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DEFECTOS DE SOLDADURA

DISCONTINUIDADES EN LA SOLDADURA Y EN EL METAL BASE

DISCONTINUIDADES Y DEFECTOS. Una de las partes ms importantes del trabajo de un inspector de soldaduras es la evaluacin de las soldaduras para determinar si se ajustan al servicio esperado. Durante las varias etapas de esta evaluacin el inspector debe estar buscando irregularidades en las soldaduras. Nos referiremos a estas irregularidades como discontinuidades. En general una discontinuidad se describe como una interrupcin de la naturaleza uniforme de una parte. En soldadura los tipos de discontinuidades con los que trataremos son aquellas como grietas, porosidad, socavados, fusin incompleta, etc. El conocimiento de estas discontinuidades es importante para el inspector de soldadura por varias razones. Primero el inspector ser solicitado para inspeccionar visualmente las soldaduras con el fin de determinar la presencia de cualquiera de estas discontinuidades. Si se descubren, el inspector debe ser capaz de describir su naturaleza, localizacin y extensin. Esta informacin ser necesaria para determinar si la discontinuidad requiere o no reparacin de acuerdo con las especificaciones aplicables del trabajo. Si un tratamiento adicional se considera necesario, el inspector debe ser capaz de describir con precisin la discontinuidad de manera que pueda ser corregida satisfactoriamente por el personal de produccin. Antes de describir las discontinuidades es sumamente importante tener presente algunas definiciones que permitan describir y entender a estas y as poder diferencia entre una discontinuidad y un defecto. El inspector de soldadura debe ser capaz de reconocer la diferencia entre los trminos discontinuidad y defecto. DDEEFFIINNIICCIIOONNEESS:: Discontinuidad - Falta de continuidad; falta de cohesin (de unin); interrupcin en la estructura fsica normal del material o producto. Indicacin - Respuesta o evidencia de una discontinuidad resultante de la aplicacin de un ensayo no destructivo (END). Indicaciones alargadas (linear indications) En general se clasifican como indicaciones alargadas o lineales a todas aquellas indicaciones cuya longitud L es mayor a 3 veces su ancho A: (L > 3A). Indicaciones redondeadas (rounded indications) En general se clasifican como indicaciones redondeadas a todas aquellas indicaciones cuya longitud L es menor o igual a 3 veces su ancho A: ( L < = 3A ). Indicaciones alineadas (radiografa) Tres o ms indicaciones alineadas aproximadamente paralelas al eje de la soldadura, espaciadas lo suficientemente cerca entre ellas como para ser considerada discontinuidad nica e intermitente. Evaluacin de Indicaciones - Proceso en el cual se decide la severidad de la discontinuidad con relacin al estado de la parte o pieza, luego de que la indicacin ha sido interpretada. De la interpretacin surgir que la indicacin es irrelevante o es una discontinuidad, y en este ltimo caso surgir que es un defecto o no. Dicha evaluacin lleva a decidir, entonces, si la parte o pieza debe ser rechazada, reparada o aceptada para su uso.


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Defecto - Discontinuidad cuyo tamao, forma, orientacin, ubicacin o propiedades son inadmisibles para alguna norma especfica. En particular, al realizar un ensayo no destructivo (END) se cataloga como defecto a toda discontinuidad o grupo de discontinuidades cuyas indicaciones no se encuentran dentro de los criterios de aceptacin especificados por la norma aplicable Para determinar si una discontinuidad particular es un defecto, debe haber alguna norma o especificacin que defina los lmites aceptables de esa discontinuidad. Cuando su tamao o concentracin excede estos lmites se considera un defecto. Por lo tanto se puede pensar en un defecto como una discontinuidad rechazable. A si que si se refiere a algo como un defecto est implcito que es rechazable y que requiera alguna accin adicional para llevarlo a los lmites aceptables de un cdigo en particular. Dependiendo del servicio esperado de la parte en cuestin, la existencia de una discontinuidad puede o no ser considerada como un defecto. Consecuentemente, la industria usa normas o cdigos que describen los lmites aceptables para estas discontinuidades que podran afectar el desempeo eficaz de los componentes. La configuracin de las discontinuidades se pueden separar en dos grupos generales: lineales y no lineales. Las discontinuidades lineales tienen longitudes que son mucho mayores que su ancho. Las discontinuidades no lineales, por otro lado, tienen longitudes y anchos con dimensiones que son esencialmente las mismas. Cuando se presentan en una direccin perpendicular a los esfuerzos aplicados, una discontinuidad lineal usualmente representa una situacin mucho ms crtica que la de una discontinuidad de tipo no lineal, porque es ms propensa a propagarse y causar la falla. Otra manera como la forma de una discontinuidad se relaciona con la condicin crtica o su efecto en la integridad de una estructura, es la forma de sus extremos, es decir, la agudeza de los mismos. En general, entre ms agudos los extremos de la discontinuidad sta ser ms crtica. Esto es, porque una discontinuidad aguda es ms propensa a propagarse o crecer. De nuevo esto depende de su orientacin con respecto a los esfuerzos aplicados. Frecuentemente se asocian discontinuidades lineales con extremos agudos. De manera que si hay una discontinuidad lineal que tiene un extremo agudo y que est en la direccin transversal de los esfuerzos aplicados, esto representa la situacin ms crtica de detrimento con respecto a la habilidad de ese miembro para soportar las cargas aplicadas. Si se ordenara algunas de las discontinuidades ms comunes con respecto a la agudeza de sus extremos, empezando con la ms aguda tendramos:

