CONCEPTOS GENERALES

a. Propiedad de los materiales

Dureza.

Es una condición de la superficie de un material que representa la dificultad o resistencia delmismo a la deformación elástica, plástica y/o fractura, en presencia de esfuerzos de contactolocales inferidos por otro cuerpo más duro el cual no sufre deformaciones residuales(indentador), de determinada forma y dimensiones.

Ductilidad

Es la propiedad que presenta los materiales que bajo la acción de una fuerza externa puedendeformarse sosteniblemente sin romperse

La ductilidad asegura que sea necesario un esfuerzo muy pronunciado para que se produzca elquiebre, y evita el esparcimiento en pequeños fragmentos, peligrosos.

Lo opuesto a la ductilidad es la fragilidad que algunas veces se produce por tensiones residualesgeneradas en el proceso de fabricación

Tensiones residuales

Se crean en la Soldadura porque implica la aplicación de calor altamente localizadoen metales que responden a la ley física de expansión contracción, capaces de afectarsu estructura y en condiciones de movimiento restringido, de esta manera se puede afirmar quedurante el calentamiento que la soldadura impone a una pequeña partede las piezas, el aumento de volumen de esta resulta impedido por el calentamientodesigual del metal base, por lo que el crecimiento de volumen libre será función directa delgradiente de temperatura y del coeficiente de dilatación del material calentado

Estructura interna de los materiales

b. Conceptos técnicos de tratamiento térmico post- soldadura

Termopar o termocupla.

Es un dispositivo que hace la función de sensor y por medio del cual se mide la temperaturadurante los periodos de calentamiento, permanencia y enfriamiento.

Zona afectada por el calor (ZAC o HAZ)

Porción de material base que no ha sido fundido durante el proceso de soldadura pero cuyaspropiedades mecánicas o su microestructura han sido modificadas debido a la influencia delcalor.

Gradiente

Diferencia de temperatura en los lados de una pared.

Resistencias eléctricas.

Material con alta resistencia eléctrica, el cual se calienta al someterlo a una diferencia de voltaje.

Fibra cerámica

Material con una baja conductividad térmica, evita la disipación de calor, y mejora elaprovechamiento del mismo en el calentamiento de las juntas soldadas.

EFECTOS INDESEABLES A PARTIR DEL PROCESO DE SOLDADURA

Generación de tensiones residuales

Las tensiones residuales se identifican como factores que intervienen en el deterioro de loselementos fabricados en función de un proceso de soldadura. Debido a la problemática quegeneran estas tensiones, se han investigado sus características además de formas de disminuiro eliminar sus consecuencias.

El proceso de soldadura se desarrolla con la aplicación de calor en zonas localizadas del metal,el mismo que se ve afectado en su estructura y en condiciones de restricción de movimiento, detal manera que al exponer una pequeña parte de la pieza al calor generado por el proceso desoldadura, el aumento de volumen de ésta resulta limitado por el calentamiento desigual delmetal base y por el grado de sujeción que tenga la misma.

El grupo de los metales tienen la característica de dilatarse al estar expuestos al calor. Si elcalentamiento es localizado como ocurre durante la soldadura, la falta de uniformidad de latemperatura produce dilataciones diferentes en distintos puntos de la pieza en un mismoinstante generándose por esa razón tensiones residuales.

Si estas tensiones alcanzan el límite de fluencia, situación que ocurre normalmente en el cordónde soldadura, se produce deformación plástica localizada que luego en el enfriamiento generatensiones residuales. En una soldadura existen tensiones residuales tanto longitudinales comotransversales al cordón.

El efecto de las tensiones residuales en el comportamiento de estructuras soldadas essignificativo y pueden influir en algún modo de falla, o en las características de servicio delmaterial.

Los efectos de las tensiones residuales en el modo de falla se pueden resumir en lo siguiente:

1) Fluencia y Colapso Plástico.

2) Fractura. A medida que el nivel de las tensiones aplicadas aumenta, el efecto de las tensionesresiduales disminuye. Son perjudiciales en situaciones de baja tenacidad (Ej. debajo de latemperatura de transición para aceros estructurales) pero no necesariamente en situaciones dealta tenacidad.

