Soldadbilidad de Aceros

SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACIÓN


Los aceros al carbono y de baja aleación son los materiales que se han convertido en el caballito de batalla para la fabricación de equipos de construcción y transporte y para productos industriales y de consumo de muchos tipos. Comprenden más del 90% de la producción total de acero, y mucho más acero al carbono es empleado en productos de manufactura que todos los otros metales combinados.

Aquí se discutirá la soldabilidad de estos importantes materiales, y los diferentes procesos de soldadura que son empleados para soldarlos. Las consideraciones de selección y operacionales para cada uno de los procesos incluyen detalles de los electrodos, alambres electrodos, varillas para soldar, técnicas y procedimientos de soldadura, variables de cada proceso, requerimientos de calificación, equipos para soldar, accesorios, y cualquier otra información necesaria para diseñadores, ingenieros de soldadura, y por supuesto, para los soldadores.

La mayoría de los aceros pueden soldarse, aunque muchas juntas satisfactorias no pueden ser producidas en todos los grados con igual facilidad. Un metal es considerado con buena soldabilidad si puede soldarse sin demasiada dificultad o sin la necesidad de procedimientos especiales y costosos, y las juntas de soldadura son iguales en todo lo necesario respecto a una pieza similar de metal base. La soldabilidad varía con el grado, la composición química y las propiedades mecánicas del acero, y cuando la unión de soldadura está para ser el factor principal en el acoplamiento de partes de acero, a la soldabilidad debería dársele la atención apropiada en la especificación y ordenar los materiales para el trabajo.

En esta sección, es discutida la soldabilidad de los diferentes aceros comunes al carbono, de baja aleación, y aceros aleados. Para los aceros, la soldabilidad es relacionada inversamente a la templabilidad y la máxima dureza alcanzable. Por ejemplo, un acero que tenga alta templabilidad y dureza, tendrá pobre soldabilidad y una tendencia a agrietarse cuando sea soldado. Un acero teniendo baja templabilidad y dureza, tendrá excelente soldabilidad y esencialmente, ninguna tendencia a agrietarse cuando sea soldado.

La máxima dureza alcanzable en un acero depende del carbono equivalente, CE, el cual está relacionado con la composición y es calculado a partir de la siguiente fórmula, entre otras:

CE = %C + % Mn + % Si + % Cr + % Mo + % V + % Ni + % Cu 6 5 15

Los elementos están en peso por ciento. De esto, puede verse que el Carbono tiene el más grande efecto sobre la dureza, y que el Manganeso, Silicio, Cromo, Molibdeno y Vanadio, tienen aproximadamente 1/5 del efecto del carbono. La máxima dureza de un acero puede lograrse solamente si es enfriado desde la temperatura de austenización, 1450° F - 1650° F a una tasa lo bastante rápida para obtener una estructura completamente martensítica. La tasa de enfriamiento necesaria depende de la templabilidad del acero; cuanto más alta la templabilidad, tanto más baja la tasa de enfriamiento desde el rango de temperatura de austenita necesario para obtener martensita completa. La adición de elementos de aleación al acero, tales como Manganeso, Cromo, y Molibdeno, retarda la transformación de austenita durante el enfriamiento a través del rango de temperatura de transformación.

Esto previene la transformación a estructuras tales como la perlita, las cuales son mucho más blandas que la martensita y permite que la austenita se transforme en martensita a una temperatura más baja, 700° F – 300° F. Los aceros que se transforman más lentamente durante el enfriamiento tienen la más alta templabilidad, en tanto que aquellos que se transforman más rápidamente durante el enfriamiento tienen más baja templabilidad. Los aceros con alta templabilidad pueden endurecer completamente al aire de enfriamiento, excepto para secciones muy gruesas. Los aceros con baja templabilidad deben ser enfriados en agua para endurecer completamente excepto las secciones muy delgadas.

HENRY INFANTE CORONADO – CARBON STEEL 1


Para prevenir el agrietamiento cuando se suelda un acero templable, la tasa de enfriamiento de la soldadura y de la zona afectada por el calor, debe ser lo suficientemente lenta para permitir que la transformación sea completa antes que alcance la temperatura a la cual la martensita comienza a formarse. La tasa de enfriamiento puede ser retardada mediante el precalentamiento, el empleo de una alta entrada de calor, o por la combinación de ambas.

ESPECIFICACIÓN DE LOS ACEROS

Varios métodos son empleados para identificar y especificar los aceros. Estos están basados en la composición química, en las propiedades mecánicas, en la capacidad para cumplir una especificación estándar, o práctica aceptada por la industria, o en la capacidad para fabricar un cierto tipo de producto.

Especificación según la Composición Química.

Una composición deseada puede producirse de una de tres formas: a un límite máximo, a un límite mínimo, o a un rango aceptable.

TABLA 1 ANÁLISIS PREFERIDO PARA LOS ACEROS A SER SOLDADOS

Elementos Composición (%)

Preferida Alta*

CarbonoManganesoSilicioAzufreFósforo

0.06 a 0.250.35 a 0.800.10 o menos0.035 o menos0.030 o menos

0.351.400.300.050.04

* Cuidados adicionales son requeridos en la soldadura de los Aceros con contenidos de estas cantidades de los elementos listados.

Para soldaduras de placas de acero al carbono a alta velocidad, la composición del acero debería estar dentro de los rangos “análisis preferido” indicados en la Tabla 1. Si uno o más elementos varían desde los rangos mostrados, usualmente requieren métodos con costos incrementados, para producir soldaduras de buenos resultados.

Por lo tanto, los aceros dentro de estos rangos deberían ser usados siempre que vayan a realizarse soldaduras extensas, a menos que sus propiedades no cumplan los requerimientos del servicio. Los procedimientos de soldadura publicados, generalmente aplican para soldar en condiciones normales, y para soldar los aceros simples más comunes de análisis preferido. Los electrodos y procesos de bajo hidrógeno, generalmente tolerarán un rango más amplio de los elementos, que los mostrados en la Tabla 1.

Si la especificación química de un acero cae fuera del rango de análisis preferido, usualmente no es necesario emplear procedimientos especiales de soldadura basados en los extremos permitidos por la especificación. La química de una hornada o colada específica, bajo el promedio de las condiciones de producción de la fábrica, puede estar considerablemente por debajo de los límites máximos indicados en la especificación. Por lo tanto, para máxima economía, los procedimientos de soldadura para cualquier tipo de acero deberán estar basados en la química real antes que en los valores químicos permitidos.



Puede obtenerse un reporte de la prueba1 de fábrica que dé el análisis de la colada del acero. A partir de esta información, puede establecerse un procedimiento de soldadura, que asegure la producción de soldaduras de calidad a los costos más bajos posibles.

Los aceros al carbono y de baja aleación estándares son identificados por los sistemas de designación AISI2, SAE3, o ASTM4. En el sistema comúnmente empleado de cuatro dígitos de AISI y SAE, Tabla 2, los últimos dos dígitos indican el rango medio del carbono. Por ejemplo, en el Grado 1035, el 35 representa un rango de carbono de 0.32% a 0.38%. Los primeros dos dígitos indican estos grados de aceros al carbono:

10XX No Resulfurados;11XX Resulfurados;12XX Resulfurados y Refosforados

Un prefijo “B” indica un acero Bessemer ácido, mientras que un prefijo “E” indica un acero de horno eléctrico. Los aceros E son usualmente grados de aceros aleados o aceros inoxidables. Los aceros sin designación de prefijo, pueden ser producidos por métodos de horno básico de hogar abierto, básico de oxígeno, o eléctricos.

La letra “L” entre el segundo y tercer dígito, indica un acero tratado con Plomo. La letra “B” en la misma posición designa un acero tratado con Boro. El sufijo “H” se refiere a aceros especialmente producidos para rangos químicos estrechos y de templabilidad.

TABLA 2 SISTEMA DE DESIGNACIÓN AISI PARA ACEROS ALEADOS

Serie deAleaciones

Contenido Aproximado de Aleación (%)

13XX40XX41XX43XX44XX46XX47XX48XX50XX51XXE51100E5210061XX86XX87XX88XX92XX

Mn 1.60 – 1.90Mo 0.15 – 0.30Cr 0.40 – 1.10; Mo 0.08 – 0.35Ni 1.65 – 2.00; Cr 0.40 – 0.90; Mo 0.20 – 0.30 Mo 0.45 – 0.60 Ni 0.70 – 2.00; Mo 0.15 – 0.30Ni 0.90 – 1.20; Cr 0.35 - Mo 0.15 – 0.40Ni 3.25 – 3.75; Mo 0.20 – 0.30Cr 0.30 – 0.50Cr 0.70 – 1.15C 1.00; Cr 0.90 – 1.15C 1.00; Cr 0.90 – 1.15Cr 0.50 – 1.10; V 0.10 – 0.15 mínimoNi 0.40 – 0.70; Cr 0.40 – 0.60; Mo 0.15 – 0.25Ni 0.40 – 0.70; Cr 0.40 – 0.60; Mo 0.20 – 0.30Ni 0.40 – 0.70; Cr 0.40 – 0.60; Mo 0.30 – 0.40Si 1.80 – 2.20

Estas designaciones de cuatro dígitos de los aceros estándares AISI o SAE, aplican principalmente para productos de láminas, flejes y barras. Las especificaciones ASTM aplican para la mayoría de chapas y perfiles estructurales.

1 Un reporte de la prueba está basado usualmente en un análisis de cuchara y es un promedio para una colada completa. Algunos aceros de bajo carbono son aceros efervescentes, usados a causa de sus excelentes propiedades de conformación y embutido profundo. El análisis de un acero efervescente varía desde el primer lingote hasta el último de una colada sencilla, y además desde la parte superior del lingote hasta la parte baja del mismo. Por lo tanto, un reporte de la prueba de fábrica es un promedio y deberá ser interpretado como tal.2 American Iron and Steel Institute3 Society of Automotive Engineers4 American Society for Testing Materials.



Algunos de los elementos comúnmente especificados y sus efectos sobre la soldabilidad y otras características de los aceros son:

Carbono: es el principal elemento endurecedor en el acero. Cuando el contenido de carbono se incrementa, se incrementa la templabilidad y la resistencia a la tracción, y la ductilidad y la soldabilidad disminuyen. En aceros con un contenido de carbono por encima de 0.25%, un enfriamiento rápido desde la temperatura de soldadura puede producir una zona dura y frágil adyacente a la soldadura.

Además, si una considerable cantidad de carbono es tomado en el charco de soldadura a causa de la mezcla del metal que está siendo soldado, el depósito de soldadura mismo puede ser duro. La adición de pequeñas cantidades de elementos diferentes al carbono puede producir alta resistencia a la tensión sin un efecto nocivo sobre la soldabilidad. En general, el contenido de carbono deberá ser bajo para mejor soldabilidad.

Manganeso: incrementa la templabilidad y la resistencia aunque en menor magnitud que el carbono. Las propiedades de los aceros conteniendo manganeso dependen principalmente del contenido de carbono. El contenido de manganeso menor que 0.30% pueden promover porosidad y agrietamiento internos en el cordón de soldadura; el agrietamiento puede resultar además si el contenido está por encima de 0.80%

Para buena soldabilidad, la relación manganeso – azufre deberá ser al menos de 10 a 1. Si un acero tiene un contenido bajo de manganeso en combinación con un contenido bajo de carbono, puede no haber sido desoxidado apropiadamente. En el acero, el manganeso se combina con el azufre para formar Mn S, el cual no es dañino.

No obstante, un acero con una baja relación manganeso – azufre, puede causar una condición “hot short5” en la soldadura.

En general, el manganeso incrementa la tasa de penetración del carbono durante la cementación con carbono, y es benéfico para el acabado superficial de los aceros al carbono.

Azufre: incrementa la maquinabilidad de los aceros aunque reduce la ductilidad transversa, la tenacidad al impacto, y la soldabilidad. El azufre en cualquier cantidad apreciable promueve el agrietamiento frágil en caliente en la soldadura, y esta tendencia se incrementa con el incremento del azufre. Puede ser tolerado hasta aproximadamente 0.035%, con suficiente manganeso; por encima de 0.050% puede causar serios problemas. El azufre es también nocivo para la calidad superficial en los aceros de bajo carbono y bajo manganeso.

Figura 1. Segregaciones de Azufre. Las líneas oscuras en la sección atacada indican las áreas de alta concentración de azufre.

Una causa común de la pobre calidad de la soldadura que no es aparente desde los análisis hechos en la forma usual, son las capas segregadas de azufre en la forma de sulfuro de hierro. Estas capas, las cuales causan grietas u otros defectos en la línea de fusión de una junta soldada por arco, pueden ser detectadas mediante la prueba de una sección transversal profundamente atacada, como se ilustra en la Figura 1.

5 Agrietamiento frágil en caliente.



Silicio: es un desoxidante que es adicionado durante la fabricación del acero para mejorar la sanidad. El silicio incrementa la resistencia y la dureza, aunque en menor magnitud que el manganeso. Es perjudicial para la calidad superficial; especialmente en los grados de bajo carbono re-sulfurados. Si el contenido de carbono es bastante alto, el silicio agrava la tendencia al agrietamiento.

Para mejores condiciones de soldadura, el contenido de silicio no deberá exceder de 0.10% aunque cantidades de hasta 0.30% no son tan serios como los altos contenidos de azufre o fósforo.

Fósforo: en grandes cantidades, incrementa la resistencia y la dureza, aunque reduce la ductilidad y la resistencia al impacto, particularmente en los grados de más alto carbono. En aceros de bajo carbono, el fósforo mejora la maquinabilidad y la resistencia a la corrosión atmosférica. En lo que respecta a la soldadura, el fósforo es una impureza, y deberá mantenerse tan bajo como sea posible. Por encima de 0.04% hace a la soldadura frágil e incrementa la tendencia al agrietamiento. El fósforo además, disminuye la tensión superficial del metal de soldadura fundido, haciéndolo difícil de controlar.

Cobre: mejora la resistencia a la corrosión atmosférica cuando se presenta por encima de 0.15%. Un mínimo de 0.20% de cobre es usualmente especificado para este propósito. La mayoría de los aceros al carbono contienen algo de cobre como un elemento vago6, hasta casi 0.15%. Un contenido de cobre de hasta aproximadamente 1.50% tiene poco o ningún efecto sobre la soldabilidad por arco o por oxi-acetileno de un acero, aunque afecta adversamente la soldabilidad por forja.

Los contenidos de cobre por encima de 0.50% pueden reducir las propiedades mecánicas, si el acero es tratado térmicamente. El contenido de cobre es nocivo para la calidad superficial, particularmente en los grados de alto azufre.

Especificación por las Propiedades Mecánicas

El productor de aceros especificados mediante las propiedades mecánicas es libre de alterar la química del acero, dentro de los límites establecidos, para obtener las propiedades requeridas.

Pruebas mecánicas son usualmente especificadas bajo una de estas condiciones:

1. Requerimientos de Pruebas Mecánicas solamente, sin límites sobre la química. 2. Requerimientos de Pruebas Mecánicas con límites sobre uno o más elementos.

Generalmente, estas pruebas han sido determinadas de acuerdo con prácticas aprobadas por la SAE o la ASTM, o los requerimientos de otras organizaciones autorizadas para escribir códigos, tales como la ASME7, o el API8.

Las pruebas más comunes son, las pruebas de doblez, pruebas de dureza, y una serie de pruebas de tensión que evalúan el módulo de elasticidad, resistencia a la cedencia, y resistencia a la tensión. Algunas veces son empleadas las pruebas metalúrgicas para medir el tamaño del grano, la descarburización, o las inclusiones. Otras pruebas relacionadas a los requerimientos de uso final, tales como una prueba de estallido por presión en tuberías, pueden ser incluidas en algunas especificaciones.

La mayoría de los aceros al carbono son producidos a especificaciones estándares establecidas por grupos o comunidades de regulación, ocupados de la seguridad y bienestar públicos. El mayor y más influyente grupo de este tipo es la ASTM. Otros grupos importantes son la SAE, la ASME, la AAR9, y la

6 “tramp element”.7 American Society of Mechanical Engineers8 American Petroleum Institute.9 American Association of Railroads



AWWA10. Las especificaciones ASTM son amplias, y cubren los requerimientos de muchas industrias. La mayoría de los otros grupos preparan especificaciones de aceros para las necesidades e intereses de sus industrias particulares.

Especificación por el Producto Final.

A menudo, más importante que las propiedades mecánicas o análisis químicos exactos, es la habilidad de un acero para ser fabricado en un producto final específico. Las operaciones de fabricación tales como la soldadura o la embutición profunda, pueden cambiar las propiedades de estado de suministro de un acero, y más que un análisis químico o método de fabricación del acero, puede producir a menudo un material apropiado para el producto. Consecuentemente, muchos productos de acero laminados planos, como las chapas, láminas, y flejes son especificados para tener propiedades adecuadas para fabricarlos en un producto final “reconocido”.

Una especificación para un producto final reconocido le dice al productor de acero cuál proceso de fabricación será empleado, requerimientos de acabado, y los requerimientos de servicio del producto.

