Diana Informaciones

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METALURGIA DE LA SOLDADURA

Dedicatoria

Dedico este trabajo a mis padres por ser un apoyo para mis metas y a mis Ingenieros que día a día nos brindan su conocimiento para un mañana mejor.

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Agradecimiento

Agradezco al Ing. Quito por brindarme sus conocimientos que nos servirán para nuestra vida profesional

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Propiedades De Los Metales De

Importancia Para El Soldador

I. DUREZA

La dureza es la propiedad que expresa el grado de deformación permanente que sufre un metal bajo la acción directa de una carga determinada. Es decir, la resistencia que opone un cuerpo a ser rayada o penetrado por un cuerpo más duro.

También podemos decir que la dureza se define ingenierilmente como la resistencia a la penetración. Esta resistencia es la función de las propiedades mecánicas del material, sobre todo de su límite elástico y, en menor grado, de su tendencia al endurecimiento de trabajo, y del módulo de elasticidad. Por tanto, las pruebas de dureza pueden proporcionar datos de los que se pueden derivar muchas propiedades mecánicas importantes. Y, puesto que las pruebas de dureza se pueden llevar a cabo fácil y rápidamente, se usan ampliamente y se emplean para controlar procesos, así como para inspeccionar y determinar la aceptación de materiales y componentes.

En metalurgia la dureza se mide utilizando un durómetro para el ensayo de penetración. Dependiendo del tipo de punta empleada y del rango de cargas aplicadas, existen diferentes escalas, adecuadas para distintos rangos de dureza.

1. Dureza Brinell: Emplea como punta una bola de acero templado o carburo de wolframio. Para materiales duros, es poco exacta pero fácil de aplicar. Poco precisa con chapas de menos de 6 mm de espesor. Estima resistencia a tracción.

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2. Dureza Knoop: Mide la dureza en valores de escala absolutas, y se valoran con la profundidad de señales grabadas sobre un mineral mediante un utensilio con una punta de diamante al que se le ejerce una fuerza estándar.

3. Dureza Rockwell: Se utiliza como punta un cono de diamante (en algunos casos bola de acero). Es la más extendida, ya que la dureza se obtiene por medición directa y es apto para todo tipo de materiales. Se suele considerar un ensayo no destructivo por el pequeño tamaño de la huella.Rockwell superficial: Existe una variante del ensayo, llamada Rockwell superficial, para la caracterización de piezas muy delgadas, como cuchillas de afeitar o capas de materiales que han recibido algún tratamiento de endurecimiento superficial.

4. Dureza Rosiwal: Mide en escalas absoluta de durezas, se expresa como la resistencia a la abrasión medias en pruebas de laboratorio y tomando como base el corindón con un valor de 1000.

5. Dureza Shore: Emplea un escleroscopio. Se deja caer un inventador en la superficie del material y se ve el rebote. Es adimensional, pero consta de varias escalas. A mayor rebote -> mayor dureza. Aplicable para control de calidad superficial. Es un método elástico, no de penetración como los otros.

6. Dureza Vickers: Emplea como penetrador un diamante con forma de pirámide cuadrangular. Para materiales blandos, los valores Vickers coinciden con los de la escala Brinell. Mejora del ensayo Brinell para efectuar ensayos de dureza con chapas de hasta 2 mm de espesor.

7. Dureza Webster: Emplea máquinas manuales en la medición, siendo apto para piezas de difícil manejo como perfiles largos extruidos. El valor obtenido se suele convertir a valores Rockwell.

Los ensayos más importantes para designar la dureza de los metales, son los de penetración, en que se aplica un penetrador (de bola, cono o diamante) sobre la superficie del metal, con una presión y un tiempo determinado, a fin de dejar una huella que depende de la dureza del metal, LOS MÉTODOS MÁS UTILIZADOS SON LOS DE BRINELL, ROCKWELL, VICKERS, ETC.

I.1. PRUEBAS DE DUREZA

1.1.1. PRUEBA DE BRINELL

Se denomina dureza Brinell a la medición de la dureza de un material mediante el método de indentación, midiendo la penetración de un objeto en el material a estudiar.

