ARTÍCULO III INDESA-SIE

7/29/2019 ARTCULO III INDESA-SIE

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UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALAFACULTAD DE INGENIERA

PROYECTO DE INVESTIGACIONES METALRGICASESCUELA DE INGENIERA MECNICA

INSPECCIN Y REPARACIN DE FALLA EN UN CRISOL PARAGALVANIZACIN DE CHAPAS DE ACERO

PROYECTOS DE INVESTIGACIN APLICADA MEDIANTE EL USO DE ENDY MTODOS EMPIRICOS DE RECONSTRUCCIN POR SOLDADURA.

CASOS REALES.

Enrique H. Soria Lemus Roberto Alejandro Aguilar Rivas

Guatemala, septiembre de 2012.


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INSPECCIN Y REPARACIN DE FALLA EN UN CRISOL PARA

GALVANIZACIN DE CHAPAS DE ACERO.Enrique H. Soria Lemus* y Roberto A. Aguilar Rivas **(*SIE LTDA. Ensayos No Destructivos. **EIM-FIUSAC. Proyecto de Inv. Metalrgicas).

ResumenSe investiga la causa y magnitud de fallas en un crisol para galvanizacin de chapas de aceroal carbono, mediante la aplicacin de Ensayos No Destructivos: Inspeccin Visual, TintasPenetrantes, Partculas Magnticas y ultrasonido y se aplica un procedimiento artesanal dereparacin por soldadura. Los resultados fueron totalmente positivos, y, se convalida el procesode reparacin artesanal diseado por los suscritos y aplicado en casos previos

3, 4.

Abstract

The cause and magnitude of failures in one hot dip galvanization crucible for carbon steel

sheets are investigated through Non Destructive Testing: Visual Inspection, Penetrant tests,Magnetic Particles, and ultrasonic. One artisanal procedure of welding repair is applied. Theresults were quite positive, and validate the craft repair process designed by the authors andapplied in previous cases

3, 4.

Palabras clave: Falla, Fatiga, Tintas Penetrantes, Luz Ultravioleta, Galvanizacin.

Introduccin y AntecedentesEl presente caso lo constituye la investigacin de las caractersticas, magnitudy causa de fallas producidas en un crisol de acero al carbono, AISI 1006,diseado para su utilizacin como recipiente de zinc lquido a 460C detemperatura, empleado en el proceso de galvanizado por inmersin en caliente

de chapas de acero de diferentes calibres. El crisol es proporcionado por losfabricantes, originalmente, bajo un estricto control de calidad que incluye laaplicacin de tratamientos trmicos, para evitar el efecto de las tensionesresiduales, tanto mecnicas cuanto de origen trmico, originadas durante sumanufactura.

Estos crisoles, antes de su puesta en uso, se recubren, en la planta degalvanizacin con acero inoxidable austentico, para incrementar su resistenciaal calor y la corrosin, por las temperaturas, materiales e insumos empleadospara el proceso, y, luego se someten a tratamientos trmicos especiales para elalivio de tenciones producidas por los procesos de recubrimiento. En tal

sentido, las paredes del crisol estn compuestas por el acero al bajo carbono,un hbrido en la interfase acero al carbono y acero austentico, y, elrecubrimiento de acero austentico en s. ltimamente se emplean dos tipos deacero austentico, uno sobre otro. Las caractersticas metalogrficas, debendefinirse en funcin de la interpretacin de los diagramas Hierro-Carbono,Schaffler, De Long y Bystram y un amplio criterio en la interpretacin de lasinterfases hibridas y las estructuras precipitadas durante el enfriamiento, ascomo de las caractersticas metalogrficas de la zona afectada por el calor.

Metodologa de Investigacin de las Caractersticas de Falla

La identificacin y magnitud de las fallas se determin con el empleo de lastcnicas de Ensayos No destructivos siguientes: Inspeccin Visual, Lquidos


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Penetrantes, partculas magnticas, Ultrasonido, y, posteriormente se realizun mapeo de Ensayos de Dureza.

La inspeccin visual, debido a la apariencia de las fallas y la zona en donde sepresentaron, indic la necesidad indispensable de aplicar ensayos no

destructivos complementarios para poder identificarlas a plenitud. De esamanera, se aplicaron tintas penetrantes autoemulsificables y observacin conluz ultravioleta, como puede observarse en las figuras 1, 2 y 3. Este mtodopermiti identificar preliminarmente las fallas y su ubicacin.

Posteriormente, se aplicaron partculas magnticas y los resultados obtenidospueden observarse en las figuras 5 y 6. Adicionalmente, se aplic ultrasonidoen toda la periferia cercana a las fallas, sin encontrarse discontinuidadesadicionales. Se realiz un mapeo de dureza en las zonas aledaas a las fallas,tratando de constatar cambios de propiedades en el material del crisol quepudieran indicar posibilidades de falla posteriores o constituir el inicio de

nuevas fisuras durante la aplicacin de las soldaduras, habindose constatadoque el resto de la chapa del crisol permaneci invariable despus de la falla.

Resultados

Al realizar el anlisis de los procesos de produccin a que se somete el referidocrisol, pudo constatarse que el mismo est sujeto a temperaturas de trabajofluctuantes, en algunos casos con intervalos severos, debido al ritmo deproduccin impuesto que demanda la aplicacin de temperaturas elevadas enel crisol para mantener la temperatura de galvanizacin adecuada en el baode zinc.

Las fallas mayores se manifestaron en forma de desgarres con direccionescaprichosas, con muy escasas derivaciones secundarias.