3) Fatiga. Las tensiones residuales de compresión pueden mejorar la resistencia a la fatiga deestructuras soldadas. Las tensiones residuales de tracción en cambio, disminuyen la resistenciaa la fatiga ya que elevan la tensión media y la relación entre la tensión mínima y la máxima(fmin/fmax). Su efecto es perjudicial al evitar el cierre de la fisura.

4) Corrosión bajo tensión. En un ambiente apropiado, las tensiones residuales de tracciónpueden ser suficientes para causar corrosión bajo tensión en un material particular con o sin lapresencia de tensiones adicionales.

5) Pandeo. Las tensiones residuales reducen significativamente la resistencia al pandeo decolumnas fabricadas por soldadura.

6) Fisuración de Soldadura. Las tensiones residuales pueden influir en distintos tipos defisuración de soldadura. Fisuración en caliente durante la solidificación. Fisuración porHidrógeno en distintos puntos duros de la zona afectada por el calor, desgarre laminar,fisuración por recalentamiento.

Modificación de la estructura metalográfica

La mayoría de los aceros modernos obtienen sus propiedades mecánicas mediante procesostermomecánicos como forja, laminación, extrusión, fundición o tratamiento térmico, los cualesal ser realizados correctamente proporcionan una microestructura óptima para soportar lassolicitaciones mecánicas.

Cuando a esta estructura se le aplica el ciclo térmico de la soldadura se forman dos zonasperfectamente diferenciadas

Metal fundido con o sin presencia de metal de aporte. Zona afectada por el calor. Esta zona está afectada estructuralmente sin haber llegado

a la fusión.

Estas dos zonas ya no tienen la estructura óptima original del material base y por lo tanto puedeconsiderarse a este cambio estructural un efecto indeseable del ciclo térmico de soldadura.

Esto puede controlarse parcialmente por dos medios.

Modificando el ciclo térmico de la Soldadura. Actuando sobre las variables del proceso de soldadura. Por medio del Precalentamiento del Material Base.

Realizando un ciclo térmico luego de la soldadura con temperaturas y velocidades decalentamiento/enfriamiento controlado. A este ciclo se le llama TRATAMIENTOTÉRMICO POST SOLDADURA. (TTPS) (PWHT) y conjuntamente con el precalentamientoes la forma idónea para evitar o corregir los efectos indeseables de la soldadura.

Absorción de gases por la soldadura

Uno de los problemas más importantes a tener en cuenta cuando se estudian los efectosindeseables del proceso de soldadura es la absorción de gases por el metal fundido.

Cualquiera que sea el procedimiento de fusión, en el acero líquido se fijan cantidades más omenos importantes de los gases del aire (Oxigeno y Nitrógeno) y de los productos dedescomposición del revestimiento, principalmente Hidrógeno procedente de la humedad o delagua de cristalización de ciertas substancias químicas.

El Oxígeno puede presentarse disuelto o formando óxido de hierro, o combinado con otrosóxidos. En estado disuelto puede influir sobre las propiedades mecánicas de la solución sólida;en estado de óxido influye por la presencia de inclusiones en la tenacidad y estricción del metalde soldadura.

El Nitrógeno origina al nitruro de hierro Fe4N en forma de agujas que también influye en latenacidad. Cuando el Nitrógeno se encuentra disuelto produce el envejecimiento del acero conla correspondiente falta de plasticidad.

Pero el verdadero problema y mucho más grave es que durante la soldadura el acero tambiénabsorbe Hidrógeno. Las soldaduras oxiacetilénicas contienen muy poco hidrógeno (2 a 3 cm3 por100g de metal); La concentración de hidrógeno en las soldaduras por arco es, por el contrariomucho más importante y puede llegar a alcanzar el límite de solubilidad de este gas en el metallíquido (28 cm3 por 100g de metal) según sea la naturaleza del revestimiento. El hidrógeno es lacausa de la formación de microfisuras, sopladuras y es el formador de los fish-eyes.