2006_Soldabilidad

Prácticas de soldadura de metales y aleaciones

especiales

20 de noviembre a 6 de diciembre de 2006

Curso de actualización ProfesionalCurso de actualización Profesional

Asociación UruguayaAsociación Uruguaya

de Ensayos No Destructivosde Ensayos No Destructivos

FACULTADFACULTAD DE INGENIERÍADE INGENIERÍA

INSTITUTO DE ENSAYO DE INSTITUTO DE ENSAYO DE MATERIALESMATERIALES

http://www.iem.fing.edu.uy/iem/

Concepto de soldabilidadConcepto de soldabilidad

• Soldabilidad significa que es posible Soldabilidad significa que es posible realizar soldaduras exitosasrealizar soldaduras exitosas

• ¿Qué factores pueden influenciar la ¿Qué factores pueden influenciar la soldabilidad?soldabilidad?

• ¿Qué puede hacer que falle una ¿Qué puede hacer que falle una soldadura?soldadura?

• Si podemos completar una soldadura y Si podemos completar una soldadura y la misma es aceptable de acuerdo con la misma es aceptable de acuerdo con los Ensayos No Destructivos indicados los Ensayos No Destructivos indicados por la norma de fabricación, hay por la norma de fabricación, hay buena soldabilidad?buena soldabilidad?


Ejemplo: falla en una cañería Ejemplo: falla en una cañería soldadasoldada

• Pérdida al exterior en línea de GLP de Pérdida al exterior en línea de GLP de uso intermitenteuso intermitente

• Tiempo transcurrido desde la Tiempo transcurrido desde la fabricación: 6 mesesfabricación: 6 meses

• Material: acero al carbonoMaterial: acero al carbono

• Soldadores y procedimiento de Soldadores y procedimiento de soldadura calificados según ASME IXsoldadura calificados según ASME IX

• Controles de fabricación: ensayo Controles de fabricación: ensayo visual, ensayo radiográfico al 10 % y visual, ensayo radiográfico al 10 % y prueba hidrostáticaprueba hidrostática


• Especificación del material: Especificación del material:

ASTM A 234 WPB y ASTM A 106 Gr BASTM A 234 WPB y ASTM A 106 Gr B


Esquema de la investigaciónEsquema de la investigación• Ensayo visualEnsayo visual

• Verificación de antecedentesVerificación de antecedentes

• Verificación de composición química Verificación de composición química (aleación)(aleación)

• Ensayo magnéticoEnsayo magnético

• Medición de durezaMedición de dureza

• Análisis metalográficoAnálisis metalográfico

• MicrodurezaMicrodureza

• Medición del porcentaje de CarbonoMedición del porcentaje de Carbono


Resultados de los ensayos Resultados de los ensayos visual y magnéticovisual y magnético

• Detección de la fisuraDetección de la fisura

• Descarte de posibles problemas Descarte de posibles problemas mecánicosmecánicos

• Estampa ASTM A 234 WPBEstampa ASTM A 234 WPB

• Detección de los límites reales de la Detección de los límites reales de la fisurafisura


• La fisura La fisura comienza en el comienza en el interiorinterior

• Se ubica entre Se ubica entre la soldadura y la soldadura y la ZAT del la ZAT del codocodo


DurezaDureza

• Metal base del caño: 123 HBMetal base del caño: 123 HB

• Metal base del codo: 222 HBMetal base del codo: 222 HB

• Máximo especificado por ASTM A 234 Máximo especificado por ASTM A 234 WPB: 197 HBWPB: 197 HB


Microdureza

0

100

200

300

400

500

HV

500

MicrodureMicrodurezaza


MicroscopíMicroscopíaa


Porcentaje de carbonoPorcentaje de carbono

• Máximo especificado en la norma ASTM Máximo especificado en la norma ASTM A 234: 0.30%A 234: 0.30%

• Valor promedio en muestras de viruta Valor promedio en muestras de viruta tomadas del codo: 0.47%tomadas del codo: 0.47%

• Medición según ASTM E 350. Se basa en Medición según ASTM E 350. Se basa en el quemado de la muestra por inducción el quemado de la muestra por inducción en una corriente de oxígeno y medición en una corriente de oxígeno y medición del carbono convertido a COdel carbono convertido a CO22


Conclusiones del ejemplo de Conclusiones del ejemplo de falla en la soldadura de la falla en la soldadura de la

cañeríacañería

• El material del codo no cumple con la El material del codo no cumple con la especificación de la norma ASTM A 234especificación de la norma ASTM A 234