1. Las grietas 2. La fusin incompleta 3. La penetracin incompleta de la junta 4. Las inclusiones de escoria 5. La porosidad.

Este orden coincide con las cantidades de estas discontinuidades permitidas por la mayora de los cdigos. Solamente hay algunas pocas instancias en las cuales se permite una cantidad de agrietamiento. La fusin incompleta tambin est prcticamente prohibida o al menos limitada a cantidades menores. La mayora de los cdigos permiten la presencia de pequeas cantidades de penetracin incompleta en


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la junta, escorias y alguna porosidad. Dependiendo de la industria y del servicio esperado, estas cantidades variarn, pero en general entre ms aguda la discontinuidad, ms restringida estar su presencia. Para una mejor explicacin de la importancia de la forma de los extremos en la severidad de una discontinuidad se tiene el ejemplo de como la propagacin de una grieta podra ser detenida usando la tcnica de realizar un agujero taladrado en el extremo de la grieta en una parte. Aunque esto no corrige el agrietamiento puede parar su propagacin. Esto se consigue porque el extremo agudo de la grieta ha sido redondeado suficientemente por el radio del hueco taladrado, para reducir la concentracin de esfuerzos de modo que el material pueda aguantar la carga aplicada sin una propagacin adicional de la grieta. Una forma final en la cual se puede juzgar que tan crtica es una discontinuidad se relaciona con la manera en la cual la parte o estructura ser cargada durante el servicio. Por ejemplo, si una soldadura forma parte de un tanque de presin, estas discontinuidades de la soldadura constituirn un porcentaje grande y significativo del espesor de la pared y por lo tanto, usualmente sern ms dainas. En el caso de una estructura que ser cargada cclicamente (a la fatiga) las discontinuidades en la superficie de la estructura y que forman entallas agudas generalmente causarn la falla ms frecuentemente que las discontinuidades que estn por debajo de la superficie. Estas entallas superficiales actan como concentradores de esfuerzos que tienden a amplificar los esfuerzos en la entalla. Los concentradores de esfuerzos pueden ampliar los esfuerzos aplicados hasta diez veces en el caso de una grieta superficial aguda. TIPOS DE DISCONTINUIDADES y DEFECTOS. Algunas de las discontinuidades ms comunes de la soldadura y el metal base, encontradas durante las actividades normales de inspeccin, son:

1.- Grietas (crack). 2.- Fusin incompleta (incomplete fusion). 3.- Penetracin incompleta (incomplete penetration). 4.- Inclusiones de escoria (slag inclusion) 5.- Porosidad (porosity). 6.- Mordeduras o socavados (undercut). 7.- Laminacin (Iamination). 8.- Rasgado laminar (lamellar tear).

Estas discontinuidades estn listadas y definidas en el estndar AWS A3.0 "Standard Welding Terms and Definitions". y son, Figuras 13.1 y 13.2 (ver listado en anexo No.1): 1.- GRIETAS. La primera de las discontinuidades que se discutirn es la grieta, que es la ms crtica de todas debido a su caracterstica de ser lineal y tener extremos agudos. Las grietas se inician cuando la carga o el esfuerzo aplicado a un elemento excede la resistencia a la tensin. En otras palabras es una condicin de sobrecarga la que causa la grieta. El esfuerzo puede ocurrir durante la soldadura o inmediatamente despus o cuando una carga es aplicada. Aunque la carga aplicada pueda no exceder la capacidad del elemento la presencia de una entalla podra causar esfuerzos localizados en el punto de concentracin que excederan la resistencia del material. En este caso, puede ocurrir agrietamiento en el punto de concentracin de esfuerzos.


