tema 4 fisuracion en frio y en caliente
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Tema 4 Fisuracion en Frio y en CalienteTRANSCRIPT
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FISURACIN EN FRO Y EN CALIENTE
METALURGIA DE LA SOLDADURA
PROFESOR: PAUL P. LEAN SIFUENTES
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FISURACIN EN CALIENTE
Se produce cuando el cordn de soldadura se encuentra todava
caliente.
En un rango de temperaturas cercanas a la de solidificacin del bao
fundido o incluso ligeramente por debajo de ella.
Normalmente por encima de 0,5 Temperatura de fusin.
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FISURACIN EN CALIENTE ACEROS
1 410
1 492
1 535
0,18 % C 0,5 % C
0,1 % C + L
Liquido
+
+ Liquido
P
(Austenita)
M
Regin delta mostrando la reaccin peritctica a temperatura constante
(1492 C): L +
T C
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FISURACIN EN CALIENTE ACEROS
La estructura cristalina de la ferrita () es cbica centrada en el
cuerpo (BCC), mientras que la de la austenita () es cbica centrada
en las caras (FCC).
Cuando el hierro tiene una estructura FCC (austenita), los tomos se
encuentran ordenados de manera ms compacta.
Ello quiere decir que la contraccin del metal, debida al paso:
lquido austenita ()
ser mayor que la esperada en la transformacin:
L ferrita ()
A temperaturas tan altas como 1500C, la austenita se contrae
durante el enfriamiento 50% ms que la ferrita () .
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Cristales
(slido)
Regiones del metal que
solidifican al final
Tensiones residuales presentes en
las regiones que solidifican al final
Teniendo en cuenta lo anterior, cul de las dos transformaciones, L
L , podra provocar mayores dificultades durante la solidificacin de
un cordn de soldadura?
FISURACIN EN CALIENTE ACEROS
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Durante la solidificacin del metal fundido se producirn regiones
ms ricas en determinados elementos que otras, como consecuencia
de las transformaciones y de la solidificacin heterognea que tiene
lugar en el cordn de soldadura.
Determinadas regiones del metal se enriquecen de elementos como
el P y S, ello aumenta su susceptibilidad a la fisuracin en caliente.
Esta segregacin en composicin qumica se produce en las ltimas
regiones del metal a solidificar y su magnitud depender del
contenido nominal presente en el metal base y en el metal de aporte,
as como tambin de la estructura cristalina durante la solidificacin
(si solidifica primariamente como ferrita delta o austenita).
FISURACIN EN CALIENTE ACEROS
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FISURACIN EN CALIENTE
La fisuracin en caliente se puede manifestar a travs de muy
pequeas fisuras microscpicas o incluso hasta macrogrietas
identificables a simple vista.
Debido a que se originan a elevadas temperaturas, las superficies de
fractura presentan una apariencia mate debido a la formacin de una
capa de xido superficial.
La fisuracin en caliente es de tipo intergranular, es decir, la fisura
se propaga a travs de los lmites de granos y puede tener una
orientacin longitudinal o transversal al cordn de soldadura. 8
FISURACIN EN CALIENTE
Las fisuras pueden iniciarse en el depsito de soldadura o en la
ZAC.
1. Cuando se producen en el depsito de soldadura (regin
solidificada) se les denomina FISURAS POR
SOLIDIFICACIN.
2. Cuando aparecen en la ZAC o en la regin lmite entre la zona
solidificada y la ZAC, reciben el nombre de FISURAS DEBIDAS
A REFUSIN o A LICUACIN
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Agrietamiento en caliente en el depsito de soldadura
FISURACIN POR SOLIDIFICACIN
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Agrietamiento en caliente en el depsito de soldadura
FISURACIN POR SOLIDIFICACIN
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Agrietamiento en caliente en el depsito de soldadura
FISURACIN POR SOLIDIFICACIN
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FISURACIN POR SOLIDIFICACIN
La causa de esta fisuracin es la segregacin (enriquecimiento) de
elementos como P y S en la zona de bao fundido prxima a los
cristales del metal recin solidificado.
