el avance de soldeo. En este caso el ángulo de desplazamiento se denomina ángulo de retraso.

El soldeo hacia atrás es la técnica de soldeo en la cual el electrodo, soplete o la pistola de soldeo se dirige en sentido contrario al de avance del soldeo En este caso el ángulo de desplazamiento se denomina ángulo de adelante.

74

Figura 41 Angulo de Desplazamiento del Electrodo

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

(1) Ángulo de desplazamiento y ángulo de retraso en el soldeo hacia delante (2) Ángulo de desplazamiento y ángulo de adelanto en el soldeo hacia atrás.

Tabla 10 Soldeo Hacia Atrás Y Hacia Delante. Angulo De Retraso Y De Adelanto Posición de la pistola de No dirigida hacia Perpendicula Dirigida soldeo:

el cordón

r

cordón

hacia

el de

soldadura Penetración:

Escasa

Media

Profunda

Estabilidad del arco:

Baja

Media

Buena

Proyecciones:

Muchas

Normal

Pocas

Anchura del cordón:

Más ancha

Media

Estrecha

Recomendada posición

para Vertical

Todas las

ascendente

posiciones menos vertical ascendente

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

75

2.4.9 SIMBOLOGÍA DE LA SOLDADURA

La AWS elaboro y estableció, un sistema de símbolos de soldadura con el fin de identificar la localización de las soldaduras y transmitir información en planos de ingeniería desde el diseñador hasta el taller de soldadura. El símbolo de soldadura consiste en ocho elementos, que pueden usarse o no totalmente en cada uno de los casos:

1.

Línea de referencia

2.

Flecha

3.

Símbolo básico de soldadura

4.

Dimensiones y otros datos

5.

Símbolo suplementario

6.

Símbolo de acabado

7.

Cola

8.

Especificaciones, proceso o referencia.

La base para construir un símbolo de soldadura es la línea de referencia. Esta siempre se muestra en la posición horizontal, y debe dibujarse cerca de la unión soldada que va a identificar.

76

Figura 42 Simbologia de la Soldadura

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

77

2.5. PROCESO DE SOLDADURA Y CORTE 2.5.1 SOLDADURA POR ARCO DE METAL PROTEGIDO (SMAW) La soldadura por arco de metal protegido es un proceso de soldadura por arco en el que se produce coalescencia de metales por medio del calor de un arco eléctrico que se mantiene entre la punta de un electrodo cubierto y la superficie del metal base en la unión que se está soldando. El núcleo del electrodo cubierto consiste en una varilla de metal solidad de material o colado, o bien una varilla fabricada encerrando metal en polvo en una funda metálica. La varilla del núcleo conduce la corriente eléctrica al arco y suministra metal de aporte a la unión. Las funciones principales de la cobertura del electrodo son estabilizar el arco y proteger el metal derretido de la atmosfera por medio de los gases que se crean cuando el recubrimiento se descompone por el calor del arco. La soldadura por arco de metal protegido es por mucho el más ampliamente utilizado de los procesos de soldadura por arco. Aprovecha el calor del arco para derretir el metal base y la punta de un electrodo consumible. Dependiendo del tipo de electrodo que se use, el recubrimiento desempeña una o más de las siguientes funciones: 1.

Provee un gas para proteger el arco y evitar una contaminación exclusiva del metal de aporte derretido por parte de la atmosfera.

2.

Suministra limpiadores, desoxidantes y agentes fundentes para purificar la soldadura y evitar un crecimiento excesivo de granos en el metal de soldadura.

3.

Establece las características eléctricas del electrodo.

4.

Proporciona un manto de escoria que protege la soldadura caliente del aire y mejora las propiedades mecánicas, la forma del cordón y la limpieza superficial de dicho metal.

78

5.

Constituye un medio para añadir elementos de aleación que modifiquen las propiedades mecánicas del metal de soldadura.

6.

En todos los casos, la cobertura contiene la mayor parte de los materiales de protección, limpieza y desoxidación. La mayor parte de los electrodos para SMAW tienen un núcleo de metal sólido.

VENTAJAS: ·

El equipo es relativamente sencillo, económico y portátil.

·

El electrodo recubierto proporciona el metal de aporte y el mecanismo para proteger dicho metal y el metal de soldadura contra una oxidación perjudicial durante la soldadura.

·

No se requiere protección con gas auxiliar ni un fundente granular.

·

El proceso es menos sensible al viento y las corrientes de aire que los procesos de soldadura por arcos protegidos con gas.

·

Se pueden utilizar en áreas de acceso limitado.

·

El proceso es adecuado para la mayor parte de los metales y aleaciones de uso común.

En los equipo como lo son las fuentes de potencia se puede utilizar corriente alterna (CA) o bien continua (CC) para la soldadura por arco de metal protegido, dependiendo de la corriente suministrada por la fuente de potencia y del electrodo escogido. El tipo específico de corriente utilizada influye en el rendimiento del electrodo. Entre los accesorios se encuentran los siguientes: El porta electrodos es un dispositivo de sujeción que permite al soldador sostener y controlar el electrodo. También sirve como medio para conducir la corriente de soldadura del cable al electrodo. 79

La conexión con la pieza de trabajo es un dispositivo para conectar el cable de pieza de trabajo a esta. Debe producir una conexión fuerte, pero al mismo tiempo debe poderse sujetar con rapidez y facilidad a la pieza de trabajo. Los cables para soldadura sirven para conectar el porta electrodos y las abrazaderas de tierra a la fuente de potencia; son parte del circuito de soldadura. La careta se utiliza para proteger los ojos, el rostro, la frente, el cuello y las orejas del soldador de los rayos directos del arco y de chispas y salpicaduras que salen despedidas. Además el soldador debe contar con cepillo de alambre de acero, un martillo, un cincel y un mazo para descascarar. Estas herramientas sirven para eliminar la suciedad y hollín del metal base, cortar soldaduras provisionales y raspar escorio de la franja de soldadura.

Figura 43 Equipo Para Proceso Smaw

Fuente: Manual De Soldadura, Oerlikon EXSA.

80

Entre los materiales se encuentran los siguientes: Metales base la aplicación del proceso para un metal base especifico depende de la disponibilidad de un electrodo cubierto cuyo metal de aporte tenga la composición y propiedades requeridas. Hay electrodos para los siguientes metales base: 1.

Aceros al carbono

2.

Aceros de baja aleación

3.

Aceros resistentes a la corrosión

4.

Hierros colados (dúctiles y grises)

5.

Aluminio y aleaciones de aluminio

6.

Cobre y aleaciones de cobre

7.

Níquel y aleaciones de níquel

Los electrodos recubiertos se clasifican de acuerdo a los requerimientos de especificaciones emitidas por la American Welding Society. Figura 44 Clasificación Para Electrodos De Soldadura

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

81

Las coberturas de los electrodos para SMAW son Higroscópicas (absorben con facilidad y retienen la humedad). La humedad que captan, al exponerse a una atmosfera húmeda, se disocia durante la soldadura produciendo hidrogeno y oxígeno. Así en la zona térmicamente afectada pueden causar agrietamiento en frio. Los electrodos que han estado expuestos demasiado tiempo a la intemperie deben cocerse a una temperatura bastante alta para que expulsen la humedad absorbida, sin embargo el calentamiento excesivo puede dañar la cobertura del electrodo.

2.5.2 SOLDADURA POR ARCO DE METAL Y GAS (GMAW) La soldadura por arco de metal y gas es un proceso de soldadura por arco que emplea un arco entre un electrodo continuo de metal de aporte y el charco de soldadura. El proceso se realiza bajo un escudo de gas suministrado externamente y sin aplicación de presión. Figura 45 Proceso SMAW

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

82

VENTAJAS 1.

El único proceso de electrodo consumible que puede servir para soldar

todos los metales y aleaciones comerciales. 2.

GMAW no tiene restricción de tamaño de electrodo.

3.

Puede soldarse en todas las partes.

4.

Se logran tasas de deposición bastante más altas que con la soldadura

por arco de metal protegido. 5.

Las velocidades de soldadura son más altas que con soldadura por arco

de metal protegido. 6.

Es posible depositar soldaduras largas sin parar.

7.

Cuando se usa la transferencia por aspersión, es posible lograr mayor

penetración que con la soldadura por arco de metal protegido. 8.

Casi no se requiere limpieza después de la soldadura.

DESVENTAJAS 1.

El equipo de soldadura es más complejo, costoso y menos

transportable que el de la SMAW. 2.

GMAW es más difícil de usar en lugares de difícil acceso.

3.

El arco de soldadura debe protegerse contra corrientes de aire que

puedan dispersar el gas protector. 4.

Los niveles relativamente altos de calor radiado y la intensidad del

arco más alta. El proceso GMAW se basa en la alimentación automática de un electrodo continuo consumible que se protege mediante un gas de procedencia externa.

83

Este proceso puede ser usado con la mayoría de los metales comerciales, incluyendo aceros al carbono, aleaciones, aceros inoxidables, aluminio, magnesio, cobre, hierro, titanio y zirconio. Es el proceso preferido para la soldadura de aluminio, magnesio, cobre y muchas de las aleaciones de metales reactivos. En el proceso GMAW el calor del arco generado entre el electrodo consumible y la pieza a ser soldada es utilizado para fundir las superficies del metal base y el extremo del electrodo. El metal fundido del electrodo es transferido hacia la pieza a través del arco, donde se convierte en metal de soldadura depositado. La protección es obtenida por una cubierta de gas, que puede ser un gas inerte, gas activo o una mezcla de ambos. Los mecanismos básicos empleados para transferir un metal del electrodo a la pieza de trabajo son: 1.

Transferencia por cortocircuito.

2.

Transferencia globular

3.

Transferencia por aspersión

4.

Transferencia pulsada Figura 46 Tipos de Transferencia, Proceso GMAW

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

84

Las siguientes son algunas de las variables que afectan la penetración de la soldadura, la geometría y la calidad general de la soldadura: 1.

Corriente de soldadura (velocidad de alimentación del electrodo)

2.

Polaridad

3.

Voltaje de arco (longitud del arco)

4.

Velocidad de recorrido

5.

Extensión del electrodo

6.

Orientación del electrodo

7.

Posición de la unión que se va a soldar

8.

Diámetro del electrodo

9.

Composición y tasa de flujo del gas protector

El conocimiento y control de estas variables es indispensable para producir consistentemente soldaduras de buena calidad. Este proceso generalmente emplea corriente directa y polaridad invertida (electrodo positivo) debido a que se obtiene un arco más estable, la transferencia de metal es más suave y con pocas salpicaduras. La polaridad directa (electrodo negativo) es raramente usada debido a que produce un arco no estable, la velocidad de depósito es más grande, pero se tiene poca penetración. La corriente alterna no se usa comercialmente debido a un errático comportamiento del arco, como resultado de la extinción el arco cada medio ciclo de la onda de corriente. El electrodo o metal de aporte para la soldadura por arco de metal y gas está cubierto por diversas especificaciones de la AWS para metales de aporte. En general, para aplicaciones de unión, la composición del electrodo es similar a la del metal base. 85

La función primaria del gas protector es impedir que la atmosfera entre en contacto con el metal de la soldadura fundido. Esto es necesario porque la mayor parte de los metales, al calentarse hasta su punto de fusión en aire, presentan una marcada tendencia a formar óxidos y, en menor grado, nitruros. Además de proporcionar un entorno protector, el tipo de gas protector y la tasa de flujo tienen un efecto importante sobre lo siguiente: 1.

Características del arco

2.

Modalidad de transferencia del metal

3.

Penetración y perfil de la soldadura

4.

Velocidad de soldadura

5.

Tendencia al socavamiento

6.

Acción limpiadora

7.

Propiedades mecánicas del metal de soldadura

Las mezclas de múltiple gases protectores son Argón-oxígeno-Dióxido de Carbono, Argón-Helio- Dióxido de Carbono y Dióxido de Carbono.

2.5.3. SOLDADURA DE TUNGSTENO CON PROTECCIÓN DE GAS (GTAW) La soldadura por arco de tungsteno y gas es un proceso de soldadura por arco donde utiliza un arco entre el electrodo y el charco de soldadura, en el proceso se emplea un gas de protección sin presión. Este proceso tiene la virtud en las industrias por su alta calidad de soldaduras producidas. El proceso TIG es el proceso de soldadura por arco con gas de protección el cual utiliza la intensidad de calor generada por el arco eléctrico entre un electrodo de tungsteno y el metal base que será soldado, por tal motivo el 86

electrodo de tungsteno no es consumible y en este proceso como a diferencia de otros el aporte se provee separadamente. Figura 47 Proceso GTAW

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

VENTAJAS: ·

Desde que el material de aporte no cruza el arco

·

El chisporroteo no es problema

·

Como en los otros procesos de gases protectores, el área a soldar es claramente visible y limpia al final del depósito de soldadura.

87

El equipo usado con el proceso incluye una fuente de poder, antorcha con cables eléctricos, suministro de gas protector con mangueras, suministro de agua para enfriamiento y un control de pedal. Las antorchas de GMAW sostienen el electrodo de tungsteno que transporta la corriente de soldadura al arco y conduce el gas protector a la zona de arco. Las antorchas enfriadas por gas eliminan el calor por medio del flujo del gas de protección relativamente frio. Las antorchas enfriadas por agua eliminan el calor mediante el flujo continuo de agua a través de conductos interiores el agua de enfriamiento entra por la manguera de entrada y circula por toda la antorcha y de ahí a la manguera de salida. En GTAW la palabra tungsteno se refiere al elemento tungsteno puro y a sus diferentes aleaciones de tungsteno empeladas como electrodos. Los electrodos de tungsteno son no consumibles si el proceso se emplea como es debido, ya que no se derrite ni se transfiere a la soldadura. El argón y el helio o la mezcla de estos dos son las más comunes de gas inerte empleados como escudos de protección, dependiendo el volumen a utilizar estos gases pueden ser suministrados por cilindros o en tanques aislados. No hay una regla fija para escoger un gas de protección para una aplicación en particular. En la mayor parte de las aplicaciones puede utilizarse el argón, helio o una mezcla de estos con la posible excepción de las soldaduras en materiales delgados, donde el argón es indispensable. Los requisitos de flujo de gas protector se basan en el diámetro de la copa, el tamaño del charco de la soldadura. En general la tasa de flujo aumenta en proporción con el área de sección transversal de la boquilla. Se escoge el diámetro de boquilla apropiado para el tamaño del charco de soldadura el metal que se va a soldar. La tasa de flujo mínima está determinada por la necesidad de un chorro rígido que venza los efectos de calentamiento del arco y las corrientes de aire transversales.

88

2.5.4 SOLDADURA POR ARCO CON NÚCLEO DE FUNDENTE (FCAW) La soldadura por arco con núcleo de fundente Flux Cored Arc Welding (FCAW) es un proceso de soldadura por arco que aprovecha un arco entre un electrodo continuo de metal de aporte y el charco de soldadura. Este proceso se emplea con protección de un fundente contenido dentro del electrodo tubular, con o sin un escudo adicional de gas de procedencia externa, y sin aplicación de presión. El electrodo con núcleo fundente es un electrodo tubular de metal de aporte compuesto que consiste en una funda metálica y un núcleo con diversos materiales pulverizados. Durante la soldadura, se produce un manto de escoria abundante sobre la superficie de la franja de soldadura. Figura 48 Proceso FCAW

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

El proceso FCAW tiene dos variaciones principales que difieren en su método de protección del arco y del charco de soldadura contra la contaminación por gases atmosféricos.

