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TEMA 1: ESTRUCTURA
1.- Balance térmico de un proceso de soldadura.
En este diagrama se puede observar la energía aportada EBA (energía bruta aportada), ENA (energía neta
aportada) y Q (calor teórico). Se deduce que no toda la energía generada en el arco llega a la pieza, parte se
ella se disipa en pérdidas energéticas.
El calor en el arco se pierde por:
- Conducción� a través del electrodo.
- Radiación.
- Convección �a través de los gases que
se separan de la columna del arco.
El calor se pierde en el baño de fusión:
- Formación de escoria originada por
fundentes presentes en el arco.
- Convección.
- Conducción � a través de la pieza.
El calor se transmite a la pieza por:
- Por lo procesos iónicos o electrónicos que tienen lugar en la zona de contacto de la columna del arco con la
pieza.
- Por el choque del chorro caliente de plasma.
- Por la recombinación de todos los gases disociados en la columna del arco.
• EBA: es la energía o calor puesta en juego en el proceso de soldeo.
• ENA: es la energía real que recibe la pieza durante la operación de soldadura.
2.- Zonas en una junta soldada de acero hipoeutectoide. Diagrama de fases Fe-C.
Se supone un enfriamiento lento, ya que en caso contrario, para conocer las posibles transformaciones
metalúrgicas debería tener en cuenta los diagramas TTT (transformación-tiempo-temperatura).
- Metal base � es el material no afectado por el soldeo, su composición química y estructura permanecen
intactas.
- Metal de soldadura � metal fundido por la operación de soldeo, cuya composición química y estructura
dependen del material de aportación y del metal base.
- ZAT� zona del metal base que ha permanecido durante cierto tiempo en una gama de temperaturas en la
que pueden producirse transformaciones o modificaciones estructurales.
Dependiendo fundamentalmente de la Tª máxima alcanzada en cada punto.
3.- Velocidad de enfriamiento t8/5
Se mide mediante termopares implantados en la junta de soldadura el tiempo de enfriamiento, en el intervalo
de 800-500ºC, ya que resulta fundamental para predecir las definitivas estructuras metalúrgicas y las futuras
características de la junta soldada.
Este tiempo es función de:
• Propiedades del material.
• Energía aportada al proceso.
• Tª precalentamiento.
• Espesor de la pieza.
Conociendo este tiempo podemos evitar la formación
de martensita modificando la Tª inicial de la chapa.
4.-Transformaciones en fase sólida durante el precalentamiento
La fase de calentamiento es tan importante como la de enfriamiento desde el punto de vista estructural que se
forma en la ZAT de la unión soldada.
La velocidad del calentamiento y la Tª máxima pueden determinar los siguientes parámetros:
1. Fenómeno de recristalización.
2. Puesta en solución de segundas fases.
3. Crecimiento de grano.
4. Transformaciones alotrópicas.
5. Otras transformaciones: en aceros templados y revenidos, todo calentamiento a una Tª superior
provocará el sobre-revenido.
7.- Fenómenos de solubilización y coalescencia
Estos fenómenos influyen en el crecimiento del grano en la ZAT.
Son debidos al calentamiento por el ciclo térmico del soldeo ya que pueden llegar a solubilizar las segundas
fases si la Tª máxima alcanzada y el tiempo en dicha temperatura son suficientes.
La presencia de finas partículas precipitadas en los bordes de grano de la austenita inhiben el movimiento de
estos bordes y con él, el crecimiento del grano austenítico.
5. Fenómeno de recristalización
La recristalización es especialmente peligrosa en aleaciones previamente deformadas en frio (con acritud).
Las aleaciones que han sido deformadas en frio están en estado inestable, caracterizado por un incremento de
su resistencia a tracción y de su límite elástico. Este estado tiende a cambiar cuando se calienta por encima
de su Tª de recristalización, dando lugar a las siguientes etapas:
1. Recristalización primaria: se produce a la Tª θR, en donde se realiza la reorganización de la estructura
cristalina.
2. Recristalización Secundaria: sucede cuando la aleación se somete a Tª superiores que las de
recristalización primaria, dando lugar a un gran crecimiento de grano y disminución de la resistencia y
dureza de la aleación.
La zona ablandada por la recristalización de la ferrita está limitada entre ��� y �3, pues a partir de A3, la
reacción ferrita-austenita produce un tratamiento térmico normalizado, es decir,, la disminución del tamaño
de grano y un ligero endurecimiento, como se observa en la figura.
1.- Se representa la incidencia de la recristalización sobre la estructura micrográfica y la dureza (H) en la
proximidad de una soldadura sobre producto deformado exento de punto de transformación alotrópica.
2.- En este caso la zona ablandada por la recristalización de la ferrita está limitada por θR y A3,ya que a partir
de A3 la reacción ferrita-austenita produce un tratamiento térmico normalizado que limita la anchura de la
zona ablandada.
6.- Puesta en solución de segundas fases
Las partículas de segundas fases, tipo nitruros, carburos o carbonitruros, presentes en las aleaciones
metálicas y precipitadas en el seno de una fase matriz, pueden afectar a las propiedades del metal base ya que
el calentamiento puede llegar a solubilizarlas.
Esto afecta el crecimiento del grano en la ZAT ya que inhiben dicho crecimiento al fijarse en los bordes de
grano de la austenita.
Dureza
Tª
8.- Crecimiento del grano frente la tenacidad.
El calentamiento inducido durante el tratamiento térmico puede provocar el crecimiento del grano en la ZAT
dando lugar a una disminución de la tenacidad.
Cuando se calienta lentamente un acero desde la temperatura ambiente hasta A3, no se observa un cambio de
tamaño de grano hasta alcanzar la Tª Oi donde los granos empiezan a crecer dando lugar a una estructura
mixta. A partir de ahí, al aumentar la Tº o tiempo de permanencia en ella, los granos grandes van
absorbiendo a los pequeños hasta que la Tª de sobrecalentamiento se obtiene el 100% de los granos gruesos.
Calentamiento Crecimiento grano Tenacidad
9.- Transformaciones alotrópicas
Son las que implican un cambio de la estructura cristalina del metal o aleación como consecuencia de un
calentamiento.
Las temperaturas de transformación en estado
sólido están muy afectadas por las altas
velocidades de calentamiento típicas en
operaciones de soldeo (200-300ºC/s).
En aceros al carbono, las transformaciones de
ferrita a austenira, tiene lugar a Tª mayor que la
Tº del diagrama Fe-C.
Si se analiza un acero al carbono con estructura
ferrita+perlita, su estructura no se altera hasta la
Tª A1 que corresponde a la transformación
perlítica. Cuando la Tª está entre A1 y A3 parte
de la ferrita se transforma en austenita y a partir
de A3 la transformación en austenita es total.
Todo calentamiento adicional no supone un
cambio estructural sino un aumento del tamaño del grano.
10.- Soldadura con Zinc ���� Problema = Volatización
El Zinc funde a 419ºC y puede soldarse sin problemas en estado puro mientras no se supere su Tª de fusión.