METALURGIA DE UN CORDÓN DE SOLDADURA

El calor de soldadura trae aproximadamente ciertos cambios tanto en la estructura del acero que está siendo soldado como en el metal de soldadura. Algunos de estos cambios ocurren durante la soldadura; otros, después que el metal se ha enfriado.

Durante la soldadura, la temperatura del metal de soldadura fundido, alcanza los 3000° F o temperaturas más altas. A corta distancia de la soldadura, la temperatura de la placa puede ser solamente de cerca de 600° F.

Si el acero alcanza o excede ciertas temperaturas críticas entre estos valores, ocurren cambios que afectan la estructura del grano, la dureza, y las propiedades mecánicas. Estos cambios y las temperaturas a las cuales ellos ocurren, son ilustrados en la Figura 2, un diagrama esquemático de una sección transversal de una soldadura. La extensión del cambio en la estructura depende de la máxima temperatura a la cual el metal es sometido, la extensión del tiempo a que es sostenido a esa temperatura, la composición del metal, y la tasa de enfriamiento. El factor principal que controla estos cambios, es la cantidad de calor que está entrando a la placa, tanto del precalentamiento como del proceso de soldadura.

La tasa de enfriamiento afecta las propiedades lo mismo que el tamaño de grano. Las tasas de enfriamiento rápidas producen aceros más fuertes, más duros y menos dúctiles; las tasas de enfriamiento lentas producen las propiedades opuestas. Con los aceros de bajo carbono, las diferencias relativamente pequeñas en las tasas de enfriamiento en prácticas normales, tienen efectos insignificantes sobre estas propiedades. Sin embargo, con los aceros de contenido de carbono más alto o aquellos con cantidades apreciables de elementos de aleación, el efecto puede ser significativo.

Sosteniendo la placa de material a una temperatura alta, por encima de la temperatura crítica superior, por un tiempo largo, produce una estructura con un tamaño de grano grande. Durante la soldadura, no obstante, el metal adyacente a la soldadura, Zona 3 en la Figura, está a la temperatura alta por un tiempo muy corto. El resultado, es un leve decrecimiento en el tamaño del grano, y un incremento en la resistencia y la dureza, comparado con el metal base.

10 American Water Works Association.



Figura 2. Efecto del calor de soldadura sobre la dureza y micro-estructura de una placa de acero al carbono de 0.25% de carbono, soldada por arco. El diagrame esquemático representa una tira cortada verticalmente a través de la soldadura mostrada. El significado de las cuatro zonas numeradas es:

1. Metal que ha sido fundido y re solidificado. La estructura del grano es grueso.

2. Metal que ha sido calentado por encima de la temperatura crítica superior (1525° F para un acero de 0.25% C), pero que no ha sido fundido. Esta área de grano grande crecido, es donde el agrietamiento debajo del cordón puede ocurrir.

3. Metal que ha sido calentado ligeramente por encima de la temperatura crítica más baja (1333° F) aunque no a la crítica superior. El refinamiento del grano ha tomado lugar.

4. Metal que ha sido calentado y enfriado, aunque no a una temperatura lo suficientemente alta para que ocurra un cambio estructural.



En juntas de soldaduras de múltiples pasadas, cada uno de los pases produce una acción de refinamiento del grano sobre el cordón precedente cuando este es recalentado. Sin embargo, esta refinación no es probable que sea uniforme a través de toda la junta.

AGRIETAMIENTO – CAUSAS Y REMEDIOS

Excepto en algunas operaciones de soldaduras de recubrimiento, las grietas son consideradas nocivas o deletéreas. El agrietamiento puede ocurrir ya sea en el metal depositado o en la zona afectada por el calor del metal base adyacente a la soldadura.

La causa principal de agrietamiento en el metal base o en el metal de soldadura es un contenido alto de carbono o de elementos de aleación que incrementen la templabilidad. Una alta templabilidad, combinada con una tasa de enfriamiento alta, produce la condición frágil que conduce al agrietamiento.

Otras causas del agrietamiento en la soldadura son: restricción de la junta que produce tensiones altas en la soldadura, un perfil inapropiado del cordón de soldadura, la toma de hidrógeno, y la presencia de contaminantes en la chapa o electrodo.

Factores que Causan Agrietamiento Debajo del Cordón

Las grietas sub superficiales en el metal base, debajo o cerca de la soldadura, son conocidas como grietas debajo del cordón. El agrietamiento debajo del cordón, en la ZAC del metal base es causado por:

1. Un contenido relativamente alto de carbono o de elementos de aleación que es admitido para enfriar demasiado rápido desde la temperatura de soldadura; y

2. La toma de hidrógeno durante la soldadura.

Las grietas debajo del cordón raras veces ocurren con los aceros de análisis preferido, Tabla 1. Con los aceros al carbono con contenidos de carbono por encima de 0.35% y con los aceros de baja aleación grado estructural, el agrietamiento debajo del cordón puede ser minimizado empleando procedimientos de soldadura de bajo hidrógeno.

Este problema es más severo con materiales tales como los aceros estructurales tratados

térmicamente, con resistencias a la tensión de 100 000 psi y mayores. Las discusiones sobre aceros específicos incluyen las recomendaciones para soldar estos materiales.

La mayoría del hidrógeno escapa a través de la soldadura hacia el aire.

Dificultad del hidrógeno para difundirse hacia cualquier lado

La placa adyacente es transformada en austenita cuando es calentada por la soldadura; el hidrógeno es soluble en esta región.

Esta región permanece como ferrita, la cual no posee solubilidad por el hidrógeno.

Figura 3. La Zona Afectada por el Calor austenítica de una soldadura, tiene alta solubilidad del hidrógeno. Ante el enfriamiento, el hidrógeno forma a una presión que puede causar agrietamiento debajo del cordón.



El segundo factor que promueve el agrietamiento debajo del cordón, la toma y retención del hidrógeno, es también influenciado por la tasa de enfriamiento desde la temperatura de soldadura. Durante la soldadura, algún hidrógeno, producto de la descomposición de la humedad del aire, del revestimiento del electrodo, del alambre, del fundente, del gas de protección, o de la superficie de la placa, puede disolverse en el metal de soldadura fundido y de allí difundirse hacia el metal base sólido, extremadamente caliente. Si el enfriamiento ocurre lentamente, el proceso se reversa, y el hidrógeno tiene suficiente tiempo para escapar por difusión a través de la soldadura hacia el aire. Pero, si el enfriamiento es rápido, algo de hidrógeno puede ser atrapado en la ZAC próxima al metal de soldadura, como se ilustra en la Figura 3. El hidrógeno es retenido en solución sobre saturada y produce una condición de baja ductilidad conocida como fragilización por hidrógeno.

El hidrógeno tiene una alta solubilidad en hierro sólido a elevadas temperaturas exactamente por debajo del punto de fusión. Esta solubilidad disminuye abruptamente por debajo del rango de temperatura de transformación dejando los átomos de hidrógeno en solución sobre saturada. De acuerdo a esta teoría, el hidrógeno se acumula en las dislocaciones y micro poros como hidrógeno molecular produciendo una presión hidrostática muy alta. Esta presión, combinada con las tensiones de contracción y/o dilatación y cualquier efecto de endurecimiento de la química del acero, causa diminutas grietas en el metal inmediatamente debajo del cordón de soldadura, Figura 4. Las grietas similares que aparecen en la superficie de la placa adyacente a la soldadura son llamadas “grietas en el pie”.

Figura 4. Agrietamiento debajo del cordón y grietas en el pie del cordón causadas por la toma del hidrógeno en la zona afectada por el calor

Un enfriamiento más lento, por soldar más lentamente, o por el precalentamiento, permite a mayor cantidad de hidrógeno escapar, y ayuda a controlar el problema. Además, el empleo de materiales de soldadura de bajo hidrógeno elimina la principal fuente de hidrógeno y usualmente elimina el agrietamiento debajo del cordón.

Las tasas de enfriamiento rápido se presentan cuando el arco se enciende sobre una placa fría, en el comienzo de una soldadura sin un cordón de soldadura previo para precalentar el metal. Las tasas de enfriamiento más rápidas ocurren en placas gruesas y en el punteado con soldaduras cortas. El efecto de la longitud de soldadura sobre la tasa de enfriamiento puede ilustrarse por el tiempo requerido para enfriar las soldaduras desde 1600° hasta 200° F sobre una placa de acero de ¾” de espesor:

2 ½” de soldadura 1.5 minutos.4” de soldadura 5.0 minutos.9” de soldadura 33 minutos.

Una soldadura de 9” de longitud hecha sobre una placa a 70° F tiene casi la misma tasa de enfriamiento que una soldadura de 3” de largo sobre una placa que ha sido precalentada a 300° F.

Las soldaduras de grandes secciones transversales requieren mayores entradas de calor que las soldaduras más pequeñas. Una corriente alta de soldadura y tasas lentas de avance, incrementan la entrada de calor por pulgada de soldadura, reducen la tasa de enfriamiento y disminuyen la probabilidad de agrietamiento.



Efectos del Espesor de la Sección

En una acerería o fábrica de acero, las palanquillas o tochos son laminados en chapas o perfiles mientras están al rojo vivo. Las piezas laminadas son colocadas entonces en las mesas de acabado para enfriarlos. Debido a que una lámina delgada tiene más área superficial en proporción a su masa que una chapa gruesa, aquella pierde calor más rápidamente por radiación, y se enfría más rápidamente.

Si una chapa gruesa tiene la misma química que una lámina delgada, su tasa de enfriamiento más lenta trae como resultado una resistencia a la tensión y a la fluencia más bajas, menor dureza, y mayor alargamiento.

En chapas muy gruesas, la tasa de enfriamiento puede ser tan lenta que las propiedades del

acero pueden no llenar las especificaciones mínimas. Por lo tanto, para cumplir con los niveles especificados de resistencia – cedencia, la fábrica incrementa el contenido de carbono o de aleación de los aceros que van a ser laminados en secciones gruesas.

En la soldadura, las tasas de enfriamiento de las láminas delgadas y chapas gruesas, son justamente lo contrario. A causa de la mayor masa del material, el área de soldadura en una chapa gruesa se enfría más rápidamente que el área de soldadura en una lámina delgada. La entrada de calor en el área de soldadura es transferida, por conducción, hacia la gran masa del acero relativamente frío, enfriando por ello el área de soldadura relativamente rápido. (El calor es transferido más rápidamente por conducción que por radiación) La lámina delgada tiene menos masa para absorber el calor, y se enfría a una tasa más lenta. La tasa de enfriamiento más rápida de la chapa gruesa produce resistencias a la tensión y a la cedencia más altas, mayores durezas, y menor alargamiento.

Figura 5. Una junta a tope de ranura soldada en placa gruesa (a) requiere un precalentamiento más alto, a causa de la restricción de la junta, que una junta de filete soldada de un miembro delgado y una placa gruesa (b).

Las soldaduras en perfiles y placas de acero estructural por debajo de ½” de espesor tienen menos tendencia al agrietamiento que las soldaduras en chapas más gruesas. Además de la favorable tasa de enfriamiento más lenta, de las piezas más delgadas, otros dos factores minimizan las causas el agrietamiento:

1. Los elementos soldados de láminas más delgadas usualmente tienen una buena relación (alta) garganta de soldadura – espesor de placa.

2. Las láminas más delgadas, por ser menos rígidas, pueden flexionarse más cuando la soldadura se enfría, reduciendo por lo tanto la restricción sobre el metal de soldadura.

Las secciones laminadas y chapas más gruesas no tienen estas ventajas. Debido a que una soldadura se enfría más rápidamente sobre una chapa gruesa, y por esta chapa gruesa probablemente tenga un contenido de carbono o de aleación más alto, las soldaduras en una sección gruesa tienen resistencia y dureza más altas, aunque una ductilidad más baja que soldaduras similares en láminas delgadas.



Si estas propiedades son inaceptables, puede ser necesario el precalentamiento, especialmente para el pase de raíz, que es el más crítico, para reducir la tasa de enfriamiento.

El precalentamiento incrementa los costos; por tanto, deberá emplearse solamente cuando sea necesario. Por ejemplo, un alma delgada, a unirse a una brida de placa gruesa, mediante soldaduras de filete, puede no necesitar tanto precalentamiento como dos placas gruesas altamente restringidas, unidas mediante soldaduras a tope de múltiples pasadas.

Figura 6. En una junta restringida de placas gruesas (a), todas las tensiones de contracción deben ser tomadas por la soldadura. Separar las placas con alambres blandos (b) permite que las placas se muevan ligeramente durante el enfriamiento. Los alambres se aplanan (c) y remueven la mayoría de las tensiones del metal de soldadura.

Efecto de la Restricción de la Junta

Si existe contacto metal – metal entre chapas gruesas antes de la soldadura, las chapas no pueden moverse, y la junta se restringe. Cuando la soldadura se enfría y contrae, toda la tensión de contracción será absorbida por la soldadura, como se ilustra en la Figura 6(a) Esta restricción puede causar que la soldadura se agriete, especialmente en el primer pase sobre el segundo lado de la placa.

La restricción de la junta puede minimizarse procurando un espacio de 1/32” a 1/16” entre las dos piezas, para permitir su movimiento durante el enfriamiento. Tales espacios o caras de la raíz pueden incorporarse mediante varios medios sencillos:

1. Espaciadores de alambre de acero blando colocados entre las chapas, como en la Figura 6(b). El alambre es aplastado cuando la soldadura se contrae, como se muestra en la Figura 6(c) (No deben usarse alambres de cobre porque pueden contaminar el metal de soldadura)

2. Bordes rústicos cortados en la chapa, cortados a la llama. Los altibajos de los bordes cortados mantienen las placas separadas, y aún pueden deformarse y aplanarse cuando la soldadura se contrae.

3. Rugosidades el borde de la placa, recalcados con un centro punto pesado. Los resultados son similares a aquellos de los bordes rústicos cortados a la llama.

Es particularmente importante para las soldaduras de filete, procurar un espacio entre las chapas gruesas a ser soldadas.

Soldaduras de Filete: una soldadura de filete fundida comienza a solidificar, o a congelarse, a lo largo de los lados de la junta, como en la Figura 7, porque el calor es conducido hacia la placa adyacente, la cual está a una temperatura mucho más baja. La solidificación progresa hacia adentro hasta que la soldadura completa se solidifica. El último material en solidificarse es aquel del centro, cerca a la superficie de la soldadura.



Figura 7. Una soldadura de filete fundida (a) comienza a solidificarse a lo largo de los lados próximos a la palca (b) La solidificación procede como se muestra en (c) y (d)

(a) Soldadura Cóncava (b) Soldadura Convexa

Figura 8. El tamaño de la pierna y la superpie de una soldadura de filete cóncava (a) puede ser más grande que aquella de un cordón convexo (b) aunque su garganta t, puede ser considerablemente más pequeña.

Aunque una soldadura de filete cóncavo puede parecer mayor que una soldadura convexa, Figura 8, ella puede tener menos penetración hacia las placas soldadas y una garganta más pequeña que el cordón convexo. Por lo tanto, la soldadura convexa puede ser la más fuerte de las dos, incluso aunque ella parezca ser más pequeña.

En el pasado, la soldadura cóncava ha sido preferida por los diseñadores a causa del flujo más suave de tensión que ella ofrece para resistir una carga sobre la junta. La experiencia ha demostrado sin embargo, que las soldaduras de filete cóncavo de pasada sencilla tienen una mayor tendencia a agrietarse durante el enfriamiento que las soldaduras convexas. Esta desventaja supera usualmente el efecto de la mejorada distribución de la tensión, especialmente en aceros que requieren procedimientos especiales de soldadura.

Cuando un cordón de soldadura cóncavo se enfría y contrae, la superficie más externa está en tensión y puede agrietarse. Un cordón convexo tiene tensiones de contracción considerablemente reducidas en el área superficial, y la posibilidad de agrietamiento durante el enfriamiento es leve. Para soldaduras de filete de múltiples pasadas solamente el primer pase necesita ser convexo.



Cuando las condiciones de diseño requieran soldaduras cóncavas para un flujo suave de las tensiones en chapas gruesas, el primer cordón, (usualmente tres o más pasadas son necesarias) deberá ser ligeramente convexo. Los otros son conformados luego, hasta el perfil requerido.

Cincelado Posterior

Entalla

(a) (b)

Figura 9. El pase de raíz de una junta en Doble V es susceptible al agrietamiento a causa del efecto de entalla (a). En trabajos de alta calidad, la entalla es minimizada por el cincelado posterior (b)

Soldaduras de Ranura: El pase de raíz de una soldadura de ranura en chapas gruesas, usualmente requiere procedimientos especiales de soldadura. Por ejemplo, el pase de raíz sobre el primer lado de una junta en doble V es susceptible de agrietarse a causa de la entalla, como se ilustra en la Figura 9(a), la cual es una iniciadora de grietas. En trabajos de alta calidad, esta entalla es acanalada, como en la Figura 9(b), para: 1 Remover la escoria o los óxidos del fondo de la ranura; 2 Remover cualquier grieta pequeña que pueda haber ocurrido en el cordón de raíz; y 3 Ampliar la ranura en el fondo de manera que el primer pase del segundo lado sea lo suficientemente grande para resistir las tensiones de contracción que deban soportar debidas a la rigidez de la junta.