89

Los beneficios se obtienen al combinarse tres características generales: 1.

La productividad de la soldadura de alambre continúo

2.

Las cualidades metalúrgicas que puede derivarse de un fundente

3.

Una escoria que sustenta y moldea el cordón de soldadura.

El proceso se emplea para soldar aceros al carbono y de baja aleación, aceros inoxidables y hierros colados. También sirve para soldar los puntos uniones traslapadas en láminas y placas, así como para revestimientos y deposición de superficies duras. El tipo de FCAW que se use dependerá del tipo de electrodos de que se disponga, los requisitos de propiedades mecánicas de las uniones soldadas y los diseños de las uniones. En general el método auto protegido puede usarse en aplicaciones que normalmente se unen mediante soldadura por arco de metal protegido. El método con escudo de gas puede servir para algunas aplicaciones que se unen mediante soldadura por arco de metal y gas. Al igual que los electrodos de GMAW y los de FCAW con escudo de gas requieren un gas protector además del fundente interno. Esto implica un suministro de gas, un regulador de presión, un dispositivo para medir el flujo y las mangueras y conectores necesarios. Los gases protectores provienen de cilindros, grupos de cilindros conectados con múltiples, o de tanques de gran volumen que se conectan mediante tuberías a estaciones de soldadura individuales. El dióxido de carbono es el gas protector más utilizado para la soldadura por arco con núcleo fundente. Dos ventajas de este gas son su bajo costo y la penetración profunda que permite lograr. La mezcla de uso más común en FCAW con escudo de gas consiste en 75% de argón y 25% de dióxido de carbono.

90

El electrodo por lo regular consiste en una funda de acero de bajo carbono o de aleación que rodea un núcleo de materiales fundentes y de aleación. La composición del núcleo de fundente varía de acuerdo con la clasificación del electrodo y con el fabricante. Las funciones primarias de los ingredientes del núcleo de fundente son las siguientes: 1.

Conferir el metal de soldadura ciertas propiedades mecánicas, metalúrgicas y de resistencia a la corrosión mediante un ajuste de la composición química.

2.

Promover la integridad del metal de soldadura protegiendo el metal fundido del oxígeno y el nitrógeno del aire.

3.

Extraer impurezas del metal fundido mediante reacciones con el fundente.

4.

Producir cubierta de escoria que proteja el metal del aire durante la solidificación y que controle la forma y el aspecto del cordón de soldadura en las diferentes posiciones para las que es apropiado el electrodo.

5.

Estabilizar el arco proporcionándole un camino eléctrico uniforme, para así reducir las salpicaduras y facilitar la deposición de cordones lisos, uniformes y del tamaño correcto.

Sistema de identificación para electrodos de acero para FCAW

Para este sistema en el mercado se encuentra electrodos de acero de baja aleación, electrodos de recubrimiento y electrodos de acero inoxidable cada uno con sus respectivas especificaciones para los requerimientos necesarios para la soldadura.

91

La soldadura por arco con núcleo de fundente tiene muchas ventajas en comparación con el proceso SMAW manual; además ofrece ciertas ventajas respecto a los procesos SAW y GMAW. VENTAJAS

1.

Depósito de metal de soldadura de alta calidad

2.

Excelente aspecto de la soldadura lisa y uniforme

3.

Excelente perfil de las soldaduras de filete horizontales

4.

Es posible soldar muchos aceros dentro de un intervalo o de espesores amplio

5.

Factor operativo elevado- fácil de mecanizar

6.

Tasa de deposición alta- densidad de corriente elevada

7.

Eficiencia de depósito del electrodo relativamente alta

8.

Diseño de unión económica en cuanto a su ingeniería

9.

Arco visible- fácil de usar

10. No requiere tanta limpieza previa como GMAW 11. Produce menor distorsión que SMAW

DESVENTAJAS 1.

El proceso FCAW actual está limitado a la soldadura de metales

ferrosos y aleaciones con base de níquel. 2.

El proceso produce una cubierta de escoria que es preciso eliminar. 92

3.

El alambre de electrodo para FCAW cuesta más por unidad de peso que

el alambre de electrodo sólido, excepto en el caso de algunos aceros de alta aleación. 4.

El equipo es más costoso y complejo que el que se requiere para SMAW;

no obstante, el aumento en la productividad casi siempre compensa esto. 5.

El alimentador de alambre y la fuente de potencia deben estar

relativamente cerca del punto de soldadura.

2.5.5 SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO La soldadura por arco sumergido produce la coalescencia de metales calentándose con un arco entre un electrodo de metal desnudo y el trabajo. El arco y el metal derretido están “sumergidos” en un manto de fundente granular fusible sobre la pieza de trabajo. No se aplica presión, y el metal de aporte se obtiene del electrodo y en ocasiones de un suministro complementario como una varilla para soldar o gránulos metálicos. En la soldadura por arco sumergido, el extremo de un electrodo continuo de alambre desnudo se inserta en un montículo de fundente que cubre el área o la unión que se va a soldar, se enciende el arco. Por consiguiente, un mecanismo alimentador de alambre comienza a introducir el electrodo en la unión a una velocidad controlada, y el alimentador se desplaza manual o automáticamente a lo largo de la soldadura. Se alimenta fundente adicional adelante del electrodo y a su alrededor y se distribuye continuamente sobre la unión. El calor producido por el arco eléctrico derrite progresivamente parte del fundente, el extremo del alambre y los bordes adyacentes del metal base, creando un charco de metal fundido debajo de una capa de escoria liquida.

93

Al avanzar la zona de soldadura a lo largo de la unión, el metal de soldadura primero y luego el fundente liquido se enfrían y solidifican, formando una capa protectora de escoria encima. La soldadura por arco sumergido se puede aplicar en tres métodos distintos: automáticos, semiautomáticos y mecanizado. En todos ellos es preciso colocar el trabajo de modo de que el fundente y el charco de soldadura permanezcan en su sitio hasta solidificarse. Figura 49 Proceso SAW

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

En este tipo de soldadura se emplea para fabricar ensambles de casi todos los materiales empleados en la actualidad, desde aceros al carbono “ordinarios” hasta aleaciones exóticas con base de níquel.

94

Los electrodos para arco sumergido producen depósitos de soldadura que coinciden con los metales base de acero al carbono, aceros de baja aleación, aceros alto carbono, aceros de aleación especial, aceros inoxidables, aleaciones

de

níquel

y

aleaciones

especiales

para

aplicaciones

de

recubrimiento. Estos electrodos se suministran como alambre solido desnudo y como electrodos compuestos con núcleo metálico. Los fundentes protegen el charco de soldadura de la atmosfera al cubrir el metal con escoria fundida. Los fundentes limpian el charco de soldadura, modifican la composición química del “metal de soldadura e influyen en la forma que adquirirá el cordón de soldadura y en las propiedades mecánicas que tendrá. Los minerales granulares que se mezclan de acuerdo con diversas formulaciones. Los fundentes se clasifican con base en la composición química y en las propiedades mecánicas del metal de soldadura depositado con un electrodo de una clasificación especifica. El metal de soldadura de acero de baja aleación puede depositarse con electrodos solidados de acero de aleación, fundentes que contienen los elementos de aleación y los electrodos compuestos cuyo núcleo contiene elementos de aleación. Los electrodos de acero de aleación y los electrodos compuestos normalmente se sueldan bajo un fundente neutral. Los fundentes con elementos de aleación generalmente se usan con electrodos de acero al carbono para depositar metal de soldadura aleado. El control de las variables de operación en la soldadura por arco sumergido es indispensable para obtener tasas de producción elevadas y soldaduras de buena calidad.

95

2.5.6 PROCESO DE SOLDADURA MANUAL POR ARCO (MMA) La soldadura submarina se puede dividir en dos tipos: ·

Soldadura seca

·

Soldadura húmeda

La soldadura seca se conoce a la aplicación de soldadura que se realiza dentro de un ambiente que permite que la superficie donde se realice la unión soldada se encuentre libre de humedad. Este tipo de soldadura puede ser realizada de varias formas como lo son: soldadura en hábitat seco, de cámara seca, de punto seco y automatizado. La soldadura húmeda es realizada a presiones ambientales con el buzo soldador en el agua sin ninguna barrera mecánica entre el agua y el arco de soldadura. La técnica de soldadura húmeda más comúnmente utilizada es la soldadura manual por arco eléctrico (MMA) y soldadura por arco eléctrico con núcleo de fundente. La soldadura húmeda con electrodos recubiertos es considerada como el método más barato y versátil en las operaciones en ambientes marinos. El proceso de soldadura manual por arco (MMA) entre sus componentes básicos se encuentra: Los generadores de corriente eléctrica para soldadura subacuática son generadores de corrientes continuos o rectificadores de por lo menos, 300 amperes de capacidad. Es posible conectar dos o más maquinas en paralelo para obtener la potencia requerida. El interruptor de seguridad siempre debe de haber en toda operación de soldadura subacuática, positivo de desconexión operativa. Esto protege al buzo. Los cables eléctricos se usan exclusivamente cables completamente aislados, aprobados y extra flexibles. Un cable debe ser capaz de soportar la máxima corriente requerida por el trabajo a realizar. 96

La polaridad, la soldadura bajo el agua, se realiza con polaridad directa cuando se utiliza corriente continua. Antorchas y porta electrodos diseñados para aplicaciones bajo el agua. Cristal protector oscuro en todas las operaciones deben usarse lentes protectores de color verde oscuro. El procedimiento básico del proceso MMA es desarrollado dentro del agua sin ninguna barrera física entre el arco y el agua. El agua de los alrededores es disociada por el arco eléctrico en oxigeno e hidrogeno, actuando también como un ambiente de rápido enfriamiento, endureciendo la soldadura y la zona afectada por el calor. El oxígeno e hidrogeno disociado puede ser absorbido por el baño de metal, debido a la rápida solidificación de la soldadura, teniendo una unión susceptible al agrietamiento por el hidrogeno, resultando en una cantidad anormal de poros. El procedimiento básico utilizado para soldar mediante este proceso involucra, una vez conectados los cables a la fuente de energía, establecida la polaridad, montando el interruptor de seguridad entre la pinza y la fuente, se produce a colocar un electrodo nuevo en la pinza porta electrodos y se raspa suavemente la punta del mismo sobre una superficie abrasiva para remover la capa impermeable y garantizar un correcto contacto eléctrico. La soldadura hiperbárica es realizada por buzos o equipos instalados por buzos en un hábitat seco, el cual esta sellado sobre una la pieza a trabajar y es llenado por una mezcla respirable de gas helio y oxígeno, a una presión igual levemente superior que la presión absoluta donde la soldadura se llevara a cabo. El proceso TIG es utilizado, normalmente, como una técnica para realizar la primera pasada, llamada raíz y algunas pasadas subsecuentes se hacen con el proceso manual de soldadura. El TIG es también el método usado por el robots totalmente mecanizados para soldaduras de orbita hiperbárica.

97

En este proceso, un arco eléctrico es mantenido entre un electrodo de tungsteno no consumible y el baño de metal fundido. El TIG es un proceso protegido por un gas inerte y en consecuencia no existen cambios significativos la química del metal fundido al incrementarse la presión. La soldadura por fricción es un método de soldadura que aprovecha el calor generado por la fricción mecánica entre dos piezas en movimiento. El principio de funcionamiento consiste en que la pieza de revolución gira en un movimiento de rotación fijo o variable alrededor de su eje longitudinal y se asienta sobre la otra pieza, o bien utilizando una punta de contacto que gira sobre su propio eje a lo largo de la ranura de las piezas a unir cuando la cantidad de calor producida por rozamiento es suficiente para llevar las piezas a la temperatura de soldadura, se detiene bruscamente el movimiento, y se ejerce un empuje el cual produce la soldadura por interpenetración granular.

2.5.7 PROCESOS DE CORTE Los procesos de corte con gas oxi-combustible (OFC) separan o eliminan metal mediante la reacción química del oxígeno con el metal a temperaturas elevadas, la temperatura se mantiene con una flama de gas combustible que arde con oxígeno. El proceso de corte con gas oxi-combustible COAW utiliza un soplete con boquilla para producir flamas de precalentamiento mediante la mezcla de gas y oxígeno en las proporciones correctas y suministrando un chorro concentrado de oxigeno de alta pureza a la zona de reacción. El corte con arco de carbono CAC. es el proceso de corte con arco de carbono y aire, el intenso calor del arco entre el electrodo de carbón y grafito y la pieza de trabajo derrite una porción de esta última. Al mismo tiempo se hace pasar por el arco un chorro de aire con velocidad y volumen suficientes para que el material fundido salga despedido.

98

El corte con arco de plasma PAC es el proceso de corte con arco de plasma separa metal empleando un arco costriñido para fundir un área localizada de la pieza de trabajo, que al mismo tiempo elimine el material derretido con un chorro de alta velocidad de gas ionizado que sale por el orificio de construcción. La capacidad del proceso de cortar cualquier material conductor de la electricidad lo hace atractivo para el corte de metales no ferrosos que no se pueden cortar con el proceso OFC. Para iniciar el arco de corte se emplean uno de los siguientes métodos: 1.- Arranque con arco piloto el cual consiste en hacer saltar una chispa de alta frecuencia entre el electrodo y la punta del soplete, el arco de piloto se establece en el trayecto ionizado resultante. 2.- los sopletes de arranque por retracción tienen una punta o electrodo móvil de modo que la punta y el electrodo puedan estar momentáneamente en corto circuito y luego separarse o retrasarse para establecer el arco de corte. Los factores que se consideran al evaluar la calidad de corte incluyen la tersura de la superficie, el ancho del corte, el ángulo del corte, la adherencia de escoria y lo recto del borde superior. El corte con rayo láser (LBC) es un proceso de corte térmico que separa material mediante fusión o vaporización local con el calor de un rayo láser. Este proceso se usa con o sin gas auxiliar que ayuda a retirar el material fundido o vaporizado. El corte con láser tiene la ventaja de alta velocidad, cortes de ancho reducido, bordes de alta calidad, baja la entrada de calor y la distorsión mínima de la pieza es un proceso de fácil automatización que puede cortar casi cualquier metal la geometría del trabajo se puede modificar, no hay desgaste de herramienta y no se requieren operaciones de acabado.

99

El corte con rayo láser requieren un rayo láser coherente enfocado con precisión. Para estas aplicaciones se emplean principalmente dos tipos de fuentes primarias de rayos láser: Láser Yang y el Láser CO 2. Para poder cortar el láser debe estar integrado a un mecanismo que aplique el rayo y pueda manipular la pieza de trabajo, los cortadores láser se controlan con algún tipo de computadora. El tipo de control más común lee datos numéricos y los convierte en órdenes de movimiento axial, estos dispositivos se denominan controles numéricos computarizados CNC. El corte con chorro de agua corta una amplia variedad de materiales tanto metales como no metales usando un chorro de agua a alta velocidad. El chorro se forma haciendo pasar agua a alta presión 30 000 a 60 000 psi por un orificio de 0.1 a 0.6 mm de diámetro hecho a un zafiro artificial. La velocidad del chorro va desde 520 hasta 914 m/s. a estas velocidades y presiones el agua erosiona con rapidez muchos materiales, actuando como una sierra. El principal componente de desgaste del equipo es el orificio de zafiro y en sistemas de abrasivos, la boquilla de carburo para el abrasivo. Las aplicaciones aeroespaciales incluyen el corte con chorro abrasivo de estructuras compuestas avanzadas, de super aleaciones de titanio, níquel y de cobalto y fibra de vidrio en las pilas. Las fábricas de automóviles y sus proveedores emplean chorros de agua y abrasivos para recortar alfombras, tableros defensas, forros de puerta y vidrio

100

2.6. CÓDIGOS Y ESPECIFICACIONES DE SOLDADURA

2.6.1 INTRODUCCIÓN Las normas y especificaciones son aquellas que juzgan la calidad de la soldadura de cualquier producto, y esta se basa en el servicio esperado del producto. Debe haber un equilibrio entre los requisitos de servicio y la consecuencia de una falla, y los factores económicos.