Sin embargo, aleado con cobre (latón) funde a 920ºC y a esta Tª la volatización es abundante. Por tanto, la
volatización aumenta con la Tª del baño y el tiempo de permanencia a alta Tª.
La volatización no sólo se produce en la zona fundida (produce sopladuras en la solidificación), sino también
en las áreas adyacentes si se calientan a Tª suficiente.
Su volatización es indeseada ya que no podrá cumplir las funcionas para la que fue añadido a la aleación. Por
otra parte, debe eliminarse la capa de Zn antes del soldeo, ya que en caso contrario podría incorporarse al
baño fundido grandes cantidades de este elemento.
11.- Consecuencias de la absorción de de oxígeno o nitrógeno en el metal fundido
La absorción de gases por el metal fundido es uno de los problemas más importantes que afecta a la calidad
final de la soldadura.
-Oxígeno: es un elemento muy activo, su acción puede evitarse utilizando desoxidantes adecuados.
Las concentraciones de O2 pueden ser elevadas dependiendo de:
• Procedimiento de soldadura utilizado (oxiacetilénico o eléctrico por arco).
• Naturaleza del metal de aportación o del alma del electrodo.
• Naturaleza del revestimiento y su espesor.
• Gases que rodean la zona fundida.
El O libre con el C del acero fundido forma CO a la Tª de la soldadura. Si no se dispone de tiempo para
evolucionar, el O queda ocluido dentro del metal fundido formando porosidades esféricas o vermiculares.
Disminuyen todas las propiedades mecánicas, excepto la elongación.
-Nitrogeno: A Tª ambiente la solubilidad es menor.
El Fe + N � Fe4N que se presenta bajo la forma de cristales aplastados dando la aparencia de agujas. La
cantidad de N dependerá de los mismos factores que el O2, añadiendo la naturaleza y longitud del acero.
El N se concentra en los límites de grano como impurezas que afectan a las propiedades mecánicas:
Resistencia Elasticidad
Resiliencia Alargamiento
El acero fundido puede disolver grandes cantidades de nitrógeno. El exceso de nitrógeno precipita en forma
de nitruros o permanece como N libre.
Carga de rotura, límite elástico y dureza. Ductilidad
Provoca fisuras en el cordón y porosidades.
12.- Mecanismo de absorción de hidrógeno.
El H2 procede fundamentalmente del metal fundido como consecuencia de la descomposición del vapor de
agua (humedad) en el arco eléctrico procedente de la superficie del metal base, del revestimiento del
electrodo.
Difusión del H2 desde el metal fundido hasta el metal base.
Solubilidad
El Fe líquido tiene alta solubilidad y disminuye bruscamente
durante la solidificación en Feδ, luego aumenta durante la
transformación en Feγ y vuelve a disminuir en la transforación a
Feα.
Difusividad
El H2 se difunde más fácilmente en la Ferrita que en la austenita.
- Caso A � Metal base templa � Metal aporte no templa
Por delante del isoterma TF el metal fundido se encuentra en estado austenítico cargado de H+. Existe un
intervalo de tiempo AB donde el H2 se ha hecho menos soluble y más difusible. Entonces tiende a atravesar
la zona de unión AB, para entrar en la austenita, no transformada todavía de la ZAT. Pero esta austenita tiene
un coeficiente de difusión bajo, por ello, se establece un frente cargado de H+. A partir del punto TB, se
produce la transformación martensítica en la ZAT.
La fragilización ocurre si el contenido de H es
elevado� FISURACIÓN EN FRÍO.
Para evitarlo es aconsejable hacer un tratamiento
térmico después de la soldadura.
El resultado es un mecanismo de difusión de H+ del
metal fundido perlítico hacia el metal base austenítico,
activado por las diferencias de solubilidad y
concentración en un lado y otro de la línea de fusión.
Pero cuando se produce la transformación martensítica de la austenita cargada de H+, se reúnen las
condiciones para la formación de grietas en frío.
- Caso B � Metal base no templa � Metal aporte templa
El metal de aporte es más templable que el metal base,
por ello, la transformación martensítica ocurre en el
punto A.
No hay entonces difusión de H+ en la zona de unión
AB, pues el metal fundido, que aún está en estado
austenítico puede mantener ese gas en solución.
Pero cuando sobreviene en A la transformación martensítica del metal fundido, se forma martensita
fragilizada por H+, de ahí la posibilidad de la fisuración en frío.
13.- Solidificación epitaxial
Los cristales sólidos en formación, adoptan la orientación de los granos del metal base sobre los que se
asientan y crecen. Por eso, los granos del metal base se prolongan como bordes de grano en la zona fundida
recién solidificada.
Este fenómeno es el porqué no aparece entalla entre las zonas recientemente solidificadas.
Características epitaxia:
1. El tamaño de grano de la zona fundida viene determinado por el metal base próximo a la línea de
unión.
2. En metales sin regeneración estructural y en soldaduras con multipasadas, se produce entre
los distintos cordones una continuidad en la orientación de la cristalización.
14.- Influencia de la solidificación epitaxial en el crecimiento del grano
El crecimiento epitaxial induce un tamaño de grano mayor en la zona afectada por la soldadura.
La zona central es la última en solidificar y se produce un mayor
crecimiento de los granos. Los granos del metal fundido cuya dirección
preferencial de crecimiento coincide con la trayectoria de solidificación,
se desarrollan dependiendo de los otros. Por eso, el crecimiento
selectivo de los granos se traduce en una disminución del número de
granos a medida que progresa la solidificación.
15.- Influencia de la velocidad de soldadura sobre el tamaño y crecimiento del grano.
La velocidad del crecimiento del grano durante la solidificación depende de la orientación cristalográfica y
dado que está perfectamente definida por la orientación de los granos del metal base sobre los que se
construyen habrá granos que crezcan con rapidez y otros lentamente.
Soldadura lenta: Si se hace un corte transversal se ven granos alargados en la zona de unión a causa de que la
trayectoria forma un ángulo débil con el plano del corte. En la parte central el plano de corte es perpendicular
a la trayectoria de solidificación.
Soldadura intermedia: No hay una zona en la
que la trayectoria de solidificación sea
perpendicular al corte, por lo que los granos
se forman rápido y alargados hasta la parte
central.
Soldadura rápida: El corte tiene un aspecto
monográfico distinto al caso de la soldadura
lenta ya que en éste la cristalización tiene
una forma epitaxial.
16.- Segregaciones
Consiste en la no uniformidad de la composición química tras la solidificación de una aleación metálica. Es
decir, se produce una variación continua de la composición química en los granos de la zona fundida.
Se puede decir que algunas zonas se enriquecen en ciertos elementos de la aleación o impurezas, mientras los
alrededores quedan empobrecidos en esas sustancias.
Características: Causas:
- Concentración de impurezas - Subenfriamiento
- Macro y microsegregaciones - Elevado tiempo solidificación
- Alta velocidad de enfriamiento - Bajo desprendimiento de gases
- Distinta composición química entre - Presencia de grandes cantidades de elementos
el primer sólido formado y el último - Presencia de grandes cantidades de elementos
líquido solidificado. segregables.
17.- Sopladuras (burbujas de gas)
Las sopladuras son cavidades producidas por el aprovisionamiento de gases en el cordón que se producen
durante la solidificación.