El metal de soldadura tiende a encogerse en todas las direcciones cuando se enfría, y la restricción de las chapas gruesas produce tensiones de tracción en la soldadura. El metal cede plásticamente mientras está caliente para acomodarse a las tensiones; si las tensiones internas exceden la resistencia de la soldadura, ella se agrieta, usualmente a lo largo de la línea central.

El problema es mayor si el material de la chapa tiene un contenido más alto de carbono que el metal de relleno. Si este es el caso, el metal de soldadura usualmente toma carbono adicional a través de la mezcla con el metal base. Bajo tales condiciones, el cordón de raíz es usualmente menos dúctil que los cordones subsiguientes.

Un cordón de raíz cóncavo en una soldadura de ranura, como es mostrado en la Figura 10(a) tiene la misma tendencia al agrietamiento como en una soldadura de filete. Incrementando la dimensión de la garganta del pase de raíz, como en la Figura 10(b), ayuda a prevenir el agrietamiento. Los electrodos y procedimientos que produzcan un perfil de cordón convexo, deben usarse. Un proceso de bajo hidrógeno, reduce usualmente la tendencia al agrietamiento; si no, puede requerirse el precalentamiento.

Grieta

Incorrecto Correcto Demasiado Cóncavo Plano o Ligeramente Convexo

(a) (b)

Figura 10. Un pase de raíz cóncavo (a) puede agrietarse porque las tensiones de tracción exceden la resistencia del metal de soldadura. Un cordón de pase de raíz ligeramente convexo (b) ayuda a prevenir el agrietamiento.



Grieta Grieta

Incorrecto Incorrecto Correcto Demasiado Ancho y Cóncavo Humectado Demasiado Alto Plano o Ligeramente Convexo, (Además, pobre remoción de escoria) y Cóncavo menor que el ancho total

(Además, buena remoción de escoria)

Figura 11. Los pases amplios, y cóncavos (a) y (b) en una soldadura de pasadas múltiples pueden agrietarse. Los cordones ligeramente convexos (c) son recomendados

Las grietas en la línea central también pueden ocurrir en los pases subsiguientes de una soldadura de múltiples pasadas, si los pases son excesivamente anchos o cóncavos. Esto puede corregirse depositando cordones más estrechos, un poco más convexos, realizando la soldadura con dos o más cordones anchos, como en la Figura 11.

Relación Ancho/Profundidad: Las grietas causadas por la restricción de la junta o la química del material, usualmente aparecen en la cara de la soldadura. En algunas situaciones, no obstante, ocurren grietas internas que no alcanzan la superficie. Estas son usualmente causadas por un diseño inapropiado de la junta, filetes y ranuras estrechas y profundas, o por mal uso de un proceso de soldadura que pueda lograr penetración profunda.

Si la profundidad de la fusión es mucho mayor que la amplitud de la cara de la soldadura, la superficie de la soldadura puede solidificarse antes que lo haga el centro. Cuando esto ocurre, las fuerzas de contracción actúan sobre el centro casi solidificado, (cuya resistencia es más baja que aquella de la superficie solidificada) y pueden causar una grieta que no se extiende hasta la superficie. La Figura 12(a) es ilustrativa.

Las grietas internas también pueden originarse por una preparación o diseño de junta inapropiados. Los resultados de combinar chapas gruesas, un proceso de soldadura de penetración profunda, y un ángulo incluido de 45°, son mostrados en la Figura 12(b) Un resultado similar en una soldadura de filete hecha con penetración profunda es mostrado en la Figura 12(c) Un bisel demasiado pequeño, y una ranura acanalada por arco demasiado estrecha para su profundidad en el segundo pase de una soldadura de ranura en doble V, puede causar la grieta interna mostrada en la Figura 12(d).

Las grieta internas son serias porque ellas no pueden detectarse por inspección visual. Aunque ellas pueden ser eliminadas si son empleadas medidas preventivas. La penetración y volumen del metal de soldadura depositado en cada uno de los pases puede ser controlado mediante la regulación de la velocidad y corriente de soldadura, y mediante el uso de un diseño de junta que establezca requerimientos razonables de profundidad de fusión. Las relaciones recomendadas de amplitud (de cada uno de los cordones individuales) – profundidad de fusión están entre 1.2 a 1, y 2 a 1.

Un tipo diferente de grieta interna ocurre en la soldadura por arco sumergido cuando la relación amplitud – profundidad es demasiado grande. Las grietas en estas soldaduras llamadas “perfil de sombrero”, Figura 12(e), son especialmente peligrosas porque la inspección radiográfica puede no detectarlas. La relación amplitud – profundidad de cualquier cordón individual no deberá exceder 2:1.



Figura 12. El agrietamiento interno puede ocurrir cuando la penetración de la soldadura es más grande que ancha. Las proporciones correctas e incorrectas son mostradas en (a), (b), y (c). Acanalar por arco una ranura demasiado estrecha para su profundidad, puede causar un agrietamiento similar interno (d) Las grietas pueden ocurrir además, cuando la profundidad es demasiado superficial (e). El ancho de una soldadura no deberá exceder dos veces su profundidad.



DESGARRE LAMINAR

El desgarre laminar es la separación en el metal base o matriz, causada por tensiones a través del espesor inducidas por la contracción del metal de soldadura, Figura 13A. Bajo condiciones de alta restricción, la cual es altamente típica de las chapas gruesas, las tensiones localizadas debidas a la contracción del metal de soldadura pueden ser muchas veces más grandes que el punto de cedencia del metal base. En la dirección del espesor, estas tensiones pueden producir desgarramiento laminar.

Figura 13A. A causa de las propiedades direccionales del acero y las fuerzas de contracción de grandes volúmenes de metal de soldadura, este tipo de conexiones es altamente susceptible al desgarre laminar.

DIAGRAMA DE UN DESGARRE LAMINAR

Figura 13B. Diagrama de un desgarre laminar parcialmente desarrollado.

Figura 13C. Sección transversal de un material base mostrando el desarrollo completo del desgarre laminar incompleto mostrado en la Figura 13B.



Un desgarre laminar ocurre solamente en el metal base y aun cuando pueda originarse cerca al pie o raíz de una soldadura, a menudo el desgarre se origina bien lejos de la ZAC y puede no propagarse hacia la superficie. La sección transversal de un desgarre laminar es escalonado, con terrazas longitudinales que son marcadamente más largas que las porciones transversales, Figuras 13B y 13 C. La fractura tiene una apariencia fibrosa y esta característica, junto con el perfil y localización en forma de terraza dentro del metal base, es la mejor manera de diferenciar el desgarre laminar de las grietas en la ZAC causadas por el hidrógeno.

El desgarramiento ocurre principalmente en juntas en T y de esquina, Figura 13D, donde el grado de restricción es tal, que las tensiones de contracción de la soldadura impuestas sobre el metal base no pueden acomodarse a causa de la limitada ductilidad del metal base en dirección del espesor. Durante el progreso de la soldadura, después de depositar un número suficiente de pasadas, las tensiones de contracción de la soldadura se incrementan en magnitud cuando esta se enfría, causando una separación en la interfase entre las inclusiones no metálicas microscópicas y el metal base circundante.

Cuando se deposita más metal de soldadura, se forman desgarres microscópicos adicionales. Debido a que las inclusiones no metálicas y las tensiones están dispersas de manera irregular en todo el acero, el desgarramiento toma la ruta más susceptible, Figura 13C.

Propiedades del Material

En el proceso de laminación en caliente, empleado para conformar el acero estructural, Figura 13E, la mayor resistencia y la ductilidad ocurren en direcciones longitudinal y transversal. Los valores de alargamiento y reducción de área bien pueden ser significativamente más bajos en dirección del espesor. Véase Figura 13E.

Estas propiedades direccionales son particularmente significativas en chapas más gruesas debido a que ha tenido lugar menos laminado en caliente. Cuando estas propiedades cambian, esto coloca una responsabilidad mayor en el diseñador, para proyectar en conformidad y para evitar aquellos tipos de conexiones soldadas altamente susceptibles al desgarramiento laminar.

En casos extremos, el diseñador puede encontrar necesario, especificar el uso de un grado Premium de acero, el cual garantizará aceptables propiedades en el sentido del espesor. Tales aceros están disponibles comercialmente.

Figura 13D. Las juntas en T y juntas en esquina, especialmente en placas gruesas, son las más susceptibles al desgarramiento laminar.



Espécimen Resistencia a la Tracción,

Ksi

Punto de Cedencia

Porcentaje de Alargamiento

Porcentaje de Reducción de

Área

A (a través del espesor)

45.6 Ninguna 6.0 12.2

B (lateral) 65.768.6

45.347.2

21.024.5

46.746.8

C (longitudinal) 64.367.5

46.947.5

24.520.0

53.153.4

Figura 13E. Todos los aceros tienen propiedades direccionales, como se muestra arriba; las propiedades laterales y longitudinales son considerablemente mejores que las propiedades a través del espesor.

B es mucho más susceptible al desgarre laminar que A. Cuando se realizan soldaduras a tope, la orientación laminar es generalmente paralela con las tensiones de contracción lateral. Esta condición no es susceptible al desgarramiento laminar

Figura 13F.



Recomendaciones

Las conexiones exitosas altamente restringidas requieren un entendimiento de los fenómenos y atención para detallar de parte del diseñador. Los buenos materiales y la habilidad no pueden asegurar éxito en conexiones pobremente concebidas y diseñadas o especificadas.

Las siguientes son algunas de las recomendaciones presentadas como representativas de posibles medios para minimizar o evitar desgarramiento laminar:

1. Seleccione electrodos que depositen metal de soldadura con la más baja resistencia a la cedencia, adecuada para soportar las cargas del diseño. El empleo de un metal de soldadura de resistencia a la cedencia excesivamente alta puede causar tensiones por encima del punto de cedencia en el material conectado;

2. Disponga, donde sea posible, de conexiones que eviten de tal manera, las juntas soldadas que induzcan tensiones en dirección al espesor, debidas a la contracción de la soldadura.

3. Haga conexiones con soldaduras con la mínima dimensión de garganta requerida para soportar las tensiones y con un volumen práctico mínimo de metal de soldadura. Las soldaduras de filete de más baja resistencia o de penetración parcial, pueden a menudo ser empleadas para unir aceros de más alta resistencia cuando la junta está diseñada para cizallado.

4. Diseñe juntas en esquina con consideraciones apropiadas de preparación de bordes. Véanse los detalles mejorados en la Figura 13G.

5. Investigue completamente, y utilice la experiencia y conocimiento disponibles sobre los detalles específicos de diseño que pudieran ser fuentes potenciales de desgarramiento laminar.

6. No emplee soldaduras mayores de las necesarias para transferir las fuerzas calculadas.

7. Observe la correcta temperatura de precalentamiento y entre pasadas recomendadas para el tipo y espesor del metal base.

8. Especifique selectivamente inspección ultrasónica, después de la fabricación y/o erección de aquellas conexiones soldadas específicas, altamente restringidas para la integridad estructural que considere están sometidas a desgarramiento laminar.

Observaciones de los Factores que Contribuyen al Agrietamiento

Dos artículos11 aparecidos en el Welding Journal en 196412, resumen varios de los factores confirmados mediante investigación como contribución al agrietamiento en soldadura:

1 Las fuerzas de contracción de las soldaduras de múltiples pasadas tienden a causar separaciones en el metal base, y ellas generalmente se incrementan con la resistencia y templabilidad de los metales de relleno y metales base.

11 “Welding Cracking Under Hindered Contraction Comparison of Welding Process”, Travis, Barry, Moffat, and Adams, MIT. Welding Journal, November, 1963.12 “Delayed Cracking in Steel Weldments”, Interrante and Stout, Welding Journal, April, 1964.



Por tanto, el metal de soldadura más blando tenderá a disminuir no solamente las grietas en el metal de soldadura, sino también las grietas y desgarramientos laminares en la ZAC.

2 La susceptibilidad al agrietamiento en diferido es proporcional al contenido de hidrógeno de la atmósfera de soldadura.

3 La mayor sensibilidad a las grietas es exhibida por la alta química del metal base y por los espesores más pesados de chapas.

4 En general, el agrietamiento se iniciará en la ZAC del metal base, excepto en los casos donde el metal de soldadura es de más alta dureza.

5 Con arco abierto, o incluso con el proceso SMAW, puede asumirse que en tiempo cálido húmedo la atmósfera del arco contendrá más hidrógeno como vapor de agua que en tiempo frío seco. Cualquier tendencia para minimizar la importancia del precalentamiento, de mantener la junta caliente, o posiblemente del post calentamiento en los meses calientes de verano, podría estar en la raíz de los problemas de agrietamiento en las juntas pesadas restringidas.

Esto sería especialmente cierto si, o el metal de soldadura o el metal base son templables a causa del contenido de aleación o de carbono. La baja entrada de calor con interrupciones en el ciclo de la soldadura tiende a agravar el problema.

Figura 13 G Las condiciones (1), (2), (3) son susceptibles al desgarramiento laminar. Una soldadura a tope biselada (4) no lo es.



Biselar ambas placas, como se muestra en (5), minimizará grandemente la tendencia al desgarramiento laminar.

Figura 13G.

La posición de soldadura y su influencia sobre el tamaño del cordón, entrada de calor, número de capas, etc., tiene una influencia directa sobre la tendencia al agrietamiento.

Por ejemplo, las soldaduras de ranura a “las tres en punto”, o en posición horizontal, son más sensibles al agrietamiento que las soldaduras de ranura en posición plana.

ACEROS Y RECOMENDACIONES PARA SOLDARLOS

La clasificación de los Aceros al Carbono está basada principalmente en el contenido de carbono. Los grupos son:

1 Bajo Carbono, hasta 0.30% de carbono13.

2 Mediano Carbono, de 0.30% hasta 0.45% de carbono.

3 Alto Carbono, con más de 0.45% de carbono.

Las composiciones SAE estándares de los aceros al carbono, aplicables a los perfiles estructurales, chapas, flejes, láminas, y tuberías soldadas están listadas en la Tabla 3.

Las propiedades mecánicas de los aceros acabados en caliente están influenciadas principalmente por la composición química, particularmente el contenido de carbono, aunque otros factores, como la temperatura de acabado, tamaño de la sección, y la presencia de elementos residuales, también afectan las propiedades. Una chapa de ¾”, por ejemplo, tiene propiedades de más alta tensión y menor alargamiento que una placa de 1 ½” de la misma composición. Esto resulta de la tasa de enfriamiento más alta de la chapa de ¾” desde la temperatura de laminado. Las propiedades de tensión típicas de los aceros de bajo carbono laminados en caliente y acabado en frío están listadas en la Tabla 4.

Aceros de Bajo Carbono

En general, los aceros con contenidos de carbono hasta 0.30% son fácilmente unidos mediante todos los procesos comunes de soldadura por arco. Estos grados cuentan para el mayor tonelaje de los aceros usados en las estructuras soldadas. Las aplicaciones típicas incluyen, tanques, ensambles estructurales, calderas, bases de maquinarias, equipo para movimiento de tierra y agricultura, y elementos soldados en general.

13 El primer grupo, algunas veces está subdividido en aceros de muy bajo carbono, hasta 0.15% de carbono, y aceros simples al carbono, de 0.15% hasta 0.30% de carbono.



TABLA 3 ACEROS SAE AL CARBONO – COMPOSICIONES DE LOS ACEROS AL CARBONO

Número SAE

Límites de Composición Química en la Cuchara, %Número

AISI Carbono Manganeso Fósforo, máximo

Azufre, máximo

10061008100910101012

0.08 máx.0.10 máx.0.15 máx.

0.08 – 0.130.10 – 0.15

0.25 – 0.400.25 – 0.500.60 máx.