2.6.2

CLASIFICACIÓN DE LOS CÓDIGOS Y ESPECIFICACIONES EN

SOLDADURA Para propósitos de clasificación de los códigos existentes se elaboran listas de acuerdo con los productos manejados. Los productos se ajustan a ciertas especificaciones de soldadura son las siguientes que mencionaremos:

2.6.2.1 Recipientes a presión En estados unidos el fabricante de recipientes a presión y de todo tipo de artículo

que

se

defina

como

recipiente

a

presión

queda

bajo

las

especificaciones del código ASME para calderas y recipientes a presión. Este código consiste en 11 secciones: ·

Sección I calderas de potencia.

·

Sección II Especificaciones de materiales ferrosos.

·

Especificaciones de materiales no ferrosos.

·

Especificación de materiales-varillas de materiales de aporte.

·

Sección III Componentes de plantas de energía nuclear.

·

Sección IV Calderas de calefacción

101

soldadura,

electrodos

y

·

Sección V pruebas no destructivas

·

Sección VI Reglas recomendadas para el cuidado y funcionamiento de calderas de calefacción.

·

Sección VII Reglas recomendadas para el cuidado de calderas de potencia.

·

Sección VIII Recipientes a presión, divisiones I, II y III.

·

Sección IX Calificaciones de soldadura

·

Sección X recipientes a presión de plástico con fibra de vidrio

·

Sección XI reglas para la inspección de sistemas de enfriamiento de reactores nucleares dentro del servicio. Figura 50 Portada del Código ASME Sección IX

Fuente: Código ASME, Sección IX

102

2.6.2.2 Reactores Nucleares Los reactores nucleares, sus componentes y los materiales usados en las plantas de energía están regidos por las directrices de la sección III del código ASME de recipientes a presión. Cualquier parte que se use en una planta nuclear se debe fabricar bajo la directriz de esos códigos. 2.6.2.3 Tuberías a presión La industria de la tubería se puede dividir en tres categorías principales: ·

Tubo de presión o para plantas de potencia

·

Tubo para transmisión y distribución

·

Tubo no critico

Los tubos de transmisión y de distribución llevan productos de petróleo desde los campos de producción hasta los consumidores. La soldadura de este tipo de tubos usa técnicas especiales y procedimientos, y está controlada por la norma API 1104. 2.6.2.4 Puentes y edificios La base para estos reglamentos, ya sea por referencia o por copia directa, es el código AWS D1.1 “structrural welding code” publicado por la American Welding Society. Todos los reglamentos son semejantes; sin embargo, cada estado publica su propio reglamento de soldadura. La soldadura en puentes de carreteras queda najo la jurisdicción de los departamentos estatales de carreteras.

103

Figura 51 Portada del Código de Soldadura Estructural AWS D1.1

Fuente: Código de Soldadura estructural AWS D1.1

2.6.2.4 Barcos La soldadura en los barcos está regida por distintas especificaciones y códigos. También son muy semejantes a los requisitos de la Maritime Administration para barcos comerciales. 2.6.2.5 Tanques y recipientes de almacenamiento Hay dos códigos principales para soldar tanques de almacenamiento. Uno es para la soldadura de tanques de almacenamiento elevados, publicado para la AWS y la American Water Works Association, que se llama “Standard for Welded Steel Elevated Tanks”. 2.6.2.6 Ferrocarriles 104

Las especificaciones para la fabricación de vagones y locomotoras para el sistema estadounidense se encuentran bajo jurisdicción de Departament of Transportation de Estados Unidos. Sin embargo, en lo que respecta a la calificación de las soldaduras, las especificaciones las emite la Association of American Railroads. 2.6.2.7 Aeroplanos e industria aeroespacial Las construcciones soldadas para uso en aeroplanos y vehículos espaciales se sueldan según los requisitos de las especificaciones del gobierno de EE.UU. Hay otros grupos que emiten especificaciones para materiales, que podrían usar, incluyendo a la SAE. 2.6.2.8 Equipo de construcción El equipo de construcción se fabrica según las especificaciones de las compañías, que hayan demostrado su eficacia basándose en la aceptación del producto en el campo. La mayor parte de la maquinaria industrial que usa partes soldadas no está amparada por códigos o especificaciones. La AWS ha emitido especificaciones que establecen estándares comunes aceptados para el desempeño de las soldaduras y aplicación de procesos. 2.6.2.9 Industria automotriz La AWS ha emitido ciertos documentos relacionados con la soldadura de automóviles y camiones. Son: o Recommended Practices for Automotive Welding Design o Recommended Practices for Automotive Portable Gun-Resistance Spot Welding o Standard for Automotive Resistance Spot Welding Electrodes o Specifications for Automotive Welding Queality-Resistance Spot Welding o Specifications for Automotive Frame Weld Quality-Arc Welding. 105

2.7. ENSAYOS DESTRUCTIVOS. Las propiedades mecánicas tanto de metales base como de uniones soldadas deben ser verificadas con el objeto de asegurar la calidad del conjunto respecto a su diseño. Los ensayos a efectuar dependerán de cada caso en particular. Los ensayos a revisar son los siguientes: 1.

Ensayo de resistencia a la tensión

2.

Ensayo de resistencia al doblez

3.

Ensayo de Nick-Break

4.

Ensayo de resistencia al impacto

5.

Ensayo de dureza

2.7.1 ENSAYO DE RESISTENCIA A LA TENSIÓN. Este ensayo consiste en estirar una probeta hasta su rompimiento, en una maquina especial y los resultados obtenidos nos proporcionan una cantidad de información importante, dicha información es la siguiente: ·

Resistencia a la tensión máxima

·

Esfuerzo de cedencia

·

% de elongación

·

% de reducción en área

Algunos de estos valores pueden ser determinados de la probeta mediante un calibrador, mientras que otros pueden ser cuantificados solamente mediante el análisis del diagrama de esfuerzo-deformación el cual es obtenido durante el ensayo.

106

En cuanto al equipo de ensayo, este deberá estar debidamente calibrado, de lo contrario, obviamente, los resultados obtenidos no tienen ninguna validez. 2.7.1.1 Verificación del metal base. Este ensayo es especialmente importante en la evaluación de materiales, ya que se determina su resistencia a la tensión. El ensayo se efectúa en probetas preparadas de acuerdo a especificaciones (ASTM). Esta probeta o entalle tiene una sección reducida. La sección reducida se efectúa con la intensión de provocar la fractura de la probeta en esta zona, de otra forma la fractura podría tender a presentarse, principalmente en la zona cercana al dispositivo de sujeción, lo cual dificultaría la medición del porcentaje de elongación. Dicha sección deberá cumplir con las siguientes tres características con el objeto de obtenerse resultados validos: Ø La longitud total de la sección deberá ser una sección transversal uniforme. Ø La sección transversal deberá ser una configuración la cual puede ser fácilmente dimensionada, de tal manera que sea posible calcular su área. Ø La superficie de la sección reducida deberá estar libre de irregularidades superficiales, especialmente si estas son perpendiculares al eje longitudinal de la probeta. Las unidades en la que se expresan los valores obtenidos en este ensayo son los siguientes.

107

Figura 52 Ensayo de Traccion

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

2.7.1.2 Evaluación de la soldadura. Mediante este ensayo se efectúa la calificación de procedimientos de soldadura. En la calificación de procedimientos de soldadura el objetivo de este ensayo es el de verificar el comportamiento de la unión soldadura con respecto al metal base, debiendo se este comportamiento igual o mejor que el metal base. Los códigos más usuales bajo los cuales se realiza y evalúa el ensayo son: AWSD1.1 “STRUCTURAL WELDING CODE STEEL” 108

ASME SECC IX “BOILER PRESSURE VESSEL CODE AND BRAZING QUALIFICATIONS” API 1104 “STANDARD FOR WELDING PIPELINES AND RELATED FACILITIES” Figura 53 Probeta para Ensayo de Tracción

Fuente: Soldadura, Principios y Aplicaciones. Larry Jeffus

2.7.2 ENSAYO DE SANIDAD DE SOLDADURAS. Este grupo de ensayo tiene como objetivo determinado la sanidad de la soldadura, esto es, que esté libre de discontinuidades. Estos ensayos se utilizan generalmente en la calificación de procedimientos de soldadura y en la calificación de soldadores. Los ensayos que sirven para este propósito son los siguientes: · · ·

Ensayo de resistencia al doblez Ensayo de Nick-Break Ensayo de ruptura de filete

109

2.7.2.1 Ensayo de resistencia al doblez Existen diferentes tipos de ensayos de doblez, dependiendo de su orientación, de la soldadura respecto al doblez. Existen tres tipos de probetas para doblez transversal que son:  Doblez de cara  Doblez de raíz  Dobles lateral En estos, la soldadura se encuentra perpendicular a la dirección longitudinal de la probeta, y su nombre se refiere al lado de la soldadura el cual es puesto en tensión durante el ensayo; esto es, la cara de la soldadura es estirada en el dobles de cara, la raíz es estirada en el dobles de la raíz y el lado de la sección transversal de la soldadura estirada en el doblez lateral. El ensayo de doblez se realiza generalmente utilizando algún tipo de dispositivo. Existen tres tipos básicos:  Dobles guiado estándar  Dobles guiado equipado con rodillo  Doblez guiado mediante enrollado El dispositivo de doblez guiado estándar consiste en un punzón y un lado en forma de “u” para realizar el ensayo de doblez. El espécimen se coloca sobre los hombros del dado con el lado que se va a ponerse en tensión hacia la parte interior del dado. El punzón se coloca sobre el área de interés y se aplica la fuerza para doblar el espécimen hasta 180o y que tiene la forma de “u”. Posteriormente el espécimen es removido y evaluado. El dispositivo de doblez guiado equipado con rodillo es muy similar al dispositivo de dobles guiado estándar, excepto que este se encuentra equipo

110

con rodillo en lugar de un lado. Esto permite disminuir la fricción durante el doblez del espécimen reduciendo la carga aplicada. El último tipo es el dispositivo de doblez guiado mediante enrollado el cual toma su nombre debido a que el espécimen es doblado por un rodillo alrededor de otro fijo. Este tipo de dispositivo es muy útil para doblar especímenes que tangan diferente resistencia en el metal base y en la soldadura. En cualquiera de los ensayos de doblez mencionados, los especímenes deben prepararse con cuidado para evitar imprecisiones. Cualquier marca o ralladura sobre la superficie a tensionar, puede ser concentrado de esfuerzos que podría ocasionar que el espécimen ensayado falle.

Figura 54 Ensayo de Doblamiento

Fuente Propia

111

2.7.2.2 ENSAYO DE NICK-BREAK Este ensayo es usado exclusivamente por el código API 1104que se utiliza principalmente

en

la industria

petrolera, para la calificación

de los

procedimientos y soldadura de tuberías de conducción. Este método evalúa la sanidad de la soldadura, mediante la posible presencia de discontinuidades en la superficie de fractura del espécimen ensayado. La fractura se localiza en la soldadura mediante 2 o 3 ranuras a lo largo de la superficie. 2.7.2.3 ENSAYO DE RUPTURA DE FILETE Como los demás tipos de ensayo mencionados, este ensayo de sanidad se utiliza principalmente en la clasificación de soldadura. Este es el único ensayo requerido para la clasificación de “soldador punteador” de acuerdo con el código AWS D1.1 Mediante este ensayo el supervisor verifica que la soldadura muestre una apariencia superficial satisfactoria además inspecciona la superficie fracturada para asegurarse que la soldadura presenta evidencia de fusión en la raíz y no muestra áreas des de fusión incompleta de la soldadura con el metal base o porosidades en la soldadura.

112

Figura 55 Probeta para ensayo de Nick Break

Fuente: Soldadura, Principios y Aplicaciones. Larry Jeffus

2.7.3 ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO. Una propiedad importante de los metales es la tenacidad que se define como la habilidad de un metal para absorber energía. De acuerdo con el ensayo de tensión, la tenacidad de un metal puede describirse como el área bajo la curva. Esfuerzo-Deformación, este es un valor para la cantidad de energía que puede ser absorbida por un metal cuando se aplica una carga gradualmente. Cuando se habla de la capacidad de un metal para absorber energía, se debe entender que el metal absorbe la energía por etapas: primero hay una cierta cantidad de energía requerida para iniciar la fractura. Después, es necesaria energía adicional para que la fractura se propague.

113

Aunque existen numerosos tipos de pruebas de impacto, el más comúnmente utilizado es la prueba Charpy “V”, es espécimen estándar usado, es una barra cuadrada de 55mm de longitud por 10mmX10mm. Una de las caras longitudinales del espécimen muestra una ranura en “V” de 2mm de profundidad, en la base de la ranura presenta un radio de 0.25 mm. El maquinado de este radio es extremadamente crítico, porque cualquier inconsistencia resultaría en drásticas variaciones de los resultados obtenidos. La máquina de impacto Charpy consiste principalmente en las siguientes partes:  Péndulo  Palanca de liberación  Escala  Aguja indicadora  Yunque  Martillo Figura 56 Ensayo de Impacto o Charpy

Fuente: Soldadura, Principios y Aplicaciones. Larry Jeffus 114

2.7.4 ENSAYO DE DUREZA. Dureza es la habilidad que presentan los metales para resistir a ser penetrados. Consecuentemente el ensayo de dureza utilizando un tipo de penetrador el cual es forzado a penetrar la superficie del objeto a ensayar. Dependiendo del tipo de ensayo de dureza utilizado, se pude medir, ya sea el diámetro o profundidad de la identación realizada. Existen tres grupos básicos de ensayos de dureza: 1.

Dureza Brinell

2.

Dureza Rockwell

3.

Micro dureza

2.7.4.1

DUREZA BRINELL

El ensayo de dureza Brinell se realiza forzando el penetrador sobre la superficie de objeto a ensayar a una carga establecida. Posteriormente se elimina la carga y se mide el diámetro de identación producida, utilizando un dispositivo magnificador. Basado en el tamaño, tipo de identador, carga aplicada y el diámetro de la huella resultante. Se puede determinar el número de dureza Brinell (BHN). Figura 57 Penetrador Brinell El

BHN

puede

calcularse

para

cualquier

combinación de los parámetros empleados utilizando la siguiente fórmula:

Dónde: P= carga en Kg

115

D= diámetro del identador en mm d= diámetro de la impresión en mm

2.7.4.2

DUREZA ROCKWELL

Este grupo encierra numerosas diferentes variaciones del mismo principio básico. Al igual que la dureza Brinell se puede modificar el ensayo básico utilizado, usando diferentes identadores y con diferentes cargas. La dureza Rockwell produce identaciones más pequeñas que la dureza Brinell. Esto permite realizar el ensayo en áreas muy pequeñas del metal a ensayar. Sin importar cual escala Rockwell sea utilizada, las etapas básicas del ensayo son esencialmente las mismas, las cuales son: 1.