Causa: Manejo incorrecto del electrodo y no mantener el baño fundido el tiempo suficiente para que los
gases salgan a flote.
La formación de burbujas tiene lugar en el mismo frente de solidificación, en la intercara sólido-líquido.
Influencia de la velocidad de solidificación:
- Lenta (no sopladuras): el gas se escapa. La disposición vertical
favorece la salida de los gases x gravedad.
- Rápida (sopladuras): las burbujas quedan atrapadas en el metal
sólido.
- Alimentación continua de gas (sopladuras vermiculares):
Los poros esferoides se juntan siguiendo la trayectoria de
solidificación.
Por lo tanto, el tiempo de solidificación ha de ser suficiente para que los gases puedan escapar.
18.- Rechupes
Los rechupes son la falta de material en el cordón de soldadura a causa de las contracciones que se producen
cuando se pasa de líquido a sólido, y hay un brusco cambio de densidad durante la solidificación.
Estas contracciones conllevan a una deformación plástica, tanto transversal como longitudinal,
concentrándose los rechupes en el centro de la soldadura.
Consecuencias:
- Fisuración en caliente en la zona fundida cuando se acumulan impurezas por segregación.
- Más rechupes cuanto mayor espesor tenga la pieza.
- Estas zonas suelen llamarse puntos calientes ya que tardan más en enfriarse.
Procedimientos para evitarlo:
1. Evitar los puntos calientes (puntos de concentración de contracciones).
2. Prever mazarotas: reserva de metal que se coloca para evitar el rechupe.
3. Colocar enfriadores: Se usan cuando no se puede recurrir a mazarotas. Son bloques de aluminio o cobre
que se ponen en contacto con la parte externa de la pieza para que absorba el calor.
19.- Fisuración en frío
Este fenómeno se produce a Tª o próximas (60-150ºC).
Se manifiesta por la aparición de fisuras inmediatamente o transcurridos unos minutos u horas después de
completar la soldadura, se pueden presentar en el cordón o en la ZAT.
- Factores:
1. Presencia de H2 durante el soldeo.
2. Características del metal base (microestructura susceptible � martensita).
3. Tensiones residuales o térmicas derivadas del proceso de soldeo. [Las soldaduras libres son menos
propensas a la fisuración en frío que las enfriadas.]
- ¿Cómo se produce?
• Aceros alto contenido de C.
• Aceros débilmente aleados (bajo contenido de H) � por su templabilidad.
• Aumenta con el espesor y disminuye con la energía aportada.
• Cuando aparecen estructuras martensíticas.
- Prevención: (Estos métodos disminuyen la Tª de enfriamiento)
1. Postcalentamiento: se realiza una vez hecha la unión. Favorece la difusión de H2 hacia fuera. También se
puede utilizar el precalentamiento.
2. Evitar tensiones en la soldadura.
20.- Soldabilidad
Un acero se considera soldable en un grado prefijado, por un procedimiento determinado y para una
aplicación específica, cuando mediante una técnica adecuada se pueda conseguir la continuidad metálica de
la unión, de tal manera que ésta cumpla con las exigencias prescritas con respecto a sus propiedades locales y
a su influencia en la construcción de que forma parte integrante.
Dicho coloquialmente, es la propiedad de unir dos metales para construir una sola unidad.
21.- Precalentamiento
Es la mínima temperatura que se debe alcanzar en todo el espesor y en una zona suficientemente ancha a
ambos lados de la junta antes de que comience el proceso de soldeo y que debe mantenerse entre las diversas
pasadas. En el caso de pasadas múltiples se realiza localmente por resistencia eléctrica o llama de gas y se
mide mediante termopares o lápices termoindicadores en la cara opuesta a la de aplicación del calor.
- Su principal finalidad es reducir la velocidad de enfriamiento dando lugar a:
1. Reducir tensiones en la ZAT: da lugar a estructuras más blandas y por tanto menos frágiles.
2. Facilitar la difusión del H2 reduciendo el riesgo de fisuración en frío.
3. Disminuir el riesgo de formación de poros.
Las temperaturas de precalentamiento varían desde la Tª ambiente hasta los 450ºC y en casos específicos
puede ser mayor. Hay que evitar todo precalentamiento innecesario, ya que consume tiempo y energía. Las
temperaturas de precalentamiento excesivas no justifican el coste y podrían degradar la calidad de la unión, e
incrementar la incomodidad del soldador.
La Tª de precalentamiento será tanto más elevada cuanto:
• Mayor sea la templabilidad del acero a soldar.
• Mayor sea la ENA.
• Mayor sea el índice de brusquedad térmica (IBT).
22.- Evolución de la temperatura: unión soldada con y sin precalentamiento.
Con precalentamiento:
- Tª máxima mayor.
- Disminuye la dureza.
- Se reducen las tensiones residuales ya que se reducen los
gradientes térmicos asociados a la soldadura.
- t8/5 mayor, por lo tanto riesgo fisuración es menor.
23.- Postcalentamiento sobre tensiones residuales y dureza.
El postcalentamiento consiste en mantener la chapa a una
determinada Tª un cierto tiempo después de la soldadura.
Prevenir fisuración en frío.
Las tensiones residuales se mantienen constantes durante el
postcalentamiento y luego suben, pero menos que sin
postcalentamiento.
La dureza disminuye desde el principio que da lugar a una unión soldada mucho más dúctil.
TEMA 2: SOLDADURA DE LOS ACEROS AL C, C-Mn y MICROALEADOS
1.- Efecto de la cantidad de C y Mn en el acero
C � Es el elemento de aleación por excelencia, eficiente, eficaz y barato.
El % de C se limita normalmente a 22% por razones de soldabilidad
El aumento del contenido de carbono en el acero eleva su resistencia a la tracción y el índice de
fragilidad en frío. � Disminuye tenacidad y soldabilidad
Mn� Presente en casi todas las aleaciones del acero.
Es un formador de austenita.
Se añade para evitar que aparezca S y forme SFe que es perjudicial, ya que favorece la fisuración en
caliente.
Aumenta la dureza, resistencia mecánica y templabilidad.
Se utiliza como desoxidante (igual que el Si).
2.- Efecto en las propiedades del acero el empleo de pequeñas cantidades de aleantes (Nb, Ti, Cr…).
Los aceros aleados son aquellos que tienen en su composición química pequeñas cantidades de elementos
microaleantes.
Estos elementos están presentes en el acero en cantidades de 0,001-0,10% en combinación con otros
elementos y bajo un tratamiento termomecánico para obtener un acero con una combinación excelente de
resistencia mecánica, tenacidad, evitar corrosión, ductilidad y soldabilidad.
Este efecto se debe principalmente a que la ENA controla el tamaño del grano austenítico y ferrítico.
4.- ¿En qué consiste el agrietamiento en caliente y por qué se produce?, ¿qué aceros son más
susceptibles de sufrirlo?