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Figura 1 Diversos tipos de grietas

Se pueden considerar las grietas de varias maneras diferentes. Una forma de agruparlas es considerndolas como grietas en fro (cold crack) o grietas en caliente (hot crack). Las grietas en caliente generalmente ocurren a elevadas temperaturas durante la solidificacin del metal. La propagacin de estas grietas se considera que es intergranular, esto es, que las grietas ocurren entre los granos individuales. Las grietas en fro ocurren despus que el metal ha sido enfriado a la temperatura ambiente. Las grietas que resultan de las condiciones de servicio son consideradas grietas en fro. Grietas tardas o bajo el cordn de soldadura resultantes del hidrgeno atrapado son consideradas como grietas en fro. La propagacin de las grietas en fro puede ser tanto intragranular como transgranular es decir que pueden ser entre o a travs de los granos individuales. Como se presenta en la figura 1, las grietas se pueden describir de varias formas; con respecto al eje longitudinal de soldadura. Aquellas que quedan en una direccin paralela al eje longitudinal se denominan grietas longitudinales. Aquellas grietas que quedan perpendiculares al eje longitudinal de la soldadura son llamadas grietas transversales. Esto aplica a grietas tanto en la soldadura como en la base. Otra manera es una descripcin de su localizacin exacta con respecto a las varias partes de la soldadura. Estas descripciones incluyen las grietas de la garganta, de la


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raz, de lado o lnea de fusin, del crter, bajo el cordn, de la zona afectada por el calor y del metal base. Las grietas de la garganta se extienden a travs de la soldadura a lo largo de su garganta o la lnea ms corta a travs de la seccin transversal de la soldadura. Son grietas longitudinales y generalmente son consideradas como grietas en caliente. Las grietas de la raz tambin son longitudinales sin embargo su propagacin puede ocurrir tanto en la soldadura como en el metal base. Se denominan grietas e la raz porque se inician en la raz de la soldadura. Como las grietas de la garganta generalmente estn relacionadas con la existencia de esfuerzos de contraccin en la soldadura y por lo tanto son grietas en caliente. Las grietas del lado o lnea de fusin de la soldadura son grietas de metal base que se propagan desde los lados de la soldadura. Las configuraciones de junta que tienen refuerzo o convexidad de la soldadura pueden producir concentracin de esfuerzos en la lnea de fusin. Esto combinado con una microestructura menos dctil en la zona afectada por el calor incrementa la susceptibilidad de la soldadura a las grietas del lado que son consideradas generalmente grietas en fro. Las grietas del crter ocurren en el punto de finalizacin de los pases individuales de soldadura. Si la tcnica usada por el soldador para terminar el arco no es suficiente para llenar completamente el arco de metal fundido el resultado puede ser un rea cncava o crter en ese punto. La presencia de esta rea adelgazada en combinacin con los esfuerzos de contraccin de la soldadura puede causar grietas en el crter, las cuales se irradian desde el centro del mismo. Como ocurren durante la solidificacin del charco fundido, son consideradas grietas en caliente. Las grietas tardas o bajo el cordn de soldadura resultan de la presencia de hidrgeno en la zona de soldadura. El hidrgeno puede provenir del electrodo o metal de aporte, del metal base de la atmsfera alrededor de la soldadura o de contaminantes orgnicos en la superficial. Si hay alguna fuente de hidrgeno presente durante la operacin de soldadura este puede ser absorbido por el metal fundido de la soldadura y ocasionar agrietamientos una vez solidificado el metal. La mejor tcnica para la prevencin de este agrietamiento es eliminar las fuentes de hidrgeno cuando se hagan soldaduras de materiales susceptibles a l. Con SMAW se deben usar electrodos de bajo hidrgeno almacenados apropiadamente en hornos para mantener bajo su nivel de humedad. Las grietas bajo el cordn de soldadura son especialmente nocivas porque pueden iniciarse despus de varias horas de haber terminado la operacin de soldadura. Por esta razn, tambin se denominan como grietas tardas. Consecuentemente para aquellos materiales que son ms susceptibles a este tipo de agrietamiento la inspeccin final no se debe efectuar antes de 48 a 72 horas despus de que la soldadura se haya enfriado hasta la temperatura ambiente. Los aceros de alta resistencia son especialmente susceptibles a este tipo de agrietamiento FUSIN INCOMPLETA. Por definicin la fusin incompleta se describe como una discontinuidad de la soldadura en la cual la fusin no ocurre entre el metal de soldadura y las caras de fusin o los pases adyacentes. Debido a su linealidad ya la relativamente aguda condicin de sus extremos. La fusin incompleta representa una discontinuidad significativa. Puede ocurrir en numerosas localizaciones dentro de la zona de soldadura, la figura 2 muestra algunas de estas localizaciones. Aunque generalmente


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se considera la fusin incompleta como una discontinuidad interna algunas veces puede ocurrir en la superficie de la soldadura.

