Metalurgia de la soldadura.jp

METALURGIA DE LA SOLDADURA

S O L D A D U R A : D E F I N I C I Ó N .

C O N D I C I O N E S

P R O C E S O S D E D I S T R I B U C I Ó N D E C A L O R

C I C L O T E R M I C O

A P O R T E D E C A L O R

T R A N S F O R M A C I O N E S M I C R O E S T R U C T U R A L E S .

1

Prof. Ing. Jorge Perozo

SOLDADURA Definiciones

Soldadura

esa

a

y

haciendo

enlace

la

La AWS (American Welding Society), define la Soldadura

como una coalescencia localizada de metal, en donde esa

conglutinación se produce por el calentamiento a

temperaturas adecuadas con o sin la aplicación de presión y

con o sin la utilización de metal de aporte.

Realización de una unión entre dos piezas de metal haciendo

uso de las fuerzas de cohesión que derivan de un enlace

metálico, utilizando las fuerzas interatómicas para lograr la

concreción de un empalme resistente.

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SOLDADURA CONDICIONES

• Calor: Unión. Energía:

• Superficies Limpieza:

• Costura, Cordón

Protección:

• Microestructuras • Propiedades

Control Metalúrgico:

METALURGIA DE LA SOLDADURA 3



Tiene que existir una fuente de calor desde donde se obtiene la energía necesaria para elevar la temperatura del metal que se va a soldar, así como del metal que se funde como metal de aportación (en el caso que se requiera).

Ese calor necesario para la soldadura se obtiene a cuenta de la transformación en energía eléctrica, mecánica, química, radiante, etc.

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actualidad están relacionados con

La mayoría de los métodos y procesos de la soldadura en la

actualidad están relacionados con el calentamiento y el enfriamiento

local del material a soldar.

Los problemas que ocurren relacionados con los procesos

térmicos durante la soldadura son de gran importancia en la

producción soldadura moderna.



ZONA TERMICAMENTE AFECTADA

TERMOGRAFIA DE SOLDADURA TERMOGRAFIA DE SOLDADURA

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Para el estudio de los procesos térmicos durante la

soldadura hay que tener en consideración el estado

térmico del metal para lograr explicar con profundidad

la mayoría de los fenómenos que se observan durante

la soldadura.

Según el grado de calentamiento que sufre la pieza

durante su recuperación por métodos de soldadura,

resulta de vital importancia conocer el dominio de las

transformaciones que se pueden generar en el metal

base, para el restablecimiento de las propiedades de

explotación de las piezas.

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COVERSION DE ENERGÍA PARA SOLDADURA COVERSION DE ENERGÍA PARA SOLDADURA

RESISTENCIA ELECTRICA

Paso de corriente aplicada a zona de unión.

TERMOQUIMICOS

Reacciones exotérmicas, llamas

MECANICOS

Por impacto o fricción, deformación plástica.

ENERGÍA RADIANTE

Haz de energía enfocado en zona de unión.

ARCO ELECTRICO

Arcos de corriente continua o alterna



Proceso de Fusión

El calor suministrado provocará determinados

efectos sobre

La microestructura del metal que se suelda :

ZONA afectación térmica.

Esfuerzos térmicos,

Desplazamientos de metal

Deformaciones y Tensiones residuales.

• Fuente energía. • Gradiente de

temperatura

APLICACIÓN

DE CALOR

INTENSO

• Velocidad de soldadura.

• Velocidad de Unión.

TIEMPO DE

APLICACIÓN.

• Disipación. • Drenaje de

calor. • Latencia.

ENFRIAMIENTO

SOLIDIFICACIÓN

METALURGIA DE LA SOLDADURA METALURGIA DE LA SOLDADURA

EFECTOS TERMICOS 9


CICLO TÉRMICO

Temperatura máxima

Velocidad de calentamiento

Velocidad de enfriamiento.

Permanencia por encima de T.