El agrietamiento o fisuración en caliente engloba al agrietamiento producido a elevadas Tª, tanto durante la
solidificación de las soldaduras como durante la permanencia a elevadas Tª en la siguiente pasada. Se
distinguen principal/ 2 tipos:
Agrietamiento por contracción de solidificación:
1. Tiene lugar en el baño de fusión, y está causada por impurezas de bajo punto de fusión
en el baño de fusión que permanecen líquidas cuando el metal restante se está
solidificando y, por lo tanto, contrayendo. El S es el elemento más preocupante.
2. Se dan principalmente en aceros inoxidables totalmente austeníticos por la presencia de
P y S. Para evitarlo el acero inoxidable debe tener suficiente ferrita delta en su
microestructura. En menor medida se dan también en aceros bonificados.
3. Cuanto mayor sea la V de soldeo mayor será el riesgo.
4. El efecto del Precalentamiento sobre la aparición de este tipo de defectos es, si no
perjudicial, por lo menos insignificante.
Agrietamiento por fusión de eutécticos (es menos común):
1. Tiene lugar en la región de más alta Tª de la ZAT.
2. Está asociado con la segregación en límites de grano.
3. Puede ayudar al inicio de una rotura en frío o desgarre laminar.
5.- Desgarre laminar
Se trata de un tipo de fisura que se inicia y se extiende en el metal base, paralelamente al cordón de
soldadura y a las caras de laminación.
Las fisuras se producen tanto en la ZAT como en el metal base no afectado. Este tipo de fisuras no tienen
que ver con la metalurgia de la soldadura.
El desgarre laminar es el resulta de una debilidad del metal base cuando se le solicita en el sentido del
espesor (perpendicular a la cara de laminación).
Factores que favorecen
- Falta de homogeneidad metalúrgica del metal base debido a inclusiones no metálicas durante la
laminación.
- Geometría de juntas desfavorables.
- Tensiones derivadas de la secuencia de soldadura.
- Elevadas características mecánicas del metal fundido � evitar que el límite elástico sea mayor que la
carga de rotura del metal base en el sentido del espesor.
6.- Carbono equivalente
Es una medida de su tendencia potencial a fisurarse durante la soldadura.
El valor del carbono equivalente se calcula aplicando la fórmula que ampara los elementos que componen
químicamente el acero en sus ponderados coeficientes de influencia en el agrietamiento durante la soldadura
en relación al C.
Para evitar dificultades durante la soldadura, se suele fijar un valor máximo del 0,43%. Este valor es menor
cuando se sueldan espesores gruesos o uniones con alto nivel de embridamiento.
“Nos dice la dificultad de soldeo del acero dependiendo de su composición química”.
7.- Tª de precalentamiento
La temperatura de precalentamiento debe ser tanto más elevada, cuanto:
• Mayor sea la templabilidad del acero que se va a soldar
• Menor sea la ENA que se va a emplear en el proceso de soldeo
• Mayor sea el IBT, ya sea debido al espesor de las piezas a soldar o al número de caminos posibles de
disipación del calor aportado a la soldadura
Para una estimación previa del coste del precalentamiento, la temperatura vendrá determinada por la que
requiera el máximo carbono equivalente, como caso más desfavorable. Éste se calcula con los mayores
contenidos compatibles de elementos químicos que permite la especificación del acero y que intervienen en
la expresión del carbono equivalente
8.- Objetivos del tratamiento térmico postsoldadura
Es un tratamiento térmico de aliviado de tensiones después de la soldadura que se aplica para evitar la
fisuración. Tiene como finalidad:
• Recolocación de los cristales, facilitada por la dilatación de toda la red cristalina durante el
tratamiento y posterior enfriamiento controlado. Se traduce en un alivio de tensiones originadas
durante la operación de soldadura, en el metal de aporte y en la ZAT.
• Efecto de revenido de las estructuras duras consiguiendo estructuras más estables.
• Eliminación de H2 por difusión gracias a la elevada Tª y el gran tiempo que se mantiene.
9.- Consecuencias desfavorables del postcalentamiento (PWHT).
El PWHT influye en las características del material:
• Baja el límite elástico: influye en el espesor del cálculo.
• Baja la carga de rotura: influye en el espesor del cálculo.
• Alta temperatura de transición: influye en la selección del material. Se combina el material para que
la Tª de transición esté dentro de la Tª de trabajo.
Existe una reducción de las características mecánicas tras un PWHT, pero pocos han sido los que han dado
los valores de estas variaciones para tenerlas en cuenta en el cálculo de espesores.
TEMA 3: SOLDADURA DE LOS ACEROS TEMPLADOS Y REVENIDOS
1. Objetivos de los aceros bonificados.
Son aceros de baja aleación mejorados mediante temple + revenido.
- Temple: consiste en calentar el acero a una temperatura mayor que la temperatura eutéctica un periodo de
tiempo determinado para luego enfriarlo rápidamente logrando así que se endurezca lo máximo posible.
Pero el acero muy dura es también muy frágil por lo que es necesario realizar el revenido.
- Revenido: mejora las características mecánicas de las
estructuras metalúrgicas obtenidas en el temple. Se
consigue mejorar la ductilidad y la tenacidad aunque
disminuye el límite elástico y la resistencia.
Estos aceros se emplean cuando se requiere:
1. Reducir los espesores, si sus propiedades mecánicas lo
permiten.
2. Mayor dureza y resistencia a la abrasión.
3. Excelente tenacidad a bajas Tª.
4. Aumento ductilidad.
5. Disminución límite elástico.
2.- Soldabilidad de los aceros bonificados.
Los aceros bonificados son soldables mediante SMAW (arco manual con electrodo revestido), SAW (arco
sumergido � mayor velocidad de cordón) � se escoge el revestimiento básico que eleva las propiedades
mecánicas y reversibilidad del material y GNAW (arco bajo gas).
Objetivos a conseguir:
• Ausencia de defectos que pueden afectar negativamente al comportamiento esperado del material,
también elegir el flux adecuado.
• Conseguir características mecánicas idénticas en la unión y en el metal base (seleccionar parámetros
de soldeo que se adapten a la composición química y el comportamiento durante su transformación).
Selección de parámetros y condiciones de soldeo:
• Elegir un metal de aporte que contenga los elementos de la aleación necesarios para que sus
propiedades sean idénticas a las del metal base.
• Eliminar las posibilidades de entrada de H2 para evitar el agrietamiento bajo los cordones.
• Controlar la velocidad de enfriamiento, no muy elevada para evitar la fisuración del metal
depositado y no muy baja para conseguir buenas propiedades mecánicas.
3.- Recomendaciones para soldar aceros bonificados en lo referente a la introducción de H2 y velocidad de
enfriamiento.
- H2
• El contenido de H2 del metal depositado sea el más bajo posible para prevenir la fisuración en frío.
• SMAW: los electrodos básicos deben secarse antes de usarlos según indique el fabricante y después
se almacenan en estufas hasta que sean usados.
• SAW: los fluxes también deben secarse antes de usarse y almacenar en contenedores metálicos
estancos o en estufas.
- Velocidad de enfriamiento
• Ve = f (EBA, Tª precalentamiento).
• Si es muy alta � aumenta la carga de rotura del metal depositado y disminuye la ductilidad de la
junta.