Figura 2 Fusin incompleta en juntas de ranura y filete

La causa ms comn para la fusin incompleta es la manipulacin inapropiada del electrodo por parte del soldador. Algunos procesos son ms propensos a este problema porque no hay calor suficientemente concentrado para ocasionar la fusin adecuada del metal. Por ejemplo, cuando se usan GMAW con transferencia de corto circuito, el soldador se debe concentrar en dirigir el arco de soldadura a todos los sitios de la junta soldada donde se deba obtener fusin. PENETRACIN INCOMPLETA La penetracin incompleta es una discontinuidad asociada solo con soldaduras de ranura. Es una condicin donde el metal de soldadura no entra completamente a travs del espesor de la junta cuando es requerida penetracin completa por la especificacin o norma. Su localizacin siempre es adyacente a la raz de la soldadura; la figura 13.5 muestra algunos ejemplos de penetracin incompleta de la junta. La mayora de los cdigos establecen lmites en el grado y cantidad de la penetracin incompleta permisible, y algunos cdigos no permiten ningn tipo de junta con penetracin incompleta. La penetracin incompleta de la junta puede ser causada por las mismas condiciones que ocasionan la fusin incompleta, esto es, tcnica inapropiada con figuracin inapropiada de la junta o excesiva contaminacin.

Figura 3 Penetracin incompleta en varios tipos de juntas


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lNCLUSIONES. La definicin de inclusin es: "Material slido extrao atrapado, tal como escoria fundente, tungsteno u xidos" es decir el trmino inclusin puede incluir categoras metlicas y no metlicas. Las inclusiones de escoria como su nombre lo indica, son reas, dentro de la seccin transversal de la soldadura o en su superficie donde la escoria fundida usada para proteger el metal queda mecnicamente atrapada dentro del metal solidificado. Esto puede resultar en una condicin que debilita la capacidad de servicio del elemento. Como ocurre con la fusin incompleta, las inclusiones de escoria pueden ocurrir entre la soldadura y el metal base o entre pases individuales de soldadura las inclusiones de escoria son ocasionadas usualmente por una tcnica inapropiada del soldador la manipulacin inapropiada del electrodo y la inadecuada limpieza entre pases pueden resultar en la presencia de inclusiones de escoria las inclusiones de escoria estn casi siempre asociadas con el proceso GTAW, que usa un electrodo de tungsteno para producir el arco. Si el electrodo de tungsteno hace contacto con el charco fundido de soldadura, el arco se puede extinguir y el metal fundido puede solidificarse alrededor de la punta del electrodo; al remover el electrodo la punta se romper y quedar incluida en la soldadura final si no se remueve con pulidora. Las inclusiones de tungsteno tambin pueden resultar cuando la corriente usada es mayor que lo recomendada para el dimetro particular de electrodo. En este caso la densidad de corriente puede ser suficientemente grande y el electrodo empieza a descomponerse en Si pedazos que se pueden depositar en el metal de soldadura. POROSIDAD. AWS A3.0 define la porosidad como: discontinuidades en forma de cavidad formadas por gases atrapados durante la solidificacin. Debido su forma esfrica caracterstica, la porosidad es considerada normalmente como la discontinuidad menos severa. Sin embargo, en los casos en los que la soldadura forma parte de tanques o recipientes de presin que contienen un gas o un lquido, la porosidad puede ser considerada inaceptable debido a la posibilidad de ocasionar fugas.

Figura 4 Porosidad aislada y porosidad alongada (vermicular) Existen diferentes tipos especficos de porosidad, dependiendo en general de su localizacin relativa o de la forma de los poros individuales. Estos tipos son porosidad agrupada (cluster porosity), porosidad aislada (scattered porosity), porosidad lineal (linear porosity) y porosidad vernicular (piping porosity). Una cavidad sencilla tambin se denomina como porosidad. En estos tipos de porosidad, las cavidades o bolsas de gas usualmente son de forma esfrica, Figura 4. Sin embargo en la porosidad vermicular las bolsas o cavidades de gas no son esfricas sino elongadas. Este tipo de porosidad es la ms crtica cuando se trata de recipientes para contener lquidos o gases, porque presenta una mayor posibilidad de fugas.


