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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA METALURGICA

EXPERIMENTAL N°1:

ESTUDIO DE ACEROS ESTRUCTURALES Y DE CONSTRUCCIÓN

SOLDADOS.

“Proceso de soldadura, test de doblado, análisis metalográfico y dureza”

Alumno E. A1 E. A2 E. A3

Durán(A1) ------------- D D

Sepúlveda (A2) D -------------- S

Vidal(A3) D D --------------

Integrantes : Fabián Durán. Eduardo Sepúlveda. Maribell Vidal.

Profesor : Santiago Riveros.

Ayudanta : Alexis Romo.

Fecha : 29 de Abril de 2016

ii

RESUMEN

La experiencia realizada consiste en determinar la soldabilidad de tres aceros

distintos: ASTM A36, ASTM A572 y SAE 1045.

Para poder determinar su soldabilidad, estos aceros fueron soldados en la empresa

KüpferHnos, se soldaron los tres aceros para luego obtener probetas y analizarlas

químicamente, además de análisis de dureza, doblado y metalografías.

En el ensayo químico, se obtuvieron las composiciones químicas de los tres aceros

utilizados y se determinó el %CE de estos, los cuales fueron: ASTM A36 con

0,32%CE, SAE 1045 con 0,55%CE y ASTM A572 con 0,431%CE. A continuación se

pudo determinar el comportamiento de su soldabilidad, ya que para tener una

soldabilidad garantizada es necesario entre 0,42-0,45%CE.

El ensayo de doblado se realizó según norma ASTM E190 en las dependencias de

SIMET-USACH, se utilizaron probetas largas y el ensayo se realizó de raíz. En este

ensayo, los aceros ASTM A36 y ASTM A572 se comportaron de manera favorable,

al contrario del acero SAE 1045, el cual se fracturó en poco tiempo.

En el ensayo de dureza realizado en KüpferHnos, se utilizaron probetas de 1x8x1,8

cm., en las cuales se identaron en el material base, en la ZAT y en la soldadura.

Para los análisis metalográficos, las probetas eran cuadradas de unos 3x3 cm

aproximadamente, las cuales se prepararon con un desbaste abrasivo según norma,

para luego ser atacadas con Nital 3%. Las metalografías fueron sacadas en el metal

base, en la ZAT y en la soldadura.

iii

ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................... 1

2. OBJETIVOS .................................................................................................................... 3

2.1 Objetivos Generales: ................................................................................................ 3

2.2 Objetivos Específicos: .............................................................................................. 3

3. INTRODUCCIÓN TEORICA ....................................................................................... 4

3.1 ¿Qué es un acero? .................................................................................................... 4

3.1.1 Acero estructural .............................................................................................. 4

3.2 Tipos de aceros: ....................................................................................................... 5

3.2.1 Acero ASTM A-572: .......................................................................................... 5

3.2.2 Acero ASTM A-36 ............................................................................................. 6

3.2.3 Acero SAE 1045: ................................................................................................ 6

3.3 Soldadura. ................................................................................................................ 7

3.3.1 Soldabilidad ...................................................................................................... 7

3.3.2 Tipos de soldabilidad ....................................................................................... 9

3.4 Zona Afectada por el Calor.................................................................................. 10

3.4.1 Estructura ........................................................................................................ 10

3.4.2 Tamaño de grano en la ZAT .......................................................................... 11

3.4.3 Efecto del tamaño de grano ........................................................................... 13

3.4.4 Endurecimiento por precipitación ................................................................ 14

3.5 Índice de Soldabilidad .......................................................................................... 16

3.6 Electrodo Revestido.............................................................................................. 16

3.6.1 Electrodo E 8018-C1 ........................................................................................ 17

3.7 Ensayo de dureza .................................................................................................. 18

3.7.1 Dureza Rockwell B ......................................................................................... 18

3.8 Ensayo de Espectrometría de emisión óptica (Chispa) ...................................... 20

3.9 Ensayo guiado de doblado para la ductilidad de las soldaduras (ASTM E190)

...................................................................................................................................... 21

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL. ..................................................................... 24

iv

4.1 Materiales. .............................................................................................................. 24