• Si es lenta � excesiva Tª precalentamiento y alta energía aportada, la carga de rotura del metal
depositado es menor que la del metal base.
• Es conveniente acotar la velocidad de enfriamiento: 10 s < t8/5 < 25 s
4.- ¿Cuándo se suelen emplear los aceros templados y revenidos?
- Las elevadas características mecánicas de los aceros bonificados, permiten una reducción de espesores y
consecuentemente de peso.
- La estructura metalúrgica fina de martensita revenida, le proporciona una excelente tenacidad a baja Tª.
- Mejora de la dureza y la carga de rotura.
- Mayor resistencia a la abrasión.
- Fundamental seguir la recomendaciones del fabricante.
5.- Recomendaciones en lo referente a la selección del metal de aporte.
a) Pasadas de raíz: su misión es soportar el relleno posterior de la junta, debiendo ser eliminado cuando
soldamos aceros bonificados.
Al depositar un material fundido sobre un acero, tiene lugar un efecto de dilución. En el caso de los aceros
bonificados, el Cr y Mo tienden a introducirse en el metal depositado aumentando la templabilidad.
Para disminuir este efecto, se recomienda un metal de aporte con menos elementos aleantes que el metal base
y con dilución de Ni (mejora la tenacidad del material).
b) Pasadas de relleno: se recomienda utilizar electrodos o hilos de aleación acordes a las características
mecánicas del metal base.
Al depositar cada cordón hay un efecto de revenido sobre los anteriores. En consecuencia, la secuencia de
soldeo tiene en la soldadura de este tipo de aceros una gran importancia. Se debe realizar de modo que se
obtenga una estructura bainítica-martensítica.
TEMA 4: SOLDADURA DE LOS ACEROS DÉBILMENTE ALEADOS. RESISTENTES A LA
TERMOFLUENCIA. ACEROS AL C-Mo Y AL Cr-Mo.
1.- Problemas que presentan los aceros al carbono a altas temperaturas.
Fenómeno de grafitización (descomposición de la cementita en sus componentes primarias).
El C se sitúa en los límites de grano en forma de grafito, comenzando el proceso entorno a los 430ºC para
aceros al carbono y 450ºC para aceros al C-Mo. Esto provoca una pérdida importante de la resistencia
mecánica y disminuye la ductilidad del acero convirtiéndose en más frágil.
La grafitización depende de la temperatura y el tiempo de permanencia pudiendo ser suave, moderada o
severa, según el grado de descomposición del carbono.
La Tª límite de los aceros al carbono no suele sobrepasar los 400ºC, y el de los aceros al C-Mo los 420ºC.
¿Qué elementos se añaden para aumentar la temperatura de utilización?
Todos los aceros al C son susceptibles a la grafitización. No obstante, los aceros calmados al Al esferoidizan
más rápidamente que los calmados al Si.
El Ni, P y Mb estabilizan ligeramente los carburos por lo que son más resistentes a la grafitización.
El Mn y el Cr tiene un efecto estabilizador aún mayor.
2.- Efectos del Mo y Cr sobre las propiedades del acero al C.
- El Cr mejora la resistencia a la oxidación a través de una capa de óxido de cromo adherida a la superficie
del metal.
- El Mo mejora la resistencia a fluencia en caliente o “creep”, es decir, evita que el acero experimente un
alargamiento continuo.
- La adición de Cr y Mo da lugar a la formación de carburos complejos que se fijan en los planos de
contacto de los cristales aumentando su nivel de rozamiento. De este modo, se pueden alcanzar
temperaturas de utilización de 500-550ºC en función del contenido de elementos de aleación y del nivel
de tensiones a soportar.
3.- Principales criterios para la elección del material de aporte para aceros al Cr-Mo.
Estos aceros son soldables mediante todo los procesos.
Como regla general, el metal de aporte seleccionado debe depositar el metal de idénticas características en
cuanto a su composición química y propiedades mecánicas que el metal base a soldar.
Criterios:
- Reducir el contenido de C del material de aporte al mínimo compatible con el mantenimiento de las
propiedades mecánicas. Para no desplazar la curva de las SS hacia la izquierda y que la estructura no sea
frágil.
- Evitar elementos residuales que puedan fragilizar térmicamente el material.
- Cuando el proceso es SMAW o SAW � los electros o fluxes básicos porque casi no tiene H2 y tienen
alta resistencia al agrietamiento en caliente.
- En soldaduras heterogéneas el material de aporte se elegirá según la facilidad de ejecución,
disponibilidad…
Cuando se suelden aceros al Cr-Mo a otro inoxidable del tipo 12% de Cr, el material de aportación a emplear
será:
• Cr-Ni 25/12 � Tª baja (<350ºC)
• Una aleaciín de alto contenido de Ni para Tª superiores, ya que presenta un alto coeficiente de
dilatación del material de aporte.
4.- ¿Es necesario el precalentamiento en aceros al Cr-Mo?
- El Cr y Mo son elementos alfágenos que poseen una fuerte tendencia a la templabilidad, siendo
proporcional a su contenido en Cr. Por esta razón, es indispensable el precalentamiento.
- Gracias al precalentamiento, disminuye la velocidad de enfriamiento de la soldadura, resultando
estructuras metalúrgicas correspondientes a bainitas superiores.
- Se reduce la dureza del metal de aporte de la ZAT y se evita la fisuración al facilitar la difusión del H2.
- Si la junta no se precalienta, al enfriarse el metal aportado se produce martensita y vainita inferior, que
son las estructuras típicas de un acero autotemplable enfriado al aire.
- Si la junta se interrumpe no debe reanudarse sin precalentar la junta adecuadamente.
5.- Postcalentamiento en aceros al Cr-Mo.
Es la aportación de calor después de finalizada la soldadura para mantener una Tª ligeramente elevada
durante un periodo de tiempo, seguido de un enfriamiento lento hasta la Tª ambiente.
• Objetivo:
- Disminuir dureza y fragilidad.
- Aumenta la difusión de H2 (disminuye la fisuración en frío).
• Es bueno cuando:
- La pieza va a sufrir movimientos o transportes bruscos.
- Espesores gruesos.
- Aumenta el % de Cr.
- Cuando el PWHT no se hace inmediatamente después de la soldadura.
PWHT: Debido a la templabilidad de estos aceros, tienen una alta dureza y fragilidad, por lo que necesitan
un tratamiento térmico de recocido para ablandar las estructuras creadas durante el funcionamiento.
Inconvenientes
- Las características mecánicas se reducen a aumentar las temperaturas requeridas en estos aceros.
- Los código de construcción y diseño indica la Tª necesaria y tiempo de mantenimiento a dicha Tª.
6.- ¿Cuándo se suelen emplear los aceros Cr-Mo? Ejemplos de aplicación.
Se emplean para:
• Tª elevadas (sin pasar de 550ºC).
• Corrosión debida a gases oxidantes en caliente.
• Al H a alta presión y Tª.
• A los gases sulfurosos.
7.- Dos tipos de fragilización de aceros Cr-Mo.