0.30 – 0.600.30 – 0.60

0.0400.0400.0400.0400.040

0.0500.0500.0500.0500.050

C 1006C 1008C 1009C 1010C 1012

10151016101710181019

0.13 – 0.180.13 – 0.180.15 – 0.200.15 – 0.200.15 – 0.20

0.30 – 0.600.60 – 0.900.30 – 0.600.60 – 0.900.70 – 1.00

0.0400.0400.0400.0400.040

0.0500.0500.0500.0500.050

C 1015C 1016C 1017C 1018C 1019

10201021102210231024

0.18 – 0.230.18 – 0.230.18 – 0.230.20 – 0.250.19 – 0.25

0.30 – 0.600.60 – 0.900.70 – 1.000.30 – 0.601.35 – 1.65

0.0400.0400.0400.0400.040

0.0500.0500.0500.0500.050

C 1020C 1021C 1022C 1023C 1024

10251026102710301033

0.22 – 0.280.22 – 0.280.22 – 0.290.28 – 0.340.30 – 0.36

0.30 – 0.600.60 – 0.901.20 – 1.500.60 – 0.900.70 – 1.00

0.0400.0400.0400.0400.040

0.0500.0500.0500.0500.050

C 1025C 1026C 1027C1030C 1033

10351036103710381039

0.32 – 0.380.30 – 0.370.32 – 0.380.35 – 0.420.37 – 0.44

0.60 – 0.901.20 – 1.500.70 – 1.000.60 – 0.900.70 – 1.00

0.0400.0400.0400.0400.040

0.0500.0500.0500.0500.050

C 1035C 1036C 1037C 1038C 1039

10401041104210431045

0.37 – 0.440.36 – 0.440.40 – 0.470.40 – 0.470.43 – 0.50

0.60 – 0.901.35 – 1.650.60 – 0.900.70 – 1.000.60 – 0.90

0.0400.0400.0400.0400.040

0.0500.0500.0500.0500.050

C 1040C 1041C 1042C 1043C 1045

10461048104910501052

0.43 – 0.500.44 – 0.520.46 – 0.530.48 – 0.550.47 – 0.55

0.70 – 1.001.10 – 1.400.60 – 0.900.60 – 0.901.20 – 1.50

0.0400.0400.0400.0400.040

0.0500.0500.0500.0500.050

C 1046C 1048C 1049C 1050C 1052

10551060106410651070

0.50 – 0.600.55 – 0.650.60 – 0.700.60 – 0.700.65 – 0.75

0.60 – 0.900.60 – 0.900.50 – 0.800.60 – 0.900.60 – 0.90

0.0400.0400.0400.0400.040

0.0500.0500.0500.0500.050

C 1055C 1060C 1064C 1065C 1070

10741078108010841085

0.70 – 0.800.72 – 0.850.75 – 0.880.80 – 0.930.80 – 0.93

0.50 – 0.800.30 – 0.600.60 – 0.900.60 – 0.900.70 – 1.00

0.0400.0400.0400.0400.040

0.0500.0500.0500.0500.050

C 1074C 1078C 1080C 1084C 1085

108610901095

0.80 – 0.930.85 – 0.980.90 – 1.03

0.30 – 0.500.60 – 0.900.30 – 0.50

0.0400.0400.040

0.0500.0500.050

C 1086C 1090C 1095



Los aceros con muy bajo contenido de carbono, hasta 0.13%, son aceros buenos para soldar, aunque ellos no son mejores para soldaduras de producción de alta velocidad. El contenido bajo de carbono y el contenido bajo de manganeso, hasta 0.30%, tienden a producir porosidad interna. Esta condición es usualmente corregida por la modificación leve del procedimiento de soldadura, usualmente mediante el uso de una velocidad más lenta. Si la presencia de alguna porosidad interna no tiene efectos dañinos en los requerimientos del servicio del ensamble, pueden ser usados los procedimientos estándares de alta velocidad.

Los aceros con contenidos muy bajos de carbono, son más dúctiles y más fáciles de conformar que los aceros de carbono más altos. Ellos son empleados para aplicaciones donde se requiera considerable conformación en frío, tales como en perfiles laminados, o conformados, o estampados.

Los aceros con contenidos de carbono de 0.15% a 0.20% tienen excelente soldabilidad. Ellos raras veces requieren algo diferente fuera de los procedimientos estándares de soldadura, y pueden ser soldados con todos los tipos de electrodos de acero simple. Estos aceros deberán ser usados para velocidad máxima de producción en ensambles o estructuras que requieran soldadura extensa.

TABLA 4 PROPIEDADES MECÁNICAS MÍNIMAS TÍPICAS DE LAS BARRAS DE ACERO AL CARBONO

Número SAE o AISI Condición

Resistencia a la

Tracción(1000 psi)

Resistencia a la

Cedencia (1000 psi)

Alargamiento en 2”(%)

1010 HRCF

4753

2644

2820

1015 HRCF

5056

2847

2818

1020 HRCF

5561

3051

2515

1025 HRCF

5864

3254

2515

1030 HRCF

6876

3864

2012

1035 HRCF

7280

4067

1812

1040 HRCF

7685

4271

1812

1045 HRCF

8291

4577

1612

1050 HRCF

90100

5084

1510

* HR = Hot Rolled, Laminado en Caliente; CF = Cold Finished, Acabado en FríoDatos tomados del Manual de Metales ASM, 8ª. Edición, Volumen 1.



Los aceros en el rango final superior de bajo carbono, los grados de 0.25% a 0.30% de carbono, tienen muy buena soldabilidad, aunque cuando uno o más de los elementos está en el rango alto de los límites permisibles, puede resultar en agrietamiento, particularmente en soldaduras de filete. Con corrientes y velocidades ligeramente reducidas, cualquiera de los electrodos estándares puede ser utilizado para estos aceros. En espesores hasta 5/16”, aplican los procedimientos estándares.

Si alguno de los elementos, particularmente carbono, silicio, o azufre, están en el rango alto de los límites, pueden formarse poros superficiales. Si se reducen la corriente y la velocidad, se minimiza este problema.

Aunque la mayoría de las aplicaciones de soldadura de estos aceros no requieren precalentamiento, las secciones pesadas, de 2” y más, y ciertas configuraciones de juntas, pueden requerirlo.

Un menor precalentamiento es exigido cuando son usados procedimientos de bajo hidrógeno. En general, los aceros en el rango de 0.25% a 0.30% de carbono, deberán soldarse con electrodos de bajo hidrógeno, o con procedimientos de bajo hidrógeno si la temperatura está por debajo de 50° F.

Aceros de Mediano y Alto Carbono

En razón a que la templabilidad de los aceros se incrementa con el contenido de carbono, los aceros de mediano y alto carbono sirven donde sean necesarias la dureza, resistencia al desgaste, o resistencias más altas. Los usos principales para los aceros de mediano carbono, hasta 0.45%, incluyen placas de desgaste, resortes, y componentes para equipo ferroviario, agrícola, movimiento de tierras, y manejo de materiales.

Desafortunadamente, las mismas características que hacen a estos aceros tan apropiados para uso en partes y estructuras fuertes, los hacen más difíciles y costosos para soldarlos. Los aceros de mediano carbono pueden soldarse exitosamente, sin embargo, con tal que sean empleados los procedimientos, y las temperaturas de precalentamiento y entre pasadas, apropiados. Algunas veces, puede requerirse el relevo de tensiones post soldadura.

Los aceros de alto carbono, son casi siempre usados en su condición templada. Las aplicaciones típicas son para herramientas para trabajo de los metales y la madera, brocas, dados, y cuchillas, y para partes resistentes a la abrasión, tales como rejas de arado, y cuchillas raedoras.

Algunos equipos de granja son construidos de existencias de rieles re laminados, con 0.65% de carbono, los cuales son soldados en la condición de re laminados, usando precalentamiento, calentamiento entre pasadas, y relevo de tensiones post soldadura.

La dureza de estos aceros puede oscilar, desde completamente blando en la condición recocida, hasta HRc 65, con tratamiento de rápido enfriamiento para los grados más altos en carbono. Aunque un acero AISI 1020 puede hacerse tan duro como HRc 50, la dureza es muy superficial. Si se incrementa el contenido de carbono, se incrementa la profundidad de temple y la máxima dureza obtenible hasta cerca de HRc 65. Los elementos de aleación incrementan la profundidad de temple aunque tienen poco efecto sobre la dureza máxima.

Es aconsejable realizar pruebas de muestras de soldadura para determinar las tendencias al agrietamiento de los aceros con contenidos de 0.30% de carbono o más. Si tales tendencias son aparentes, puede ser necesario el precalentamiento del acero para retardar la tasa de enfriamiento desde la temperatura de soldadura. La temperatura de precalentamiento requerida varía con el análisis, tamaño, y perfil del acero y con la entrada de calor del proceso de soldadura. En general, cuanto más alto es el contenido de carbono o de elementos de aleación y más gruesa la placa, tanto más alta es la temperatura de precalentamiento necesaria para proporcionar la tasa de enfriamiento lento requerido para prevenir el endurecimiento.



Para cálculos de taller, un “Calculador de Precalentamiento”, disponible de la Compañía Lincoln Electric a un costo nominal, es una herramienta útil y práctica para determinar los requerimientos de precalentamiento de varios espesores de los aceros de análisis común.

El empleo de procesos de bajo hidrógeno puede minimizar el grado de precalentamiento necesario, y podría eliminar completamente la necesidad de precalentamiento. Como regla empírica, las temperaturas de precalentamiento empleadas con los electrodos de bajo hidrógeno pueden ser de 100° a 200° F más bajas que aquellas necesarias para electrodos diferentes a los de bajo hidrógeno.

Aceros AWS14 Estructurales

La AWS no escribe especificaciones para aceros estructurales aunque reconoce muchos aceros especificados por ASTM, API, y ABS15 como apropiados para estructuras soldadas con los diferentes procesos de soldadura por arco. Las Tablas 5 y 6 muestran las listas de estos aceros con los requerimientos de las propiedades mecánicas y las composiciones.

Debido a que estas tablas no contienen los requerimientos químicos o de las propiedades mecánicas, ello sugiere al lector consultar la especificación original para mayor información.

En general, estos aceros tienen los límites máximos de carbono, azufre y fósforo. El manganeso podría especificarse como un rango o en una cantidad máxima. Las cantidades pequeñas de otras aleaciones pueden adicionarse para cumplir con los requerimientos de las propiedades mecánicas.

Todos los aceros listados en la Tablas 5 y 6 tienen características satisfactorias de soldabilidad aunque algunos podrían requerir procedimientos o técnicas especiales, tales como una limitada entrada de calor o temperaturas mínimas de precalentamiento o entre pasadas. Algunos aceros estructurales no están proyectados para soldar por arco. Por ejemplo, el grado A440 está proyectado principalmente para estructuras remachadas o atornilladas.

Aceros Estructurales de Alta Resistencia y Baja Aleación, HSLA16

Unas propiedades mecánicas más altas, y usualmente una mejor resistencia a la corrosión que los aceros estructurales al carbono, son las características de los aceros HSLA. Estas propiedades mejoradas son alcanzadas mediante la adición de pequeñas cantidades de elementos de aleación. Algunos de los aceros tipo HSLA, son aceros al carbono – manganeso; otros contienen diferentes adiciones de elementos de aleación, controlados mediante los requerimientos de soldabilidad, conformabilidad, tenacidad, o economía. La resistencia de estos aceros está entre las de los aceros estructurales al carbono y las de los aceros templados y revenidos de alta resistencia.

Los aceros de baja aleación de alta resistencia son usualmente empleados en la condición laminada, aunque se dispone de algunos que requieren tratamiento térmico después de la fabricación. Estos aceros son producidos para requerimientos de propiedades mecánicas más que para composiciones químicas. Las propiedades mecánicas mínimas disponibles en la condición laminada, varían entre los grados, y en la mayoría de los grados, con el espesor.

14 American Welding Society.15 American Bureau of Shipping16 High Strength Low Alloys Steels



Los rangos de las propiedades disponibles en este grupo de aceros son:

1 Punto de Cedencia Mínimo desde 42 000 hasta 70 000 psi.

2 Resistencia a la Tracción Mínima desde 60 000 hasta 85 000 psi.

3 Resistencia a la Corrosión, clasificada como: igual a la de los aceros al carbono, dos veces la de los aceros al carbono, o cuatro a seis veces la de los aceros al carbono.

Los aceros HSLA están disponibles en la mayoría de las formas comerciales forjadas, y son usados extensamente en productos y estructuras que exijan alta relación resistencia más alta – peso, que la ofrecida por los aceros estructurales al carbono.

Las aplicaciones típicas son soportes y paneles para chasis de camiones, vagones de trenes, casas móviles, y otros equipos de transporte; componentes para tractores, trilladoras, distribuidoras de fertilizantes, y otras maquinarias agrícolas, equipo para manejo y almacenamiento de materiales; y edificios, cubiertas de puentes, y estructuras similares.

Los aceros HSLA no deberán confundirse con los aceros aleados de alta resistencia templados y revenidos. Ambos grupos son vendidos principalmente por la marca comercial, y frecuentemente comparten el mismo nombre comercial, con diferentes letras o números que son usados para identificarlos a cada uno.



TABLA 5 PROPIEDADES MECÁNICAS MÍNIMAS Y COMPOSICIÓN PARA LOS ACEROS ATM HSLA APROBADOS PARA USO MEDIANTE LAS ESPECIFICACIONES AISC PARA EL DISEÑO, FABRICACIÓN Y ERECCIÓN DE ACERO ESTRUCTURAL PARA EDIFICIÓS Y PÚENTES,

AWS D.1.1 – CÓDIGO DE SOLDADURA ESTRUCTURAL – ACEROS 1992

GRADO ASTM y

Información Descriptiva

Propiedades MecánicasPerfil del Material

Grupo de Espesor o

Grado

Requerimientos Químicos (En Cuchara ) Por Ciento

Resistencia a la

TracciónKsi mínimo

Punto de Cedencia

Ksi mínimo

AlargamientoEn 2” % mínimo

C Máx

.

Mn † máx. P Máx

.

S Máx.

Si † CuMín.

V máx.

A36 Acero Estructural58 a 80 36 23 Perfiles

Chapa

0.26 0.04 0.05 0.40 m 0.20*58 a 80 36 23 ¾” inc. 0.25 0.04 0.05 0.40 m 0.20*58 a 80 36 23 > ¾” 1 ½” 0.25 0.80 – 1.20 0.04 0.05 0.40 m 0.20*58 a 80 36 23 > 1 ½” 2”

½” 0.26 0.80 – 1.20 0.04 0.05 0.15 - 0.40 0.20*58 a 80 36 23 > 2 ½” 4” 27 0.85 – 1.20 0.04 0.05 0.15 - 0.40 0.20*58 a 80 36 23 > 4” 8” 29 0.85 – 1.20 0.04 0.05 0.15 - 0.40 0.20*58 a 80 36 23

Barras yPerfiles en

Barra

¾” inc. 26 0.04 0.05 0.40 m 0.20*58 a 80 36 23 > ¾” 1 ½” 27 0.60 – 0.90 0.04 0.05 0.40 m 0.20*58 a 80 36 23 > 1 ½” 4”

inc 28 0.60 – 0.90 0.04 0.05 0.40 m 0.20*58 a 80 36 23 Sobre 4” 29 0.60 – 0.90 0.04 0.05 0.40 m 0.20*

A53 GRADO B Tubería sin Costuras y Soldada por resistencia eléctrica o sin costuras (solamente el límite químico es el fósforo)

486045

303525

******

ABC

0.250.30

0.951.20

0.050.050.06

0.060.060.045

A242 Acero Estructural de Baja Aleación Alta Resistencia(los otros elementos de aleación pueden ser adicionados.)Si C máx., ≤ 0.15m, Mn máx., puede ser elevado hasta 1.40)

70 50 21Chapas y

Barras

¾” inc. 0.15 1.00 0.15 0.05 0.2067 46 21 > ¾” 1 ½” 0.15 1.00 0.15 0.05 0.2063 42 21 > 1 ½” 4” 0.15 1.00 0.15 0.05 0.2070 50 21

Perfil Estructural

1 & 2 0.15 1.00 0.15 0.05 0.2067 46 21 3 0.15 1.00 0.15 0.05 0.2063 42 21 4 & 5 0.15 1.00 0.15 0.05 0.20

A375 Fleje de Lámina en Acero Estructural de baja aleación, Alta Resistencia

70 50 22 0.22 1.25 0.05

Cuando sea usado para soldar, la química debe ser revisada para la soldabilidad basada sobre evidencias aceptables para el comprador

* Cuando sea especificado ** Véanse los Estándares ASTM para más detalles † Donde sean dadas dos figuras, esto es un rango mínimo – máximo Continúa




AWS D.1.1 – CÓDIGO DE SOLDADURA ESTRUCTURAL – ACEROS 1992 (CONTINUACIÓN)

GRADO ASTM y



Grupo de Espesor o

Grado


Resistencia a la


Punto de Cedencia

Ksi mínimo


C Máx

.

Mn † máx. P Máx.

S Máx.

Si † CuMín.

V máx.

A441 Acero Estructural al Manganeso Vanadio de Baja Aleación Alta Resistencia

70 50 **Chapas y

Barras

¾” inc. 0.22 0.85 1.25 0.04 0.05 0.30 0.20 0.0267 46 ** > ¾ 1 ½” 0.22 0.85 1.25 0.04 0.05 0.30 0.20 0.0263 42 24 > 1 ½” 4” 0.22 0.85 1.25 0.04 0.05 0.30 0.20 0.0260 40 24 > 4” 8” 0.22 0.85 1.25 0.04 0.05 0.30 0.20 0.0270 50 **

PerfilesEstructurales

I 0.22 0.85 1.25 0.04 0.05 0.30 0.20 0.0267 46 ** II 0.22 0.85 1.25 0.04 0.05 0.30 0.20 0.0263 42 24 III 0.22 0.85 1.25 0.04 0.05 0.30 0.20 0.02

A500 Tubos en Acero Estructural en Redondos y Perfiles Conformado en Frío, Soldados y sin Costuras

Reemplazado por A572/ A572M (1989)

45 33 25Tubos

Redondos Estructural

A 0.26 0.04 0.05 0.20*58 42 23 B 0.26 0.04 0.05 0.20*62 46 21 C 0.26 1.35 0.20*58 36 23 D 0.26 0.04 0.05 0.20*45 39 25

Tubos Redondos Perfilados

A 0.26 0.04 0.05 0.20*58 46 23 B 0.26 0.04 0.05 0.20*62 50 21 C 0.26 1.35 0.20*58 36 23 D 0.26 0.04 0.05 0.20*

A501 Tubos en Acero Estructural al Carbono, Conformado en Caliente Soldado y sin Costura

58 mínimo 36 23 0.26 0.04 0.05 0.20*

A516 Chapas de Acero al Carbono

55 75 30 27 55 0.180.26

0.60 1.20 0.035 0.035 0.15 0.40

60 80 32 25Chapas

60 0.210.27

0.60 1.20 0.035 0.035 0.15 0.40

65 85 35 23 65 0.240.29

0.85 1.20 0.035 0.035 0.15 0.40

70 90 38 21 70 0.270.31

0.85 1.20 0.035 0.035 0.15 0.40

A529 Acero Estructural(42 Ksi mínimo de Cedencia, ½” de espesor máximo)

58 mínimo 36 23 0.26 0.04 0.05 0.20*

* Cuando sea especificado ** Véanse los Estándares ASTM para más detalles † Donde sean dadas dos figuras, esto es un rango mínimo – máximo Continúa




AWS D.1.1 – CÓDIGO DE SOLDADURA ESTRUCTURAL – ACEROS 1992 (CONTINUACIÓN)

GRADO ASTM y



Grupo de Espesor o

Grado


Resistencia a la


Punto de Cedencia

Ksi mínimo


C Máx

.