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En metalurgia e ingeniería, la dureza se determina presionando una bolita o un cono de material duro sobre la superficie estudiada y midiendo el tamaño de la indentación.Los metales duros se indentan menos que los blandos. Este método para establecer la dureza de una superficie metálica se conoce como prueba de Brinell, en honor al ingenierosueco Johann Brinell (1900), que inventó la máquina de Brinell para medidas de dureza de metales y aleaciones

Este ensayo se utiliza en materiales blandos (de baja dureza) y muestras delgadas. El indentador o penetrador usado es una bola de acero templado de diferentes diámetros. Para los materiales más duros se usan bolas de carburo de tungsteno. En el ensayo típico se suele utilizar una bola de acero de 10 a 12 milímetros de diámetro, con una fuerza de 3.000 kilopondios. El valor medido es el diámetro del casquete en la superficie del material. Las medidas de dureza Brinell son muy sensibles al estado de preparación de la superficie, pero a cambio resulta en un proceso barato, y la desventaja del tamaño de su huella se convierte en una ventaja para la medición de materiales heterogéneos, como la fundición, siendo el método recomendado para hacer mediciones de dureza de las fundiciones.

Fig.1 Dureza Brinell MÁQUINA DE PRUEBA (Model : AKB-3000)

1.1.2. PRUEBA ROCKWELL

El ensayo consiste en disponer un material con una superficie plana en la base de la máquina. Se le aplica una precarga menor de 10 kg, básicamente para eliminar la deformación elástica y obtener un resultado mucho más preciso. Luego se le aplica durante unos 15 segundos un esfuerzo que varía desde 60 a 150 kgf a compresión. Se desaplica la carga y mediante un durómetro Rockwell se obtiene el valor de la dureza

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directamente en la pantalla, el cual varía de forma proporcional con el tipo de material que se utilice. También se puede encontrar la profundidad de la penetración con los valores obtenidos del durómetro si se conoce el material.Para no cometer errores muy grandes el espesor de la probeta del material en cuestión debe ser al menos diez veces la profundidad de la huella. También decir que los valores por debajo de 20 y por encima de 100 normalmente son muy imprecisos y debería hacerse un cambio de escala.

1.1.3. PRUEBA VICKERS

El ensayo de dureza Vickers, llamado el ensayo universal, es un método para medir la dureza de los materiales. Sus cargas van de 5 a 125 kilopondios (de cinco en cinco). Su penetrador es una pirámide de diamante con un ángulo base de 136°.

Este tipo de ensayo es recomendado para durezas superiores a 500 HB (en caso de ser inferior, se suele usar el ensayo de dureza Brinell). Este ensayo, además, puede usarse en superficies no planas. Sirve para medir todo tipo de dureza, y espesores pequeños. En este caso, el esquema de medición es el siguiente:

Resultado de la medicion, Tipo de dureza y Fuerza aplicada

Ejemplo: 315 HV 30

Donde las unidades son: Kp/mm2Kp

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I.2. NORMASNorma ASTM E18 para el Ensayo de Dureza Rockwell de Materiales Metálicos. La norma E18-07 y posteriores versiones requieren que los indentadores de diamante Rockwell deben ser geométricamente verificados. Las prestaciones de los diamentes han sido aumentadas y ahora todos los indentadores de diamentes de todas las escalas deben disponer de trazabilidad con el Instituto Nacional de Normas y Tecnología (NIST por sus siglas en inglés). Estos cambios implican que todos los indentadores anteriores a la emisión de la norma sean obsoletos. Con el fin de cumplir con la nueva norma usted puede adquirir nuevos bloques patrón o enviar su viejo indentador al Laboratorio de Calibración de Wilson para su re-calibración.