Preparación de la superficie a ensayar

2.

Colocar la pieza a ensayar en la base del durómetro

3.

Aplicación de la carga menor usando el tornillo elevador

4.

Aplicar la carga mayor

5.

Liberar la carga mayor

6.

Tomar la lectura de la caratula

7.

Liberar la carga menor y liberar la pieza

116

Figura 58 Ensayo de Dureza Rockwell

Fuente: Soldadura, Principios y Aplicaciones. Larry Jeffus

2.7.4.3

MICRO DUREZA

El ensayo de micro dureza toma el nombre debido a que durante su aplicación la impresión que deja en la pieza a analizar son tan pequeñas que es necesario el uso de altas magnificaciones con un microscopio para poder realizar la medición de la impresión. Existen principalmente 2 tipos de ensayos de la micro dureza: 1)

Micro dureza Vickers

2)

Micro dureza Knoop

Ambos tipos de ensayos utilizan identadores de diamantes pero su configuración es ligeramente diferente.

117

Figura 59 Ensayo de Dureza Knoop e Indentador Vickers

Fuente: Soldadura, Principios y Aplicaciones. Larry Jeffus

Las etapas que se llevan a cabo en el ensayo de Micro dureza son las siguientes: 1)

Prepara la superficie a ensayar

2)

Colocar el espécimen en la base del equipo y fijarlo

3)

Localizar el área de interés utilizando el microscopio

4)

Realizar la identación

5)

Medir la identación utilizando el microscopio

6)

Determinar la dureza usando tablas o cálculos

118

2.8. CALIFICACIÓN DE PROCEDIMIENTOS DE SOLDADURA Y SOLDADORES

2.8.1 PROCEDIMIENTOS DE SOLDADURA La definición de AWS para un procedimiento de soldadura es: “los métodos y practicas detallados implícitos en la producción de una soldadura”. Se usa un procedimiento de soldadura para hacer un registro de todos los elementos, variables y factores involucrados en la producción de una soldadura especifica. Los procedimientos de soldadura deben estar escritos siempre que ello sea necesario con la finalidad de: ·

Mantener las dimensiones controlando la distorsión

·

Reducir las tensiones residuales u localizadas

·

Minimizar los cambios metalúrgicos dañinos

·

Construir uniformemente un ensamble de soldadura del mismo modo

·

Ajustar a ciertas especificaciones y códigos

Los procedimientos de soldadura deben ser probados o calificados y deben comunicarse a aquellos que necesiten conocerlos. Esto incluye al diseñador, inspector de soldadura, supervisor de soldadura y en última instancia, pero no en menor grado, al soldador. Una especificación del procedimiento de soldadura, conocida como WPS la cual constituye “un documento que proporciona en detalle las variables requeridas para una aplicaciones con objeto de garantizar que otros soldadores y operarios adecuadamente adiestrados pueden repetir el proceso”. Las variables implícitas en la mayoría de las especificaciones se considera que constituyen variables esenciales. En algunos códigos también puede utilizarse 119

el término variables no esenciales. Las variables esenciales son aquellos factores que deben registrarse y, si se alteran de cualquier modo, el procedimiento debe volverse a probar y a recalificar.

2.8.2 CALIFICACIÓN DE PROCEDIMIENTOS DE SOLDADURA. Todos los códigos y las especificaciones de soldadura son semejantes en lo que se refiere a los procedimientos. En cada caso es necesario dejar por escrito el procedimiento de soldadura y después probarlo y calificarlo. Las compañías desarrollan y califican los procedimientos de soldadura necesarios para fabricar sus productos que se construyen bajo un código. Los contratistas cuentan con procedimientos calificados en soldadura, que les permiten instalar productos bajo código. Los tres códigos más utilizados amparan las calderas y recipientes a presión, puentes y edificios y la soldadura de tuberías de conducción a campo traviesa. Calderas y recipientes a presión Este código afirma lo siguiente a la responsabilidad: “cada fabricante o contratista es responsable de las soldaduras ejecutadas por su organización y debe llevar a cabo las pruebas para calificar los procedimientos de soldadura que use en la construcción de las partes soldadas fabricadas según este código, y el desempeño de los soldadores y operadores, quienes apliquen estos procedimientos de soldadura y calificación del empeño de los soldadores y operadores, quienes apliquen estos procedimientos” Cada fabricante debe mantener un registro de los resultados obtenidos en los procedimientos de soldadura y calificación de los soldadores y de otros trabajadores. El código ASME denomina Welding Producere Specification (WPS) al procedimiento de soldadura.

120

EL WPS da las directrices al trabajador o soldador para asegurar que se cumplan los requisitos del código. El WPS describe las variables esenciales y esenciales suplementarias para cada proceso de soldadura. Hay tres tipos de variables esenciales para las especificaciones WPS. Las “variables esenciales” son aquellas en las que un cambio se considera que afecta las propiedades mecanicas de la unión soldada o de la construcción soldada. Las “variables esenciales suplementarias” son necesarias para metales en los que hay que hacer prueba de impacto. Las “variables no esenciales” son aquellas en las cuales un cambio puede efectuarse en el WPS sin recalificación. Especificación del Procedimiento de Soldadura (WPS) Variables que se encuentran en la Especificación del Procedimiento de Soldadura (WPS). Uniones. Se recomienda que se dibuje un esquema de los detalles de la forma y del area del diseño de la unión. Metal base. Para reducir el número necesario de WPS se asignan números P a los metales bases, dependiendo de características tales como composición, facilidad para soldar y propiedades mecánicas. Los mismos números P agrupan a distintos metales base que tienen características comparables. Metales de Aporte. Los electrodos y las varillas de soldadura se agrupan de acuerdo con sus características de uso, lo cual determina la capacidad de los soldadores para ejecutar soldaduras satisfactorias con determinado metal de aporte. Posición.

121

La posición para soldar bisel o filete se debe describir con la terminología de la AWS. Si se usa la posición vertical hay que mencionar si el avance es hacia arriba o hacia abajo. Precalentamiento. Se debe dar la temperatura mínimo asa como máxima entre pasos. Tratamiento térmico después de soldar. Si se emplea tratamiento post soldadura hay que describirlo. Gas (Atmosfera de protección). Se debe identificar el gas de protección y si es una mezcla se describe. Características eléctricas. Se anota la corriente de soldadura y si es alterna (ca) o directa (cd). Técnica. Se describe la soldadura hecha con cordones rectos u oscilantes, según la técnica. También se anotara el método de limpieza después de soldar y entre pasos. Registro de clasificación de procedimientos Para respaldar al WPS es necesario probar y certificar los resultados de la soldadura. Esto se lleva a cabo realizando las soldaduras descritas en el WPS. Para ello se usa el registro de calificación de procedimiento (PQR) que se define como un documento que proporciona las variables reales de soldadura, que se usaron para producir una soldadura aceptable de prueba y los resultados de las pruebas efectuadas en la soldadura con el fin de calificar una especificación de procedimiento de soldadura. Soldadura Estructural. 122

No son tan complicados los requisitos del código estructural de la AWS D1.1 como los del código ASME Sección IX de recipientes a presión. Sin embargo “cada fabricante o contratista debe efectuarse de las pruebas necesarias de acuerdo a este código para calificar los procedimientos de soldadura. La AWS permite el uso de procedimientos precalificados de soldadura los cuales se deben apegar en todos sus aspectos al código. Por “precalificada” la AWS entiende que puede estar exenta de pruebas o calificaciones siempre que se apeguen en todos sus aspectos a los requisitos aplicables del código. Tuberías a Campo Traviesa. La norma API 1104 para soldar tuberías e instalaciones relacionadas pide la calificación

de

procedimiento

y

de

soldador.

La

especificación

del

procedimiento incluye el proceso, el material del metal base, el tamaño del tubo, su diámetro y el espesor de pared, los detalles de unión, el tipo de metal base, el tamaño del tubo, su diámetro y el espesor de su pared, los detalles de la unión, el tipo de metal de aporte, tamaño y numero de pasos y las características eléctricas empleadas. Para soldadura, la posición para soldar, el tipo de fundente, etc.

2.8.3 CALIFICACIÓN DE SOLDADORES. La mayoría de los códigos y especificaciones requieren pruebas para que los soldadores y otros trabajadores tengan la habilidad necesaria para seguir con éxito el procedimiento de soldadura. Para esto es necesario que los soldadores hagan soldaduras específicas, que se prueban para demostrar que el soldador puede llevar a cabo la soldadura con la calidad necesaria. Registro de las pruebas de calificación de soldador.

123

Con los documentos WPS y PQR en orden, a continuación se examinara a los soldadores y trabajadores, de acuerdo con lo que se tenga que hacer. Hay que calificar a cada soldador y operador que tome parte en la fabricación o instalación de los productos amparados por el código ASME, AWS o API. El soldador que prepara los especímenes del registro de calificación de procedimientos

que

pasan

los

requisitos

del

código

está

calificado

personalmente dentro de sus variables de calificación. Todos los demás soldadores y trabajadores están calificados mediante pruebas específicas de soldadura, que están diseñadas para determinar su capacidad para ejecutar las soldaduras pedidas en el WPS y que se emplean en el trabajo. El registro de las pruebas de calificación del trabajador o soldador debe incluir las variables esenciales, el tipo de prueba y los resultados de ella, así como la calificación para cada trabajador o soldador. A cada soldador y trabajador se le asigna un número, letra o símbolo, con el fin de identificar el trabajo de cada persona. Para calificar al soldador la norma AWS B2.1 usa una forma conocida como registro de calificación de prueba de desempeño. Sirve para anotar los resultados de las pruebas efectuadas a soldadores o trabajadores.

124

Figura 60 Registro de Calificación de Soldador – Homologación

Fuente: AWS D1.1 Código de Soldadura Estructural

125

2.9. ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS Se denomina ensayo no destructivo (también llamado END, o en inglés NDT de nondestructive

testing)

a

cualquier

tipo

de

prueba

practicada

a

un material que no altere de forma permanente sus propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales. Los ensayos no destructivos implican un daño imperceptible o nulo. Los diferentes métodos de ensayos no destructivos se

basan

en

la

aplicación

de fenómenos

físicos tales

como ondas

electromagnéticas, acústicas, elásticas, emisión de partículas subatómicas, capilaridad, absorción y cualquier tipo de prueba que no implique un daño considerable a la muestra examinada. Se identifican comúnmente con las siglas: PND; y se consideran sinónimos a: Ensayos no destructivos (END), inspecciones no destructivas y exámenes no destructivos. En general los ensayos no destructivos proveen datos menos exactos acerca del estado de la variable a medir que los ensayos destructivos. Sin embargo, suelen ser más baratos para el propietario de la pieza a examinar, ya que no implican la destrucción de la misma. En ocasiones los ensayos no destructivos buscan únicamente verificar la homogeneidad y continuidad del material analizado, por lo que se complementan con los datos provenientes de los ensayos destructivos. La amplia aplicación de los métodos de ensayos no destructivos en materiales se encuentran resumidas en los tres grupos siguientes: Defectología. Permite la detección de discontinuidades, evaluación de la corrosión y deterioro por agentes ambientales; determinación de tensiones; detección de fugas. Caracterización.

Evaluación

de

las

características

químicas,

estructurales, mecánicas y tecnológicas de los materiales; propiedades físicas (elásticas, eléctricas y electromagnéticas); transferencias de calor y trazado de isotermas.

126

Metrología. Control de espesores; medidas de espesores por un solo lado, medidas de espesores de recubrimiento; niveles de llenado.

2.9.1 ANTECEDENTES Los ensayos no destructivos se han practicado por muchas décadas. Se tiene registro desde 1868 cuando se comenzó a trabajar con campos magnéticos. Uno de los métodos más utilizados fue la detección de grietas superficiales en ruedas y ejes de ferrocarril. Las piezas eran sumergidas en aceite, y después se limpiaban y se esparcían con un polvo. Cuando una grieta estaba presente, el aceite que se había filtrado en la discontinuidad, mojaba el polvo que se había esparcido, indicando que el componente estaba dañado. Esto condujo a formular nuevos aceites que serían utilizados específicamente para realizar éstas y otras inspecciones, y esta técnica de inspección ahora se llama prueba por líquidos penetrantes (PT). Sin embargo con el desarrollo de los procesos de producción, la detección de discontinuidades ya no era suficiente. Era necesario también contar con información cuantitativa sobre el tamaño de la discontinuidad, para utilizarla como fuente de información, con el fin de realizar cálculos matemáticos y poder predecir así la vida mecánica de un componente. Estas necesidades, condujeron a la aparición de la Evaluación No Destructiva (NDE) como nueva disciplina. A raíz de esta revolución tecnológica se suscitarían en el campo de las PND una serie de acontecimientos que establecerían su condición actual. En el año de 1941 se funda la Sociedad Americana para Ensayos No Destructivos (ASNT por sus siglas en inglés), la cual es la sociedad técnica más grande en el mundo de pruebas no destructivas. Esta sociedad es promotora del intercambio de información técnica sobre las PND, así como de materiales educativos y programas. Es también creadora de estándares y servicios para la Calificación y Certificación de personal que realiza ensayos no destructivos, bajo el esquema americano. A continuación se proporcionan una serie de fechas relacionadas con acontecimientos históricos, descubrimientos, avances y aplicaciones, de algunas pruebas no destructivas. 127



1868 Primer intento de trabajar con los campos magnéticos



1879 David Hughes establece un campo de prueba



1879 David Hughes estudia las Corrientes Eddy



1895 Wilhelm Röntgen estudia el tubo de rayos catódicos



1895 Wilhelm Röntgen descubre los Rayos X



1896 Henri Becquerel descubre los Rayos gamma



1900 Inicio de los líquidos penetrantes en FFCC



1911 ASTM establece el comité de la técnica de MT



1928 Uso industrial de los campos magnéticos



1930 Theodore Zuschlag patenta las Corrientes Eddy



1931 Primer sistema industrial de Corrientes Eddy instalado



1941 Aparecen los líquidos fluorescentes



1945 Dr. Floy Firestone trabaja con Ultrasonido



1947 Dr. Elmer Sperry aplica el UT en la industria

La entidad que reúne a todas las instituciones debidamente constituidas es el Comité Internacional de Ensayos No Destructivos (ICNDT, por sus siglas en inglés) con sede en Viena. La globalización en los mercados mundiales ha marcado el desarrollo de los ensayos no destructivos, los cuales tienen ya un alcance en cada rincón del planeta, y actualmente existen sociedades de ensayos no destructivos en la mayoría de los países como por ejemplo, La Sociedad Argentina de Ensayos No Destructivos (AAENDE), El Instituto Australiano para Ensayos No Destructivos (AINDT), La Sociedad Austriaca de Ensayos No Destructivos (OGFZP), La Asociación Belga de Ensayos No Destructivos (BANT), La Sociedad Brasileña de Ensayos No Destructivos (ABENDE), La Sociedad Canadiense de Ensayos No destructivos (CSNDT), La Sociedad China para Ensayos No Destructivos (ChSNDT), El Instituto Mexicano de Ensayos No Destructivos A.C. (IMENDE A.C., Asociación Mexicana de Ensayos No Destructivos (AMEXEND A.C.)

