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LABORATORIO DE METALURGIA MECANICA

TRACCION EN ACERO N80 SIN CORDON DE SOLDADURA Y API-5L CON CORDON DE

SOLDADURA

ELVER ANDRES CAMARGO BORDA 200820311

UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE METALURGIA

TUNJA 2015

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LABORATORIO DE METALURGIA MECANICA

TRACCION EN ACERO N80 Y API-5L CON CORDON DE SOLDADURA

ELVER ANDRES CAMARGO BORDA 200820311

DOCENTE ING. MONICA MELGAREJO

UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE METALURGIA

TUNJA 2015

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INTRODUCCION

En este laboratorio se busca obtener las propiedades de 2 probetas de Acero AISI N80 y API 5L,

usando los datos obtenidos en un ensayo de traccin, las propiedades a medir sern el Limite de

fluencia, el Esfuerzo mximo, Deformacin mxima, para realizar tales mediciones se analizaran

las curvas de Esfuerzo vs Deformacin, formadas con los datos obtenidos del ensayo.

En este informe se explica la influencia de un cordn de soldadura aplicado transversalmente a

una probeta de acero API 5L, el objetivo es ver cmo son afectadas las propiedades mecnicas de

este acero y compararlas con las propiedades mecnicas calculadas para el acero N80 si cordn de

soldadura.

Para esta experiencia se realizo un ensayo de traccin, en esta operacin se somete a una probeta

a una carga que aumenta de forma gradual hasta que se llega al punto de ruptura de la probeta,

pasando por 4 zonas distintos, tales comportamientos se notaran en los grficos de Esfuerzo vs

Deformacin, estas zonas corresponden a:

Deformacin elstica, fluencia, deformacin plstica.

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PROCEDIMIENTO

La probeta de acero N80 se maquino mediante normas ASTM, mientras que la probeta de acero

API 5L se mecanizo segn normas AWS B4, la cual indica las dimensiones de una probeta con un

cordn de soldadura de forma transversal.

A cada filete de acero de coloco en la maquina universal de ensayos a traccin, a una velocidad de

5mm/min.

Se tomaron las dimensiones de cada probeta antes y despues del montaje en la maquina

universal.

Para N80

Longitud calibrada: 165mm

Longitud final: 175mm

Largo: 7mm

Largo final: 3,47mm

Ancho Inicial: 9,9mm

Ancho final: 9,1mm

Para API-5L

Longitud calibrada: 110mm

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Longitud final: 135mm

Largo inicial: 12,6mm

Largo final: 6,9mm

Ancho inicial: 21,1mm

Ancho final: 12,7mm

Una vez fallados los filetes de acero se tomo la informacin generada por la mquina de ensayos,

en la cual se encuentra la grafica esfuerzo deformacin y la carga mxima aplicada. Con estos

datos se procedi a realizar los clculos correspondientes.

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CALULOS

ACERO API5L

rea transversal de forma rectangular

Altura Inicial calibrada: 110mm

Altura final: 135mm

=135 110

110= 0,227

Ancho Inicial: 12,6mm

Ancho final: 6,9mm

= 12,6 6,9

12,6= 0,2142

Largo Inicial: 21,1mm

Largo final: 12,7mm

rea transversal: 21,1mm*12,7mm= 265,86 mm^2

Carga mxima soportada: 181,203 KN = 181203 N

=

=

181203

265,862= 681,573

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Relacin de Poisson

= 0,227

0,2142= 1,061

Modulo de elasticidad

=

= 681,573 1,061 = 723,17

Fluencia:

= 0,2 =0,20,2

= (681,573) 0,2 = 136,31

Porcentaje de elongacin:

% =135 110

110 100 = 22,72%

Porcentaje de reduccin de area:

rea Inicial: 265,86 mm^2

Area final: 12,7mm*6,9mm=87,63mm^2

% =265,862 87,632

265,862 100 = 67,04%

Forma de Rotura

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En este acero sometido a traccin, se presento una fractura ductil. Hay una gran deformacin

plstica, la cual esta registrada en el diagrama esfuerzo deformacin. Esta gran deformacin se

debe al cordon de soldadura presente, este le aumenta significativamente su resistencia; con este

refuerzo, la maquina tiene que realizar un mayor esfuerzo para fracturar el metal, por lo tanto

habr una mayor deformacin plstica; aunque la velocidad de ensayo no se cambio, tambin se

presenta un endurecimiento por deformacin, la cual tambin influye en la deformacin plstica.

Con la visible formacin de un cuello de botella, la fractura presente en este acero posee un

aspecto astillada, la forma de fractura es posee elementos de cizallante, se puede ver que la grieta

se propaga diagonalmente, por cual se puede decir que va ocurrir una fractura cizallante mediante

deslizamiento de plano. La fractura cnica deja cavidad en la parte inferior de la probeta como se

ve en la imagen, con lo cual este acero presento una fractura dctil combinada.