II. TENACIDADLa tenacidad de un metal es la resistencia que opone éste u otro material a ser roto, molido, doblado o desgarrado, siendo una medida de su cohesión. El acero es un material muy tenaz, especialmente alguna de sus aleaciones. La tenacidad requiere la existencia de resistencia y plasticidad.Esta propiedad se valora mediante una prueba sencilla en una máquina de ensayos de impacto. Hay dos métodos diferentes para evaluar esta propiedad. Se denominan ensayos de Charpy y ensayo de Izod. La diferencia entre los dos radica en la forma como se posiciona la muestra. La probeta que se utiliza para ambos ensayos es una barra de sección transversal cuadrada dentro de la cual se ha realizado una talla en forma de V. Esta probeta se sostiene mediante mordazas paralelas que se localizan de forma horizontal en el ensayo tipo Charpy y de forma vertical en el ensayo tipo Izod. Se lanza un pesado péndulo desde una altura h conocida, este péndulo golpea la muestra al descender y la fractura. Si se conoce la masa del péndulo y la diferencia entre la altura final e inicial, se puede calcular la energía absorbida por la fractura.El ensayo de impacto genera datos útiles cuantitativos en cuanto a la resistencia del material al impacto. Sin embargo, no proporcionan datos adecuados para el diseño de secciones de materiales que contengan grietas o defectos.

II.1. PRUEBAS PARA LA TENACIDAD

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II.1.1. PRUEBA DE IMPACTO- CHARPY- IZOD

Aunque la tenacidad de un material puede obtenerse calculando el área bajo el diagrama esfuerzo deformación, la prueba de impacto indicará la tenacidad relativa.

Por lo general, para las pruebas de impacto se utilizan muestras tipo muesca. Dos tipos de muesca de tipo general se utilizan en pruebas de flexión por impacto: la muesca ojo de cerradura y la muesca en V. Asimismo, se utilizan dos muestras, la Charpy y la Izod.

ENSAYO CHARPY: El péndulo ideado por Georges Charpy se utiliza en ensayos para determinar la tenacidad de un material. Son ensayos de impacto de una probeta entallada y ensayada a flexión en 3 puntos. El péndulo cae sobre el dorso de la probeta y la parte. La diferencia entre la altura inicial del péndulo (h) y la final tras el impacto (h') permite medir la energía absorbida en el proceso de fracturar la probeta. En estricto rigor se mide la energía absorbida en el área debajo de la curva de carga, desplazamiento que se conoce como resiliencia.

II.2. NORMAS

La normativa ASTM E23 describe las pruebas de impacto de probetas metálicas entalladas. La norma hace referencia tanto a Charpy como a Izod y describe los métodos de ensayo para medir la energía absorbida por el espécimen roto. Aquí vamos a ver ensayos Charpy en muestras de tamaño pequeño. Un ensayo Charpy requiere que la muestra de metal entallada esté soportada por ambos extremos (de

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manera horizontal) y se rompa por el impacto del martillo en la parte contraria a la entalla.

Dentro de la norma ISO 10350-1 para valores característicos de punto único, el método de ensayo preferido es Charpy acorde a ISO 179-1, Para ello, el ensayo se realiza en probetas no entalladas con impacto en el canto (1eU). Si la probeta no se rompe en esta configuración, el ensayo se realizará con probetas entalladas, aunque en este caso, los resultados no son directamete comparables. De no producirse la rotura de la probeta, se empleará el método de tracción por impacto.

III. FRAGILIDAD

La fragilidad es la propiedad de algunos metales de no poder experimentar deformaciones plásticas, de forma que al superar su límite elástico se rompen bruscamente.

La fragilidad de un material además se relaciona con la velocidad de propagación o crecimiento de grietas a través de su seno. Esto significa un alto riesgo de fractura súbita de los materiales con estas características una vez sometidos a esfuerzos.1 Por el contrario los materiales tenaces son aquellos que son capaces de frenar el avance de grietas.

Ejemplos típicos de materiales frágiles son los vidrios comunes (como los de las ventanas, por ejemplo), algunos minerales cristalinos, los materiales cerámicos y algunos polímeros como el polimetilmetacrilato (PMMA), el poliestireno (PS), o el poliácidolactico (PLA), entre otros. Es importante mencionar que el tipo de rotura que ofrece un material (frágil o dúctil) depende de la temperatura. Así mientras algunos materiales como los plásticos (polietileno, polipropileno u otros termoplásticos) que suelen dar lugar a roturas dúctiles a temperatura ambiente, por debajo de su temperatura de transición vítrea dan lugar a roturas frágiles.

Es decir es la opuesta a la resiliencia. El material se rompe en añicos cuando una fuerza impacta sobre él.