2.9.2 APLICACIONES

128

Los ensayos no destructivos se utilizan en una variedad de ramas que cubren una gran gama de actividades industriales. En la industria automotriz: Partes de motores Chasis En aviación e industria aeroespacial: Exteriores Chasis Plantas generadoras Motores a reacción Cohetes espaciales En construcción:   

Ensayos de integridad en pilotes y pantallas Estructuras Puentes

En manufactura: 

Partes de máquinas

En ingeniería nuclear: 

Pressure vessels (Depósitos a Presión)

En petroquímica: 

Transporte por tuberías



Tanques de almacenamiento



Atracciones de parques de diversiones



Conservación-restauración de obras de arte.

Misceláneos

129

2.9.3 MÉTODOS Y TÉCNICAS La clasificación de las pruebas no destructivas se basa en la posición en donde se localizan las discontinuidades que pueden ser detectadas, por lo que se clasifican en:

2.9.3.1

PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS SUPERFICIALES

Estas pruebas proporcionan información acerca de la sanidad superficial de los materiales inspeccionados. Los métodos de PND superficiales son: 

VT – Inspección Visual



PT – Líquidos Penetrantes



MT – Partículas Magnéticas



ET – Electromagnetismo



Figura 61 Inspección mediante Partículas Magnéticas y Líquidos Penetrantes

Fuente Propia

130

En el caso de utilizar VT y PT se tiene la limitante para detectar únicamente discontinuidades superficiales (abiertas a la superficie); y con MT y ET se tiene la posibilidad de detectar tanto discontinuidades superficiales como subsuperficiales (las que se encuentran debajo de la superficie pero muy cercanas a ella).

2.9.3.2

PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS VOLUMÉTRICAS

Estas pruebas proporcionan información acerca de la sanidad interna de los materiales inspeccionados. Los métodos de PND volumétricos son: RT – Radiografía Industrial UT – Ultrasonido Industrial AE – Emisión Acústica Figura 62 Placa Radiográfica

Fuente: Soldadura, Principios y Aplicaciones. Larry Jeffus

131

Figura 63 Esquema de Ultrasonido

Fuente: ASME Sección V

Estos métodos permiten la detección de discontinuidades internas y subsuperficiales,

así

como

bajo

ciertas

condiciones,

la

detección

de

discontinuidades superficiales.

2.9.3.3

PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS DE HERMETICIDAD

Estas pruebas proporcionan información del grado en que pueden ser contenidos los fluidos en recipientes, sin que escapen a la atmósfera o queden fuera de control. Los métodos de PND de hermeticidad son: 

Pruebas de Fuga



Pruebas por Cambio de Presión (Neumática o hidrostática).



Pruebas de Burbuja



Pruebas por Espectrómetro de Masas



Pruebas de Fuga con Rastreadores de Halógeno

132

Figura 64 Prueba de Burbuja

Fuente Propia

2.9.4 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS USADOS PARA CALIFICACIÓN DE PROCEDIMIENTOS Y DE SOLDADORES

2.9.4.1

INSPECCIÓN VISUAL

Dado que las responsabilidades del inspector de soldadura puede n hacerse extensivas a todas las etapas de fabricación de un producto una ayuda útil es una lista de chequeo de inspección, este documento va a ayudar al inspector de soldadura a organizar el esfuerzo de inspección y asegurar que cada tarea específica sea realizada. Además, van a ser revisados varias de las herramientas usadas por el inspector de soldadura. Mientras que el método de inspección visual se caracterizan por requerir un mínimo de herramientas, hay ciertos dispositivos que pueden ayudar al inspector de soldadura a realizar más efectiva y fácilmente sus tareas. A sido mencionado que la única manera en la inspección visual pueda considerarse efectiva para evaluar la calidad de las soldaduras es cuando se 133

aplica en cada etapa del proceso de fabricación. A menos que haya un proceso de marcha ciertas discontinuidades pueden pasar desapercibidas yendo más allá, la razón principal para realizar la inspección en forma continua es descubrir los problemas ni bien aparecer de forma que pueden ser corregidos de la manera más eficiente. Por esto, la discusión sobre las tareas de inspección visual del inspector de soldadura va a ser tratada en términos de aquellas tareas realizadas antes, durante y después de la soldadura. En algunos casos, las responsabilidades del inspector de soldadura previas al comienzo de la soldadura pueden ser de las más importantes. Pueden decirse al

menos

que

este

aspecto

del

trabajo

de

inspección

se

realice

satisfactoriamente, luego se podrán encontrar problemas en el proceso de fabricación. Muchas de estas tareas se aplican a la organización de la inspección que va a seguir, incluyendo la familiarización con los requerimientos de soldadura, determinando cuando las inspecciones van a ser realizadas y desarrollando sistemas para reportar y mantener la información de inspección.

Figura 65 Inspección Visual en Pase de Raíz

Fuente Propia Una de las primeras tareas del inspector de soldadura en el comienzo de un nuevo trabajo es revisar toda la documentación referida a la soldadura que va a 134

ser realizada. Al menos de los documentos que pueden ser revisados incluyen planos códigos, especificaciones, procedimientos, etc. Estos documentos contienen información que es muy valiosa para el inspector de soldadura. En esencia describen que, cuando, dónde y cómo la inspección tendrá que ser realizada. Por esto proveen las reglas de base para todas las inspecciones que sigan. Esto va a ayudar al inspector de soldadura a planear como proceder en evaluar la soldadura para asegurar que cumple con los requerimientos del trabajo. Parte de la información obtenida de la revisión de estos documentos se refieren a los materiales a ser empleados para la fabricación soldada. Dependiendo del tipo del material especificado, puede haber requerimientos especiales para su fabricación por ejemplo, si se especifica un acero templado y revenido, generalmente implica la necesidad de un control de calor aportado. Por eso, va a ser requerido que el inspector de soldadura monitoree la soldadura como esto en mente. Otro paso preliminar referido a los materiales a ser usados es chequear donde existan o no procedimientos de soldadura que cubran la soldadura requerida. El inspector de soldadura debe chequear si los procedimientos calificados de soldaduras cubren adecuadamente los tipos de materiales a ser soldados teniendo en cuenta el o los procesos a utilizar, el tipo de metal de aporte, posición, etc., si algún aspecto de la futura fabricación no está adecuadamente soportado por los procedimientos existentes, deben desarrollarse y calificarse nuevos procedimientos de acuerdo con el código aplicable. Es inspector de soldadura también debe ser responsable por el monitoreo, ensayo, evaluación y registro de las calificaciones de los procedimientos una vez que todos los procedimientos apropiados de soldadura hayan sido calificados es luego necesario revisar las certificaciones de los soldadores para asegurar que se consideren como calificados y certificados para realizar la soldadura de producción de acuerdo con los procedimientos aprobados de soldadura. Algunos de las limitaciones específicas referidas a la calificación de un soldador pueden ser los materiales a ser soldados, el proceso, la posición, la técnica, la configuración de la junta, etc. Aquellos soldadores que no tengas la 135

calificación y certificación apropiada pueden ser examinados para asegurar que son capaces de realizar soldadura de

producción de acuerdo con los

procedimientos aplicables. A menudo es útil para el inspector de soldadura si hay una lista de todos los soldadores

para producción que muestren para procedimientos están

calificados. Después que las preparaciones de las juntas hayan sido revisadas y aprobadas a, el inspector de soldadura debe evaluar la presentación de la junta de soldadura. Esto es, él o ella deben revisar la alineación y la posición relativa de los dos componentes a ser soldados. Los ítems a ser revisados durante esta fase incluye una abertura de raíz, la alineación angular, la alineación planar , el ángulo de bisel, etc. En los casos donde sea esperada cierta distorsión puede haber una dimensión inicial especificada con la idea de que la desalineación inicial vaya a ser corregida por la distorsión resultante de la soldadura. Es importante también que al inspector de soldadura revise también la limpieza de la zona de soldadura durante la inspección de la presentación de la junta de soldadura. La presencia de contaminantes y humedad pueden afectar significativamente la calidad de soldadura resultante. Cosas como humedad aceite grasas, pintura, herrumbre, escama de laminación, galvanizado , etc. Pueden introducir niveles de contaminación que van a ser tolerados durante el proceso de soldadura, el resultado de estas pueden ser la presencia de poros, fisuras o falta de fusión en la soldadura terminada. Uno de los últimos aspectos que pueden ser chequeados antes de empezar a soldar es el precalentamiento, cuando sea requerido. El procedimiento de soldadura va a iniciar los requerimientos para el precalentamiento, y puede estar definido por un máximo o un mínimo o ambos. Una de las partes de la inspección de soldadura que ocurre durante la soldadura es la inspección visual de las pasadas de soldadura a medida que son depositadas.

136

En general la inspección visual luego de la soldadura consiste de la observación de la apariencia de la soldadura terminada. Este examen visual va a detectar discontinuidades superficiales en el metal base y en el metal de soldadura. Durante esta etapa de la inspección de soldadura es de especial importancia la evaluación del perfil de soldadura. Irregularidades superficiales filosas o agudas pueden provocar fallas prematuras del componente en servicio estos aspectos visuales son evaluados de acuerdo con el código aplicable, que va a describir el valor permisible de un cierto tipo de discontinuidad, la medición de lla soldadura para determinar si un tamaño es correcto al de la especificación del plano está incluida en la inspección visual. Para una soldadura con bisel, Ud. está preocupado si el bisel de la soldadura está lleno a ras con la superficies del metal base sin un sobre espesor excesivo. Cualquier socavación debe ser corregida depositando más metal de soldadura. En el metal de caso soldada de filete, la determinación del tamaño es normalmente realiza con la ayuda de galgas con las soldaduras de filete. Hay numerosos tipos de galgas para soldadura de filete que puede ser usada incluyendo galgas y patrones que son especialmente hechas para usar en una configuración particular de soldadura de filete. También hay varios tipos de galgas para soldaduras de filete que son manufacturadas para usar en la medición de soldadura de filete general. Figura 66 Inspección Visual Mediante Bridge Cam

Fuente propia

137

Figura 67 inspección Visual mediante Galg Gage Fillet

Fuente Propia

2.9.4.2

LIQUIDOS PENETRANTES

La inspección

por

líquidos

penetrantes es

un

tipo

de ensayo

no

destructivo que se utiliza para detectar e identificar discontinuidades presentes en la superficie de los materiales examinados. Generalmente se emplea en aleaciones no ferrosas, aunque también se puede utilizar para la inspección de materiales ferrosos cuando la inspección por partículas magnéticas es difícil de aplicar. En algunos casos se puede utilizar en materiales no metálicos. El procedimiento consiste en aplicar un líquido coloreado o fluorescente a la superficie en estudio, el cual penetra en cualquier discontinuidad que pudiera existir debido al fenómeno de capilaridad. Después de un determinado tiempo se elimina el exceso de líquido y se aplica un revelador, el cual absorbe el líquido que ha penetrado en las discontinuidades y sobre la capa del revelador se delinea el contorno de éstas. Las aplicaciones de esta técnica son amplias, y van desde la inspección de piezas críticas como son los componentes aeronáuticos hasta los cerámicos 138

como

las

vajillas

de

uso

materiales metálicos, cerámicos

doméstico. vidriados,

Se

pueden

inspeccionar

plásticos, porcelanas,

recubrimientos electroquímicos, entre otros. Una de las desventajas que presenta este método es que sólo es aplicable a defectos superficiales y a materiales no porosos Tipos de Líquidos Penetrantes Según el color 

Penetrantes coloreados: Se inspeccionan a simple vista. Solamente hay que contar con una buena fuente de luz blanca. Tienen menos sensibilidad.



Penetrantes fluorescentes: Se inspeccionan con la ayuda de una lámpara de luz ultravioleta (luz negra). Sin ésta son invisibles a la vista. Tienen mayor sensibilidad.

Según la solubilidad 

Penetrantes lavables con agua o auto-emulsificables: Para su limpieza y remoción de excesos simplemente se usa agua. Resultan muy económicos de utilizar.



Penetrantes post-emulsificables: No son solubles en agua. Para la remoción de los excesos superficiales se utiliza un emulsificador que crea una capa superficial que se remueve con agua. Es el método con el mayor sensibilidad se obtiene y en el que mayor dominio de cada una de las etapas tiene el operador. Existen dos tipos de emulsificadores: los hidrofílicos, de base acuosa, que se utilizan en solución de agua, en una saturación determinada por las necesidades del caso; y lipofílicos, de base aceite, que se utilizan tal como los entrega el fabricante.



Penetrantes eliminables con disolvente: Tampoco son solubles en agua. Para su remoción se utiliza un disolvente no acuoso, denominado «eliminador». Son muy prácticos de utilizar ya que el solvente generalmente se presenta en aerosol

139

Figura 68 Inspección mediante Líquidos Penetrantes

Fuente propia

2.9.4.3

ULTRASONIDO INDUSTRIAL

La inspección por ultrasonido se define como un procedimiento de inspección no destructivo de tipo mecánico, y su funcionamiento se basa en la impedancia acústica, la que se manifiesta como el producto de la velocidad máxima de propagación del sonido y la densidad del material. Cuando se inventó este procedimiento, se medía la disminución de intensidad de energía acústica cuando se hacían

viajar ondas supersónicas en un material,

requiriéndose el empleo de un emisor y un receptor. Actualmente se utiliza un único aparato que funciona como emisor y receptor, basándose en la propiedad característica del sonido de reflejarse al alcanzar una interface acústica. Los equipos de ultrasonido que se utilizan actualmente permiten detectar discontinuidades superficiales, sub-superficiales e internas, dependiendo del tipo de palpador utilizado y de las frecuencias que se seleccionen dentro de un rango que va desde 0.25 hasta 25 MHz. Las ondas ultrasónicas son generadas por un cristal o un cerámico piezoeléctrico denominado transductor y que tiene 140

la propiedad de transformar la energía eléctrica en energía mecánica y viceversa. Al ser excitado eléctricamente el transductor vibra a altas frecuencias generando ultrasonido. Las vibraciones generadas son recibidas por el material que se va a inspeccionar, y durante el trayecto la intensidad de la energía sónica se atenúa exponencialmente con la distancia del recorrido. Al alcanzar la frontera del material, el haz sónico es reflejado, y se recibe el eco por otro (o el mismo) transductor. Su señal es filtrada e incrementada para ser enviada a un osciloscopio de rayos catódicos. Los

principales

parámetros

que

deben

ser

controlados

en

un sistema ultrasónico son: Sensibilidad. Es la capacidad de un transductor para detectar discontinuidades pequeñas. Resolución. Es la capacidad para separar dos señales cercanas en tiempo o profundidad. Frecuencia central. Los transductores deben utilizar en su rango de frecuencia especificado

para

obtener

una

aplicación

óptima.

Atenuación del haz. Es la perdida de energía de una onda ultrasónica al desplazarse a través de un material. Las causas principales son la dispersión y la absorción. 

Transductores Es

el

medio

por

el

cual

la

energía

eléctrica

se

convierte

en

energía mecánica (ondas sonoras) o viceversa. Opera debido al efecto piezoeléctrico, el cual consiste en que ciertos cristales cuando se tensionan, se polarizan eléctricamente y generan voltaje eléctrico entre las superficies opuestas. Esto es reversible en el sentido de que al aplicar un voltaje a través las caras de un cristal, se produce una deformación del mismo. Este efecto microscópico se origina por las propiedades de simetría de algunos cristales. 

Materiales Piezoeléctricos A.

Cuarzo. Se obtiene a partir de cristales naturales. Posee excelentes características estabilidad térmica, química y eléctrica. Es muy duro y resistente al desgaste así como al envejecimiento. Desafortunadamente, 141

sufre interferencias en el modo de conversión y es el menos eficiente de los generadores de energía acústica. Requiere alto voltaje para su manejo a bajas frecuencias. Se debe emplear a temperaturas menores de 550 °C, pues por arriba de ésta pierde sus propiedades piezoeléctricas. B.