• El procedimiento de soldadura no fue El procedimiento de soldadura no fue respetado, debido al material del codorespetado, debido al material del codo

• Los certificados no siempre garantizan Los certificados no siempre garantizan la calidad del productola calidad del producto

• La soldabilidad se vio afectada, La soldabilidad se vio afectada, aunque la falla se produjo luego de 6 aunque la falla se produjo luego de 6 meses de operaciónmeses de operación


SoldabilidadSoldabilidad• Un componente metálico es soldable Un componente metálico es soldable

cuando se puede lograr una unión cuando se puede lograr una unión soldada mediante un procedimiento de soldada mediante un procedimiento de soldadura dado, cumpliendo un soldadura dado, cumpliendo un desarrollo de la fabricación apropiadodesarrollo de la fabricación apropiado

• Esto implica que las soldaduras deben Esto implica que las soldaduras deben cumplir con los requisitos especificados cumplir con los requisitos especificados respecto a sus propiedades y en respecto a sus propiedades y en relación a las solicitaciones de la relación a las solicitaciones de la construcción de la que forman parte.construcción de la que forman parte.

• Las propiedades del material deben Las propiedades del material deben verificarse en todas y cada una de las verificarse en todas y cada una de las partes del componentepartes del componente


SoldabilidadSoldabilidad

MaterialMaterial

Aptitud para ser soldadoAptitud para ser soldado

FabricaciónFabricación

Posibilidad de Posibilidad de soldarsoldar

ConstrucciónConstrucción

Seguridad en la Seguridad en la soldadurasoldadura



• Un material es apto para ser soldado, Un material es apto para ser soldado, cuando sus propiedades químicas, cuando sus propiedades químicas, metalúrgicas y físicas permiten que se metalúrgicas y físicas permiten que se fabriquen uniones soldadas cumpliendo fabriquen uniones soldadas cumpliendo las exigencias previstaslas exigencias previstas

• La aptitud de un material para ser La aptitud de un material para ser soldado, considerado dentro de un grupo soldado, considerado dentro de un grupo de materiales, es mejor cuanto menos de materiales, es mejor cuanto menos factores dependientes del material factores dependientes del material deben ser tenidos en cuenta al fijar los deben ser tenidos en cuenta al fijar los aspectos técnicos de la fabricación para aspectos técnicos de la fabricación para una construcción dadauna construcción dada



• Está dada porEstá dada por– Composición químicaComposición química

– Propiedades metalúrgicas, condicionadas Propiedades metalúrgicas, condicionadas por la fabricaciónpor la fabricación

– Propiedades físicasPropiedades físicas

• Se debe probar teniendo en cuenta el Se debe probar teniendo en cuenta el procedimiento de soldadura aplicado. procedimiento de soldadura aplicado. Por ejemplo en aceros no aleados, Por ejemplo en aceros no aleados, asegurando que no haya asegurando que no haya susceptibilidad a la fractura frágil y por susceptibilidad a la fractura frágil y por limitación de elementos secundarioslimitación de elementos secundarios


Seguridad en la construcciónSeguridad en la construcción

• Se dice que un soldadura de una Se dice que un soldadura de una construcción es segura cuando para el construcción es segura cuando para el material utilizado el componente material utilizado el componente permanece apto para cumplir su permanece apto para cumplir su función en virtud de su forma y función en virtud de su forma y disposición constructiva bajo las disposición constructiva bajo las condiciones de operación previstascondiciones de operación previstas

• Es mejor cuanto menos factores Es mejor cuanto menos factores relacionados con la construcción relacionados con la construcción deben ser tenidos en cuenta para la deben ser tenidos en cuenta para la elección del material para la elección del material para la fabricación de una soldadura dadafabricación de una soldadura dada


Seguridad en la construcciónSeguridad en la construcción

• Está dada porEstá dada por– Diseño constructivo, forma, disposiciónDiseño constructivo, forma, disposición

– Tipo y estado de solicitacionesTipo y estado de solicitaciones

– Espesores de paredEspesores de pared

– Temperatura de operaciónTemperatura de operación


Posibilidad de soldarPosibilidad de soldar

• Se dice que es posible soldar cuando Se dice que es posible soldar cuando para una fabricación de soldadura para una fabricación de soldadura dada, las soldaduras previstas en la dada, las soldaduras previstas en la construcción pueden ser realizadas en construcción pueden ser realizadas en forma técnicamente correcta, bajo las forma técnicamente correcta, bajo las condiciones de fabricación elegidascondiciones de fabricación elegidas