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IV. DUCTILIDAD

La ductilidad es la propiedad que tienen los metales y aleaciones, que bajo la acción de una fuerza, pueden estirarse sin romperse permitiendo obtener alambres o hilos. A los metales que presentan esta propiedad se les denomina dúctiles. Los metales más dúctiles son el platino, oro y cobre. El cobre se utiliza principalmente para fabricar cables eléctricos, porque a su buena ductilidad añade el hecho de que sea muy buen conductor de la electricidad.

4.2. PRUEBAS

IV.1.1. PRUEBA DE FLEXION Método para medir la ductilidad de ciertos materiales. No hay términos estandarizados para presentar los resultados de los ensayos de flexión en amplias clases de materiales; por el contrario, se aplican términos asociados a los ensayos de flexión a formas o tipos específicos de materiales. Por ejemplo, las especificaciones de materiales a veces requieren que una probeta se flexione hasta un diámetro interior especificado (ASTM A-360, productos de acero). En ASTM E-190 se proporciona un ensayo de flexión para comprobar la ductilidad de las uniones soldadas. Una descripción de la fractura o fotografías se usan para reportar los resultados de los ensayos de madera. (ASTM D-1037)

Fig.8 Probetas SAE 1015 y 1045 al suspender el ensayo

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IV.1.2. PRUEBA DE DOBLEZ

Consiste en colocar una probeta en un dispositivo especial sometiéndola a una fuerza constante para determinar la ductilidad y sanidad de los materiales.

Son varios los estándares que requieren este tipo de prueba y también dependen del material a analizar. En general se usa API 1104, ASME Secc IX., AWS.

Las probetas que se utilizan para esta prueba pueden variar en tamaño y forma según el estándar utilizado.

El ensayo de doblez El primer ensayo al que el soldador debe enfrentarse es de doblez Libre o de doblez guiado. Este tipo de ensayos consiste en doblar una muestra debidamente preparada. La muestra se puede cortar con Soplete o sierra a lo largo de la soldadura.

Fig.9 prueba de doblez

IV.2. NORMAS

- Las normas ASTM E190, AWS B4.0 y API 5L especifican los requisitos para los ensayos de flexión guiados en materiales soldados. Este ensayo proporciona un control de calidad que ayuda a determinar la ductilidad de la soldadura y la eficacia del proceso de soldadura. Durante el ensayo de doblado se aplica una carga en el punto central del material que contiene la soldadura, mientras que el resto de la muestra se apoya en los extremos de la fijación. A continuación, se dobla la pieza 180 °. La parte inferior de la muestra se inspecciona visualmente en

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busca de grietas o defectos. Estas normas de ensayo especifican las muestras requeridas para el ensayo de flexión, así como el equipo y los procedimientos necesarios para realizar el ensayo.

V. ELASTICIDAD

La elasticidad es la propiedad mecánica que tienen algunos metales para poder sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas fuerzas exteriores se eliminan.

Elasticidad/Plasticidad: Un material es elástico cuando, al aplicarle una fuerza se estira, y al retirarla vuelve a la posición inicial. Un material es plástico cuando al retirarle la fuerza continua deformada

V.1. PRUEBAS

V.1.1. ENSAYO DE TRACCIÓN El ensayo de tracción se realiza en una máquina universal, formada principalmente de una bancada robusta para darle mejor apoyo y más estabilidad a la máquina cuando aplicamos las cargas durante el ensayo. Dicha bancada forma un conjunto con dos ejes verticales (+Y –Y), que sirven para subir o bajar. Estos dos ejes contienen a otros dos pero perpendicular a ellos, que en algunos casos pueden hacer movimientos horizontales (+X –X), que sirven para ir de derecha a izquierda, donde están fijados los cabezales de sujeción de las probetas.

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Las probetas para ensayos de tensión se fabrican con forma y dimensiones normalizadas. La sección transversal de la probeta puede ser redonda, cuadrada o rectangular. Se utiliza en la mayoría de los casos una probeta de sección redonda para ensayos de metales. Para placas y láminas normalmente se utiliza una probeta metálica plana.