Sulfato de litio. Este material se considera como uno de los receptores mas eficientes. Su ventaja principal en su facilidad de obtener una amortiguación acústica optima lo que mejora el poder de resolución, no envejece y es poco afectado por la interferencia en el modo de conversión. Sus desventajas son que es muy frágil, soluble en agua y se debe emplear a temperaturas menores de 75 °C.

C.

Cerámicas polarizadas. Se obtienen por sinterización y se polarizan durante el proceso de fabricación. Se consideran como los generadores más eficientes de energía ultrasónica cuando operan a bajos voltajes de excitación. Prácticamente no son afectados por la humedad y algunos pueden emplearse hasta temperaturas de 300 °C. Sus principales limitaciones son: resistencia mecánica relativamente baja, en algunos casos existe interferencia en el modo de conversión, presentan tendencia al envejecimiento. Además poseen menor dureza y resistencia al desgaste que el cuarzo. Figura 69 Incidencia de Haz Angular de Ultrasonido

Fuente: Soldadura, Principios y Aplicaciones. Larry Jeffus

142

Con el desarrollo de esta práctica se pudo observar lo siguiente: Se estudió toda la información teórica necesaria acerca de la prueba no destructiva de ultrasonido. La prueba de ultrasonido es realizada mediante la emisión de un sonido de alta frecuencia que nos indica los defectos de nuestro material a través de la pantalla de un osciloscopio. Al efectuar la prueba de ultrasonido a nuestras "probetas" se pudo observar físicamente cual es el procedimiento a seguir para la realización de la prueba. Así mismo se determinó el defecto que presentaba nuestra probeta pudiendo determinar la distancia a la cual se encontraba. Se observó físicamente cual es equipo necesario para realizar la prueba de ultrasonido siendo estos: Una fuente de poder, un osciloscopio, un palpador, acoplante y la probeta. 

También se realizaron los cálculos pertinentes para la determinación de los parámetros siguientes: Longitud de onda, ángulo de divergencia, campo cercano y diámetro del defecto. También se observó que si la frecuencia aumenta el poder resolutivo será menor y el campo muerto de los ecos de fondo disminuirá. Los materiales sometidos a la prueba de ultrasonido deben de ser de forma regular y de materiales no porosos. Por otro lado encontramos que tanto los materiales ferrosos como los no ferrosos pueden ser sometidos a esta prueba. La prueba de ultrasonido nos permite localizar defectos de tipo interno tales como: poros, grietas, rechupes, defectos de soldadura, etc. Algunas de las ventajas de esta prueba son: Es usada en cualquier tipo de material, puede obtenerse un registro en papel, se determinan defectos internos y sub-superficiales. Algunas de sus desventajas son: Se requiere de personal calificado, costo inicial elevado por el tipo de equipo necesario para realizar la prueba. 143

Figura 70 Calibración de Equipo de Ultrasonido

Fuente Propia

2.9.4.4

RADIOGRÁFIA INDUSTRIAL

Es un método que utiliza la radiación ionizante de alta energía que al pasar a través de un material sólido, parte de su energía es atenuada debido a diferencias de espesores, densidad o presencia de discontinuidades.

Las variaciones de atenuación o absorción son detectadas y registradas en una película radiográfica o pantalla fluorescente obteniéndose una imagen de la estructura interna de una pieza o componente.

Principio básico de la inspección radiográfica. Se basa en la propiedad que poseen los materiales de atenuar o absorber parte de la energía de radiación cuando son expuestos a esta. La atenuación de la radiación ionizante es: Directamente proporcional al espesor y densidad del material. Inversamente proporcional a la energía del haz de radiación. 144

Las diferencias de atenuación producen diferencias en la ionización del bromuro de plata de la película radiográfica y esto provocara (al revelar la película) cambios de densidad radiográfica (grado de ennegrecimiento).

Un área obscura (alta densidad) en una radiografía, puede deberse a un menor espesor o a la presencia de un material de menor densidad como escoria en una soldadura o una cavidad por gas atrapado en una pieza de fundición. Un área más clara (menor densidad) en una radiografía, puede deberse a secciones de mayor espesor o un material de mayor densidad como una inclusión de tungsteno en una soldadura de arco eléctrico con electrodo de tungsteno y gas de protección. Aplicaciones de la Radiografía en Pruebas No Destructivas Para la detección, interpretación y evaluación de discontinuidades internas tales

como

grietas,

porosidades,

inclusiones

metálicas

o

no

metálicas, faltas de fusión etc., en uniones con soldadura, piezas de fundición y piezas forjadas.

VENTAJAS 

Pueda usarse en materiales metálicos y no metálicos, ferrosos y no ferrosos.



Proporciona un registro permanente de la condición interna de un material.



Es más fácil poder identificar el tipo de discontinuidad que se detecta.



Revela discontinuidades estructurales y errores de ensamble.

LIMITACIONES 

Difícil de aplicar en piezas de geometría compleja o zonas poco accesibles.



La pieza o zona debe tener acceso en dos lados opuestos. 145



No detecta discontinuidades de tipo laminar.



Se requiere observar medidas de seguridad para la protección contra la radiación.

¿Qué es la Radioactividad?

RADIOACTIVIDAD: Es la desintegración espontánea de los núcleos atómicos de ciertos elementos ( isótopos radioactivos ) acompañada de emisión de partículas radioactivas y de radiación electromagnética. RADIACIÓN: Son ondas electromagnéticas que viajan a la velocidad de la luz ( 300 000 Km/s ), no poseen carga eléctrica, ni masa, son capaces de penetrar materiales densos como el acero y su energía es inversamente proporcional a su longitud de onda.

RADIACIÓN IONIZANTE En la industria se emplean dos tipos de radiación para la inspección radiográfica: 

Rayos X.



Rayos gamma



La principal diferencia entre ellos es su origen.

CARACTERÍSTICAS DE LOS RAYOS X Y GAMMA 1.

Cumplen con la ecuación: V = l F

2.

Son ondas electromagnéticas.

3.

No tienen carga eléctrica ni masa.

4.

Viajan en línea recta.

5.

Penetran la materia y el poder de penetración depende de la energía .

6.

Ioniza la materia.

7.

El material radiado queda con una fluorescencia de tipo no permanente

8.

Son invisibles.

9.

Destruyen las células vivas. 146

Figura 71 Técnica De Radiografiado

Fuente: ASME Seccion V

2.10.

DISCONTINUIDADES EN UNIONES SOLDADAS

2.10.1 INTRODUCCIÓN Una de las partes más importantes del trabajo del inspector de soldadura es la evaluación de soldaduras para determinar su comportamiento para el servicio proyectado. Durante las varias etapas de esta evaluación. El inspector va a estar buscando irregularidades en la soldadura o en la construcción soldada. Comúnmente nos referimos a estas irregularidades como discontinuidades. En soldadura los tipos de discontinuidades que nos preocupan son cosas como: grietas, poros, falta de fusión, socavación, etc. El conocimiento de estas discontinuidades es importante para el inspector de soldadura por un número de razones. Primero, el inspector va a ser contratado para inspeccionar visualmente las soldaduras para determinar la presencia de alguna de estas discontinuidades. Si son descubiertas, el inspector de soldadura debe ser capaz de describir su naturaleza, ubicación y tamaño. La

147

información va a ser requerida para determinar si esa discontinuidad requiere o no de reparación, de acuerdo con las especificaciones de trabajo. Si un tratamiento adicional es considerado necesario, el inspector de soldadura debe ser capaz de describir precisamente la discontinuidad con el detalle suficiente para que pueda ser corregido por el personal de producción. Es extremadamente importante comprender la diferencia entre discontinuidad y defecto. Muy a menudo la gente intercambia los términos. Mientras que una discontinuidad es algo que introduce una irregularidad en una estructura que de otra manera seria uniforme, un defecto es una discontinuidad específica que puede comprometer el comportamiento de la estructura para el propósito que fue diseñada. Para determinar si una discontinuidad es un defecto, debe haber alguna especificación que defina los límites aceptables de la discontinuidad. Cuando su tamaño o concentración excedan esos límites, es considerado un defecto. Algunas de las discontinuidades más comunes son: ·

Grietas

·

Falta de fusión

·

Falta de penetración

·

Inclusión

·

Inclusión de escoria

·

Inclusión de tungsteno

·

Porosidad

·

Socavación

·

Bajo relleno (underfill)

·

Traslape

·

Convexidad 148

·

Sobre espesor de soladura

·

Golpe de arco

·

Salpicaduras o chisporroteo

·

Laminación

·

Desgarramiento laminar

·

Pliegues (sean/lap)

·

Dimensional

2.10.2 GRIETAS La grieta es la discontinuidad más critica. La criticidad es debida a las grietas caracterizadas como lineales, como también a las que muestran condiciones de extremo muy filosas. Dado que los extremos de las grietas son muy afilados, hay una tendencia de la grieta a crecer, o a propagarse, si es aplicada una tensión. Las grietas se inician cuando la carga, o tensión aplicada a un componente excede la resistencia a la tracción. En otras palabras, cuando hay una condición de sobrecarga que causa la grieta. La tensión puede surgir durante la soldadura o inmediatamente después, o cuando la carga es aplicada. Se pueden clasificar las grietas utilizando distintos criterios. Un criterio es según sean el tipo de grieta que puede ser en “frio” o en “caliente”. Esos términos son una indicación de la temperatura del metal a la cual la grieta ocurre. Esta es una manera en la cual podemos saber exactamente por qué apareció una grieta. Las grietas en caliente generalmente ocurren mientras el metal se solidifica a temperaturas elevadas. Las grietas en frió ocurren después que el metal se enfrió hasta la temperatura ambiente. Estas grietas resultan de las condiciones de servicio. 149

Las grietas pueden ser descritas por su dirección con respecto al eje longitudinal de la soldadura. Aquellas que están en dirección paralela al eje longitudinal son denominadas grietas “longitudinales” y las grietas que están en dirección perpendicular al eje longitudinal de la soldadura son llamadas grietas “transversales”. Las grietas longitudinales pueden resultar de las tensiones transversales de contracción de soldadura o bien a tensiones asociadas a las condiciones de servicio. Las grietas transversales son generalmente provocadas por las tensiones longitudinales de contracción de soldadura. Podemos diferenciar entre varios tipos de grietas dándole una descripción exacta de sus ubicaciones con respecto a las varias partes de la soldadura. Estas descripciones incluyen garganta, raíz, cráter, bajo cordón, ZAC y las grietas en el metal base. Las grietas en la garganta de la soldadura son así denominadas por que se extienden a través de la soldadura a lo largo de la garganta de soldadura, o el camino más corto a través de la sección transversal de la soldadura. Son grietas longitudinales y generalmente son consideradas como grietas en caliente. Una grieta en la garganta puede ser observada visualmente sobre la superficie de soldadura, por eso también se le denomina grieta en la línea de centro. Las grietas en la raíz son también longitudinales; de todos modos su propagación puede ser tanto en el metal base como en el metal de soldadura. Son denominadas grietas en la raíz por que se inician en la raíz de la soldadura o en la superficie de la soldadura. Las grietas en la raíz generalmente ocurren cuando las juntas son mal preparadas o presentadas.

150

Las grietas en el cráter ocurren en el punto donde terminan las pasadas de soldadura individuales. Si la técnica usada por el soldador para terminar el arco no llena completamente de pileta liquida, el resultado puede ser una región poco profunda, o un cráter en ese lugar. Cuando hay una distribución de grietas en el cráter con distribución radial, son conocidas como grietas en estrella. Dado que las grietas en el cráter ocurren durante la solidificación del charco de soldadura líquido, son consideradas grietas en caliente. Aunque la causa primaria de las grietas en el cráter es la técnica usada por el soldador para terminar una pasada de soldadura, estas grietas también pueden ser el resultado de metales de aporte que tengan la característica de fluir produciendo contornos cóncavos cuando solidifican. La próxima categoría de grietas son las grietas bajo cordón. Aunque es debido al proceso de soldadura, la grieta bajo cordón está ubicada en la ZAC en lugar de estar en el metal de soldadura. Se encuentra característicamente en la zona adyacente a la línea de fusión de la soldadura en la ZAC. En un corte transversal, las grietas bajo cordón aparentan correr paralelas a la línea de fusión del cordón de soldadura. El agrietamiento bajo cordón es un tipo de grieta particularmente dañina por que puede no propagarse hasta varias horas después de haber terminado la soldadura. Por este motivo las grietas bajo cordón son también llamadas grietas retardadas (delayed cracks). Las grietas bajo cordón resultan de la presencia de hidrógeno en la zona de soldadura. La mejor técnica para la prevención del agrietamiento bajo cordón es eliminar las fuentes de hidrógeno cuando se suelda materiales susceptibles. La grieta también puede estar presente en el metal base. Estos tipos de grietas pueden o no estar asociados con la soldadura.

151

Las grietas en el metal base están asociadas con la concentración de esfuerzos que terminan en grietas una vez que el componente entra e servicio. Figura 72 Tipos de Grietas

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

2.10.3 FALTA DE FUSIÓN La falta de fusión es “una discontinuidad de la soldadura en la cual la fusión no ocurre entre el metal de soldadura y las cara de fusión o los cordones adyacentes”. Debido a su linealidad y a su condición de extremo filosa, la falta de fusión representa una discontinuidad de la soldadura importante. Puede ocurrir en distintas ubicaciones dentro de la zona de soldadura. La falta de fusión tiene inclusiones de escoria asociadas a ella. Otro termino no estándar para falta de fusión es el traslape en frio (cold lap). Este término es a menudo e incorrectamente usado, para describir la falta de 152

fusión entre el metal de soldadura y el metal base o entre distintas pasadas de cordones de soldadura, especialmente cuando se utiliza en GMAW. La falta de fusión puede resultar de un número de diferentes condiciones o problemas. La causa más común de esta discontinuidad sea la manipulación inapropiada del electrodo por el soldador. Algunos procesos son más proclives a este problema porque no hay suficiente calor concentrado para fundir adecuadamente los metales. En otros casos la configuración de la junta soldada puede limitar la cantidad de fusión que pueda alcanzarla. Es muy difícil detectar la falta de fusión con radiografía a menos que el ángulo de radiación sea orientado adecuadamente. Generalmente la falta de fusión es adyacente a la superficie del bisel original y tiene un ancho y un volumen pequeño, dificultando la resolución radiográfica a menos que el camino de radiación sea paralelo y este alineado con la discontinuidad. Si la falta de fusión es radiográficamente visible, generalmente va a aparecer en la placa como líneas más densas y oscuras que son generalmente más rectas que las imágenes de grietas o escoria alargada.

2.10.4 FALTA DE PENETRACIÓN La falta de penetración, a diferencia de la falta de fusión, es una discontinuidad asociada solamente con la soldadura con bisel. Es una condición donde el metal de soldadura no se extiende completamente a través del espesor de la junta cuando es requerida junta con la penetración total por una especificación. En una junta donde los requerimientos de diseño especifican soldaduras con penetración parcial de junta y esto es común. De todos modos, en una junta donde se requiere penetración total, la presencia de falta de penetración es causa de rechazo.