EFECTOS TERMICOS

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TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO

GRADIENTE DE INICIO

SUBENFRIAMIENTO

TEMPLABILIDAD. VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO

N| DE PASADA.

GEOMETRÍA O CONFIGURACIÓN .

TIPO DE JUNTA DIMENSIONES DE RANURA ESPESOR DE METAL BASE.

PROPIEDADES TERMO FÍSICAS DEL MATERIAL. FLUJO DE CALOR:

Entrada; DRENAJE DE CALOR.

CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

DIFUSIVIDAD TÉRMICA. CALOR ESPECÍFICO,

CALOR LATENTE.

REGIMEN DE SOLDADURA

Tipo de Proceso Velocidad de soldadura (MM/S).

VELOCIDAD DE UNIÓN.


EFECTOS TERMICOS

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Flujo de calor según geometria de la pieza Flujo de calor según

geometria de la pieza Difusividad térmica Difusividad térmica

Metal Valor c. gs

Plata 1,7

Cobre 1,1

Aluminio 0,9

Níquel 0,14

Acero 0,11

Titanio 0,06

Nimonic 0,035


EFECTOS TERMICOS

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Velocidades de Unión Velocidades de Unión Calor específico Calor específico

Proceso mm2/s

Oxiacetilénica, acero 1,6-5,4

Arco Metálico Manual Acero. 17-27

Arco sumergido, Acero 43-86

Resistencia A.F. Acero 650-975

Resistencia por puntos, Acero 43-107

Haz de electrones Hasta 200

Arco Atm. Inerte, Aluminio 34-41

Resistencia A.F. Aluminio 650-1400

Sustancia Ce (cal/gr.ºC)

Agua 1.00

Hielo 0.55

Vapor de agua 0.50

Aluminio 0.22

Vidrio 0.20

Hierro o.11

Latón 0.094

Cobre 0.093

Plata 0.056

Mercurio 0.033

Plomo 0.031


EFECTOS TERMICOS

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EL APORTE TÉRMICO DEPENDE DE Tensión e intensidad de

soldeo, siendo mayor el aporte térmico cuanto mayor son

estas variables

La velocidad de soldeo, cuanto menor es , mayor será

la energía aportada

APORTE TÉRMICO

es el calor aportado para realizar la soldadura

es una variable muy importante a efectos de la

calidad de la unión

(f) Rendimiento térmico.

Siendo (f) el

Rendimiento térmico.

Rendimiento térmico Rendimiento térmico por tipo de proceso


EFECTOS TERMICOS

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Parámetros de soldeo Cordón recto (a) Cordón con oscilación

lateral (b)

Tensión (V)

25

25

Intensidad (A)

150

150

Tiempo de fusión de un electrodo (seg.)

70

70

Longitud del cordón (mm)

220

110

Velocidad de soldeo (mm/seg) (220/70) =3,14

(110/70) = 1,57

Rendimiento térmico

1

1

Aporte térmico Julius/mm) (25x150) 3,14 = 1,19 (25x150)/1,57=2,38

Calculo del Aporte de Calor


EFECTOS TERMICOS

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FLUJO TÉRMICO FLUJO TÉRMICO ANALISIS ANALISIS

ETAPA DE NIVELACIÓN

ESTADO CUASI ESTACIONARIO

PERIODO TERMOSATURACION


DETERMINACION DE LA ZAC

Distribución de temperaturas .

Diagrama de Fe-C

Composición química.

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ZONA AFECTADA POR EL CALOR

(ZAC; HAZ, ZAT)

ZONA AFECTADA POR EL CALOR

(ZAC; HAZ, ZAT)

es el volumen de material en o cerca

soldado por resistencia es minimizar

Zona afectada por el calor es el volumen de material en o cerca

de la soldadura, cuyas propiedades han sido alteradas debido al calor de la soldadura.

Debido a que el proceso de soldado se basa en calentar dos piezas, es inevitable que haya una HAZ .

El material que se encuentra dentro de la HAZ sufre un cambio que puede o no resultar beneficioso para la unión soldada.