Fig. Probeta plana metalica

El ensayo de tracción consiste en someter a una probeta normalizada a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce la rotura de la probeta, con el objetivo de determinar las siguientes propiedades mecánicas: la resistencia mecánica, el límite de elasticidad, el alargamiento y la rotura.

V.2. NORMAS

En las normas ISO 527-1/-2 y ASTM D 638 se especifican los métodos para ensayos de tracción. Ambas normas son técnicamente equivalentes pero no ofrecen resultados completamente comparables ya que las formas de las probetas, velocidades de ensayo y la manera de hallar los resultados difieren entre sí.

En la norma ANSI/AWS B4.0 se detallan los requisitos para las pruebas mecánicas de las soldaduras. Una parte de la presente norma describe el ensayo de tracción de las soldaduras. El ensayo de tracción se puede realizar en probetas de corte transversal o longitudinal a la línea central de la soldadura. El resultado deseado por lo general se limita a conocer el valor de la resistencia máxima debido a que estas muestras no son homogéneas. Las pruebas de tracción también pueden llevarse a cabo en el metal base y el metal soldado para determinar las propiedades mecánicas de estos materiales y los resultados se incluyen resistencia máxima,

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límite elástico convencional (offset yieldstrength), el punto de fluencia (Yieldpoint), alargamiento total y la reducción de área. Los ensayos deben llevarse a cabo de acuerdo a los requisitos de la norma ASTM E8

VI. RESISTENCIA

La resistencia es la capacidad de algunos metales de soportar una carga externa sin romperse. Se denomina carga de rotura y puede producirse por tracción, compresión, torsión o cizallamiento, habrá una resistencia a la rotura para cada uno de estos esfuerzos. Se expresa en kg/mm².

7.1. PRUEBAS

7.1.1. EL ENSAYO DE COMPRESIÓN En ingeniería, el ensayo de compresión es un ensayo técnico para determinar la resistencia de un material o su deformación ante un esfuerzo de compresión.

Se realiza en la máquina universal, la misma que la del ensayo de tracción. Es un ensayo mucho menos empleado que el ensayo de tracción, aplicándose sobre todo en probetas de materiales que van a trabajar a compresión, como aceros, fundiciones, piezas acabadas y hormigones. Estas han de ser capaz de provocar un estado de tensión compuesta que aumenta la resistencia del material, a medida queirá leyendo la influencia de cargas que recibe la probeta.

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En los ensayos de compresión la forma de la probeta tiene gran influencia, por lo que todos ellos son de dimensiones normalizadas. La probeta normal para materiales metálicos es un cilindro cuya altura es igual al diámetro. Utiliza probetas normalizadas cilíndricas para metales y cúbicas para los no metales. Todas las consideraciones tenidas en cuenta en el ensayo de tracción son válidas con sólo tener en cuenta que cambia el signo de tensiones y deformaciones. La resistencia a compresión de todos los materiales siempre es mayor que a tracción. Se suele usar en materiales frágiles. Hay que tener mucho cuidado en la colocación correcta de la probeta, de no ser así falsearía el resultado.

VII. CONCLUSIONES

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o Este método es muy rápido y preciso, pudiendo realizar el ensayo operarios

no especializados. Además, las huellas son más pequeñas que en el método Brinell tiene el inconveniente de que si el material no asienta perfectamente sobre la base, las medidas resultan falseadas

o Los experimentos que se pueden realizar con el péndulo de Charpy pueden

ser muchos, tantos como nos permita nuestraimaginación.

VIII. BIBLIOGRAFÍA

Consultado el 19 de septiembre de 2013

o http://pperalta.files.wordpress.com/2009/08/timoshenko-resistencia-de-

materiales-tomo-ii.pdfo http://www.upnfm.edu.hn/bibliod/images/stories/tindustrial/Libros%20de

%20Metal%20Mecanica/resistencia%20de%20materiales/mecanica_de_materiales.pdf

o http://www.utp.edu.co/~gcalle/Contenidos/DurezaHB.htm

o http://www.oni.escuelas.edu.ar/olimpi2000/santa-fe-

IX. ANEXOS1. TABLA DE ALGUNOS VALORES DE DUREZA DE LOS METALES

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