Mn † máx. P Máx.

S Máx.

Si † CuMín.

V máx.

A570 Láminas y Flejes de Acero al Carbono Laminado en Caliente, Calidad Estructural

49 30 19 25 30 0.25 0.90 0.035 0.04 0.2052 33 18 23 33 0.25 0.90 0.035 0.04 0.2053 36 17 22 36 0.25 0.90 0.035 0.04 0.2055 40 16 21 40 0.25 0.90 0.035 0.04 0.2060 45 14 19 45 0.25 1.35 0.035 0.04 0.2065 50 12 17 50 0.25 1.35 0.035 0.04 0.2070 55 10 15 55 0.25 1.35 0.035 0.04 0.20

A606 Lámina y Fleje de Baja Aleación Alta Resistencia

70 50 22 Longitudes Laminado

0.22 1.25 0.04

65 45 22 Bobinas Laminado 65 45 22 Longitudes y

BobinasRecocido

65 45 22 Longitudes y Bobinas

Laminado en Frío

A607 Lámina y Fleje de Baja Aleación Alta Resistencia

Cb N6055

4545

22 2522 25

Clase 1Clase 2

45 0.220.15

1.35 0.04 0.04 0.005 0.01

6560

5050

20 2220 25

Clase 1Clase 2

50 0.230.15

1.35 0.04 0.05 0.005 0.01

7065

5555

18 2018 20

Clase 1Clase 2

55 0.250.15

1.35 0.04 0.05 0.005 0.01

7570

6060

16 1816 18

Clase 1Clase 2

60 0.260.15

1.50 0.04 0.05 0.0050.020

0.01

8075

6565

14 1614 16

Clase 1Clase 2

65 0.260.15

1.50 0.04 0.05 0.005 0.0120.020

0.01

8580

7070

12 1412 14

Clase 1Clase 2

70 0.260.15

1.65 0.04 0.05 0.005 0.0120.020

0.01

* Cuando sea especificado ** Véanse los Estándares ASTM para más detalles † Donde sean dadas dos figuras, esto es un rango mínimo – máximo



TABLA 6 PROPIEDADES MECÁNICAS MÍNIMAS Y COMPOSICIÓN PARA LOS ACEROS ASTM HSLA APROBADOS PARA USO POR LA ESPECIFICACIÓN AISC PARA EL DISEÑO, FABRICACIÓN Y ERECCIÓN DE ACERO ESTRUCTURAL PARA EDIFICIÓS Y PUENTES

AWS D.1.1 CÓDIGO DE SOLDADURA ESTRUCTURAL – ACERO 1992

GRADO ASTMe


Perfil del Material

Espesor o grupo

Propiedades Mecánicas

Grado

Requerimientos Químicos (En Cuchara) Por ciento

Resistencia a la


Punto de Cedencia

Ksi mínimo


C †máx

Mn†máx

P† máx

S†máx

S†máx

Ni†máx

Cr†máx

Mo†máx

Cu†máx

V†máx

Cb†máx

Ti†máx

OtroZr

A514 Chapa de Acero Aleado Templado y Revenido, para Soldar, de Alta Resistencia a la Cedencia

ChapasTodos los Grados

¾” inc. 110 130 100 18 A 0.150.21

0.801.10

0.035 0.035 0.400.80

0.500.80

0.180.28

0.050.15

> ¾” 2 ½” 110 130 100 18 D 0.120.21

0.701.00

0.035 0.035 0.400.80

0.400.65

0.150.25

0.030.08

0.010.03

> 2 ½” 4” inc.

100 130 90 16 C 0.100.20

1.101.50

0.035 0.035 0.150.30

0.150.30

E 0.120.20

0.400.70

0.035 0.035 0.200.40

1.402.00

0.400.60

0.010.10

F 0.100.20

0.601.00

0.035 0.035 0.150.35

0.701.00

0.400.65

0.400.60

0.150.50

0.030.08

H 0.120.21

0.951.30

0.035 0.035 0.200.35

0.300.70

0.400.65

0.200.30

0.030.08

J 0.120.21

0.450.70

0.035 0.035 0.200.35

0.500.65

M 0.120.21

0.450.70

0.035 0.035 0.200.35

1.201.50

0.450.60

P 0.120.21

0.450.70

0.035 0.035 0.200.35

1.201.50

0.851.20

0.450.60

Q 0.140.21

0.951.30

0.035 0.035 0.150.35

1.201.50

1.001.50

0.400.60

0.030.08

R 0.150.20

0.851.15

0.035 0.035 0.200.35

0.901.10

0.350.65

0.150.25

0.030.08

S 0.100.20

1.101.50

0.035 0.035 0.150.35

0.100.35

0.06 m

0.06m

T 0.080.14

1.201.50

0.035 0.035 0.400.60

0.450.60

0.030.08

A517 Chapas de Acero Aleado Templado y Revenido de Alta Resistencia

Chapa Todos Grados

Menor2.5”

115 135 100 16

B 0.150.21

0.150.35

C 0.200.30

Mayor 2.5” hasta

6”105 135 90 14

E 0.100.40

H 0.150.35

El análisis es el mismo que para A514, excepto lo anotado aquíS 0.15

0.40 N




AWS D.1.1 CÓDIGO DE SOLDADURA ESTRUCTURAL – ACERO 1992 (CONTINUACIÓN)

GRADO ASTMe


Perfil del Material

Espesor o grupo


Grado


Resistencia a la


Punto de Cedencia

Ksi mínimo


C †máx

Mn†máx

P† máx

S†máx

S†máx

Ni†máx

Cr†máx

Mo†máx

Cu†máx

V†máx

Cb†máx

Ti†máx

OtroZr

A572 Aceros de Calidad Estructural Columbio – Vanadio, de Baja Aleación, Alta Resistencia

Perfiles y Chapas

60 mínimo 42 24 42 0.21 1.35 0.04 0.05 (5) (2) (1)(3) (4)

65 mínimo 50 50 50 0.23 1.35 0.04 0.05 (5) (2) (1)(3) (4)

75 mínimo 60 60 60 0.26 1.35 0.04 0.05 (5) (2) (1)(3) (4)

80 mínimo 65 65 65 0.26 1.35 0.04 0.05 (5) (2) (1)(3) (4)

A588 Aceros Estructurales Baja Aleación Alta Resistencia con 50 ksi mínimo de Punto de Cedencia para 4” de Espesor.

Chapas y Barras

4” inc. 70 50 21 A 0.100.19

0.901.25

0.05 0.05 0.150.30

0.40*0.63

0.02*0.10

0.020.10

> 4” 5” inc

67 46 21 B 0.100.20

0.751.25

0.04 0.05 0.150.30

0.250.50

0.40*0.70

0.01*0.10

0.01*0.10

> 5” 8“ inc

63 42 21 C 0.15máx

0.801.35

0.04 0.05 0.150.30

0.25*0.50

0.30*0.50

0.01*0.10

0.01*0.10

PerfilesTodo Grupo

70 50 25 K 0.17 máx

0.501.20

0.04 0.05 0.250.50

0.40 0.400.70

0.10 0.300.50

0.0050.05

A618 Tubos Conformados en Caliente, Soldados y sin Costuras, de Baja Aleación.

TubosI aI bI c

Paredes ¾” &

menor70 50 22

I a 0.15 1.00 0.15 0.05 0.20

I b 0.20 1.35 0.04 0.05 0.20

Pared ¾” a 1 ½”

67 48 22 II 0.22 0.851.25

0.04 0.05 0.30 0.20 0.02

TubosIII

65 50 22 III 0.23 1.35 0.04 0.05 0.30 0.02

A633 Acero de Baja Aleación, Alta Resistencia Normalizado

Chapas63 83 42 23 A 0.18 1.00

1.350.035 0.04 0.15

0.500.05

Chapas< 2.5” 70 90 50 23 C 0.20 1.15

1.500.035 0.04 0.15

0.500.010.05

2.5” 4” 65 85 46 23 D 0.20 0.701.60

0.035 0.04 0.150.50

0.25 0.25 0.08 0.35 N

Chapas< 4” 80 100 60 23 E 0.20 0.035 0.04 0.15

0.500.040.11

0.010.03

4” 6”75 95 55 23

El contenido de aleación debe estar de acuerdo con uno de lo siguiente:(1) Cb 005 – 0.05(2) V (0.05 máx.) + V 0.01 – 0.15(3) Cb (con V) 0.02 – 0.15(4) N (con V) 0.015 máximo

(4) El N (0.015 máximo) cuando es agregado como un complemento para el V debe ser reportado, y la relación mínima entre V y N debe ser de 4 a 1.(1)(3) El Cb cuando es agregado o simplemente o en combinación con V a menos que sea combinado con 0.15 mínimo de Si, debe ser restringido a chapas o barras de ½” de espesor máximo, y para perfiles de la Tabla A, Grupo 1 de la Especificación ASTM A6.(5) El Si (0.30 máximo) para perfiles y chapas hasta 1 ½”; para chapas Grado 42 por encima de 1 ½” (0.15 – 0.30 máximo)




AWS D.1.1 CÓDIGO DE SOLDADURA ESTRUCTURAL – ACERO 1992 (CONTINUACIÓN)

GRADO ASTMe


Perfil del

Material

Espesor o grupo


Grado


Resistencia a la


Punto de Cedencia

Ksi mínimo


C †máx

Mn†máx

P† máx

S†máx

S†máx

Ni†máx

Cr†máx

Mo†máx

Cu†máx

V†máx

Cb†máx

Ti†máx

OtroZr

A709 Perfiles, Chapas y Barras de Acero Estructural al Carbono y de Baja Aleación de Alta Resistencia. Incluye chapa templada y Revenida

Hasta 4” 58 80 36 23 36 0.250.28

0.601.20

0.04 0.05 0.150.40

0.20

Hasta 4” 65 50 21 50 0.23 1.35 0.04 0.05 0.150.40

0.20

Hasta 4” 70 50 21 50W 0.150.40

0.751.35

0.04 0.05 0.150.40

0.300.70

0.200.40

Hasta 4” 90 110 70 19 70W 0.19 0.801.35

0.04 0.05 0.200.65

0.50m

0.400.70

0.200.40

0.020.10

Hasta 2 ½”

110 130 100 18 100100w Las composiciones de los Tipos A, B, C, E, F, H, J, M, P, y Q, son equivalentes para los

correspondientes tipos para A514 ASTM – A709 deberían ser consultados para más detalles

2 ½” a 4” 100 130 90 16 100100w

A710 Chapas de Aceros de Bajo Carbono Endurecibles por Envejecimiento Ni-Cu-Cr-Mo-Cb, Ni-Cu-Cb, Ni-Cu-Mn-Mo-Cb

Chapas

¼” a 4” 90 8085

20 AC/1

0.07 0.400.70

0.025 0.025 0.40 0.701.00

0.600.90

0.150.25

1.001.30

0.02 mín

6072

5065

20 AC/2

0.07 0.400.70

0.025 0.025 0.40 0.701.00

0.600.90

0.150.25

1.001.30

0.02 mín

7085

6075

20 AC/3

0.07 0.400.70

0.025 0.025 0.40 0.701.00

0.600.90

0.150.25

1.001.30

0.02 mín

8890

7585

18 B 0.07 0.400.65

0.025 0.025 0.150.40

0.701.00

1.001.30

0.02 mín

100 90 20 CC/1

0.06 1.301.65

0.025 0.025 0.40 0.701.00

0.150.25

1.001.30

0.02 mín

9095

8085

20 C/3 0.07 1.301.65

0.025 0.025 0.40 0.701.00

0.150.25

1.001.30

0.02 mín

A808 Placa de Acero de Baja Aleación Laminada en Caliente de Alta Resistencia con Tenacidad a la Entalla mejorada Aleación.

Chapas

Hasta 1 ½”

65 50 22 0.12 1.65 0.035 0.04 0.050.50

0.10 máx

0.020.10

1 ½” a 2” 65 46 22 0.12 1.65 0.035 0.04 0.150.50

0.10 máx

0.020.10

2” a 2 ½” 60 42 22 0.12 1.65 0.035 0.04 0.150.50

0.10 máx

0.020.10



Los aceros templados y revenidos son aceros completamente aleados que son tratados térmicamente en la acerería para desarrollar propiedades óptimas. Son generalmente martensíticos en estructura, mientras que los aceros HSLA son aceros principalmente ferríticos; esta es la clave para las diferencias metalúrgicas y de fabricación entre los dos tipos. En la condición laminada, los aceros ferríticos están compuestos de constituyentes relativamente dúctiles y blandos; los aceros martensíticos tienen constituyentes duros, y frágiles que requieren tratamiento térmico para producir sus propiedades de alta resistencia.

La resistencia en los aceros HSLA es alcanzada en cambio, por las cantidades pequeñas de elementos de aleación disueltos en una estructura ferrítica. El contenido de carbono raramente excede 0.28% y está usualmente entre 0.15% y 0.22%. El contenido de manganeso oscila desde 0.85% hasta 1.60%, dependiendo del grado, y las otras adiciones de aleación, como cromo, níquel, silicio, vanadio, fósforo, cobre, columbio, y nitrógeno, son usadas en cantidades menores de 1%.

Las características de soldadura, conformado, y maquinado de la mayoría de los grados, no difieren marcadamente de aquellas de los aceros de bajo carbono.

Para ser soldables, los aceros de alta resistencia deben tener suficiente ductilidad para evitar el agrietamiento desde el enfriamiento rápido inherente a los procesos de soldadura. Los aceros HSLA soldables deben ser suficientemente bajos en carbono, manganeso, y todos los elementos que mejoran la “profundidad de temple” para asegurar que cantidades apreciables de martensita no sean formadas tras el enfriamiento rápido. Una resistencia superior es provista mediante la solución de los elementos de aleación en la ferrita de los aceros laminados. La resistencia a la corrosión también es incrementada en algunos de los aceros HSLA por las adiciones de aleación.

La adición de un mínimo de 0.20% de cobre, usualmente produce aceros con cerca de dos veces la resistencia a la corrosión atmosférica de los aceros estructurales al carbono. Los aceros con cuatro a seis veces la resistencia a la corrosión atmosférica de los aceros estructurales al carbono, son obtenidos de muchas formas, pero típicamente, con adiciones de níquel y/o cromo, a menudo con más de 0.10% de fósforo. Estas aleaciones son usualmente empleadas en adición al cobre.

Las especificaciones estándares o las prácticas recomendadas cubriendo los principales tipos de aceros HSLA están disponibles de la ASTM, la SAE, y el DOD17.

Otras organizaciones de estandarización, tales como la AAR, el AISC18, y el DOT19 han establecido especificaciones o prácticas para el empleo de aceros HSLA en ciertas industrias y aplicaciones.

Las especificaciones de la ASTM están orientadas principalmente a propiedades mecánicas y la conformación en fábrica; las prácticas recomendadas de la SAE incluyen, además, información sobre características de fabricación, tenacidad, soldabilidad, y conformabilidad.

Especificaciones ASTM

Catorce especificaciones ASTM cubren los aceros comunes al carbono, los aceros HSLA, y los aceros estructurales templados y revenidos. Ellos son: A36, A53, A242, A440, A441, A514, A517, A572, A588, A606, A607, A618, A633, A709, A710, y A809.

Las Tablas 5 y 6 listan la composición y propiedades mecánicas de estos aceros. Las especificaciones A374 y A375 cubren los aceros similares en forma de láminas y flejes.

17 Department of Defense, Departamento de Defensa de los EE.UU.18 American Institute of Steel Construction19 Department of Transportation



ASTM A36 cubre las láminas de acero al carbono, chapas, y barras de calidad estructural, para uso en construcciones de puentes y edificios remachados, apernados, y soldados, y para propósitos estructurales generales. Los requerimientos de resistencia son de 58 a 80 ksi, y resistencias a la cedencia de 35 ksi mínimos.

ASTM A53 cubre los tubos negros y de acero galvanizado sumergido en caliente sin costuras y soldados, en NPS 1/8 hasta 26, y espesores de pared de 0.068” hasta 2.344”. Los requerimientos de resistencia a la cedencia oscilan desde 25 a 35 ksi mínimo, y de tensión de 45 a 60 ksi para tres tipos y dos grados.