4.2 Procedimiento de soldadura. ............................................................................... 24

4.3 Procedimiento de ensayo de espectrometría óptica ........................................... 27

4.4 Procedimiento de ensayo de dureza .................................................................... 27

4.5 Procedimiento ensayo de doblado ....................................................................... 29

4.6 Procedimiento de ensayo de metalografía. ......................................................... 31

5. RESULTADOS. Y DISCUSIONES ............................................................................. 33

5.1 Composición química............................................................................................ 33

5.2 Micrografías. .......................................................................................................... 36

5.2.1 Acero ASTM A-36 ........................................................................................... 37

5.2.2 Acero SAE 1045 ............................................................................................... 39

5.2.3 Acero A 572 (grado 50) ................................................................................... 40

5.3 Ensayo de dureza. ................................................................................................. 42

5.3.1 Acero SAE 1045 ............................................................................................... 42

5.3.2 Acero A572 ...................................................................................................... 44

5.3.3 Acero A36 ........................................................................................................ 46

5.4 Ensayo de Doblado................................................................................................ 49

6. CONCLUSIÓN ............................................................................................................ 53

7. BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................... 54

Estudio de Aceros Estructurales y de Construcción Soldados

Universidad de Santiago de Chile Página 1

1. INTRODUCCIÓN

El mercado del acero se ha vuelto muy competitivo y a su vez exigente de acuerdo a

sus diferentes requerimientos exigidos. Los tiempos piden mayor seguridad,

mayor resistencia, flexibilidad de diseños estructurales, por lo cual una soldabilidad

debe estar garantizada. En la mayoría de los trabajos de construcción el hormigón

se refuerza con armaduras metálicas, sobre todo de acero; este hormigón reforzado

se conoce como “hormigón armado”. El acero proporciona la resistencia necesaria

que permite a las estructuras soportar fuerzas de tracción elevadas. La resistencia es

una característica de los aceros requerida por el cálculo estructural, dado que el

acero de refuerzo colabora de una forma importante en el comportamiento

mecánico, por lo cual una buena soldadura es fundamental.

La tendencia mundial ha sido aumentar la resistencia del acero, ya que se logra

mayor capacidad resistente en edificaciones, con un menor consumo de éste. De

igual modo en el diseño de las armaduras de acero para hormigón los proyectistas

tienden al uso de barras con características de soldabilidad garantizada. Esta

condición permite mayores facilidades de armado en obra, la posibilidad de aplicar

técnica de traslape con soldadura y lograr la continuidad en las barras de refuerzo

que conforman la armadura del hormigón.

La obtención de acero de refuerzo soldable requiere que este posea bajo contenido

de carbón en su composición química. Esta característica se logra en el proceso

metalúrgico adicionando elementos microaleantes para lograr las características

mecánicas de ensayos que la norma correspondiente establece, para barras de acero

estructural para para reforzar hormigón es la NCh 204 of.2006.

La capacidad de un material para ser soldado está fuertemente relacionada con la

composición química del acero, y se evalúa el parámetro llamado carbón

equivalente (CE). La soldabilidad es la mayor o menor facilidad con que un metal

permite que se obtengan soldaduras sanas y homogéneas, que respondan a las

necesidad para las que fueron concebidas incluyendo códigos de fabricación.

Desde el punto de vista metalúrgico durante la soldadura en estado líquido en una

región muy pequeña el material a ser soldado alcanza el estado líquido y luego

solidifica. El aporte térmico suministrado se utiliza para fundir el metal de aporte

(si existe), fundir parcialmente el metal base y el resto se transfiere a través del

metal de soldadura modificando la microestructura (y propiedades mecánicas)

inicialmente presentes.



Al momento de soldar dos piezas se identifican 3 zonas, siendo la región fundida,

límite de fusión y zona afectada térmicamente, siendo esta ultima la zona de tener

mayor control en su comportamiento ya que suele aparecer distintas fases debido a

los cambio térmicos.