• Es mejor cuanto menos factores Es mejor cuanto menos factores relacionados con la fabricación deben relacionados con la fabricación deben ser tenidos en cuenta al diseñar la ser tenidos en cuenta al diseñar la construcción para un material dadoconstrucción para un material dado


Posibilidad de soldarPosibilidad de soldar

• Está dada porEstá dada por– Preparación de la soldaduraPreparación de la soldadura

– Desarrollo de los trabajos de soldadura Desarrollo de los trabajos de soldadura (ejecución)(ejecución)

– Tratamientos posterioresTratamientos posteriores


Parámetros relativos al Parámetros relativos al materialmaterial

• Composición química:Composición química:– Propiedades mecánicasPropiedades mecánicas

– Estructura metalográficaEstructura metalográfica

– Susceptibilidad a determinados gases (capacidad Susceptibilidad a determinados gases (capacidad de solución y difusión)de solución y difusión)

– Tendencia a la oxidaciónTendencia a la oxidación

– Susceptibilidad a la corrosiónSusceptibilidad a la corrosión

– Comportamiento a altas temperaturasComportamiento a altas temperaturas

– Comportamiento ante calentamiento y Comportamiento ante calentamiento y enfriamiento bruscoenfriamiento brusco

– Comportamiento respecto a la transformación de Comportamiento respecto a la transformación de fases (templabilidad, segregación, etc)fases (templabilidad, segregación, etc)

– Comportamiento de la pileta líquidaComportamiento de la pileta líquida


Parámetros relativos al Parámetros relativos al materialmaterial

• Condiciones de fabricación (grado de Condiciones de fabricación (grado de desoxidación, trabajo en caliente y frío, desoxidación, trabajo en caliente y frío, tratamientos posteriores, etc):tratamientos posteriores, etc):– Estado del material (normalizado, templado, Estado del material (normalizado, templado,

trabajado en frío, etc)trabajado en frío, etc)– Tipo y distribución de inclusionesTipo y distribución de inclusiones– Anisotropía de las propiedades mecánicasAnisotropía de las propiedades mecánicas– Estructura metalográficaEstructura metalográfica– Acabado superficialAcabado superficial

• Propiedades físicas:Propiedades físicas:– Coeficiente de dilataciónCoeficiente de dilatación– Conductividad térmicaConductividad térmica– Calor específicoCalor específico– Punto de fusiónPunto de fusión


Parámetros relativos a la Parámetros relativos a la fabricaciónfabricación

– Óxidos, cáscaras, pintura u otros depósitos Óxidos, cáscaras, pintura u otros depósitos (aceite, suciedad).(aceite, suciedad).

– Por ejemplo.Por ejemplo.

• Se forman poros en la soldadura por Se forman poros en la soldadura por fusión, hay menor resistencia en la fusión, hay menor resistencia en la soldadura eléctrica por puntossoldadura eléctrica por puntos

• Sin apartar la capa de óxido de aluminio Sin apartar la capa de óxido de aluminio de alto punto de fusión, no se puede de alto punto de fusión, no se puede soldarsoldar

– Montaje y preparación de biseles correctos, Montaje y preparación de biseles correctos, con buena accesibilidad, sin apartamiento con buena accesibilidad, sin apartamiento de lo establecido en el procedimiento, son de lo establecido en el procedimiento, son la base de soldaduras de calidadla base de soldaduras de calidad



– Seguimiento de la soldadura y de la Seguimiento de la soldadura y de la formación del cordón repercuten en las formación del cordón repercuten en las tensiones internas resultantestensiones internas resultantes

– Las discontinuidades presentes en una Las discontinuidades presentes en una soldadura producto de descuidos en la soldadura producto de descuidos en la fabricación ponen en riesgo la estructura fabricación ponen en riesgo la estructura estática y más aún la dinámicaestática y más aún la dinámica

– El aporte de energía es diferente para El aporte de energía es diferente para distintos procesos de soldadura. Influye en distintos procesos de soldadura. Influye en la absorción de gases, tendencia a la la absorción de gases, tendencia a la formación de fases duras y tensiones formación de fases duras y tensiones internasinternas



– Ejemplo: se puede soldar en frío por presión Ejemplo: se puede soldar en frío por presión aluminio y cobre, sin aporte térmicoaluminio y cobre, sin aporte térmico