Las fallas que se observan en las siguientes fotografas, se identificaron comoproducidas por fatiga mecnica combinada con fatiga trmica, debida a ciclosrepetidos de subida y bajada de las temperaturas de operacin. No seencontraron zonas de desgaste representativo en las zonas recubiertas conmaterial austentico, es decir, que dejaran al descubierto las paredes de aceroal carbono. Los esfuerzos mecnicos a que se somete el crisol durante laproduccin quedan definidos por la presin metalosttica del zinc y el plomoutilizados durante el proceso. Las presiones producidas por el zinc varan

constantemente en funcin del consumo durante el proceso mismo. De talmanera, la fluctuacin de los esfuerzos mecnicos en el material del crisol esevidente.


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Fotografa N 1. Se observa la pieza en el tiempo de penetracin, durante la aplicacin delquidos penetrantes. Fuente: Archivos SIE-INDESA

las siguientes fotografas muestran los procesos de anlisis e

interpretacin de las superficies observadas con los lquidos penetrantes y laaplicacin de la luz ultravioleta:

Figura N 2. Aplicacin de luz ultravioleta. Fuente: Archivos SIE-INDESA


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Fig. N 3. Revelacin de la fisura mayor con aplicacin de luz ultravioleta. Fuente: archivos SIE-INDESA.

Las siguientes fotografas nos muestran las dos fisuras encontradas con laaplicacin de partculas magnticas:

Fig. N 4. Revelacin con partculas magnticas. Fisura N 1.Fuente: archivos SIE-INDESA


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Fig. N 5. Revelacin con partculas magnticas. Fisura nmero N 2. Se convalida larevelacin con tintas penetrantes

Conclusiones

1. La aplicacin de los Ensayos No destructivos representa una herramientafundamental en la investigacin de la existencia de las fallas ydiscontinuidades de la maquinaria y equipo empleada en los procesosindustriales.

2. La recurrencia de los resultados con el uso indistinto de los mtodossuperficiales convalida la aplicacin de los mismos, que, cuando se tiene

suficiente conocimiento en cuanto la aplicacin de cada uno en particular,no es necesaria su utilizacin simultnea.


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3. Los resultados obtenidos mediante la aplicacin de los END facilitan eldiseo y ejecucin de los procesos de recuperacin de los elementosdaados.

4. El proceso de reparacin empleado por los autores, definido en los reportesincluidos en las referencias3, 4, fue, al por dems, efectivo en el presente

caso.5. La efectividad repetitiva de los procesos de reparacin por soldadura, conaplicacin de TTT, en forma artesanal, diseados por los suscritos entrabajos previos3, 4, convalida la aplicacin del mtodo cientfico a travs delos ensayos empricos aplicados en el lugar de los hechos. (Hasta la fecha,los autores han realizado ms de cuarenta reparaciones similares en sitiocon una efectividad de 100%).

Recomendaciones

La aplicacin de END y procesos de soldadura respaldados con la utilizacinde las normas AWS, ASTM y API, representan un recurso de la ingeniera localen la sustitucin de importaciones de mayores volmenes de maquinaria yequipo, as como de mano de obra extranjera. En tal sentido, se recomienda alas instituciones involucradas en los procesos de desarrollo, ciencia ytecnologa, brindar el apoyo necesario a la enseanza y ejecucin de lastcnicas expuestas.

Referencias

1. Aguilar Rivas R. A. Introduccin a la Inspeccin de Soldaduras. Proyecto Regional deEnsayos No Destructivos para Amrica Latina y el Caribe. NU, RLA-82-T01 (1989).

Guatemala.

2. Aguilar Rivas R. A. y Soria Lemus E. H. Inspeccin y Resolucin de Fallas conaplicacin de END y procesos de Soldadura en Equipos Industriales. Casos Reales. VICongreso Nacional y III Regional de Ingeniera Mecnica. CIM 2009. Guatemala.

3. Aguilar Rivas R. A. y Soria Lemus E. H. Investigacin y reparacin de falla por fatigaen un balancn para la trituracin de piedra en la fabricacin de cemento. Presentadoal Centro de Investigaciones de Ingeniera de la FIUSAC. (2008). Guatemala.

4. Aguilar Rivas R. A. y Soria Lemus E. H. Inspeccin y Reparacin de Fallas de un Hornode Clinker en la Industria Cementera. Presentado al Centro de Investigaciones deIngeniera de la FIUSAC. (2009). Guatemala.

5. Soria Lemus E. H. Laboratorio de Ensayos No Destructivos de la Carrera De IngenieraMecnica de la Facultad de Ingeniera, USAC. Trabajo de Graduacin (2004).Guatemala.

Enrique Humberto Soria Lemus

Ingeniero Mecnico. Certificado de la AWS y de la API. Entrenamiento Avanzado en Ensayos NoDestructivos, dentro de Proyecto Multinacional de Ensayos No Destructivos ONU-CNEA (Argentina).Director de SIE LTDA Ensayos No Destructivos en Centroamrica y el Caribe.

Roberto Alejandro Aguilar Rivas (Investigador Principal)

Dr. Sc. En Metalurgia, AIU. Ingeniero Mecnico, USAC. Ex Investigador Asociado de la USAC dentro delPrograma Multinacional de Metalurgia OEA-CNEA, Argentina. Director de INDESA, Ingeniera,Investigacin y Desarrollo . Profesor-Investigador Escuela de Ingeniera Mecnica FIUSAC.


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