Cuando el bao fundido se solidifica, las ltimas regiones en estado
lquido se enriquecen de estos elementos y de impurezas,
provocando la formacin de compuestos de menor punto de fusin.
Se producen contracciones en el metal sometiendo a estas regiones
a esfuerzos de traccin.
Las zonas an lquidas no son capaces de soportar estos esfuerzos
(se comportan mecnicamente como verdaderos agujeros) y dan
origen a las fisuras.
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Esfuerzos debidos a
la contraccin
Direccin del
enfriamiento
Fase lquida en lmite
de grano
FISURACIN POR SOLIDIFICACIN
Los cristales slidos expulsan a la interfase lquida elementos e
impurezas que luego forman compuestos de bajo punto de fusin
durante la solidificacin 14
La forma geomtrica del cordn influye determinante. Si el cordn es
angosto y profundo, la ltima zona en solidificar se ubicar en el centro
del cordn; mientras que si el cordn es, ms bien, ancho y menos
profundo, la ltima zona en solidificar se encontrar en la superficie del
cordn.
FISURACIN POR SOLIDIFICACIN
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FISURACIN POR LICUACIN O REFUSIN
Las elevadas temperaturas producidas por el aporte de calor del arco
elctrico favorecen en la regin de interfase entre el metal fundido y la
ZAC fenmenos difusivos de elementos perjudiciales (P y S entre los
ms importantes) a travs de los lmites de granos.
Ello genera un incremento de la concentracin de estos elementos en
estas zonas provocando la formacin de compuestos de bajo punto
de fusin e iniciando as la refusin de estas regiones en los lmites
de granos.
La presencia de contracciones por enfriamiento y solidificacin
provocan esfuerzos de traccin que finalmente fisuran estas regiones
que se localizan en la ZAC o en su interfase con el metal solidificado. 16
FISURACIN POR LICUACIN O REFUSIN
De todos los elementos que favorecen la fisuracin en caliente, el
azufre es el ms importante.
Este elemento forma, con el hierro, sulfuros o constituyentes que
poseen un bajo punto de fusin (el constituyente eutctico Fe-FeS
funde a 988C).
El fsforo incrementa el efecto perjudicial del azufre, por lo que se
deben restringir sus concentraciones en los aceros a niveles de
%S < 0,01% y % (S+P) < 0,02%.
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Bao fundido Estado lquido/slido
Arco elctrico
Esfuerzos de
compresin
Pelcula en
fase lquida en
lmite de grano
Bao fundido Estado lquido/slido
Arco elctrico
Esfuerzos de
traccin
Grieta en caliente
b) Formacin de la grieta en la ZAC
a) Refusin de los lmites de grano
FISURACIN POR LICUACIN O REFUSIN
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Una forma de reducir el efecto perjudicial del azufre es agregando
manganeso al acero en cantidad suficiente, de manera que se
formen sulfuros de manganeso (MnS), los cuales no se disuelven ni
se licuan (refunden) a bajas temperaturas.
El contenido de Mn en el acero depende no slo del %S presente,
sino tambin del %C:
Un acero de 0,12 %C requiere una relacin Mn/S igual a 20 para
inhibir la fisuracin en caliente
Un acero con 0,15 %C la relacin Mn/S se debe elevar hasta 55.
FISURACIN POR LICUACIN O REFUSIN
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FISURACIN EN CALIENTE
EVALUACIN DE LA SUSCEPTIBILIDAD A LA FISURACIN EN
CALIENTE
Se ha desarrollado una gran variedad de mtodos para evaluar la
susceptibilidad a la fisuracin en caliente de una unin soldada.
Estos mtodos se pueden dividir en dos grandes grupos:
1. Probetas auto-tensionadas
2. Probetas externamente tensionadas
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PROBETAS AUTO-TENSIONADAS
Zonas de medicin Cordones para
apuntalar la unin
1er cordn 2do cordn
plancha
Probeta de doble unin en filete
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Se emplea para ello una placa de 12 mm de espesor ( de 40 mm),
hecha del material base que se desea soldar, a la cual se une,
mediante dos cordones de soldadura de filete, a otra similar de
12 mm de espesor.