1) Fragilización térmica
Los aceros al carbono son insensible a este proceso. Tiene lugar en el metal de aporte y metal base tras largos
periodos de exposición a Tªs de servicio entre 345-565ºC y se manifiestan con una alta Tª de transición. La
fragilización por revenido afecta la integridad estructural y seguridad de operación.
Causa: La segregación de Mn, Si y los elementos fragilizantes que se encuentran en el material base y en el
de aporte.
Medidas: Todas las medidas están relacionadas con una mejora de la pureza de ambos metales.
2) Fragilización por H2
Es debido a la interacción entre la tensión de tracción y el H2 presente en la soldadura. Es fundamentalmente
función de la estructura metalúrgica.
Medidas a adoptar:
- Conseguir una estructura bainítica porque es la que más resiste a este fenómeno.
- Minimizar la introducción de H2 en la soldadura.
- Utilizar electrodos y fluxes básicos secos.
- Precalentamiento y realización de tratamientos térmicos.
TEMA 5: ACEROS AL NÍQUEL
1.- Efectos de la adición de níquel.
- Los aceros al Ni son aceros de grano fino.
- El Ni mejora: Fluencia, esfuerzo máximo y tenacidad a bajas temperaturas, a causa de que baja la
velocidad de transición.
- El Ni no forma carburos ni nitruros. Permanece en la red ferrítica como solución sólida.
- El Ni impacta en la transformación de austenita a productos típicos de baja Tª.
- El Ni reduce la velocidad de enfriamiento durante los tratamientos térmicos favoreciendo el
endurecimiento � reduce el riesgo de grietas.
- Los más empleados son: 3.5% Ni, 5% Ni, 9% Ni � baja % C � aumenta % Ni.
- Algunos aceristas añaden además un 0,3% Mo para mejorar la resistencia a la fragilización térmica.
- Los aceros al Ni (5-9%) aumentan sus características mecánicas según disminuye la temperatura.
2.- Soplo magnético
La familia de los aceros al Níquel son muy sensibles al efecto de los campos magnéticos debidos a:
- El magnetismos remanente del material tras su proceso de fabricación.
- Manipulación de chapas mediante puentes grúa magnéticos.
- Efectos de inducción de los cables de la soldadura.
La consecuencia es que se denomina soplo magnético durante el proceso de soldeo, el cual provoca aceros
muy inestables y depósitos de soldadura muy defectuosos.
Para evitar el soplo magnético se aconseja:
1. Usar corriente alterna. Algunos electrodos no lo permiten, por lo que se deberá soldar con corriente
continua con la mínima intensidad posible.
2. Limitar el magnetismo de las chapas a más o menos 60 Gauss.
3. Colocar la pinza de tierra cerca de la zona de soldadura.
4. Contrarrestar la desviación del acero con la posición del electrodo.
3.- Tipos de material de aporte.
a) Aceros ferríticos
- Composición química aproximada a la del metal base.
- En la práctica, solo se utiliza el acero al 3,5% de Ni.
- El Ni está restringido a un 5% porque tiende a la fisuración y porque sólo se garantizan las
propiedades hasta -90ºC.
b) Aceros inoxidables austeníticos
- A menor Tª se comportan igual o mejor que lo aceros al Ni del metal base.
- Sólo se utilizan cuando no es necesario un PWHT porque durante el mismo, la diferencia entre
los coeficientes de dilatación de ambos aceros pueden provocar daños irreversibles.
c) Aleaciones altas en níquel
- Aunque presentan una estructura austenítica tienen un coeficiente de dilatación térmica similar
a la de los aceros al Níquel, por eso no ofrecen dificultades a la hora del PWHT.
- Tienen menor límite elástico que los aceros inoxidables austeníticos.
4.- ¿Es necesario el precalentamiento de aceros al Ni?
Para el proceso de precalentamiento se distinguen 2 grupos:
a) Aceros al 5% y 9% Ni: Presentan menor % C. Ofrecen una soldabilidad aceptable y no requieren
precalentamiento salvo al soldar espesores muy gruesos. De todas formas se considera una buena
práctica el calentar entre 90-120ºC para eliminar la humedad del ambiente depositada.
b) Aceros al 3,5% Ni: La selección de la Tª de precalentamiento dependerá de:
- Composición química.
- Espesor.
- Tipo de electrodo.
- Energía aportada.
- Grado de embridamiento.
Y se determinará a travñes del ensayo de fisuración.
Todos los aceros al Ni presentan problemas de endurecimiento en la ZAT, por tanto, como regla general
la Tª de precalentamiento oscila entre 80-250ºC.
5.- Medidas para evitar la baja tenacidad en la ZAT de aceros al níquel.
- Estos aceros tratan que la tenacidad sea la misma en la junta soldada y en el metal base.
- Es fácil para la selección adecuada del metal de aporte.
- Es complicado para la ZAT debido al crecimiento del grano austenítico que disminuye la tenacidad.
Soluciones:
1. Aplicar calores de aporte controlado (limitar ENA a 30 KJ/cm).
2. Añadir en el proceso de fabricación del acero pequeñas cantidades de elementos generadores de carburos o
nitruros (Ti, Al, Nb y V).
6.- ¿Cuándo se suelen emplear los aceros al Ni?
Una de las mayores ventajas que reporta el empleo del níquel, es evitar el crecimiento del grano en los
tratamientos térmicos, lo que sirve para producir en ellos gran tenacidad. El níquel además hace descender
los puntos críticos y por ello los tratamientos pueden hacerse a Tª ligeramente más bajas que la que
corresponde a los aceros ordinarios. Experimentalmente se observa que con los aceros aleados con níquel se
obtiene para una misma dureza, un límite de elasticidad más elevado y mayores alargamientos y resistencias
que con los aceros al carbono o de baja aleación.
En la actualidad se ha restringido mucho su empleo, pero sigue siendo un elemento de aleación indiscutible
para los aceros de construcción empleados en la fabricación de piezas para máquinas y motores de gran
responsabilidad, se destacan sobre todo en los aceros cromo-níquel y cromo-níquel-molibdeno.
Es muy empleado en la fabricación de aceros inoxidables y resistentes a altas Tª, en los que además de
cromo se emplean porcentajes de níquel variables de 8 a 20%.
Es el principal formador de austenita, que aumenta la tenacidad y resistencia al impacto.
En lo que al mundo marítimo se refiere, y teniendo en cuenta que los aceros al Ni presentan una baja Tª de
transición y buenas propiedades mecánicas a bajas Tª, entre las que destaca la tenacidad, su uso va
fundamentalmente destinado a la construcción de instalaciones, tanques, cisternas y buques para
almacenamiento y transporte de gases licuados.
Construcción de tanques GNL mediante aceros al Ni:
Consideraciones sobre el cálculo:
El cálculo se basa en la resistencia de la soldadura debido a que sus características mecánicas son
inferiores a las del metal base.
Proceso de soldeo:
Para el acero al 9%Ni es válido cualquier proceso. Para las uniones verticales se aconseja SMAW y
para las circulares SAW.
Materiales de aporte:
• Aceros ferríticos � deberían tener una composición química similar para evitar fisuras y baja
resiliencia.
• Aceros inoxidables austeníticos � Cuidado con las bajas propiedades mecánicas.