En general, el objetivo de un buen soldado por resistencia es minimizar la HAZ.

DEFINICION DEFINICION

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ZONAS ZAC - ALEACION FE C


Zona 1: Fusión Incompleta.

Zona 2: Sobrecalentamiento

Zona 3: Normalización.

Zona 4: Recristalización incompleta.

ZONA 5. Recristalización completa.

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MICROESTRUCTURAS MICROESTRUCTURAS ZONA AFECTADA POR EL

CALOR (ZAC) ZONA AFECTADA POR EL

CALOR (ZAC)



ZAC Y TEMPLABILIDAD ZAC Y TEMPLABILIDAD DIAGRAMA TTT DIAGRAMA TTT



MICROESTRUCTURAS MICROESTRUCTURAS ZONAS DEL ZAC ZONAS DEL ZAC

• Metal de Soldadura MS

• Zona Recristalizada grano grueso. ZRG:

• Zona Recristalizada Grano Fino. ZRF

• Zona subcritica. ZSC:

• Metal base Revenida. MBR



MICROESTRUCTURAS MICROESTRUCTURAS ZONA AFECTADA POR EL

CALOR (ZAC) ZONA AFECTADA POR EL

CALOR (ZAC)



CURVA DE DUREZA ZAC CURVA DE DUREZA ZAC DUREZA EN ZAC DUREZA EN ZAC



DILUCIÓN

Dilución es la proporción en la que el metal base, o de soldadura previamente depositada, participa, a través de su propia fusión, en la composición química de la zona fundida.

La dilución se expresa, convencionalmente, como el porcentaje de metal base fundido e incorporado a la soldadura


SOLDABILIDAD METALURGIA DE LA SOLDADURA

SOLDABILIDAD 24




SOLDABILIDAD

Según el Instituto Internacional de Soldadura (International Institute of Welding, IIW) dice que:

“un material metálico es considerado soldable, en un grado dado, para un proceso y para

una aplicación específica, cuando una continuidad metálica puede ser obtenida mediante el

uso de un proceso adecuado, tal que la junta cumpla completamente con los requerimientos

especificados tanto en las propiedades locales como en su influencia en la construcción de la

cual forma parte”

La Soldabilidad del acero mide la capacidad de este que tiene a ser soldado, y depende

mucho no solo del material base que va a ser soldado, sino que también depende mucho del

material de aportación que se utilice para soldarlo.

Un parámetro realmente útil para evaluar la soldabilidad de un acero blando, duro … es el

concepto de Carbono Equivalente que compara con las propiedades de un acero simple, con

las diferentes soldabilidades de cualquier aleación de acero.

El Carbono Equivalente o CEV) se utiliza en metales ferrosos como el acero al carbono, en

hierro fundido… determina las diversas propiedades de una aleación cuando se utiliza como

algo más que una aleación de carbono.

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Como regla general, un acero se considera soldable si el carbono equivalente, obtenido según la

fórmula anterior, es menor a 0,4%.

La AWS establece que para un contenido de carbono equivalente por encima de 0,40% hay un

potencial de agrietamiento en la zona afectada por el calor en los bordes de corte y soldaduras.

CARBONO EQUIVALENTE Parámetro útil para Evaluar la

soldabilidad comparando con las propiedades de un acero

simple, las diferentes soldabilidades de cualquier

aleación de acero.

Es un número dado como % de peso, que vincula al

carbono y otras elementos de aleación que inducen la templabilidad del acero.

Se han desarrollado una gran cantidad de fórmulas de CE, pero las más utilizadas o

tomadas como referencias son las siguientes:



SOLDABILIDAD

Esta ecuación fue desarrollada para medir la tendencia a la fisuración por hidrógeno en acero también se utiliza para evaluar el endurecimiento o templabilidad del acero.

Fórmula de Ito y Bessyo, Japón.: caracteriza mejor el efecto de los elementos de aleación en los aceros al carbono de alta resistencia y baja aleación o aceros micro aleados

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Factores que influyen en la Soldabilidad.