El primer cordn se suelda procurando que el tamao del filete ("a")
sea de aproximadamente 5 mm. Inmediatamente despus de haber
culminado el primer cordn (no ms de 20 segundos), se da inicio
al segundo cordn, el cual ser por lo menos 20% ms delgado que
el primero y se realizar en el sentido contrario a ste.
Como consecuencia de la contraccin del primer cordn, el
segundo ser sometido a esfuerzos que podrn provocar fisuras en
caliente si el material es susceptible a ello.
PROBETAS AUTO-TENSIONADAS
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PROBETAS AUTO-TENSIONADAS
Bastidor para
fijacin de la probeta
probeta
Placa base dentada
Tornillos de
fijacin
Tornillos de
fijacin
Esquema de la ubicacin de la probeta mediante el mtodo Fisco
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PROBETAS AUTO-TENSIONADAS
El mtodo consiste en colocar y fijar la probeta (o cupn de ensayo)
a travs de un dispositivo.
Por medio de este dispositivo se fija la probeta mediante tornillos
verticales y horizontales.
Los parmetros de ensayos pueden variar entre los siguientes
lmites:
1. Espesor de plancha: de 1 a 40 mm
2. Separacin de raz: de 0 a 6 mm
3. Forma de la junta: cualquiera
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PROBETAS AUTO-TENSIONADAS
Una vez fijada la probeta, se procede a realizar varios cordones
cortos (aprox. 40 mm) y contiguos (separados entre s 5 mm).
Esto se realiza con el objeto de producir ms regiones susceptibles a
la fisuracin en caliente, las cuales son precisamente los puntos de
inicio y fin de cada cordn.
El criterio empleado para evaluar la susceptibilidad a la fisuracin en
caliente a travs de este mtodo es la relacin entre la longitud total
de las grietas formadas y la longitud total del cordn:
soldadura de cordn del total longitud
fisuras de longitud caliente en fisuracin de Indice
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PROBETAS EXTERNAMENTE TENSIONADAS
electrodo
fijacin
probeta
platina de cobre
placa base
Aplicacin de la
carga de flexin
Representacin del dispositivo para realizar el ensayo HDR 26
PROBETAS EXTERNAMENTE TENSIONADAS
Este ensayo permite evaluar la tendencia a la fisuracin en caliente
mientras se realiza una unin soldada.
El ensayo consiste en colocar dos planchas a unir mediante
soldadura en posicin horizontal sobre dos planchas de cobre, las
cuales a su vez descansan en un dispositivo que permite no slo la
fijacin de las probetas de ensayo sino tambin su posterior
deformacin.
Durante el ensayo, las probetas son sometidas, mientras se realiza la
soldadura, a una deformacin plstica en la direccin transversal al
cordn.
La velocidad de deformacin aplicada se mantiene constante durante
el ensayo.
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PROBETAS EXTERNAMENTE TENSIONADAS
Esta velocidad se incrementa en cada ensayo siguiente hasta que se
produzca la fisuracin del cordn.
A la velocidad de deformacin mnima que produce fisuracin se le
denomina velocidad de deformacin crtica y es empleada como el
criterio para evaluar la susceptibilidad al agrietamiento en caliente.
Normalmente se emplean de cinco a ocho ensayos para determinar
esta velocidad de deformacin crtica.
Uniones soldadas que han soportado velocidades de deformacin
mayores a 40 m/s sin presentar fisuracin durante este ensayo sern
prcticamente inmunes a la fisuracin en caliente. 28
PROBETAS EXTERNAMENTE TENSIONADAS
Posicin de la antorcha al momento
de deformar la probeta Posicin de la antorcha al momento
de deformar la probeta
probeta
R
R
t
t
a) b)
Representaciones de los dispositivos empleados en los ensayos
a) Varestraint y b) Transvarestraint (transversal al cordn)
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PROBETAS EXTERNAMENTE TENSIONADAS
Consiste en aplicar una deformacin plstica controlada en una
plancha mientras se deposita un cordn de soldadura a lo largo del eje
longitudinal de la plancha.