• Altas aleaciones de Ni � Tenemos 3 opciones o generaciones:
o 1ª generación: uniones de baja resiliencia, lo cual conlleva sobredimensionar y ello provoca
encarecimiento.
o 2ª generación: se le añade Mo y Nb, lo cual si bien mejora las propiedades incrementa el coste y la
dificultad de manejo.
o 3ª generación: añadiendo W eleva las características mecánicas. El Mn y el Si mejoran la operación
y reducen la microfisuración.
Procedimiento de soldadura:
• Aunque metalúrgicamente no se requiera precalentamiento, puede ser necesario si la
Tª ambiente es baja y se sueldan grandes espesores.
• Se emplearan electrodos de bajo contenido en H.
• Se elegirán materiales que cumplan los requisitos de resistencia y tenacidad a las Tª de
servicio.
• No se emplearán ENA’s elevadas que provocarían aumento de grano.
• Para evitar una elevada dilución del metal base se podrá emplear SMAW.
Ejecución de la soldadura:
• Se limpiará la zona a soldar para evitar impurezas
• Preparación de bordes mediante una separación y ángulo adecuados.
• Controlar el riesgo de soplo magnético.
• Controlar los parámetros y secuencias de soldeo.
TEMA 6: ACEROS INOXIDABLES
1.- ¿Enumera los principales tipos de aceros inoxidables y comenta sus propiedades mecánicas más
importantes?
Aceros austeníticos:
• A temperatura ambiente tienen una estructura básica de austenita1.
• Amagnéticos2.
• Excelente tenacidad, ductilidad, resistencia a la corrosión y soldabilidad.
• No pueden endurecerse mediante T.T., sí por conformado (en frío o en caliente).
• Se pueden usar tanto a temperaturas criogénicas como a temperaturas elevadas.
• Gran estabilidad estructural.
Aceros ferríticos:
• A temperatura ambiente tienen una estructura básica de ferrita.
• Magnéticos.
• Excelente o buena resistencia a la corrosión (en función del % de Cr).
• Propiedades moderadas o mediocres de tenacidad, ductilidad y soldabilidad.
• No pueden endurecerse mediante T.T., sí por conformado.
Aceros austenoferríticos o Dúplex:
• A temperatura ambiente tienen una estructura mezcla de las dos anteriores.
• Magnéticos
• Excelente resistencia a la corrosión y soldabilidad.
• Buena tenacidad y ductilidad
• No pueden endurecerse mediante T.T., sí conformado.
Aceros martensíticos:
• A temperatura ambiente tiene una estructura básica hexagonal compacta o tetraédrica
compuesta.
• Magnéticos.
• Estructura hexagonal compacta con fuerte precipitación de carburos de Cr.
• Baja tenacidad, ductilidad, resistencia a la corrosión y soldabilidad.
• Pueden endurecerse por temple, pero en detrimento de su ductilidad y resistencia a la
corrosión.
1 Es el constituyente más denso de los aceros y está formado por una solución sólida por inserción de carbono en hierro gamma. La cantidad de carbono disuelto, varía de 0.8 al 2 % C que es la máxima solubilidad a la temperatura de 1130 °C. La austenita no es estable a la temperatura ambiente pero existen algunos aceros al cromo-níquel denominados austeníticos cuya estructura es austenita a temperatura ambiente.
2 Metal que no es susceptible de ser imantado: el cobre, el cinc, el plomo, etc…
2.- ¿Qué 2 tipos de fenómenos perjudiciales se pueden producir durante la soldadura de los aceros
inoxidables?
Si un acero inoxidable es sometido durante un tiempo a altas temperaturas, puede sufrir dos tipos de
fenómenos degradatorios:
o Precipitación de compuestos intersiciales.
o Formación de fases intermetálicas.
Precipitación de compuestos intersiciales: Carburos y Nitruros en bordes de grano
Los elementos aleantes como el Cr, el Ti y el Nb, tienen una alta reactividad con el C y el N presentes
en el acero, reactividad que se incrementa con la Tª. La mayor precipitación de carburos y nitruros
tiene lugar entre 500 y 800ºC, Tª presentes en las operaciones de soldadura.
La formación de carburos precipitados en borde de grano tiene dos consecuencias negativas:
• Empobrecimiento local de carbono, dando lugar a facilidad de rotura.
• Empobrecimiento de la zona en Cr, dando lugar a problemas de corrosión en la zona
descromada.
Cuando se produce la formación de estos carburos de Cr (Cr23C6), decimos que el material está
sensibilizado (ver cuestiones nº3 y nº4);
Formación de fases intermetálicas:
Cuando el tiempo de permanencia en el rango 550-900 ºC es suficientemente prolongado, puede
provocar la formación de fases intermetálicas siendo la más frecuente la fase SIGMA (σ), la cual
presenta alta dureza y fragilidad. Los precursores de esta fase σ son los elementos alfágenos3.
La fase σ se compone básicamente de Cr y Fe, pudiendo estar presente el Mo.
Para que aparezca la fase sigma es necesario un tiempo de permanencia elevado, por lo que no suele
formarse en las operaciones de soldadura. No obstante, hay que tener en cuenta el riesgo en los aceros
inoxidables dúplex (con un elevado contenido en Cr), que son más susceptibles a este fenómeno. La
formación de fase sigma es mucho más probable en los tiempos más prolongados de los T.T., o
cuando el conjunto soldado opere en rangos de Tª del intervalo crítico 550-900 ºC.
La presencia de esta fase sigma resulta peligrosa porque da lugar a:
• Una disminución de la resistencia a la corrosión.
• Corrosión intergranular en medios nítricos y calientes.
• Incremento de la fragilidad.
3 Alfágenos son los que tienden a formar Fe α, es decir, ferrita.
3.- Sensibilización de los aceros inoxidables.
Los elementos Cr, Ti y Nb se combinan con C y N dando lugar a precipitados de carburos, nitruros y
carbonitruros que se localizan en los bordes de grano cuando el material inoxidable permanece cierto tiempo
entre 500-800ºC, presentes en las operaciones de soldeo.
Estos precipitados provocan un empobrecimiento en Cr cerca de los bordes de grano al combinarse con el C
para formar Cr23C6. Cuanto esto ocurre, se dice que el metal está sensibilizado.
Consecuencias:
- Disminuye resistencia a la corrosión.
- Aparición de corrosión intergranular.
- Disminuye la ductilidad.
- Disminuye la tenacidad � aumenta fragilidad.
4.- Soluciones para evitar o corregir la sensibilización.
1. Tratamiento térmico de solubilización: consiste en calentar el acero entre 1025-1120ºC para que la
austenita actúe como un disolvente energético. El enfriamiento ha de ser muy rápido para impedir que
los carburos precipiten de nuevo. (No vale para grandes conjuntos soldados)
2. Seleccionar aceros con poco contenido en carbono: los aceros inoxidables con C>0,05% sufren en pocos
minutos la sensibilización.
3. Seleccionar aceros inoxidables estabilizados: la presencia de Ti o Nb en el acero inoxidable evita la
precipitación de carburos de Cr porque son más propensos a combinarse con el C y el N. El
inconveniente es que provoca menor ductilidad y tenacidad, aunque aumenta la resistencia a la fluencia
en caliente.