Además del cálculo del Carbono

Equivalente, parámetro, hay que

tomar en cuenta otros factores para

evaluar la soldabilidad del acero en

cuestión, ya que ésta no solo

depende de la composición química

del mismo.

Estos factores van a condicionar las

elecciones de la temperaturas de

precalentamiento así como la

elección adecuada de un

tratamiento térmico post-soldadura.

Los otros factores a tener en cuenta, que

influyen también en la soldabilidad del

acero como pueden ser :

El espesor de las piezas a soldar,

El espesor de la junta,

La elección del material de aporte

El tipo de soldadura utilizada,

Las tensiones mecánicas

desarrolladas,

La historia térmica del material



SOLDABILIDAD 27


DIAGRAMA DE GRAVILLE: Permite

evaluar la necesidad de pre calentamiento o tratamiento

térmico post soldadura basada en conceptos de composición

química (no considera espesor), en el mismo se grafica la

relación entre Carbono y el Carbono Equivalente

La Figura muestra el diagrama de Graville,

considera 3 zonas.

Zona I: Aceros de bajo carbono y bajo

endurecimiento no susceptibles a fisuras.

Zona II: Aceros con mayor porcentaje de Carbono y bajo endurecimiento, el riesgo a fisuras en la ZAC

puede ser evitado mediante el control de la velocidad

de enfriamiento, por medio del aporte térmico o en menor extensión el pre

calentamiento.

Zona III: Aceros con elevado porcentaje de carbono y alto endurecimiento y en todas las condiciones de

soldadura pueden producir micro estructuras

susceptibles a fisuras.

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Pre Calentamiento:

Calidad final requerida a la

unión

Consiste en el calentamiento de la junta previo a la soldadura . Su Suprincipal efecto es reducir la velocidad de enfriamiento de la unión soldada.

VENTAJAS:

• Evitar el templado. • Aumentar la difusión de hidrógeno en la junta.

Disminuir las pérdidas de calor.

Eliminar la humedad

DESVENTAJAS:

Aumenta la extensión de la ZAC.

Es costoso Imprescindible, en aquellos materiales que presentan

problemas de soldabilidad

Post Calentamiento:

Mejorar alguna propiedad o característica de la soldadura

o de la ZAT

Reducir el nivel de tensiones residuales

PREVENIR

Fisuración por el Hidrógeno difusible en el metal de

soldadura o ZAC:

Aparece ante la concurrencia de los siguientes factores:

Hidrógeno difusible en el metal de soldadura o en

la zona afectada térmicamente del

material base

Microestrcturas susceptibles de fisurarse:

Martensita, Bainita.

PRECALENTAMIENTO Y TRATAMIENTO PRECALENTAMIENTO Y TRATAMIENTO

TÉRMICO POSTSOLDEO 29


SOLDADURA DOBLE PASADA SOLDADURA DOBLE PASADA



CONCLUSIONES

TEMPLABILIDAD.

ENERGÍA LINEAL APORTADA.

VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO

LA MICROESTRUCTURA FINAL OBTENIDA EN CUALQUIER DEPÓSITO DE SOLDADURA DEPENDE

PRINCIPALMENTE DE:

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CONCLUSIONES

FORMACIÓN DE PATRONES DE ESFUERZO

SOBRE LA ZONA DE FUSIÓN (ZF) Y

LA ZONA AFECTADA POR EL CALOR.

TRANSFORMACIONES DE FASE EN MATERIAL SOLDADO

DEFORMACIONES PLÁSTICAS

GRADIENTES DE TEMPERATURA GENERADOS

LA INTRODUCCIÓN DE UN ALTO CONTENIDO

DE CALOR DE ENTRADA

LOS PROCESOS DE SOLDADURA RESULTAN SER UNO DE LOS PRINCIPALES CAUSANTES DE DEFECTOS,

OCASIONADOS POR

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EVALUACION



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