El ensayo permite evaluar la susceptibilidad a la fisuracin en caliente
del material base o de una unin soldada.
En el primer caso, no se emplea material de aporte y se aplica calor
(produciendo una zona fundida) a travs de una antorcha TIG que se
mueve en el sentido longitudinal de la probeta.
En el segundo caso, se deposita un cordn empleando para ello
material de aporte y cualquiera de los procesos de soldadura.
Las dimensiones de la probeta para el ensayo son: 40 x 10 x 100 mm. 30
PROBETAS EXTERNAMENTE TENSIONADAS
Cuando la antorcha ha alcanzado el punto medio de la probeta, se
procede a deformarla plsticamente a travs de un punzn que posee
un determinado radio de curvatura.
La soldadura contina durante el proceso de deformacin hasta que el
final del cordn se encuentre a unos centmetros de distancia de la
zona de deformacin.
La deformacin aplicada se calcula mediante la elongacin "e":
matriz la de radio x2
plancha la de espesor x100 (% )
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PROBETAS EXTERNAMENTE TENSIONADAS
Se pueden aplicar niveles de elongacin hasta 4% en funcin de la
susceptibilidad que tenga el material a la fisuracin en caliente. Para
ello es suficiente elegir el radio de curvatura del punzn.
Se puede aplicar la deformacin en el sentido longitudinal al cordn
(ensayo varestraint) o en sentido transversal (ensayo transvarestrant).
El criterio que se emplea para evaluar la resistencia a la fisuracin en
caliente es la longitud total de todas las fisuras encontradas en la
probeta ensayada (en relacin a la elongacin aplicada " e").
Normalmente se requiere un total de cinco probetas para establecer un
resultado reproducible. 32
PROBETAS EXTERNAMENTE TENSIONADAS
Probeta PVR
Velocidad de deformacin (mm/min)
Representacin del principio del ensayo PVR
F F
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PROBETAS EXTERNAMENTE TENSIONADAS
Consiste en deformar la probeta a una velocidad variable a lo largo de
todo el ensayo.
En estas condiciones, la velocidad de deformacin es incrementada de
manera continua de 0 a 70 mm/min hasta que la probeta alcance la
regin de deformacin plstica.
El criterio empleado es la velocidad de deformacin crtica para la cual
aparecen las primeras fisuras en caliente.
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FISURACIN EN FRO
Este tipo de fisuracin se produce cuando el metal soldado se
encuentra en proceso de enfriamiento o cuando, posteriormente, el
metal ya est fro.
A diferencia de la fisuracin en caliente, la fisuracin o agrietamiento
en fro se produce a temperaturas generalmente por debajo de los
300C.
No hay una sola causa que explique este tipo de fisuracin; ms
bien, son muchos los factores que intervienen en ella.
Dentro de la fisuracin en fro se puede distinguir una serie de tipos
de fisuracin, de acuerdo a los diferentes mecanismos que inducen
fragilizacin y posterior agrietamiento en la unin soldada.
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FISURACIN EN FRO
La fisuracin puede aparecer durante la soldadura, inmediatamente
despus de ella o incluso luego de un perodo de tiempo que puede
ser desde algunas horas hasta semanas.
Las causas ms importantes de la fisuracin en fro en las uniones
soldadas de los aceros al carbono y de baja aleacin son:
1. Fragilizacin por endurecimiento de la zona afectada por el
calor (ZAC)
2. Formacin de tensiones residuales en el cordn de soldadura
3. Fragilizacin por hidrgeno
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FRAGILIZACIN POR ENDURECIMIENTO DE LA ZAC
El riesgo de fragilizacin de la ZAC aparece cuando, como
consecuencia del ciclo trmico y especialmente en la etapa de
enfriamiento, se producen microconstituyentes frgiles en ella.