ASTM A242 (Cor – Ten) cubre los perfiles de acero estructural HSLA, chapas y barras para construcciones soldadas, remachadas, o atornilladas. El contenido máximo de carbono de estos aceros es 0.24%; su contenido típico es de 0.09 a 0.17%. Los materiales producidos para esta especificación son proyectados principalmente para miembros estructurales donde son importantes la durabilidad y el peso liviano.

Algunos productores pueden suministrar aceros con contenido de cobre, (0.20% mínimo de cobre con cerca de dos veces la resistencia a la corrosión atmosférica de los aceros al carbono) . Los aceros que cumplen con los requerimientos de ASTM A242, aunque modificados para dar cuatro veces la resistencia a la corrosión atmosférica de los aceros estructurales, también están disponibles.

Estos grados más recientes, algunas veces llamados, “aceros climatológicos o meteorológicos”, son usados para propósitos estructurales y arquitectónicos, donde se desee evitar la pintura por razones de estética o de economía.

Las características de soldadura varían de acuerdo al tipo de acero; los productores pueden recomendar el material más soldable y ofrecer asesoría en soldadura si son conocidas las condiciones bajo las cuales será realizada la soldadura.

ASTM A374 cubre las láminas y flejes laminados en frío con 45 ksi mínimos de resistencia a la cedencia. Es similar en muchos aspectos a A242.

ASTM A375 cubre los flejes y láminas rolados en caliente con 50 ksi de resistencia mínima a la cedencia. Es similar en muchos aspectos al A242.

ASTM A440 cubre los aceros HSLA de alta resistencia de manganeso intermedio conteniendo cobre, empleados principalmente para estructuras remachadas o atornilladas. Estos aceros no están generalmente recomendados para soldar, a causa de sus contenidos relativamente altos en carbono y manganeso. ASTM A440 y su acompañante, A441, tienen las mismas propiedades mecánicas mínimas que el A242.

Los aceros A440 tienen cerca de dos veces la resistencia a la corrosión atmosférica de los aceros estructurales al carbono, y muy buena resistencia a la abrasión. El alto contenido de manganeso, típicamente, cerca de 1.45%, tiende a causar un metal de soldadura que se endurece al aire, una condición que puede producir altas tensiones y grietas en la soldadura. Si estos aceros deben soldarse, es necesario un cuidadoso precalentamiento, más alto que para el A441.

ASTM A441 cubre los aceros HSLA de manganeso intermedio, que son fácilmente soldables con los procedimientos apropiados. La especificación exige adiciones de vanadio y un contenido de manganeso más bajo, 1.25% máximo, que el ASTM A440. Las propiedades mecánicas mínimas son las mismas que las de los aceros ASTM A440, excepto que las chapas y barras de 4 a 8” de espesor son cubiertas por A441.



La resistencia a la corrosión atmosférica de este acero es aproximadamente dos veces la de los aceros estructurales al carbono. Otra propiedad de los aceros ASTM A441 es, su tenacidad superior a bajas temperaturas. Solamente los perfiles, chapas y barras son cubiertas por la especificación, aunque los flejes y láminas soldables pueden ser suministrados por algunos fabricantes con aproximadamente las mismas propiedades mínimas mecánicas.

ASTM A500 cubre los tubos estructurales redondos, cuadrados, rectangulares, y de formas especiales, conformados en frío, soldadas y sin costuras, para construcciones soldadas, remachadas, y atornilladas, de puentes y edificios y para propósitos generales estructurales.

Este tubo es producido en tamaños, tanto soldados como sin costuras, con una periferia máxima de 64” y un espesor máximo de pared de 0.625”. Las propiedades mínimas de resistencia, oscilan entre 33 ksi de cedencia y 45 ksi de tracción para los Grado A, a 46 ksi de cedencia y 62 ksi de tracción para el Grado C.

ASTM A501 cubre los tubos estructurales redondos, cuadrados, rectangulares, y de formas especiales, conformados en caliente, soldados y sin costuras, para construcciones soldadas, remachadas, y apernadas, de puentes y edificios y para propósitos generales estructurales. Las tuberías cuadradas y rectangulares pueden ser suministrados en tamaños desde 1” hasta 10” de lados anchos planos, y espesores de pared de 0.095” hasta 1.00”. Los requerimientos mínimos de resistencia a la tracción son de 58 ksi, y de cedencia de 38 ksi.

ASTM A514 cubre las chapas de acero aleado templados y revenidos de calidad estructural en espesores de 6” e inferiores, proyectados principalmente para uso en puentes y otras estructuras soldadas. Los requerimientos de resistencia a la tracción que oscilan de 100 a 130 ksi y de cedencia de 90 a 100 ksi.

ASTM A516 cubre las chapas de acero al carbono proyectadas principalmente para servicio en recipientes a presión soldadas donde la mejorada tenacidad con entalla es importante. Estas chapas son suministradas en cuatro grados con requerimientos de resistencia a la tracción oscilando desde 55 hasta 90 ksi, y a la cedencia de 30 a 38 ksi.

ASTM A517 cubre las chapas de acero aleado de alta resistencia, templadas y revenidas, proyectadas para uso en calderas y otros recipientes a presión soldados por fusión. Las chapas están disponibles en 12 grados oscilando en espesores desde 1.25” hasta 6”, con requerimientos de resistencia a la tracción de 115 a 135 ksi, y de cedencia de 10 ksi máximo.

ASTM A529 cubre las chapas y barras de acero al carbono menores a ½” en espesor o diámetro y en perfiles del Grupo 1 mostrados en la Tabla A de la Especificación ASTM A6/A6M de calidad estructural para uso en el sistema de estructuras de edificios, armaduras y estructuras relacionadas para construcciones soldadas, remachadas, o atornilladas. Los requerimientos de resistencia a la tracción son de 60 a 85 ksi, y de cedencia de 42 ksi mínimos.

ASTM A570 cubre los flejes y láminas de acero al carbono laminados en caliente de calidad estructural en longitudes cortas o bobinas. Disponible en espesores hasta 0.229” y siete grados. Los requerimientos mínimos de resistencia a la tracción oscilan entre 49 ksi y de 30 ksi de cedencia para Grado 30, hasta 70 ksi de tracción y 55 ksi de cedencia para el Grado 55.

ASTM A572 incluye seis grados de aceros estructurales de baja aleación de alta resistencia en perfiles, chapas y barras. Estos aceros ofrecen una opción de niveles de resistencia oscilando desde 42 hasta 65 ksi de cedencia, Tabla 6. Aceros HSLA patentados, de este tipo, con 70 y 75 ksi de puntos de cedencia, también están disponibles. Se requiere incrementar los cuidados para soldar estos aceros cuando se incrementa el nivel de resistencia.



Los aceros A572 se distinguen de los otros aceros HSLA por su contenido de columbio, vanadio, y nitrógeno. Las adiciones de cobre por encima de un mínimo de 0.20% pueden especificarse para resistencia a la corrosión atmosférica cerca del doble de aquella de los aceros estructurales al carbono.

Un requerimiento complementario está incluido en la especificación, que permite designar los elementos de aleación específicos requeridos en el acero. Ejemplos son, la designación Tipo 1, para el columbio, Tipo 2 para el vanadio, Tipo 3 para el columbio, Tipo 4 para vanadio y nitrógeno. Las designaciones de los grados específicos deben acompañar este tipo de requerimientos.

ASTM A588 proporciona un acero similar en mucho, respecto del acero meteorológico, A242, excepto que el punto de cedencia de 50 ksi, está disponible en espesores hasta al menos 4”.

ASTM A606 cubre los flejes y láminas de alta resistencia y baja aleación, laminados en caliente y en frío, en longitudes cortas o bobinas, proyectadas para uso en propósitos estructurales y misceláneos donde el ahorro en peso y durabilidad son importantes. Ellos tienen realzada resistencia a la corrosión atmosférica y son suministrados en dos tipos: Tipo 1 conteniendo 0.02% de cobre mínimo, Tipo 4, proporciona un nivel de resistencia a la corrosión sustancialmente mejor que aquella de los aceros al carbono, con o sin cobre.

ASTM A607 cubre los flejes y láminas de alta resistencia, de baja aleación con columbio o vanadio laminados en caliente, o láminas roladas en frío, o combinación de esos, en longitudes cortas o bobinas para aplicaciones donde las resistencias más altas y el ahorro de peso sean importantes. Los aceros están disponibles en dos clases similares en el nivel de resistencia. La Clase 2 ofrece soldabilidad y conformabilidad mejoradas sobre la Clase 1. Cuando el cobre es especificado, la resistencia a la corrosión atmosférica es dos veces aquella del acero simple al carbono.

ASTM A618 cubre los grados de tubos cuadrados, rectangulares, redondas, o de formas especiales, de baja aleación de alta resistencia, conformados en frío, soldados y sin costuras, para la construcción de puentes y edificios soldados, remachados, o atornillados, y para propósitos estructurales generales. Los Grados 1a y 1b tienen sustancialmente mejor resistencia a la corrosión atmosférica que los Grados II.

ASTM A633 cubre las chapas de acero estructural de baja aleación de alta resistencia normalizadas, para construcciones soldadas, remachadas o atornilladas. Es apropiado para uso a temperaturas hasta - 50° F y a temperaturas más altas, donde se espera una tenacidad con entalla más alta de lo normal. Cuatro grados, A, C, D, y E, cubren un rango de resistencia a la cedencia de 42 hasta 60 ksi.

ASTM A709 cubre las barras, perfiles, y láminas de acero estructural al carbono y de baja aleación de alta resistencia, y de los aceros aleados templados y revenidos para placa estructural proyectadas para uso en puentes. Seis grados están disponibles en cuatro niveles de resistencia a la cedencia de 36, 50, 70, y 100 ksi. Los Grados 50W, 70W, y 100W tiene realzada resistencia a la corrosión atmosférica.

ASTM A710 cubre las chapas de acero de bajo carbono endurecibles por envejecimiento, al níquel-cobre-cromo-molibdeno-columbio, níquel-cobre-columbio, y placas de acero aleado al níquel-cobre-manganeso-molibdeno-columbio para aplicaciones generales. Tres diferentes grados y tres diferentes condiciones proporcionan resistencias mínimas a la cedencia desde 50 a 90 ksi.

ASTM A808 cubre las chapas de acero aleado laminado en caliente de alta resistencia y baja aleación con tenacidad a la entalla mejorada en la condición rolada. El máximo espesor es de 2 ½”. Los requerimientos de propiedad de resistencia a la tracción oscilan de 60 hasta 65 ksi mínimos, y de 42 hasta 50 ksi de cedencia.



Especificaciones SAE

Los aceros HSLA son además cubiertos en las Prácticas Recomendadas SAE J410b. Esto no es un estándar. Por el contrario, es una práctica recomendada, una guía o memorando de SAE para sus miembros para ayudar a estandarizar sus prácticas ingenieriles. SAE J410b fue escrita mucho antes que los aceros HSLA tuvieran especificaciones. Su contenido es más general que los documentos ASTM, y su intención es guiar en la selección de materiales en los requerimientos de conocimientos de construcción. Ahora que ASTM ha definido casi todos los aceros HSLA en especificaciones estándares, SAE J410b es raras veces empleado como una especificación de materiales. Pero, el documento SAE es aún valioso como una guía general para usar los aceros HSLA. La composición química de los aceros aleados SAE como están contenidos en el Estándar SAE J404g, está listada en la Tabla 7, junto con los correspondientes números AISI.

El documento SAE se dirige principalmente a las necesidades específicas de los fabricantes de automóviles, camiones, trailer, equipo agrícola, y aeronaves. Esto es porque SAE J410b no cubre las chapas más gruesas, y los perfiles estructurales más pesados. Las propiedades mecánicas mínimas de los aceros comúnmente usados cubiertos por SAE J410b están listadas en la Tabla 8.

Cada uno de los grados tiene límites de composición química para controlar las características de soldadura de manera similar a las designaciones ASTM. La Tabla 9 lista la relativa conformabilidad, soldabilidad y tenacidad de los aceros SAE J410b.



TABLA 7 COMPOSICIONES DE LOS ACEROS SAE ALEADOS (SAE J404g)

No.SAE

Composición, * % No. AISI

C Mn P S Si Ni Cr Otros

1330133513401345

0.28 0.33 0.33 0.380.38 0.430.43 0.48

1.60 1.901.60 1.901.60 1.901.60 1.90

0.0350.0350.0350.035

0.0400.0400.0400.040

0.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.35

----

----

---

Mo

1330133513401345

401240234024402740284032403740424047

0.09 0.140.20 0.250.20 0.250.25 0.300.25 0.300.30 0.350.35 0.400.40 0.450.45 0.50

0.75 0.900.70 0.900.70 0.900.70 0.900.70 0.900.70 0.900.70 0.900.70 0.900.70 0.90

0.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.035

0.0400.040

0.035 0.0500.040

0.035 0.0500.0400.0400.0400.040

0.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.35

---------

---------

0.15 0.250.20 0.300.20 0.300.20 0.300.20 0.300.20 0.300.20 0.300.20 0.300.20 0.30

40124023402440274028

-4037

-4047

4118413041354137414041424145414741504161

0.18 0.230.28 0.330.33 0.380.35 0.400.38 0.430.40 0.450.43 0.480.45 0.500.48 0.530.56 0.64

0.70 0.900.40 0.600.70 0.900.70 0.900.75 1.000.75 1.000.75 1.000.75 1.000.75 1.000.75 1.00

0.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.035

0.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.040

0.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.35

----------

0.40 0.600.80 1.100.80 1.100.80 1.100.80 1.100.80 1.100.80 1.100.80 1.100.80 1.100.70 0.90

0.08 0.150.15 0.250.15 0.250.15 0.250.15 0.250.15 0.250.15 0.250.15 0.250.15 0.250.25 0.35

41184130

-4137414041424145414741504161

43204340

E4340†

0.17 0.220.38 0.430.38 0.43

0.45 0.650.60 0.800.65 0.85

0.0350.0350.035

0.0400.0400.025

0.20 0.350.20 0.350.20 0.35

1.65 2.001.65 2.001.65 2.00

0.40 0.600.70 0.900.70 0.90

0.20 0.300.20 0.300.20 0.30

43204340

E4340

441944224427

0.18 0.230.20 0.250.24 0.29

0.45 0.650.70 0.900.70 0.90

0.0350.0350.035

0.0400.0400.040

0.20 0.350.20 0.350.20 0.35

---

---

0.45 0.600.35 0.450.35 0.45

4419--

46154617462046214626

0.13 0.180.15 0.200.17 0.220.18 0.230.24 0.29

0.45 0.650.45 0.650.45 0.650.70 0.900.45 0.65

0.0350.0350.0350.0350.035

0.0400.0400.0400.040

0.040 máx.