– En general la temperatura alcanzada y la En general la temperatura alcanzada y la permanencia a esa temperatura determinarán permanencia a esa temperatura determinarán la formación de fases tales como carburos de la formación de fases tales como carburos de CrCr

– Materiales que con algunos procedimientos Materiales que con algunos procedimientos de soldadura no pueden ser soldados o lo son de soldadura no pueden ser soldados o lo son con mucha dificultad, pueden ser soldados con mucha dificultad, pueden ser soldados con facilidad con otros procedimientoscon facilidad con otros procedimientos

– En muchos casos es necesario tratamientos En muchos casos es necesario tratamientos térmicos previos o posteriorestérmicos previos o posteriores



– El precalentamiento disminuye la El precalentamiento disminuye la velocidad de enfriamiento y también velocidad de enfriamiento y también influye en el control de deformacionesinfluye en el control de deformaciones

– Algunos tratamientos posteriores Algunos tratamientos posteriores aplicables son:aplicables son:

• Alivio de tensionesAlivio de tensiones

• NormalizaciónNormalización

• TempladoTemplado

• Tratamientos específicos para Tratamientos específicos para materiales aleadosmateriales aleados

• Aplicación de sobrecargas controladasAplicación de sobrecargas controladas


Parámetros relativos a la Parámetros relativos a la construcciónconstrucción

– Solo con un diseño apropiado se pueden Solo con un diseño apropiado se pueden evitar la formación de fisurasevitar la formación de fisuras

– Se deben evitar cambios de secciones Se deben evitar cambios de secciones transversales bruscos y entallas, transversales bruscos y entallas, especialmente para construcciones especialmente para construcciones sometidas a cargas dinámicassometidas a cargas dinámicas

– En general se trata de mantener las En general se trata de mantener las tensiones internas bajas, por ejemplo con el tensiones internas bajas, por ejemplo con el uso de elementos de construcción flexibles uso de elementos de construcción flexibles y evitando concentraciones locales de y evitando concentraciones locales de tensionestensiones

– Para grandes espesores se debe tener en Para grandes espesores se debe tener en cuenta que el material puede tener mayor cuenta que el material puede tener mayor anisotropía y discontinuidades metalúrgicas anisotropía y discontinuidades metalúrgicas no compensadasno compensadas


Prueba de soldabilidadPrueba de soldabilidad

• En primera instancia se realizan En primera instancia se realizan pequeñas probetas al calificar el pequeñas probetas al calificar el procedimiento de soldadura y se procedimiento de soldadura y se supone que el comportamiento en el supone que el comportamiento en el componente será similarcomponente será similar

• Es de capital importancia mantener los Es de capital importancia mantener los parámetros establecidos en los parámetros establecidos en los procedimientos de soldadura calificadosprocedimientos de soldadura calificados

• Además se pueden hacer ensayos Además se pueden hacer ensayos adicionales, dependiendo de la adicionales, dependiendo de la aplicaciónaplicación


Prueba de soldabilidadPrueba de soldabilidad

• Algunos ensayos adicionales:Algunos ensayos adicionales:– DurezaDureza

– MacrografíaMacrografía

– MicrodurezaMicrodureza

– Investigación metalográficaInvestigación metalográfica

– Ensayo de JominyEnsayo de Jominy

– Ensayo de CharpyEnsayo de Charpy

– Ensayos para demostrar la tendencia a la Ensayos para demostrar la tendencia a la fisuración de la soldadura y de la Zona fisuración de la soldadura y de la Zona Térmicamente Afectada (ZTA)Térmicamente Afectada (ZTA)

– Ensayos a alta temperaturaEnsayos a alta temperatura


Conclusiones respecto a la Conclusiones respecto a la soldabilidadsoldabilidad

• Es un tema complejo en el cual intervienen Es un tema complejo en el cual intervienen muchas variables relativas al material, la muchas variables relativas al material, la fabricación y la construcción en si mismafabricación y la construcción en si misma

• Es necesario demostrar la soldabilidad del Es necesario demostrar la soldabilidad del procedimiento específico en las procedimiento específico en las condiciones dadas y mantener los condiciones dadas y mantener los parámetros bajo control en todo momentoparámetros bajo control en todo momento

• En algunos casos puede ser necesario En algunos casos puede ser necesario hacer ensayos adicionales a los requeridos hacer ensayos adicionales a los requeridos para la calificación del procedimientopara la calificación del procedimiento


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