153

2.10.5 INCLUSIONES La definición de inclusión es “un material sólido y extraño, atrapado; como por ejemplo, escoria, fundente, tungsteno u oxido”. Las inclusiones de escoria, como su nombre lo indica, son región adentro de la sección de la soldadura o sobre la superficie de la soldadura donde el fundente fundido es mecánica atrapada adentro del metal solidificado. Este fundente solidificado, o escoria representa la parte de la sección de soldadura donde el metal no se fundió a sí mismo. Como la falta de fusión, las inclusiones de escoria pueden ocurrir entre la soldadura y el metal base o entre las pasadas de soldadura. De hecho las inclusiones de escoria son generalmente asociadas con falta de fusión. Las inclusiones de escoria pueden solamente ocurrir cuando el proceso de soldadura usa alguna clase de fundente de protección. Las inclusiones de tungsteno están generalmente asociadas al proceso GTAW, que emplea electrodos de tungsteno para generar el arco. Si el electrodo de tungsteno hace contacto con la pileta liquida, el arco puede extinguirse y el metal fundido puede solidificar alrededor de la punta del electrodo. Las inclusiones de tungsteno pueden también ocurrir cuando la corriente usada para el proceso GTAW es excesiva de aquella recomendada para un diámetro particular de electrodo. En este caso, la densidad de corriente puede ser tan grande que el electrodo empieza a descomponerse y pedazos de él pueden depositarse en el metal de soldadura. Las inclusiones de tungsteno son encontradas aleatoriamente sobre la superficie de la soldadura a menos que el inspector de soldadura tenga la oportunidad de mirar una pasada intermedia después que un pedazo de tungsteno haya sido depositado. La principal forma de encontrar las inclusiones de tungsteno es a través de la radiografía.

154

2.10.6 POROSIDAD La AWS A3.0 define porosidad como “una tipo de discontinuidad que forma una cavidad provocada por gases que quedan atrapados durante la soldadura”. Debido a su forma característicamente esférica, la porosidad normal es considerada como la menos dañina de las discontinuidades. Como las grietas, hay diferentes nombres dados a tipos específicos de porosidad. En general, se refiere a la porosidad de acuerdo a la posición relativa, o a la forma específica del poro. Por eso, nombres como porosidad distribuida uniformemente, nido de poros, poros alineados y poros túnel, son empleados para definir mejor la presencia de poros. Una sola cavidad es denominada un poro o cavidad. En estos tipos, los poros son generalmente de forma esférica. De todos modos, en la poros túnel, los poros no son esféricos; sino alargados. El tipo poros túnel representa el tipo más dañino si la función principal de la soldadura es el confinamiento de gas o líquidos, porque representa una posibilidad de un camino de debilidad. Los poros son normalmente provocados por la presencia de contaminantes o humedad en la zona de soldadura que se descomponen debido a la presencia del calor de la soldadura y de los gases formados. Esta contaminación o humedad puede provenir del electrodo, del metal base, del gas de protección o de la atmosfera circundante. De todos modos, variantes en la técnica de soldadura también pueden causar poros. Cuando la porosidad es revelada en una placa, va a parecer como una región bien definida, porque representa una pérdida significativa de la densidad del material. Va a aparecer normalmente como una región circular excepto en el caso de poros túnel.

155

Figura 73 Discontinuidades presentes en la Soldadura

Fuente: Manual Del Soldador, Germán Hernández Riesco

2.10.7 SOCAVACIÓN Una socavación es una discontinuidad superficial que sucede en el metal base adyacente a la soldadura. Es una condición en la cual el metal base ha sido fundido durante el proceso de soldadura y no hubo cantidad suficiente de material de aporte para llenar la depresión resultante. El resultado es un agujero alargado en el metal base que puede tener una configuración relativamente filosa. Dado que es una condición superficial, es particularmente dañina para todas aquellas estructuras que vayan a estar sometidas a cargas de fatiga. La socavación es normalmente el resultado de una técnica inadecuada de soldadura. Mas específicamente, si la velocidad de soldadura es excesiva, puede no haber suficiente cantidad de material de aporte depositado para llenar las depresiones provocadas por la fusión del metal base adyacente a la soldadura. Las socavaciones superficiales son fácilmente encontradas con una inspección visual cuidadosa, una vez encontrada, debe ser luego reparada si es necesario, previo a cualquier inspección radiográfica.

156

2.10.8 SOCAVACIÓN DE CORDÓN (UNDERFILL) Socavación de cordón, como la socavación, es una discontinuidad superficial que resulta en una falta de material en la sección. Esta ocurre en la superficie del metal de soldadura con bisel donde hay socavación en el metal base adyacente a la soldadura. La causa principal de la socavación de cordón es la técnica empleada por el soldador. Una velocidad de pesada alta no permite que una cantidad suficiente de metal de aporte se funda y se deposite sobre la zona soldad hasta el nivel de la superficie del metal base.

2.10.9 TRASLAPE Es otra discontinuidad superficial que puede ocurrir por emplear técnicas inadecuadas de soldadura. El traslape es descrita como la profusión del metal de soldadura por delante de la altura o profundidad de la raíz de la soldadura. Aparece cuando el metal soldado inunda la junta y yace en la superficie del metal base adyacente. El traslape es considerado como una discontinuidad significativa dado que puede resultar en una discontinuidad filosa en la superficie de la soldadura. La ocurrencia de traslape es normalmente debida a una técnica inapropiada del soldador. El resultado es que una cantidad excesiva de metal se vierte y yace sobre la superficie del metal base sin fundirse.

2.10.10 CONVEXIDAD Esta discontinuidad particular de la soldadura se aplica solamente a las soldaduras de filete. La convexidad se refiera a la cantidad de metal de soldadura recargado sobre la superficie de soldadura de filete más allá de lo 157

que consideramos plano. Por definición, es la máxima distancia desde la superficie de una soldadura de filete convexa perpendicular a una línea que une los talones de la soldadura. Un ligero valor de convexidad es deseable para asegurarse que la concavidad no está presente, que puede reducir la resistencia de una soldadura de filete. El problema real creado por la existencia del exceso de convexidad es que el perfil de la soldadura de filete resultante es ahora con discontinuidades filosas presentes en pie de la soldadura. Estas discontinuidades pueden producir concentración de esfuerzos que pueden debilitar la estructura, especialmente cuando la estructura es cargada a fatiga. La convexidad resulta cuando la velocidad de pasada es demasiado lenta o cuando el electrodo es manipulado incorrectamente. El resultado es que es depositada una cantidad excesiva de metal de aporte y no moja apropiadamente la superficie del metal base.

2.10.11 SOBREESPESOR DE SOLDADURA El sobreespesor de soldadura es similar a la convexidad, excepto que describe una condición que solamente puede estar presente en una soldadura con bisel. El sobre espesor de soldadura es descrito como un metal de soldadura en exceso de la cantidad requerida para llenar una junta. El sobre de espesor ocurre sobre el lado de la junta del cual la soldadura fue realizada, y el sobre de espesor de raíz ocurre del lado opuesto y el sobre espesor de raíz para una junta soldada de lado. La altura del sobre de espesor es disminuida con amolado para alcanzar los requerimientos del código, pero la preocupación persiste. Un sobre espesor de soldadura excesivo es causado por los mismos motivos que la convexidad, siendo la técnica del soldador la causa principal.

158

2.10.12 GOLPE DE ARCO La presencia de un golpe de arco puede ser una discontinuidad del metal base muy perjudicial, especialmente en las aleaciones de alta resistencia y en las de baja aleación. Los corte de arco son generados cuando el arco es iniciado sobre la superficie del metal base fuera de la junta soldadura, ya sea intencionalmente o accidentalmente. Cuando esto ocurre, hay un área localizada de la superficie del metal base que es fundida y enfriada rápidamente debida a la perdida de calor a través del metal base circundante. Los golpes de arco son generalmente causados por el uso de una técnica inapropiada de soldadura. Los soldadores deben ser informados del daño potencial causado por un corte de arco. Debido al daño potencial que ellos representan, nunca deben ser permitidos. El soldador no debe realizar producción si persiste en inicial el arco fuera de la junta soldada.

2.10.13 SALPICADURAS O CHISPORROTEO El AWS A3.0 describe las salpicaduras como partículas del metal expelidas durante la fusión de la soldadura de manera de no formar parte de la soldadura. Son aquellas partículas de metal que incluyen la diferencia entre la cantidad de metal fundido y la cantidad de metal depositado en la junta soldada. En términos de criticidad, la salpicadura puede no ser una gran preocupación en muchas aplicaciones. Además, la presencia de salpicaduras en la superficie del metal base pueden proveer una concentración localizada de tensiones que puede causar problemas durante el servicio. La presencia de estas concentraciones de tensión sumadas a un medio ambiente corrosivo genera una forma de corrosión por tensión conocida como fragilidad acústica. Las salpicaduras pueden ser provocadas por el uso de altas corrientes de soldadura que pueden causar una turbulencia excesiva en la zona de 159

soldadura. Algunos procesos de soldadura tienen más tendencia a producir salpicaduras que otros. Otro aspecto que puede ayudar con el control de la cantidad de salpicaduras generadas es el tipo de gas de protección usado para GMAW y FCAW. 2.10.14 LAMINACIÓN Esta discontinuidad particular es un defecto del metal base. La laminación resulta de la presencia de inclusiones no metálicas que pueden aparecer en el acero cuando es producido. Estas inclusiones son normalmente formas de óxidos que son producidos cuando el acero todavía esta fundido. Durante las operaciones subsiguientes de laminado, estas inclusiones se alargan formando una banda. Si estas bandas son largas y toman una forma plana, son conocidas como laminaciones. Las laminaciones también pueden verse durante el corte térmico donde el corte térmico, donde el calor del proceso de corte puede ser suficiente para abrir los cordones planos hasta el punto de que puedan ser observados a simple vista. Las laminaciones pueden o no presentar una situación dañina, dependiendo de la forma en la cual la estructura es cargada. Si la laminación está presente en la superficie de una preparación, puede causar problemas durante la soldadura. Otro problema relacionado con la presencia de laminaciones abiertas hacia la superficie del bisel es que son sitios para la acumulación primaria de hidrogeno. Durante la soldadura, el hidrogeno puede ser disuelto en el metal fundido y proveer el elemento necesario para la formación de grietas por hidrogeno. Dado que la laminación proviene del proceso de fabricación del acero, poco puede ser hecho para prevenir su ocurrencia. El mejor método para el descubrimiento de laminación es además de la inspección visual es el uso de ensayos de ultrasonido.

2.10.15 DESGARRAMIENTO LAMINAR

160

Otra discontinuidad del metal base de importancia es el desgarramiento laminar. Es descrito como una fractura tipo meseta en el metal base con una orientación básicamente paralela a la superficie rolada. El desgarramiento laminar ocurren cuando hay tensiones altas en la dirección del espesor, o en la dirección z, generalmente como resultado de las tensiones de la contracción de la soldadura. Otros factores que afectan la susceptibilidad del material a el desgarramiento laminar son el espesor y el grado de contaminantes presentes. A mayor espesor del material y alto contenido de inclusiones, mayor probabilidad de desgarramiento laminar. Para que inicie el desgarramiento laminar, deben existir simultáneamente tres condiciones. Estas son: tensiones en el dirección del espesor, configuración de junta susceptible y un material con un alto contenido de inclusiones. 2.10.16 GRIETAS Y PLIEGUES DE LAMINACIÓN Son otras discontinuidades del metal base relacionadas con el proceso de fabricación del acero. Difieren de la laminación en que están abiertas hacia la superficie laminada del metal en lugar de en el borde. En la sección transversal, tienen dirección paralela a la superficie laminada a lo largo de cierta distancia y después viran hacia esa superficie. Las grietas de laminación son descriptas como unas grietas como unas grietas rectas longitudinales que pueden aparecer sobre la superficie del acero. Las grietas de laminación son causadas principalmente por las imperfecciones del lingote de acero, por manejo inapropiado después del colado o por variaciones durante el calentamiento o el laminado.

2.10.17 DISCONTINUIDADES DIMENSIONALES Las discontinuidades dimensionales son imperfecciones en tamaño y/o forma. Estas irregularidades pueden ocurrir en las mismas soldaduras o en las estructuras soldadas. Dado que las discontinuidades dimensionales pueden 161

inutilizar una estructura para el servicio para el cual fue diseñada, deben ser consideradas y revisadas por el inspector de soldadura. La inspección puede consistir de la medición de los tamaños y las longitudes de las soldaduras para asegurarse que hay suficiente metal de soldadura para transmitir las cargas aplicadas.

2.10.18

DEFECTOS

EN

LASER

Y

SOLDADURA

POR

HAZ

DE

ELECTRONES Los atributos especiales de los haces de soldadura de alta densidad de energía producen soldaduras con aspectos únicos, y entre estos están los tipos característicos de defectos asociados con este proceso. Hasta tal punto la zona de fusión es angosta, que existe la posibilidad de errar a junta de soldadura. Este es un problema potencia para ambos procesos, pero es más problemático con el EB, dado que las zonas de fusión tienden a ser más angostas y que el haz de electrones puede ser desviado por campos magnéticos. Si erro totalmente a la junta, no hay problema para el inspector de soldadura, porque no va a haber unión de los componentes. Pero las dificultades en la inspección pueden ocurrir cuando, una junta es errada de manera discontinua o donde la porción más grande de la parte superior del cordón y cubre la otra parte de la junta soldada. Debido a la asociación con la inestabilidad de la pileta de soldadura, este tipo de discontinuidad se vuelve más relevante a medida que la densidad del haz y la velocidad de soldadura aumentan y a medida que el haz se concentra y a medida que se suelda con un haz delgado. La alta velocidad de soldadura, alta relación penetración/ancho de la zona de fusión y como consecuencia zonas de centro de soldadura bien definidas y altas velocidades de enfriamiento; son conducentes al agrietamiento en caliente a lo largo de la zona de centro de la soldadura y en acero, las grietas en frio en la ZAC.

162

CAPÍTULO 3

ESTUDIO DE LA SOLDABILIDAD DE ACUERDO A CODIGO AWS D1.1 – ANEXO I

3.1 PROPIEDADES DE RESISTENCIA A LA TRACCION DE MATERIALES A UTILIZAR Como primer paso para poder comenzar con nuestra propuesta de elaboración de un procedimiento tenemos que evaluar la resistencia a la tracción de cada material para así poder elegir un adecuado aporte el cual cumpla con los requisitos de soldabilidad. Para esto se tomara la resistencia a la tracción de cada material de acuerdo a las especificaciones técnicas de cada Acero.

Acero ASTM A36

= 510 - 520 MPa

= 515 MPa

Acero VCL

= 730 - 870 Mpa

= 800 MPa

Debido a que el acero VCL tiene mayor resistencia a la tracción se tendrá considerar como el acero más crítico, por lo tanto se tiene que elegir un aporte que tenga como Resistencia a la tracción valores mayores a 800 MPa, por ejemplo uno de la serie E-80XX,

3.2 CARBONO EQUIVALENTE

En este caso estudiaremos al material que va a ser más afectado, el cual es más susceptible a defectos de soldadura relacionados a su composición química (porcentaje de carbono y porcentaje de aleantes)

163

De acuerdo al IIW (Institute International of Welding) a la cual está sometida el código AWS D1.1, tomamos la fórmula para hallar el carbono equivalente.

Figura 74 Formula para Determinar el Carbono Equivalente

Fuente: AWS D1.1, Codigo de soldadura estructural

En la siguiente tabla se mostrara la composición química de los materiales a usar.