El constituyente ms peligroso es, en ese sentido, la martensita.
La presencia de martensita en la ZAC reduce sensiblemente la
tenacidad del acero en esta regin y favorece su rotura frgil.
Como se sabe, la martensita se forma en el acero cuando este es
enfriado rpidamente desde temperaturas elevadas (> 723C) donde
est presente la austenita.
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FRAGILIZACIN POR ENDURECIMIENTO DE LA ZAC
Un acero alcanzar un mayor nivel de endurecimiento en la ZAC
(mayor riesgo de fisuracin) cuanto:
1. Ms alto sea su %C.
2. Ms elevado sea su contenido de elementos aleantes (CE).
3. Ms elevada sea la velocidad de enfriamiento del cordn de
soldadura.
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DUREZA DEL ACERO
Dureza mxima (HV) = 939 %C + 284
As, por ejemplo:
Si se tiene un acero con 0,2 %C, la dureza mxima que se puede
alcanzar por transformacin martenstica ser 472 HV.
En cambio, para un acero de 0,4 %C, la dureza mxima posible
ser 660 HV.
Los valores que se deducen de la ecuacin corresponden a la dureza
que el acero alcanzara luego de una transformacin 100%
martenstica, es decir, sera la dureza mxima alcanzable en un acero.
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Dureza mxima en la ZAC (HV) = 1200 CE - 200
A travs de esta relacin, es posible predecir la dureza mxima que
se alcanzara en la ZAC de una unin soldada.
Tomando como ejemplo un acero al carbono de 0,2%C (con un
contenido mximo de 0,6 %Mn), se puede calcular el CE y luego
estimar la dureza mxima en la ZAC:
1. Acero al carbono : 0,2%C
2. CE = %C + %Mn/6 = 0,3%
3. Dureza mxima en la ZAC = 160 HV
DUREZA MXIMA EN LA ZAC
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RIESGO DE FISURACIN EN FRO
Dureza mxima en la
ZAC
Mximo % martensita
presente
Riesgo de fisuracin en
fro
> 450 HV > 70% Muy probable
De 350 HV a 450 HV 50 - 70% Probable
De 280 HV a 350 HV 30 - 50% Poco probable
< 280 HV < 30 %
Sin riesgo alguno (no hay
necesidad de tratamiento
post-soldadura)
Relacin entre la dureza mxima en la ZAC, el porcentaje de martensita
presente y el riesgo de fisuracin en fro en la ZAC asociado a ellos
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TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO
CE (%) Temperatura de precalentamiento (C)
< 0,4 -------------
0,4 - 0,5 100 - 200
0,5 - 0,55 200 - 300
0,55 - 0,6 300 - 400
Temperaturas de precalentamiento recomendadas en funcin de la
concentracin de Carbono Equivalente, para evitar la formacin de
estructuras frgiles en uniones soldadas de aceros al carbono y de baja
aleacin:
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TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO
En resumen, teniendo en cuenta el riesgo de fisuracin en fro por
endurecimiento de la ZAC, se puede recomendar lo siguiente:
Aceros al carbono con %C < 0,2 o aceros de baja aleacin con CE
< 0,4% (con espesores de plancha < 30 mm) no requieren de
medidas especiales para ser soldados.
Aceros al carbono con %C > 0,2 o aceros de baja aleacin con CE
> 0,4% deben ser precalentados especialmente cuando se
sueldan piezas de espesor grueso.
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RECOMENDACIONES
Para evitar o reducir el riesgo de fisuracin de uniones soldadas por
endurecimiento de la ZAC, se deben tomar en cuenta las siguientes
medidas:
1. Precalentar la pieza antes y durante la soldadura para evitar la
formacin de martensita durante el enfriamiento.
2. Efectuar un tratamiento post-soldadura, ya sea de alivio de
tensiones o ya sea un tratamiento de revenido para reducir la
dureza en la ZAC.
3. Seleccionar un acero con menor CE (CE < 0,4%), que reduce la
tendencia al endurecimiento en la ZAC.