En el interior de las curvas los aceros son sensibles a
la corrosión intergranular. Puede observarse como a
medida que disminuye el contenido en C por debajo
de 0,030%, el tiempo de sensibilización y el rango de
temperaturas disminuyen considerablemente, por lo
que a partir de dicho % el acero ya no es sensible a la
corrosión intergranular. No obstante, hay que reseñar
que aceros con muy bajo % en C tendrán menores
propiedades mecánicas.
5.- Soldabilidad aceros inoxidables austeníticos.
- Se suministran solubilizados � tratados contra la sensibilización (calentamiento hasta 1050-1150C y
enfriamiento lo más rápido posible en aire forzado o agua).
- Solubilidad buena, pues no se producen transformaciones de fase desde la temperatura de fusión hasta la
temperatura ambiente.
Puntos a tener en cuenta:
1. Propiedades físicas.
2. Elección del material de aporte y del proceso de soldeo.
3. Agrietamiento en caliente de las soldaduras austeníticas.
4. Contenido de ferrita en el metal de soldadura.
5. Precalentamiento y tratamientos térmicos del conjunto soldado.
6.- Propiedades físicas aceros inoxidables austeníticos.
- Estos aceros tienen un coeficiente de dilatación un 50% mayor que los aceros al carbono y una
conductividad térmica un 40% menor.
- Contracciones, distorsiones y deformaciones serán mayores que en los aceros al carbono.
- Debido a la conductividad térmica, la ZAT será más estrecha.
Por todo esto:
• Se debe realizar el soldeo con el mínimo aporte térmico posible.
• Distribución del calor debe ser lo más simétrico posible.
• El nivel de embridamiento será el más bajo posible.
7.- Agrietamiento en caliente.
Es un inconveniente típico de estas soldaduras que se debe a una acumulación de impurezas por
segregaciones en las últimas zonas en solidificar del metal de aporte.
En estas zonas se forman superficies débiles que pueden romperse y generar grietas bajo la influencia de la
propia tensión de contracción de la soldadura.
Formas de evitarlo:
1. Reducir las tensiones mecánicas de la soldadura.
2. Eliminar las impurezas, principalmente de S y P. En general, los materiales de aporte están fabricados
con ausencia de impurezas, por lo que la soldabilidad de los aceros inoxidables austeníticos mejora.
3. Disminuir las segregaciones disponiendo de cierta cantidad de ferrita en la matriz austenítica del metal
de soldadura. Esta ferrita puede disolver las segregaciones formando una malla plástica que tiende a fijar
la estructura.
4. Usar aportes con un 5% de Mn y contenidos nulos en S, P y Si previene también el agrietamiento en
caliente.
8.- Precalentamiento (PWHT) en aceros inoxidables austeníticos.
En este tipo de aceros no se exige un precalentamiento del material ni un mantenimiento en la temperatura
entre pasadas.
Tampoco es necesario realizar un PWHT, salvo en algún caso particular que se exige un alivio de tensiones
de acuerdo con la correspondiente especificación constructiva.
El tratamiento térmico ideal para estos aceros es la solubilización (1025-1120ºC+agua) para evitar de nuevo
la precipitación de carburos en el borde de grano. Cuando no sea posible este tratamiento por razones
prácticas, el alivio de tensiones se hará a una Tª (850-950ºC), eligiendo una Tª y duración adecuada, evitando
la precipitación de carburos o formación de fases intermetálicas.
9.- Problemas en la soldadura de aceros inoxidables ferríticos.
a) No presentan buena soldabilidad ya que en la ZAT podrían producirse:
- Crecimiento de grano � disminuye tenacidad.
- Precipitación de carburos � disminuye tenacidad y aumenta corrosión intergranular.
- Transformación ferrita � disminuye resistencia a la tracción y al impacto.
b) Por tanto hay que soldar con:
- Bajo aporte de calor.
- Precalentamiento entre 200-400ºC.
- PWHT entre 750-850ºC durante 30-60 minutos, para disolver los posibles carburos, excepto
si va a trabajar a altas temperaturas.
- Son difíciles de soldar sin material de aporte.
10.- Análisis del gráfico.
La figura presenta un diagrama TTS,
temperatura-tiempo-sensibilización a la
corrosión intergranular para esos dos aceros.
De modo que en el interior de las curvas los
aceros son sensibles a la corrosión
intergranular.
Del diagrama se puede observar:
- La gama de temperaturas de
sensibilización es distinta para ambos aceros.
Vemos que a medida que disminuye el % C por debajo de 0,03%, la temperatura disminuye.
- El tiempo necesario para la sensibilización va aumentando exponencialmente según disminuye el % C de
ambos aceros.
- Con el mismo contenido de C, el AISI 316 necesita más tiempo para sensibilizarse y a mayor temperatura
que el AISI 304, debido a la adición de Mo y al mayor contenido de Ni en su composición.
- Si el % C es menor del 0,03%, se considera que el material ya no es sensible a la corrosión intergranular
en las condiciones de soldeo, estos dos tipos de aceros cumplen estas condiciones.
CÓDIGO ASME
1. WPS (Especificación de un procedimiento de soldadura).
- Se refiere cómo soldar.
- Guía para el soldador.
- Recoge rangos permitidos de cada parámetro.
- Soportado por uno o varios PQR.
- Debe facilitar una descripción detallada de las variables necesarias para obtener una soldadura
sana.
2. PQR (Registro de calificación de un procedimiento).
- Se refiere cómo controlar las propiedades mecánicas.
- Pretende ser una prueba de soldabilidad.
- Recoge los valores reales de los parámetros utilizados en la prueba, y también los resultados de
los ensayos.
- Debe inidicar el WPS seguido en la prueba.
- Soporta a uno o varios WPS.
3. WPQ (Certificado de homologación del soldador).
- Se refiere cómo depositar material sano.
- Pretende ser una prueba de la habilidad de un soldador.
- Recoge los valores de los parámetros utilizados en la prueba, recoge también los resultados de
los ensayos.
- La prueba se hará siguiendo un WPS ya homologado.
Variables de un procedimiento:
- Esenciales: son aquellas que si varían, se considera que afecta a las propiedades mecánicas de la
unión. Tal cambio en un WPS necesita re-homologar el procedimiento.
- Esenciales suplementarias: aquellas que al cambiar, se considera que afecta las propiedades
mecánicas de resiliencia de la unión. Tal cambio en un WPS necesita rehomologar el
procedimiento si se exigen características de impacto.
- No esenciales: aquellas para las que un cambio se considera que NO afecta a las propiedades
mecánicas de la soldadura. Tal cambio no implica rehomologación, únicamente se necesita
recoger en el WPS.
Agrupación de materiales para calificación:
- Nº P � Para materiales base. Para agrupar los de características similares en cuanto a
composición, soldabilidad y propiedades mecánicas.
- Nº F � Para metales de aporte, electrodos y varillas. Se agrupan por las características que
pueden influir en la habilidad del soldador.
- Nº A � Para metales de aportación. Se agrupan por composición química.