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La porosidad normalmente es causada por la presencia de humedad o contaminantes en la zona de soldadura, los cuales se descomponen y forman gases debido al calor. Esta humedad o contaminantes pueden provenir del electrodo, del metal base, del gas de proteccin o la atmsfera ambiente. Pero tambin, algunas condiciones en la tcnica de soldadura pueden causar estas discontinuidades. Un ejemplo sera el uso de un arco excesivamente largo en el proceso SMAW con un electrodo de bajo hidrgeno; otro ejemplo sera el uso de velocidades de avance excesivamente altas con proceso SAW, lo que resulta en porosidad vermicular. MORDEDURAS O SOCAVADOS. Son discontinuidades superficiales que ocurren en el metal base directamente adyacente a la soldadura. Es una condicin en la cual el metal base ha sido fundido y retirado durante la operacin de soldadura y haba insuficiente metal de aporte depositado para llenar adecuadamente la depresin resultante. El resultado es una ranura lineal en el metal base que puede tener una configuracin relativamente aguda. Dado que es una condicin superficial es particularmente nociva para aquellas estructuras que sern sujetas a cargas de fatiga. La figura 5 muestra la apariencia tpica de las mordeduras y socavados tanto en soldadura de filete como en las soldaduras de ranura se debe notar que para las soldaduras de ranura estas discontinuidad es pueden ocurrir en la cara o en la raz.

Figura 5 Mordeduras Las mordeduras normalmente son el resultado de una tcnica de soldadura inapropiada. Ms especficamente, si la velocidad de avance es excesiva puede no haber suficientes metal de aporte depositado para llenar adecuadamente las depresiones causadas por la fusin del metal base adyacente a la soldadura. Los socavados tambin pueden ser el resultado de calor muy alto durante la soldadura lo que causa decrecimiento excesivo del metal base. LAMINACIN. Esta es una discontinuidad particular del metal base. Resultan de la presencia de inclusiones no-metlicas que pueden ocurrir en el acero cuando es producido. Estas inclusiones son normalmente alguna forma de xidos que son producidos cuando el acero todava est fundido. Durante las subsiguientes operaciones de laminado estas inclusiones pueden volverse alargadas y formar una hilera; si estas hileras son muy largas y tienen una forma aplanada se denominan laminaciones. Las laminaciones ocasionalmente se pueden ver durante el corte trmico cuando el calor de la operacin de corte puede ser suficiente para abrir las hileras aplanadas en los extremos cortados hasta un punto en que se pueden observar visualmente. Las laminaciones pueden o no ser nocivas dependiendo de la direccin en que se cargue la estructura. Si los esfuerzos actan en el material en una direccin perpendicular a la


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laminacin, sta debilitar severamente la estructura. Pero laminaciones que estn orientadas paralelamente a los esfuerzos aplicados pueden no ocasionar ninguna preocupacin. DESGARRE LAMINARES. Es otra discontinuidad importante del metal base. Se describe como una fractura en el metal base con una orientacin bsicamente paralela a la superficie de laminado. Ocurren cuando hay altos esfuerzos en la direccin Z (direccin a travs del espesor), frecuentemente los resultantes de la contraccin de la soldadura. El desgarre siempre est dentro del metal base, usualmente afuera de la zona afectada por el calor y generalmente paralela a la lnea de fusin. La figura 6 muestra algunas

ontinuidad puede ocurrir. configuraciones tpicas en las cuales esta disc

Figura 6 Desgarre

l desagarre laminar es una discontinuidad relacionada directamente con la

s laminares

Econfiguracin de la junta. Es decir, aquellas juntas con configuraciones en las cuales los esfuerzos de contraccin de la soldadura se aplican en una direccin que tiende a halar el material laminado en la direccin del espesor, sern ms susceptibles de presentar esta discontinuidad Otros factores que afectan la susceptibilidad del material a esta discontinuidad, son su espesor y el grado de contaminantes que estn presentes. Entre ms grueso el material y ms alto el contenido de inclusiones, mayor ser la posibilidad ocurrencia de este defecto.


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Figura 5 MordedurasLas mordeduras normalmente son el resultado de una tcnica de soldadura inapropiada. Ms especficamente, si la velocidad de avance es excesiva puede no haber suficientes metal de aporte depositado para llenar adecuadamente las depresiones causadas por la fusin del metal base adyacente a la soldadura. Los socavados tambin pueden ser el resultado de calor muy alto durante la soldadura lo que causa decrecimiento excesivo del metal base.

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