4. Seleccionar un acero con menor %C (%C < 0,2), que reduce la
dureza mxima que se puede alcanzar durante en enfriamiento en
una unin soldada. 44
FRAGILIZACIN POR HIDRGENO
A diferencia de la fisuracin por endurecimiento de la ZAC, la
fragilizacin por hidrgeno puede provocar fracturas retardadas en
el tiempo, es decir, aparecer tiempo despus de haber soldado la
pieza.
En estas condiciones, un cordn de soldadura puede estar exento de
fisuras inmediatamente despus de haber sido soldado; pero al cabo
de algunas horas o das se puede observar la aparicin de grietas
debidas al hidrgeno presente en la unin soldada.
Las grietas, debidas a fragilizacin por hidrgeno, pueden
manifestarse de diferentes formas: pueden ser superficiales,
transversales, longitudinales, internas; en suma, pueden presentarse
o bien en el depsito o en la ZAC.
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FRAGILIZACIN POR HIDRGENO
transversal
longitudinal
bajo el cordn
en los entalles
ZAC
depsito de soldadura
Formas de fisuras debidas a fragilizacin por hidrgeno 46
FRAGILIZACIN POR HIDRGENO
El hidrgeno puede penetrar al cordn de soldadura desde diferentes
fuentes:
La humedad del ambiente, del material de aporte y del metal
base.
Pelculas de grasa, aceite o pinturas sobre la superficie a soldar
pueden provocar hidrgeno atmico al vaporizarse por efecto
del calor durante la soldadura.
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FRAGILIZACIN POR HIDRGENO
Los parmetros de soldadura tambin influyen en la cantidad de
hidrgeno que se puede generar durante el proceso.
As:
Al aumentar la intensidad de corriente, se eleva el contenido de
hidrgeno en el depsito de soldadura.
Electrodos de menor dimetro pueden aportar ms hidrgeno
difundible que electrodos de dimetro mayor.
Al aumentar la tensin del arco elctrico, se incrementa el
contenido de hidrgeno difundible en el depsito. 48
FRAGILIZACIN POR HIDRGENO
Cuando la humedad (del ambiente, del material de aporte o del
material base) es calentada, esta se transforma en vapor de agua.
Una parte de este vapor que rodea el arco elctrico de la soldadura
es calentado a mayor temperatura, provocando la formacin de
molculas de hidrgeno y oxgeno:
2 H2O 2 H2 + O2
A temperaturas mucho ms elevadas (por encima de los 2200C),
presentes en el arco elctrico, se produce la disociacin de las
molculas al estado atmico:
2 H2 + O2 4 H + 2 O
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ESTADOS DE LA MATERIA
50
FRAGILIZACIN POR HIDRGENO
El H se difunde
hacia la ZAC
El H se difunde en
el depsito
El H se difunde hacia el
exterior de la unin
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FRAGILIZACIN POR HIDRGENO
Conforme se enfra la unin soldada, algunas de las regiones de la
misma se sobresaturan de hidrgeno, el cual se ve obligado a
difundirse hacia regiones de la red cristalina que le permitan
mantenerse en solucin.
Estas regiones pueden ser defectos en el cordn, como poros,
inclusiones no metlicas o pequeas discontinuidades en la
estructura cristalina.
Debido a que el hidrgeno en estado atmico es muy inestable,
tendern a formar molculas en el interior de estos defectos.
La formacin de una molcula de hidrgeno a partir de dos tomos
del mismo implica un incremento de volumen notable, pues el
tamao atmico de la molcula es 100,000 veces mayor que la del
tomo de hidrgeno. 52
FRAGILIZACIN POR HIDRGENO
Ello conduce a la generacin de elevadas presiones internas
(> 100 bar) que someten a esta pequea regin del material a
elevados esfuerzos internos que pueden dar origen a la nucleacin
de una microgrieta.
Esta microgrieta crece hasta aliviar el estado de tensiones a su
alrededor y, entonces, se detiene.