Diagrama Esfuerzo-Deformacin

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ACERO N80

rea transversal de forma rectangular

Altura Inicial Calibrada: 165mm

Altura final: 175mm

=175 165

165= 0,06060

Ancho Inicial: 7mm

Ancho final: 3,47mm

= 7 3,47

7= 0,504

Largo Inicial: 9,9mm

Largo Final: 9,1mm

Area Transversal: 9,9mm*7mm=63mm^2

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Carga mxima soportada: 47,2031 KN=47203,1N

=

=

47203,1

69,3 2= 681,14

Modulo de Poisson

= 0,06060

0,504= 0,1202

Modulo de Elasticidad

=

= 681,14 0,1202 = 81,87

Fluencia:

= 0,2 =0,20,2

= (681,14) 0,2 = 136,228

Porcentaje de elongacin:

% =175 165

165 100 = 6,06%

Porcentaje de reduccin de area:

rea Inicial: 63 mm^2

rea final: 3,47mm*9,1mm=31,577mm^2

% =632 31,572

632 100 = 49,88%

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Forma de Fractura

En este acero se puede apreciar una propagacin transversal de la grieta, lo cual produce una

fractura por despegue de aspecto fibroso. Al igual que en el acero anterior hay una buena

deformacin plstica, con un cuello de botella visible.

La deformacin plstica no fue tan grande como en el acero API-5L, pero igualmente presenta

ductilidad. A pesar de ser ductil, al alcanzar el punto de esfuerzo mximo, hay una cada rpida de

su resistencia, lo cual genera una rpida fractura.

Diagrama Esfuerzo-Deformacion

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Cuestionario

Medidas de probeta con soldadura de transversal.

La norma AWS B4 especifica las siguientes dimensiones, para una probeta de acero con cordon de

soldadura.

En esta norma, las dimensiones W y T, varan, con lo cual se tienen tolerancias diferentes para

especmenes (probetas).

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Medidas para probeta con soldadura longitudinal

Para estas probetas, C, B y W pueden variar con las siguientes dimensiones.

Propiedades Acero AISI N80

Propiedades Mecnicas

Resistencia

Mecanica689 Mpa min 100000 psi min

552 Mpa min 758 Mpa max

80000 psi min 110000 psi max

Elongacion

total bajo

carga

0,500% min

Fluencia

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Composicin Qumica

Especificaciones API-5L

Composicin qumica

C Si Mn P S

0,22 0 0,9 0,03 0,03

Propiedades mecnicas

Resistencia Mecnica

46800 min psi 335 MPa min

Fluencia 30500 psi min 210 min MPa

Las propiedades difieren entre los dos aceros, el API-5L posee una gran variedad de grados, los

datos obtenidos pertenecen a un grado A o L210, debido a la aplicacin en el sector petrolero que

este tiene; mientras que el acero N80, que tambin se utiliza en el sector petrolero (para tubera)

esta estandarizado para un solo grado con una composicin qumica estndar al igual que sus

propiedades mecnicas.

COMPARACION DE RESULTADOS

Resistencia (MPa)

Fluencia (MPa)

Modulo Poisson

% Reduccin

rea

Modo de Fractura

Modulo de

Elasticidad (MPa)

N80 681,14 136,228 0,1202 49,88 Dctil por despegue

81,87

API-5L 681,573 136,31 1,061 67,04 Dctil por cizallamiento

723,17

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El acero API-5L posee mayor propiedades mecnicas debido a que el cordn de soldadura le

proporciono una mayor resistencia, con lo cual el esfuerzo necesario para traccionarlo fue ms

alto, por lo tanto hubo un mayor comportamiento dctil, el cual se ve reflejado en la grafica

esfuerzo deformacin y en su porcentaje de reduccin de rea la cual se redujo en un 67%.

A pesar del aumento de algunas de sus propiedades mecnicas, el acero API-5L y N80 obtuvieron

el mismo valor para el esfuerzo a la traccin; esto por su parte indica que el acero N80 por si solo

tiene una mayor resistencia a la traccin que el acero API-5L sin cordn de soldadura, ya que con

la soldadura el esfuerzo realizado fue mayor que en el acero N80 el cual igualo al esfuerzo de este

acero, por lo tanto la soldadura acta en este acero como un refuerzo mecnico, es decir que

mejora sus propiedades mecnicas.

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CONCLUSIONES

El acero API-5L genero una mayor resistencia a la traccin (KN) que el acero N80

Cordn de soldadura proporciona mayor resistencia en sus propiedades mecnicas

calculadas

Ambas probetas sufrieron de fractura dctil

La probeta de acero API-5L sufri una mayor deformacin plstica debido a que la

maquina realizo un mayor esfuerzo para fallarla.

Sin cordn de soldadura el acero API-5L posee unas menores propiedades mecnicas.

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INFORGRAFIA

http://www.htgrp.com.my/images/pdf/steel_pipes_hollow_sections/API%205L.pdf

http://www.contalloy.com/products/grade/n80

http://bjchaozhan.com/admin/uploadpic/201292386223002249.pdf