Tabla 11 Porcentaje De Contenido De Aleantes En Material Base C Cr Mo Si

Mn

VCL

0.40

1.1

0.2

0.2

0.7

ASTM A36

0.2

-

-

0.3

0.8

a. Reemplazando en la Formula IIW .- Para Acero ASTM A36 Cev = 0.2 + 0.8/6 = 0.3

b. Reemplazando en la Formula IIW .- Para Acero VCL Cev = 0.41 + 0.7/6 + (1.1+0.2)/5 = 0.787

Se deduce que la zona se puede decir que la zona más crítica la contemplará el Acero VCL por su alto contenido en Carbono Equivalente de 0.787, y es importante tomar en consideración la dureza máxima en la ZAC ( Zona afectada por el Calor), está la podemos calcular con la siguiente formula:

164

DUREZA MAXIMA EN LA ZAC (HV) = 1200 CE – 200

Entonces tenemos entendido que la dureza en la ZAC del acero VCL será la más crítica por lo tanto esta se calculara: ZAC VCL(HV) = 1200 x 0.787 – 200 = 744.4 HV Tabla 12 Relacion Entre La Dureza Maxima En La ZAC Y Riesgo De Fisuracion

Fuente: Introducción a la Metalurgia de la Soldadura Dr. Carlos Fosca

A partir de la tabla 4.1 podemos deducir que nuestra estructura presentara un Alto riesgo de Fisuración en Frio, entonces se tiene que evaluar algún modo de evitar y disminuir la presencia de estructuras frágiles en la ZAC, y por lo tanto evitar la fisuración en frio.

La forma más adecuada de evitar esta fisuración en frio es precalentar la unión soldada antes y durante el proceso de soldadura, que la estudiaremos en la parte 3.5 TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO Y TEMPERATURA DE INTERPASE PARA TRES NIVELES DE RETENCION – AWS D1.1 – Anexo I.

165

3.3 UBICACIÓN EN EL DIAGRAMA DE GRAVILLE Con el valor de CE y del %C de este acero, se localiza el punto en el siguiente DIAGRAMA DE GRAVILLE: Figura 75 Ubicación del Nivel de Soldabilidad en el Diagrama de Graville

Fuente Propia

Porcentaje de Carbono: 0.41 Carbono Equivalente:

0.787

De acuerdo a la ubicación en el diagrama de Graville nos ubicamos en la ZONA III la cual indica lo siguiente: “Difícil Soldabilidad Y Alto Riesgo De Estructuras Frágiles, se DEBE utilizar el Método De Control De Hidrogeno. Cuando el aporte de calor sea restringido para conservar las propiedades de la ZAC (e.g. algunos aceros templados y revenidos), el método de control de hidrogeno debería ser utilizado para determinar el precalentamiento.” 166

Así que debemos tener mucha precaución al momento de soldar y tomar consideraciones previas antes del soldeo. 3.4 INDICE DE SUCEPTIBILIDAD (IS) Tabla 13 Indice de suceptibilidad

Fuente: Introducción a la Metalurgia de la Soldadura Dr. Carlos Fosca

Este índice se determina de acuerdo a la formula siguiente: IS = 12PCM + log H

Dónde: PCM

=

Índice de hidrogenación, Por el Método de Hidrogeno

H

=

Hidrogeno del electrodo, H1 – 5ml/100g

167

H1 extra bajo hidrogeno, uso de electrodos de bajo hidrógeno tomados de recipientes herméticamente sellados secados entre 370°C-430°C por una hora y empleados dentro de las dos horas de haber sido removidos de su envase , estos electrodos aportan un contenido de hidrógeno difundible de menos de 5 ml/100g lo que nos da un nivel de hidrógeno H1. PCM

= C + Si/30 + Mn/20 + Ni/60 + Cr/20 + Mo/15 + V/10 + 5B

Para el VCL (material más crítico): PCM VCL = 0.41+ 0.2/30 + 1.1/20 + 0.2/15 PCM VCL = 0.485

Entonces: IS = 12 PCM + Log H IS = 12*0.485 + Log 5 IS = 6.52 Por lo cual se deduce que el índice de Agrupación de Susceptibilidad es Tabla 14 Agrupamiento del Indice de Suceptibilidad y el nivel de Hidrogeno

168

E=4.6-5.0, el cual se usara en la Siguiente tabla I.2 del código AWS D1.1, en conjunto con el nivel de embridamiento y el espesor para determinar la temperatura Mínima de Pre-Calentamiento y de Interpase. 3.5 TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO MINIMO Y TEMPERATURA DE INTERPASE PARA TRES NIVELES DE RETENCION De acuerdo al Anexo I del Código AWS D1.1, debemos tomar en cuenta el Nivel de Embridamiento y el índice de susceptibilidad 3.5.1 NIVEL DE EMBRIDAMIENTO ALTO: Uniones soldadas de gran espesor o reparación de soldaduras, diseño de soldadura Fillet con penetración parcial. ESPESOR DEL ACERO: Para el estudio utilizaremos probetas de 20 mm de espesor de VCL. Tabla 15 Agrupamiento de la Temperatura de Precalentamiento minimo y el nivel de embridamiento

Fuente: Introducción a la Metalurgia de la Soldadura Dr. Carlos Fosca Entonces la temperatura de precalentamiento mínima interpase será de 300°F ó 148.8°C 169

y temperatura de

CAPÍTULO 4 PARTE EXPERIMENTAL

4.1. DETERMINACION DE PROPIEDADES MECANICAS PARA ACEROS ASTM A36 Y VCL

Mediante el Certificado de calidad proveniente por el proveedor del material de ambos aceros comprobaremos mediante pruebas de Dureza y Tracción que el material este en conformidad con dicho documento, y para descartar Laminaciones en la plancha por efectos de colada se aplicara un Ensayo No Figura 76 Dimensiones de Probeta para Ensayos Destructivos

170

Destructivo Volumétrico, en este caso se usara el Ultrasonido Industrial. Las dimensiones estarán de acuerdo a las Nomas ASTM A 370 y ASTM E8/E8M

4.2. DETERMINACION DE PROPIEDADES MECANICAS PARA EL ACERO ASTM A36.

Tabla 16 Comparación de Propiedades Mecánicas del Acero ASTM A36 Resistencia a la Ensayo de Ensayo de Acero ASTM A36

Tracción (MPa)

Dureza

Ultrasonido

(HV) Certificado

493

--

--

501

XXXX

Aceptable

De calidad Ensayo en Laboratorio 171

Tabla 17 Composición Química Según Certificado De Calidad ASTM A36 Acero

C%

Mn%

Si%

P%

S%

ASTM A36

0.16

0.89

0.19

0.017

0.024

4.3. DETERMINACION DE PROPIEDADES MECANICAS PARA EL ACERO VCL.

Tabla 18 Comparación de Propiedades Mecánicas del Acero VCL

Acero VCL

Resistencia a la

Ensayo de

Ensayo de

Tracción (MPa)

Dureza

Ultrasonido

(HV) Certificado

911

290

--

1005

255

Aceptable

De calidad Ensayo en Laboratorio

Tabla 19 Composición Química Según Certificado De Calidad Acero VCL

Certificado de

C%

Mn%

Si%

P%

S%

0.40

0.82

0.22

0.008

0.03

0.40

0.69

0.23

0.020

0.01

calidad Ensayos Soldex S.A.

172

4.4. PROCESO DE SOLDADURA Recepción de Materiales. Se recepcionó el acero ASTM A 36 en Planchas de 1.20 Mtrs. X 2.40 Mtrs. En Se recepcionó el Acero VCL en forma de Ejes y/o Pines, los cuales se tienen que maquinar para poder llegar a las especificaciones del Plano. 4.4.1 Habilitado de Materiales. La plancha se cortó de acuerdo a las medidas que nos ofrece el código AWS D1.1 y así siguiendo esas medidas se obtuvo las siguientes piezas. Se hizo el Habilitado para 4 Probetas, para verificar si este Precalentamiento es efectivo, 2 probetas con Pre-Calentamiento Adecuado, y 2 SinPrecalentamiento adecuado 4.4.2 Armado de Materiales Después del Habilitado se procedió al proceso de armado. Se hicieron 4 Probetas, para verificar si este Precalentamiento es efectivo como indica lo estudiado. 2 probetas Sin Pre-Calentamiento Adecuado, y 2 con Pre-Calentamiento adecuado

Unión Acero

Sin Pre-Calentamiento

ASTM A36 – VCL

Con Pre-Calentamiento

TEMP. 23°C

PROBETA 1

TEMP. 100°C

PROBETA 2

TEMP. 150°C

PROBETA 3

TEMP. 200°C

PROBETA 4

Teniendo en consideración que en el apuntalado de los materiales se aplicara su respectivo calentamiento con las temperaturas respectivas de acuerdo a la Tabla anterior.

4.4.3 Soldadura 173

Siguiendo el procedimiento de soldadura WPS, ajustamos los datos en la Maquina de Soldar, el soldador debe contar con una gran habilidad para este proceso de soldadura y usaremos el Tenacito 80 como material de aporte.

Siguiendo lo estudiado se comienza a soldar. o La PROBETA 1, se soldó sin pre-calentar estando a una Temperatura Ambiente de 23°C o La PROBETA 2, se soldó con un precalentamiento de 100°C o La PROBETA 3, se soldó con un Pre- Calentamiento adecuado de 150°C, o La PROBETA 4, se soldó con un Pre-Calentamiento de 200°C.

Figura 77 Probetas de Ensayo

Fuente Propia

174

4.4.4 Limpieza Superficial Después de terminada la probeta en Fillet, Junta en T se le procede a una limpieza superficial, que elimine escorias, chisporroteos, o cualquier inclusión que dificulte la visibilidad al Inspector. Figura 78 Limpieza superficial de Probetas de Ensayo

Fuente Propia

4.5

INSPECCIONES DE SOLDADURA

4.5.1 Inspección Visual de Soldadura De acuerdo al procedimiento para Inspección Visual en el Anexo PRCVT en la sección 6 ANEXOS, se procedió a inspeccionar las probetas.

175

Figura 79 Armado de Probetas

Fuente Propia

4.5.2 Líquidos Penetrantes De acuerdo al procedimiento para Inspección por Líquidos Penetrantes en el Anexo PRC-PT en el Capítulo 6 ANEXOS, se procedió inspeccionar las probetas.

176

a

Figura 80 Probetas inspeccionadas por Líquidos Penetrantes

Fuente Propia 4.5.3 Partículas Magnéticas De acuerdo al Procedimiento para inspección por Partículas Magnéticas en el anexo PRC-MT en el Capítulo 6 ANEXOS, se procedió a inspeccionar las probetas. Figura 81 Probetas inspeccionadas por Partículas Magnéticas

Fuente Propia 177

4.5.4 Ultrasonido Industrial De acuerdo al procedimiento para Inspección por Ultrasonido Industrial en el Anexo PRC-UT en la Capitulo 6 ANEXOS, se procedió a inspeccionar el material base. Figura 82 Material base inspeccionado por Ultrasonido Industrial

Fuente Propia

4.5.5 Ensayo de Doblamiento y/o Nick Break Como resultado de las Inspecciones anteriores, las probetas aceptables (PROBETA 3 y PROBETA 4) se enviaron a SOLDEX S.A. para que se les aplique ensayos de dobles, y nos entregaron un reporte con respuestas ACEPTABLES.

178

CAPÍTULO 5 RESULTADOS Y CONCLUSIONES

5.1 RESULTADOS Y DISCUSION

Mediante los ensayos de Tracción, Dureza y Composición Química que nos entregaron los laboratorios externos, aseguramos que el material era el adecuado y el indicado para comenzar con los Ensayos Respectivos, Denotamos en primera instancia que las probetas que no pasaron un precalentamiento adecuado fueron rechazadas por los Ensayos No Destructivos.

En la PROBETA 1, en el Apuntalado para el armado de la se encontraron rastros de fisuración en el Acero VCL como era de suponerse, pero aun así se continuo con la soldadura, que más adelante se convertiría en un Fisura muy Fina, detectada por el Ensayo de Líquidos penetrantes. En la PROBETA 2, se encontraron mejorías en el apuntalamiento, y en la soldadura final, pero de acuerdo a una indicación redondeada que se encontró en el interior de la soldadura, fue rechazada por el Ensayo de Ultrasonido. En la PROBETA 3, se encontraron apuntalamiento y soldaduras aceptadas por los Ensayos Destructivos y No Destructivos, con un ancho de Zona Afectada por el Calor de 6mm. En la PROBETA 4, se encontraron apuntalamiento y soldaduras aceptadas por los Ensayos Destructivos y No Destructivos, con un ancho de Zona Afectada por el Calor de 12mm.

El estudio de la soldabilidad demuestra y revela datos sumamente importantes al momento de iniciar un procedimiento de soldadura, es evidente que la Temperatura de Precalentamiento es muy vinculada con el Porcentaje de Carbono. En este caso se usó un Acero VCL Bonificado, el cual demostró que si no se le da el debido cuidado ANTES, DURANTE Y DESPUES del proceso de soldadura, este no nos garantizara una unión Aceptable.

179

5.2 CONCLUSIONES

1. El acero ASTM A36, por su bajo contenido de carbono (0.2%) y ausencia de elementos aleantes, presenta buena soldabilidad, por lo tanto el uso de la temperatura de precalentamiento no afecta sus propiedades mecánicas

2. El acero VCL, al tener alto contenido de carbono (0.41%), elementos aleantes como Cromo Molibdeno, y un proceso de bonificado, presenta baja soldabilidad y tendencia a formar estructuras frágiles; debido al comportamiento de este material se considera como crítico al momento de evaluar los parámetros de soldadura para la elaboración del procedimiento de soldadura WPS.

3. La unión

entre el acero ASTM A36 y el acero VCL presenta una difícil

soldabilidad y alto riesgo de formación de estructuras frágiles, pero empleando el método de control de hidrogeno para determinar la temperatura de precalentamiento, se logra efectuar una unión sana, sin presencia de estructuras frágiles considerándose según AWS D1.1 como una unión aceptable.

4. La temperatura de Pre-Calentamiento es un factor crítico en el proceso de soldadura del Acero VCL, ya que reduce la velocidad de enfriamiento a valores menores de 40 °C/s, que elimina el riesgo a formar estructuras susceptibles; comenzando desde el Armado de Piezas y continuando con el proceso de soldadura, de acuerdo con el Estudio de soldabilidad, la temperatura mínima requerida es de 150°C, así se evita cualquier tipo de fisuración y nos garantice una Soldadura Aceptable. Según indicaciones del proveedor del Acero VCL, no debemos exceder la temperatura máxima de 200°C por motivos de que las características del bonificado del Acero se ve afectada. El WPS propuesto queda validado y demostrado mediante las pruebas ensayadas en laboratorio. 5. En las Probetas también se reconoce el Ancho de la Zona Afectada por el Calor (ZAC), este ancho se ve afectado también por el Pre-Calentamiento, el 180

cual crece si el Pre-Calentamiento es mayor, por lo tanto se debe controlar esta temperatura de precalentamiento.

181

CAPITULO 6

ANEXOS

182

7

BIBLIOGRAFÍA

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“CURSO DE INSPECCION VISUAL, NIVEL I/II “- Daniel Merino Ponce.

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“CURSO DE PARTÍCULAS MAGNÉTICAS NIVEL I/II “- Daniel Merino Ponce.

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DIPLOMADO DE INSPECTOR DE SOLDADURA, Pontificia Universidad Católica del Perú.

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