Es aqu cuando se produce nuevamente la difusin del hidrgeno al
fondo de la microgrieta, provocando un nuevo ciclo de aumento de
presin, de tensiones internas y crecimiento de la misma.
Cuando la fisura alcanza un tamao crtico, esta se propaga
instantneamente a travs de toda la seccin y provoca la rotura
catastrfica del elemento.
53
FRAGILIZACIN POR HIDRGENO
Son muchos los factores que influyen de manera importante en la
susceptibilidad a la fisuracin por hidrgeno.
Los ms comunes son:
Composicin qumica del metal base y del metal depositado
Nivel de hidrgeno difundible en el cordn
Calor de aporte empleado
Espesor de la unin soldada
Nivel de esfuerzos residuales
Grado de restriccin (embridamiento) de la unin soldada 54
FRAGILIZACIN POR HIDRGENO
CMO EVITAR LA FISURACIN POR HIDRGENO
1. Emplear en la soldadura materiales de aporte de bajo hidrgeno.
2. Precalentar la unin soldada a fin de evitar la presencia de
estructuras frgiles que incrementen el riesgo de fisuracin debida
al hidrgeno.
3. Realizar un tratamiento trmico post-soldadura de deshidrogenado
de la unin soldada, de forma que se elimine o se reduzca el
contenido de hidrgeno presente y se facilite su difusin hacia el
exterior. Se suele emplear tratamientos de deshidrogenado
calentando la unin soldada a 250C durante varias horas.
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55
FRAGILIZACIN POR HIDRGENO
Temperatura de precalentamiento propuesto por Uwer y Hhne,
obtenida sobre la base de resultados de ensayos que miden la
susceptibilidad a la fisuracin por hidrgeno:
T precal (C) = 700 CET + 160 tanh (d/35) + 62 HD0,35 + (53CET-32) Q - 330
CET (%) = C + (Mn + Mo)/10 + (Cr+Cu)/20 + Ni/40
tanh : tangente hiperblica
d : espesor de plancha (mm)
HD : contenido de hidrgeno en el depsito en cm3/100g
Q : calor de aporte en KJ/mm 56
ENSAYOS PARA EVALUAR LA SUSCEPTIBILIDAD A LA FISURACIN EN
FRO
Al igual que los ensayos tecnolgicos para evaluar el riesgo a la
fisuracin en caliente, estos diferentes mtodos se pueden
subdividir en:
1. Probetas auto - tensionadas
2. Probetas externamente tensionadas
FISURACIN EN FRO
57
PROBETAS AUTO-TENSIONADAS
Perno de sujecin
Cordn de ensayo 2
(enfriamiento
tridireccional) Cordn de ensayo
1
(enfriamiento
bidireccional)
Cordn de
embridamiento
Cordn de
embridamiento
Probeta del ensayo CTS (controlled thermal severity test) 58
PROBETAS AUTO-TENSIONADAS
El cordn de ensayo 1 posee dos direcciones para el flujo de calor
(enfriamiento bidireccional), mientras que el cordn de ensayo 2
posee tres diferentes direcciones para transferir el calor durante el
enfriamiento (enfriamiento tridireccional), por lo que se enfriar ms
rpido y ser ms susceptible a la fisuracin en fro.
Luego de 24 horas de realizados los cordones de ensayo, se
inspeccionan stos mediante END para detectar la presencia de
fisuras.
Adems, se cortan secciones transversales de estos cordones y se
realizan anlisis metalogrficos con el fin de determinar el nmero y
profundidad de las fisuras presentes.
59
PROBETAS AUTO-TENSIONADAS
espesor (t) > 10 mm
cordones de anclaje o
embridamiento
200
150
80
B
B
A
A
A-A
B-B
Esquema de la probeta para el ensayo "Tekken" 60
PROBETAS AUTO-TENSIONADAS
El ensayo Tekken (desarrollado por el Instituto japons para la
investigacin de ferrocarriles).