0.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.35

1.65 2.001.65 2.001.65 2.001.65 2.000.70 1.00

-----

0.20 0.300.20 0.300.20 0.300.20 0.300.15 0.25

4615-

462046214626

47184720

0.16 0.210.17 0.22

0.70 0.900.50 0.70

-0.035

-0.040

-0.20 0.35

0.90 1.200.90 1.20

0.35 0.550.35 0.55

0.30 0.400.15 0.25

47184720

481548174820

0.13 0.180.15 0.200.18 0.23

0.40 0.600.40 0.600.50 0.70

0.0350.0350.035

0.0400.0400.040

0.20 0.350.20 0.350.20 0.35

3.25 3.753.25 3.753.25 3.75

---

0.20 0.300.20 0.300.20 0.30

481548174820

501550B40‡50B44‡

504650B46‡50B50‡

506050B60‡

0.12 0.170.38 0.430.43 0.480.43 0.480.44 0.490.48 0.530.56 0.640.56 0.64

0.30 0.500.75 1.000.75 1.00 0.75 1.00 0.75 1.000.75 1.000.75 1.000.75 1.00

0.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.035

0.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.040

0.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.35

--------

0.30 0.500.40 0.600.40 0.600.20 0.350.20 0.350.40 0.60 0.40 0.600.40 0.60

--------

5015-

50B44-

54B4650B50

-50B60

(Continúa)



TABLA 7 COMPOSICIONES DE LOS ACEROS SAE ALEADOS (SAE J404g) (Continuación)

No.SAE C Mn P S Si Ni Cr Otros

No. AISI

51155120513051325135514051455147515051555160

51B60‡

0.13 0.180.17 0.220.28 0.330.30 0.350.33 0.380.38 0.430.43 0.480.46 0.510.48 0.530.51 0.590.56 0.640.56 0.64

0.70 0.900.70 0.900.70 0.900.60 0.80 0.60 0.800.70 0.900.70 0.900.70 0.950.70 0.900.70 0.900.75 1.000.75 1.00

0.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.035

0.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.040

0.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.35

------------

0.70 0.900.70 0.900.80 1.100.75 1.000.80 1.050.70 0.900.70 0.900.85 1.150.70 0.900.70 0.900.70 0.900.70 0.90

------------

-5120513051325135514051455147515051555160

51B60

50100†51100†52100†

0.98 1.100.98 1.100.98 1.10

0.25 0.450.25 0.450.25 0.45

0.0250.0250.025

0.0250.0250.025

0.20 0.350.20 0.350.20 0.35

---

0.40 0.600.90 1.151.30 1.60

--V

-E51100E52100

61186150

0.16 0.210.48 0.53

0.50 0.700.70 0.90

0.0350.035

0.0400.040

0.20 0.350.20 0.35

--

0.50 0.600.80 1.10

0.10 0.150.15 Mo

61186150

811581B45‡

0.13 0.180.43 0.48

0.70 0.900.75 1.00

0.0350.035

0.0400.040

0.20 0.350.20 0.35

0.20 0.400.20 0.40

0.30 0.500.35 0.55

0.08 0.150.08 0.15

811581B45

861586178620862286258627863086378640

0.13 0.180.15 0.200.18 0.230.20 0.250.23 0.280.25 0.300.28 0.330.35 0.400.38 0.43

0.70 0.900.70 0.900.70 0.900.70 0.900.70 0.900.70 0.900.70 0.900.75 1.000.75 1.00

0.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.035

0.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.040

0.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.35

0.40 0.70 0.40 0.70 0.40 0.70 0.40 0.70 0.40 0.70 0.40 0.70 0.40 0.70 0.40 0.70 0.40 0.70

0.40 0.600.40 0.600.40 0.600.40 0.600.40 0.600.40 0.600.40 0.600.40 0.600.40 0.60

0.15 0.250.15 0.250.15 0.250.15 0.250.15 0.250.15 0.250.15 0.250.15 0.250.15 0.25

861586178620862286258627863086378640

86428645

86B45‡865086558660

0.40 0.450.43 0.480.43 0.480.48 0.530.51 0.590.56 0.64

0.75 1.000.75 1.000.75 1.000.75 1.000.75 1.000.75 1.00

0.0350.0350.0350.0350.0350.035

0.0400.0400.0400.0400.040 0.040

0.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.350.20 0.35

0.40 0.70 0.40 0.70 0.40 0.70 0.40 0.70 0.40 0.70 0.40 0.70

0.40 0.600.40 0.600.40 0.600.40 0.600.40 0.600.40 0.60

0.15 0.250.15 0.250.15 0.250.15 0.250.15 0.250.15 0.25

86428645

--

8655-

87208740

0.18 0.230.38 0.43

0.70 0.900.75 1.00

0.0350.035

0.0400.040

0.20 0.350.20 0.35

0.40 0.70 0.40 0.70

0.40 0.600.40 0.60

0.20 0.300.20 0.30

87208740

8822 0.20 0.25 0.75 1.00 0.035 0.040 0.20 0.35 3.25 3.75 0.40 0.60 0.30 0.40 8822

925492559260

0.51 0.590.51 0.590.56 0.64

0.50 0.800.70 0.950.75 1.00

0.0350.0350.035

0.0400.0400.040

1.20 1.601.80 2.201.80 2.20

---

0.50 0.80--

---

-92559260

9310 0.08 0.13 0.45 0.65 0.035 0.025 0.20 0.35 3.00 3.50 1.00 1.40 0.08 0.15 -

94B15‡94B17‡94B30‡

0.13 0.180.15 0.200.28 0.33

0.75 1.000.75 1.000.75 1.00

0.0350.0350.035

0.0400.0400.040

0.20 0.350.20 0.350.20 0.35

0.30 0.600.30 0.60 0.30 0.60

0.30 0.500.30 0.500.30 0.50

0.08 0.150.08 0.150.08 0.15

-94B1794B30

Pequeñas cantidades de ciertos elementos están presentes los cuales no son especificados o requeridos. Considerados como incidentales, ellos son aceptables hasta las siguientes cantidades: 0.35 Cu; 0.25 Ni; 0.20 Cr, y 0.06 Mo † Acero de Horno Eléctrico. ‡ 0.0005% B mín.



TABLA 8 PROPIEDADES MECÁNICAS MÍNIMAS PARA LOS ACEROS HSLA SAE J410B

Grado, Forma y Espesor

Resistencia a la Tracción (1000

psi)

Resistencia a la Cedencia

compensación 0.2% (1000 psi)

Alargamiento (%)

2” 8”

945 A, CLáminas, FlejesPlacas, Barras

Hasta ½”½” hasta 1 ½”1 ½” hasta 3”

60

656262

45

454240

22

222424

…

181919

950 A, B, C, DLáminas, FlejesPlacas, Barras

Hasta ½”½” hasta 1 ½”1 ½” hasta 3”

70

706763

50

504542

22

222424

…

181919

945X*950X*955X960X965X970X

606570758085

455055606570

2222

1818

* Hasta 3/8” de espesor.

TABLA 9 CARACTERÍSTICAS DE FABRICACIÓN PARA LOS ACEROS SAE J410B

Conformabilidad Soldabilidad Tenacidad

945A950A

945C, 945X950B, 950X

950D950C

945A950A950D945X

950B, 950X945C950C

945A950A950B950D

945X, 950X945C, 950C

Las aleaciones están listadas en orden de disminución de excelencia; la mayoría de las aleaciones son conformables, la mayoría soldables, y tenaces en extremo.

Fuente: Machine Design, Metals Referen Sigue, Dec. 14, 1967.

Para los datos de las propiedades mecánicas de los materiales más gruesos que aquellos listados en la tabla, deberán consultarse los proveedores. Los aceros de alta resistencia de baja aleación SAE J410b podrían ser especificados como recocidos, normalizados, o de otra forma especialmente preparados para conformación. Cuando esto se hace, las propiedades mecánicas son discutidas entre el proveedor y el comprador.



Grado 945A tiene excelentes características de soldadura por arco y por resistencia, y la mejor conformabilidad, soldabilidad, y tenacidad con entalla a baja temperatura. Está disponible en láminas, flejes, y placa liviana.

Grado 945C es un acero al carbono - manganeso con propiedades satisfactorias de soldadura por arco si se emplean los procedimientos apropiados para prevenir el endurecimiento del metal de soldadura. Un precalentamiento moderado es usualmente requerido, especialmente para secciones gruesas. Es similar al Grado 959C, aunque tiene contenidos de carbono y manganeso más bajos, para mejorar las características de soldadura por arco, conformabilidad, y tenacidad a la entalla a bajas temperaturas, con algún sacrificio en la resistencia.

Grado 945X es un acero al carbono - manganeso tratado con columbio o vanadio, similar al 945C, excepto para mejorada tenacidad y soldabilidad.

Grado 950A tiene buena soldabilidad, tenacidad a la entalla a baja temperatura, conformabilidad. Esta normalmente disponible solo en láminas, flejes, y chapas livianas.

Grado 950B tiene satisfactorias propiedades de soldadura por arco y muchísima buena tenacidad a la entalla de baja temperatura y conformabilidad.

Grado 950C es un acero al carbono - manganeso que puede soldarse por arco si la tasa de enfriamiento es controlada, aunque es inapropiado para soldarse por resistencia. La conformabilidad y la tenacidad son aceptables.

Grado 950D tiene buena soldabilidad y bastante buena conformabilidad. Su contenido de fósforo reduce sus propiedades a bajas temperaturas.

Grado 950X es un acero al carbono - manganeso tratado con columbio o vanadio similar al 950C excepto para algunas propiedades mejoradas de soldadura y conformación.

Varios otros grados también son cubiertos por SAE J410b, aceros de resistencia más alta que han reducido su conformabilidad y soldabilidad.

Las Modificaciones a las designaciones de los grados SAE estándares también están disponibles. Por ejemplo, los aceros completamente calmados, hechos para prácticas de grano fino, están señalados por el sufijo “K20”. Por eso, el 945K es un acero HSLA completamente calmado de grano fino, con un análisis máximo de cuchara de 0.15% de carbono, y una resistencia a la cedencia de cerca de 45 000 psi. Todos los grados hechos para prácticas K pudieran no estar disponibles en todos los proveedores. Esta práctica de grano fino es usualmente especificada cuando la tenacidad a la entalla a baja temperatura es importante.

Los aceros designados mediante el sufijo “X” contienen elementos fortalecedores, tales como el columbio o el vanadio, con o sin nitrógeno, adicionados sencillamente o en combinación. Estos son usualmente producidos semi calmados. No obstante, los aceros calmados pudieran ser especificados mediante la indicación de ambos sufijos, tal como SAE 950XK.

Los grados de acero HSLA a menudo tienen características mayores a las mínimas de la especificación. La literatura de las compañías productoras contiene información sobre los rangos de las propiedades físicas y mecánicas, y prácticas sugeridas de fabricación y soldadura.

20 “killed”, muertos o calmados



Aceros Aleados de Alta Resistencia a la Cedencia Templados y Revenidos, Q&T21

Los aceros para construcción de alta resistencia a la cedencia, templados y revenidos, son aceros completamente aleados que son tratados en la acerería para desarrollar propiedades óptimas. A diferencia de los aceros aleados convencionales, estos grados no requieren tratamiento térmico adicional por el fabricante, excepto, en algunos casos, para un relevo de tensiones.

Estos aceros son generalmente grados de bajo carbono, (límite superior de carbono de cerca de 0.20%) que tienen resistencias a la cedencia mínimas desde 80 000 hasta 125 000 psi.

Algunos grados de alta resistencia a la cedencia también están disponibles en modificaciones resistentes a la abrasión22, producidos para una alta dureza. Aunque estos aceros pueden tener resistencias a la cedencia hasta 173 000 psi, la dureza (hasta 400 Brinell) más que su resistencia es su característica clave.

Los aceros aleados de alta resistencia a la cedencia templados y revenidos, son usados en aplicaciones ampliamente variadas, tales como componentes de grúas y montacargas; placas extremas, laterales e inferiores para carros de transporte de residuos y minerales, carros de tolva, y góndolas o vagones de carga abierto; cascos a presión para submarinos; y componentes para equipo recolector de polvos.

Las modificaciones AR, son usadas en aplicaciones de materiales que requieren máxima resistencia a la abrasión, en toboganes, tolvas, y bases de camiones basureros, por ejemplo. En tales casos, las propiedades de resistencia son secundarias y no son especificadas usualmente.

La buena tenacidad puede combinarse con la resistencia a la abrasión en estos aceros, para uso en baldes, barras de corte, cuchillas de niveladoras, y placas de impacto. Sin embargo, la mayoría de los grados resistentes a la abrasión sacrifican resistencia al impacto para ganar resistencia máxima al desgaste.

Aceros de Alta Cedencia, HY23

Un grupo importante de aceros de alta resistencia a la cedencia templados y revenidos, es el acero HY. El más común y el más comercial de estos es el HY80, el cual tiene una resistencia a la cedencia mínima de 80 000 psi. Los grados de más alta resistencia son HY100 y HY130 de los cuales solamente el HY100 está disponible comercialmente.

El HY80 está comúnmente disponible en forma de chapas. Sin embargo, también puede conseguirse en vigas, canales, ángulos, y tuberías. La resistencia y tenacidad del acero HY80, y su habilidad para soldarse, bajo condiciones cuidadosamente controladas, lo cualifica para uso en aplicaciones típicas, tales como cascos a presión de submarinos y barcos de investigación en inmersión profunda y de rescate.

Las propiedades mecánicas de estos aceros están influenciadas por el tamaño de la sección. El contenido de carbono es el factor principal que determina la resistencia máxima alcanzable. La mayoría de los elementos de aleación aportan una pequeña contribución para la resistencia, aunque su efecto dominante es sobre la templabilidad, la cual determina el espesor máximo o la profundidad del acero que puede ser completamente endurecido en el temple.

El acero HY80 es suministrado normalmente para requerimientos de tenacidad del MIL-S-16216. En las placas de ½” a 1 ½” de espesor, se requieren 50 pies-libras de absorción de energía de impacto a - 120° F con un espécimen longitudinal Charpy con entalla en V.

21 “Quenched and Tempered Steels”, Aceros Templados y Revenidos.22 “AR Steels, Abrasión Resistant , Resistentes a la Abrasión”23 “High Yield”, alta cedencia



Un valor típico para la temperatura de transición dúctil a frágil de un acero en chapas de 100 000 psi es - 180° F, cuando se determina con especimenes tanto transversal como longitudinal.

Muchos de los aceros de alta resistencia a la cedencia están disponibles en tres o cuatro niveles de dureza y resistencia. Los diferentes niveles son alcanzados por las variaciones en el contenido de carbono y de elementos de aleación, la temperatura y el tiempo de revenido.

En general, los aceros de 100 000 psi tienen resistencia a la fatiga en el rango de 50 000 a 70 000 psi en pruebas de vigas rotatorias. Los grados de más alta resistencia tienen límites más altos de fortaleza, de cerca de 60% de su resistencia a la tracción.

La resistencia a la cedencia por compresión de los aceros de 100 0000 psi es usualmente casi la misma de la resistencia a la cedencia por tracción. La resistencia al cizallado, generalmente oscila entre 85 y 100% de la resistencia a la cedencia por tracción.

Especificaciones ASTM

Dos especificaciones de chapas, ASTM A514 para estructuras soldadas, y la ASTM A517 para calderas y otros recipientes a presión, tienen en cuenta el efecto del tamaño de la sección sobre la resistencia a la cedencia, la resistencia a la tracción, la ductilidad. El ASTM A514 requiere un mínimo de resistencia a la cedencia de 100 000 psi para materiales hasta 2 ½” de grueso, y 90 000 psi para materiales desde 2 ½” hasta 4” de espesor. El ASTM A517 requiere resistencias a la cedencia uniformes de 100 000 psi para todos los materiales hasta ¾” de grueso. Los nombres comerciales representativos de los aceros ASTM A514 y ASTM A517 son dados en la Tabla 10.

TABLA 10 ACEROS ASTM A514 Y ASTM A517 REPRESENTATIVOS

Productor Marca Comercial

Bethlehem Steel Corporation

RQ – 100A, RQ – 100RQ – 100B

National Intergroup Inc. N-A-XTRA 100N-A-XTRA 110

USX Corporation, y Lukens Steel Corporation*

T-1T-1 Tipo AT-1 Tipo B

* Concesionario

Soldabilidad

La mayoría de los aceros aleados de alta resistencia a la cedencia templados y revenidos pueden soldarse sin precalentamiento o post calentamiento. Si las recomendaciones de los proveedores son seguidas para controlar los procedimientos de soldadura, una junta con 100% de eficiencia puede esperarse en la condición soldada para los grados de 90 000 y 100 000 psi de resistencia a la cedencia.

Si la zona afectada por el calor se enfría demasiado lentamente, los efectos benéficos del tratamiento térmico original, particularmente la tenacidad con entalla, son destruidas. Esto puede ser causado por una temperatura de precalentamiento, temperatura entre pasadas, o la entrada de calor excesivas. Por otro lado, si la ZAC se enfría demasiado rápidamente, puede llegar a ser dura y frágil y pudiera agrietarse. Esto es causado por temperatura de precalentamiento o entre pasadas insuficientes, o una entrada de calor insuficiente durante la soldadura. Las recomendaciones de los fabricantes deben ser seguidas estrictamente.



Los aceros Q&T pueden soldarse mediante los procesos SMAW, SAW, GMAW y GTAW. Las tasas de enfriamiento de la soldadura para estos procesos son relativamente rápidas, y las propiedades mecánicas de la ZAC se acercan a aquellas de los aceros en la condición templada. No se recomienda un tratamiento de re calentamiento, tales como el temple y revenido después de la soldadura.

A causa de la conveniencia de un enfriamiento relativamente rápido después de la soldadura, las secciones delgadas de estos materiales usualmente pueden soldarse sin precalentamiento. Cuando se requiera precalentamiento, ambas temperaturas, la mínima y la máxima son importantes. Si las secciones a soldarse están calientes como resultado del precalentamiento o de la entrada de calor de los pases previos de soldadura, pudiera ser necesario reducir la corriente o incrementar la velocidad de avance del arco para los pases subsiguientes, o esperar hasta que el metal se enfríe algo. La temperatura entre pasadas es precisamente, tan importante como la temperatura de precalentamiento y deberá controlarse con igual cuidado.

En las especificaciones ASTM A514 y ASTM A517 hay listados varios grados de aceros para construcción templados y revenidos. Los procedimientos de soldadura para todos estos aceros son similares aunque ningún procedimiento es correcto para todos los grados. Los procedimientos de soldadura están disponibles de los fabricantes de aceros. Si existe duda, consulte al fabricante de aceros.

TABLA 11 COMPOSICIÓN DE LAS PLACAS DE ACERO AL NÍQUEL ASTM A-203-90 PARA RECIPIENTES A PRESIÓN

Elementos y Espesor de la

Placa

Composición (%)

Grados

A B D E y F

Carbón, máximoHasta 2”De 2” hasta 4”De 4” hasta 6”

0.170.200.23

0.210.240.23

0.170.20

-

0.200.23

-

Manganeso, máximoHasta 2”De 2” hasta 4”De 4” hasta 6”

0.700.800.80

0.700.800.80

0.700.80

-

0.700.80

-

Fósforo, máximo 0.035 0.035 0.035 0.035

Azufre máximo 0.050 0.050 0.050 0.050

Silicio (análisis en caliente) 0.15 – 0.40 0.15 – 0.40 0.15 – 0.40 0.15 – 0.40

Níquel (análisis en caliente) 2.10 – 2.50 2.10 – 2.50 3.25 – 3.75 3.25 – 3.75

El siguiente es un procedimiento general con el proceso SMAW para uno de los grados populares de aceros para construcción templados y revenidos y puede ser empleado como una guía para todos los grados u otros procesos de soldadura.