En este ensayo se procede a realizar una junta soldada a tope (y con
preparacin de junta) sobre el centro de dos planchas, las cuales
fueron previamente fijadas (embridadas) a travs de cordones de
soldadura en sus extremos, a fin de reducir de manera importante la
libertad de deformacin en el cordn de prueba y, por tanto, generar
altos esfuerzos residuales.
Una vez realizado el cordn de ensayo, se procede a inspeccionarlo
luego de 24 o incluso 48 horas con el fin de detectar posible
presencia de fisuracin.
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PROBETAS AUTO-TENSIONADAS
Las fisuras presentes son medidas y el nivel de fisuracin es
cuantificado a travs de varios coeficientes de fisuracin
previamente establecidos por este mtodo.
Es posible determinar la temperatura de precalentamiento mnima
que permita una soldadura libre de fisuras en fro.
Este ensayo simula muy bien condiciones de soldadura de raz en
una pasada.
El estado de esfuerzos residuales que se obtiene con este tipo de
ensayo es extremadamente alto y, los valores de temperaturas
mnimas de precalentamiento para evitar la fisuracin son bastante
conservadores (ms altas que las necesarias en condiciones reales). 62
PROBETAS EXTERNAMENTE TENSIONADAS
150
60
60
D
d
300
Cordn
depositado
ZAC
implante Fuerza aplicada
electrodo
D - d = 0,05 - 0,15 mm
20
200
Caractersticas del ensayo del implante
63
PROBETAS EXTERNAMENTE TENSIONADAS
El ms conocido de todos los mtodos de este grupo es el ensayo
del implante, que consiste en colocar una varilla de 6 mm a 8 mm de
dimetro dentro de un agujero de un dimetro ligeramente mayor, el
cual es pasante a la plancha.
La varilla es ubicada de tal forma que su extremo roscado se
encuentre al mismo nivel que la superficie de la plancha.
Se procede a depositar un cordn de manera que el "implante" sea
soldado tambin.
Inmediatamente despus de ejecutado el depsito, el implante es
sometido a traccin por la aplicacin de una carga ubicada en la
parte inferior de la varilla. 64
PROBETAS EXTERNAMENTE TENSIONADAS
La probeta es mantenida bajo carga constante durante un lapso de 16
a 72 horas.
Si el depsito de soldadura no presenta fisuras o fracturas luego del
ensayo, se procede a realizar otro depsito y a someter a un nuevo
implante a una carga mayor.
De esta manera, se puede construir una curva tensin vs. tiempo de
ensayo y determinar el nivel de esfuerzo mnimo por encima del cual
hay riesgo de fisuracin en fro.
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PROBETAS EXTERNAMENTE TENSIONADAS
Tensin (MPa)
Duracin del ensayo hasta fisuracin
No fisuran
Esfuerzo mnimo por encima del
cual hay riesgo de fisuracin en
fro
Curva esfuerzo-duracin de ensayo segn el mtodo del implante 66
DESGARRE LAMINAR
Desgarre laminar
Direccin de laminacin
Representacin del desgarre laminar en una unin de filete
-
12
67
DESGARRE LAMINAR
Este tipo de fisuracin se produce en uniones soldadas,
preferentemente en juntas en filete, cuando se sueldan planchas
laminadas en caliente que presentan inclusiones no metlicas
alineadas en el sentido de laminacin y en direccin perpendicular a
los esfuerzos de contraccin producidos por el enfriamiento del
cordn de soldadura.
En los aceros, las inclusiones no metlicas, como sulfuros de
manganeso, aluminosilicatos u xidos pueden alinearse en la
direccin de laminacin en caliente del acero y, dependiendo de su
contenido volumtrico en l, reducir de manera importante (hasta un
90%) la resistencia mecnica de la unin en sentido perpendicular a
la direccin de las inclusiones. 68
DESGARRE LAMINAR
Tipos de junta sensibles
al desgarre laminar
Posibilidades de mejoramiento
constructivo
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Tipos de junta sensibles
al desgarre laminar
Posibilidades de mejoramiento
constructivo
DESGARRE LAMINAR