Emplee solamente electrodos de bajo hidrógeno y usualmente el electrodo especificado para los aceros ASTM A514 y ASTM A517, es el E 11018 M. Bajo algunas condiciones, un electrodo de más baja resistencia a la tracción pudiera emplearse y esto será discutido más tarde. Esté seguro que los electrodos estén secos. Bajo condiciones normales de humedad, los electrodos deberán ser devueltos a los hornos de secado después de una exposición de cuatro horas máximo. Si la humedad es alta, reduzca el tiempo de exposición.

Los electrodos son suministrados en empaques herméticamente sellados y el contenido de cualquier contenedor dañado deberá ser resecado antes de usarlo. Véase la Tabla 17 para las temperaturas de secado.

Limpie la junta rigurosamente. Remueva todo el óxido y la escama preferiblemente mediante esmerilado. Si el metal base ha sido expuesto a la humedad, precaliente para sacarla. En las secciones delgadas, permita que la placa se enfríe, si es necesario, antes de comenzar a soldar.

TABLA 12 MÁXIMA ENTRADA DE CALOR SUGERIDA EN KILO JOULES POR PULGADA* PARA EL ACERO USS T – 1

Temperatura de Precalentamiento y Entre

Pasadas

Espesor de las Placas

3/16” ¼” ½” ¾” 1” 1 ¼” 1 ½” 2”

70° F200° F300° F350° F400° F

2721171513

362924

21.519

705647

43.540

1219982

73.565

173126

109.593

175151127

165

Cualquiera* Tomados del “Welding Heat Input Calculador” de la Corporación USX en Kilo joules por pulgada

El valor del precalentamiento y de la entrada de calor de soldadura aportada debe mantenerse dentro de límites definidos durante la soldadura real. Usualmente, el precalentamiento no es necesario o deseable en secciones delgadas, aunque para evitar las grietas, el precalentamiento es necesario si:

Las juntas están altamente restringidas.

La estructura es muy rígida.

La junta soldada es de secciones gruesas.

Si el metal base no es precalentado, el precalentamiento es necesario para aproximar la entrada de calor antes de comenzar la soldadura. La entrada de calor en vatios – segundos (joules) por pulgada lineal de soldadura es:

Entrada de Calor (Input Heat, IH) = I x U x 60 V

Donde I es la corriente en el arco, U es la tensión del arco, y V es la velocidad de soldadura en pulgadas por minuto. Los cálculos mediante esta fórmula son solamente aproximados, porque las pérdidas de calor pueden ser grandes.

Además, existen muchas variables que afectan la distribución del calor y la temperatura máxima del metal base en la junta aunque la fórmula es lo bastante segura para predecir la entrada de calor máxima permisible para un grupo de condiciones dadas.



En la industria, el término, “Kilo Joules por Pulgada”, KJ/pulg., es empleado y es igual a vatios por segundo por pulgada lineal de soldadura dividido por 100024.

La entrada de calor máxima sugerida para el acero USS T-1 en kilo-joules por pulgada lineal de soldadura es mostrada en la Tabla 12.

Antes de realizar una soldadura de producción se recomienda ajustar un procedimiento de soldadura tentativo, y realizar una soldadura de prueba. El procedimiento tentativo incluye el precalentamiento, si hay alguno, la temperatura entre pasadas, la corriente de soldadura, la tensión, la velocidad de soldadura. Es importante mantener la corriente de soldadura, la velocidad y la temperatura entre pasadas, bajo estricto control.

Las siguientes son algunas reglas generales a seguir para promover una buena calidad de soldadura.

Use siempre cordones estrechos, nunca cordones con oscilación amplia

Limpie cuidadosamente entre pasadas.

Use las mismas precauciones para prevenir el agrietamiento, como fue discutido antes.

Acanale el respaldo, con el proceso CAC-A, y remueva las escamas mediante esmerilado. No emplee el acanalado con el proceso oxiacetilénico.

Usualmente los electrodos empleados son los tipos E 11018 M, aunque los electrodos con más baja resistencia pudieran ser especificados donde las tensiones no requieran resistencia alta a la cedencia del electrodo E 11018 M. Un buen ejemplo es la más baja tensión en el alma para soldaduras de filete pestañado. No obstante, si son empleados electrodos de menor resistencia, las mismas limitaciones aplican como con la entrada de calor y la temperatura entre pasadas.

Aceros de Baja Aleación

Pequeñas cantidades de elementos de aleación tales como el níquel, cromo, y molibdeno, pueden ser agregados a los aceros para incrementar la resistencia, dureza, o tenacidad, o para mejorar la resistencia a las altas temperaturas, a la corrosión, o a otros factores ambientales. Estas mejoras algunas veces son alcanzadas con pequeños efectos sobre la soldabilidad u otras características de fabricación.

Sin embargo, generalmente la soldadura de los aceros de baja aleación requiere un control más cuidadoso de los procedimientos y la selección de los electrodos que la soldadura de los aceros al carbono.

Aceros al Níquel

Una baja adición de níquel, de 2% hasta 5%, incrementa grandemente la resistencia y la templabilidad, y mejora la resistencia a la corrosión de un acero, sin una reducción proporcional en la ductilidad o un efecto significante sobre la soldabilidad.

Las composiciones de varias chapas de acero al níquel, ASTM A-203, en varios espesores, usados principalmente para recipientes a presión, son listadas en la Tabla 11

24 Un calculador está disponible de la Corporación USX para determinar rápidamente Kilo-joules/pulgada. Además, están las Tablas para Kilo-joules/pulgada cuando se suelden los aceros T-1, T-1 Tipo A, y T-1 Tipo B



Los aceros de sólo níquel son usados principalmente para recipientes a presión de baja temperatura. El contenido de níquel mejora significativamente la tenacidad y resistencia al impacto a temperaturas sub cero. El níquel es además, muy efectivo en la mejora de la templabilidad de los aceros; el tratamiento térmico es fácil porque el níquel disminuye la tasa de enfriamiento crítica necesaria para producir el endurecimiento en el temple.

Un acero al níquel con contenidos de carbono de 0.24% y 2.7% de níquel, puede tener una resistencia a la tracción (normalizado y estirado) por encima de 85 000 psi; un acero no aleado requeriría un contenido de carbono por encima de 0.45% para ser tan fuerte.

La tenacidad con entalla de un acero con 3.5% de níquel, con una resistencia a la tracción de 70 000 hasta 80 000 psi, sería de 15 pies-libra a - 100° F, (prueba Charpy con entalla en V) mientras que un acero al carbono de esa resistencia tendría una tenacidad a entalla de 15 pies-libra a 0° F.

El níquel incrementa la templabilidad para un contenido dado de carbono. Para mejor soldabilidad y mínima tendencia al agrietamiento, el contenido de carbono deberá, por supuesto, ser bajo, no más de 0.18%, si la soldadura a ser hecha sin precalentamiento es extensa.

Aceros al Cromo

En los aceros de baja aleación, el cromo incrementa la resistencia a la tracción, la templabilidad, y en alguna extensión, la resistencia a la corrosión. Los aceros al cromo con menos de 0.18% de carbono son fácilmente soldables, empleando las precauciones apropiadas contra el agrietamiento. La combinación del cromo y un carbono más alto, incrementa la templabilidad y requiere precalentamiento y algunas veces post calentamiento para prevenir la fragilidad de los depósitos de soldadura. La soldadura de producción no es recomendada para los aceros al cromo conteniendo más de 0.30% de carbono.

Aceros al Níquel – Cromo

Los aceros al níquel - cromo de la serie AISI ya no son durante más tiempo aleaciones estándares, aunque ocasionalmente hay la necesidad de soldar estas aleaciones, especialmente en trabajos de mantenimiento.

La adición de cromo es proyectada para incrementar la templabilidad y responder al tratamiento térmico para un contenido de carbono por encima de aquel de los aceros de baja aleación con sólo níquel. Además, una pequeña cantidad de varios elementos de aleación escogidos juiciosamente, pudiera dar un rango más grande de templabilidad, más tenacidad que una cantidad mayor o más costosa de un simple elemento de aleación.

El cromo es un potente agente endurecedor y es necesario para mantener el contenido de carbono bajo para la soldabilidad. Las secciones delgadas de los tipos de más bajo carbono pueden soldarse usualmente sin precalentamiento aunque los grados de más alto carbono requieren precalentamiento y subsiguiente alivio de tensiones o recocido.

Los grados de más bajo carbono de los aceros níquel-cromo pueden soldarse con los electrodos de las clases E XX15, E XX16, y E XX18, y en la condición soldada las propiedades de la soldadura coincidirán con las del metal base. No obstante, si el elemento soldado debe ser tratado térmicamente después de la soldadura, son requeridos electrodos especiales de bajo hidrógeno. Estos electrodos deben depositar metal de soldadura que responderán al mismo tratamiento térmico que el metal base, y coincidir con las propiedades del metal base.

Las aleaciones de carbono más alto, por encima de 0.40%, no son fácilmente soldables, pero si es necesario, una soldadura puede hacerse usualmente con electrodos de acero inoxidables tipo E



309, y E 310 como segunda opción. Usualmente la soldadura, será tenaz y dúctil aunque la zona de fusión pudiera ser frágil por la dilución con el alto carbono del metal base. El hecho que la soldadura sea dúctil, le permite ceder un poco sin colocar demasiado doblez en la zona frágil. Se sugiere recalentamiento.

Aceros al Molibdeno

El molibdeno incrementa la templabilidad y la resistencia a las altas temperaturas de los aceros de baja aleación. Los aceros de baja aleación al molibdeno son de cuatro tipos generales: carbono – molibdeno (Serie AISI 4000), cromo – molibdeno (Serie AISI 4100), níquel – molibdeno (Series AISI 4600 y 4800), y níquel – cromo – molibdeno (Series AISI 4300 y 4700).

Un uso común de los aceros al carbono – molibdeno y cromo – molibdeno es en tuberías de alta presión usadas a elevadas temperaturas. Estos aceros son usualmente comprados para una especificación ASTM. Otro uso típico de las aleaciones cromo – molibdeno, usualmente en forma de tuberías, es en partes de aeronaves altamente tensionadas. La soldabilidad de estos miembros de sección delgada es buena a causa del bajo contenido de carbono. Los grados de bajo carbono de estos aceros, por debajo de 0.18%, pueden soldarse usualmente sin precalentamiento. Los grados más altos en carbono, cromo, y níquel de los aceros al molibdeno, son endurecibles al aire.

Los grados bajos en carbono, por debajo de 0.18%, de los aceros al carbono – molibdeno, pueden soldarse bastante parecido a los aceros simples al carbono. Los electrodos E 7010 – A1, E 7018 – A1, y E 7027 – A1 darán resistencias a la tracción en el mismo rango que la resistencia de las placas en la condición soldada.

Los electrodos dados arriba, con 0.5% de molibdeno llegarán a aproximarse a las propiedades y análisis de la placa donde un tratamiento térmico posterior sea requerido. Véase la Tabla de Precalentamiento para los Aceros con contenidos de Carbono por encima de 0.18%.

Cuando el contenido de carbono de las aleaciones carbono – molibdeno es bajo, aproximadamente 0.15%, estos aceros son fácilmente soldables. En recipientes a presión, este bajo contenido de carbono es usualmente empleado, aunque en las tuberías el carbono pudiera ser algo más alto. Donde el carbono esté por encima de 0.18%, se requerirá generalmente el precalentamiento.

En el caso de tuberías, el Código o Especificación aplicable, pudiera limitar la selección del proceso de soldadura y la escogencia del metal de relleno. Además los anillos de respaldo, o anillos de enfriamiento pudieran no ser permitidos. En este caso, soldar con el proceso GTAW con un inserto consumible, o una varilla de relleno apropiada, sería recomendado. El proceso GTAW producirá la mejor calidad de soldadura y el más suave y mejor contorno en el lado interno del tubo. Las condiciones de servicio pudieran bien disponer el uso del proceso GTAW, al menos para el primer pase.

Si el proceso SMAW es permitido, un soldador experimentado, empleando un electrodo E 7010 – A1, puede depositar el primer pase en una abertura de raíz con un refuerzo de soldadura muy pequeño en el lado interior de la junta.

Es importante, sin embargo, que esta soldadura penetre completamente la junta, y que no se deje ninguna entalla o socavación en la raíz. El proceso SMAW empleando electrodos E 7010 – A1 trabaja además muy bien si se permite un anillo de respaldo.

El relevo de tensiones es generalmente especificado cuando el espesor del metal es mayor de 3/8”. La temperatura entre 1200 y 1250° F es empleada con el procedimiento usual en cuanto al tiempo de calentamiento (una hora por pulgada de espesor) y a la longitud del tubo calentada (seis veces el espesor sobre cada uno de los lados de la soldadura)

La tasa de enfriamiento es desde 200° hasta 250° F por hora bajando hasta 150° y 200° F en cuyo caso el enfriamiento pudiera ser hecho en aire tranquilo.



Para la soldadura de los aceros mencionados de aquí en adelante, el uso de los electrodos E 7010 – A1 está recomendado para facilitar el trabajo de soldadura fuera de posición. El precalentamiento y el tratamiento térmico posterior por encima también son requeridos cuando se emplean los electrodos E 7010 – A1, donde el trabajo pueda ser posicionado para soldarlo en posición plana, o donde las soldaduras grandes sean requeridas en cualquier posición, los electrodos de bajo hidrógeno pueden ser usados ventajosamente ya que ellos reducirán las temperaturas de precalentamiento requeridos.

En aplicaciones donde la resistencia a la tracción de las soldaduras necesarias no sea tan alta como la del metal base pero donde otras características físicas de la soldadura deberán ser comparables a las del metal base, el tipo regular de electrodo, como el empleado para soldar aceros suaves, puede emplearse con resultados muy satisfactorios. Para soldar trabajos de este tipo, se recomiendan los electrodos E 6010 .

En tuberías de acero al cromo – molibdeno leves, los electrodos E 6013 diseñados especialmente para trabajos en aeronaves son usados a menudo. Estos electrodos de aceros suaves usualmente toman suficiente aleación del metal base para dar la resistencia a la tracción requerida en la condición soldada. Cuando se suelda sobre el acero AISI 4130, su resistencia a la tracción normal de 70 000 a 80 000 psi es incrementada por la toma de aleación y carbono hasta una aproximación satisfactoria de las propiedades mecánicas del AISI 4130. El espesor adicional de soldadura debido al usual relleno en trabajos de calibre delgado, hace a la junta soldada más fuerte que el metal base.



TABLA 13 TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO Y ENTRE PASADAS APROXIMADAS PARA BARRAS* DE ACERO ALEADOS AISI

Aceros AISI

Temperatura de Precalentamiento y Entre Pasadas ° F

Sección del Espesor, pulgadas

Hasta ½” Entre ½” y 1” De 1” hasta 2”

13301340

350 – 450400 – 500

400 – 500500 – 600

450 – 550600 – 700

40234028402741184130414041504320434046204640

100 mínimo200 – 300400 – 500200 – 300300 – 400400 – 500600 – 700200 – 300600 – 700

100 mínimo350 – 450

200 – 300250 – 350450 – 550350 – 450400 – 500600 – 700600 – 700350 – 450600 – 700200 – 300400 – 500

250 – 350400 – 500500 – 600400 – 500 450 – 550600 – 700600 – 700400 – 500600 – 700250 – 350450 – 550

51205145

100 mínimo400 – 500

200 – 300450 – 550

250 – 350500 – 600

862086308640

100 mínimo200 – 300350 – 450

200 – 300250 – 350400 – 500

250 – 350400 – 500450 – 550

* Tomado de ASM Metal Handbook Volumen 6, Octava Edición.

En grados de más alto carbono y aleación donde las soldaduras tratadas térmicamente con propiedades similares a las propiedades de la placa son necesarias, pueden usarse electrodos especiales, los cuales depositarán metal de soldadura con el análisis apropiado. Un electrodo de bajo hidrógeno es usado para reducir la tendencia al agrietamiento que es completamente predominante en estos aceros. Un precalentamiento y un tratamiento térmico posterior serán usualmente requeridos.

En los grados por encima de 0.40% de carbono donde la soldadura de producción no está recomendada, es posible hacer una soldadura con electrodos inoxidables tipo E 309, o E 310 como segunda opción.

La soldadura será bastante dúctil si se emplea el procedimiento apropiado de baja penetración; sin embargo, la zona de fusión pudiera ser muy frágil dependiendo de la templabilidad al aire de la aleación. El precalentamiento y el enfriamiento lento tenderán a reducir esta dureza en la zona de fusión.

Donde el molibdeno es adicionado a los metales base para incrementar la resistencia al deslizamiento o a las dislocaciones a elevadas temperaturas, el depósito del electrodo debe tener una cantidad de molibdeno similar.

La Tabla 13 da la temperatura del precalentamiento y entre pasadas aproximado para las barras de aceros aleados AISI cuando son soldadas con electrodos bajo hidrógeno.


Soldadbilidad de Aceros

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