En términos de selección de materiales las características de servicio de la ZAC o

ZAT deberán ser enfatizadas mucho más que aquellas vinculadas con el metal de

aporte. Esto es debido a que las propiedades metalúrgicas y mecánicas de la ZAT

son directamente vinculadas con los parámetros de soldadura y los tratamientos

térmicos post soldadura (PWHT). Es también cierto que cualquier problema de

soldabilidad asociado con las características de la ZAT es más difícil de manejar que

los asociados con el metal de aporte. Los problemas de soldabilidad asociados con

el consumible pueden solucionarse cambiando el mismo o los otros consumibles de

soldadura. Mientras que los problemas asociados con la ZAT algunas veces pueden

ser resueltos modificando el metal base (lo cual suele resultar costoso) y / o el

aporte térmico



2. OBJETIVOS

2.1 Objetivos Generales:

1. Analizar y determinar la soldabilidad de los aceros estructurales:

A36, SAE 1045 y A 572.

2.2 Objetivos Específicos:

1. Analizar la variación de la microestructura en cada acero estructural solado.

2. Medir la dureza para cada acero estructural soldado.

3. Determinar en forma aproximada mediante el Ensayo de Chispa la

composición química de cada acero estructural.

4. Realizar un ensayo de doblado a cada acero estructural.



3. INTRODUCCIÓN TEORICA

3.1 ¿Qué es un acero?

Los aceros son aleaciones principalmente de Fe - C y que puede poseer otros

elementos en su composición, tales como Cr, Mo, entre otros. Además, cabe

destacar que contienen a lo más de 2% de C.

Los aceros son fácilmente deformables, debido a que tienen una alta ductilidad.

3.1.1 Acero estructural

Se define como acero estructural a lo que se obtiene al combinar el hierro, carbono y

pequeñas proporciones de otros elementos tales como silicio, fósforo, azufre y

oxígeno, que le contribuyen un conjunto de propiedades determinadas, tales como

alta resistencia mecánica, soldabilidad, buena resistencia a la corrosión y ductilidad

a temperatura ambiente, aunque a altas temperaturas estas propiedades se ven

afectadas.

Los aceros estructurales son un material básico de uso de construcción de

estructuras como edificios y muelles que se emplean perfiles estructurales de

secciones L, U, T, H, I, además de cables y tirantes en el caso de los puentes; varillas

y mallas para hormigón reforzado y láminas plegadas usadas en techos y pisos

Ventajas del acero como material estructural

Tiene una gran firmeza:

La gran firmeza del acero por la unidad de peso significa que el peso de las

estructura se hallará al mínimo, esto es de mucha eficacia en puentes de amplios

claros.

Semejanza:

Las propiedades del acero no cambian perceptiblemente con el tiempo.

Durabilidad:

Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado duraran unos tiempos

indefinidos.



Ductilidad:

La ductilidad es la propiedad que tiene un material de soportar grandes

deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensión. La naturaleza dúctil de los

aceros estructurales comunes les permite fluir localmente, evitando así fallas

prematuras.

Tenacidad:

Los aceros estructurales son tenaces, es decir, poseen resistencia y ductilidad. La

propiedad de un material para absorber energía en grandes cantidades se denomina

tenacidad.

Desventajas del acero como material estructural

Costo de mantenimiento:

La mayor parte de los aceros son susceptibles a la corrosión al estar expuestos al

agua y al aire y, por consiguiente, deben pintarse periódicamente.

Costo de la protección contra el fuego:

Aunque algunos miembros estructurales son incombustibles, sus resistencias se

reducen considerablemente durante los incendios.

3.2 Tipos de aceros:

3.2.1 Acero ASTM A-572:

Este acero está disponible en varios grados dependiendo del tamaño del perfil y

grueso de la placa. El grado 50 es soldable y de baja aleación, aleado con Niobio y

Vanadio como afinadores de grano. Este es el grado de acero estructural más

utilizado actualmente en el mercado estadounidense

Es un acero Estructural de Alta Resistencia y de Baja Aleación. Este acero es

utilizado en aplicaciones, tales como construcción electrosoldada de estructuras en

general o puentes, donde la tenacidad en las entalladuras es importante.

Los requisitos asociados con esta propiedad debido a la variedad de grados que

contempla este tipo de acero deben ser especificados entre el comprador y el

productor.



Las características de placas de este acero son su alta resistencia, buen manejo y

facilidad de soldado a precios moderados. La resistencia a la corrosión atmosférica

es la misma de las placas de acero al carbón.

Sus mejores propiedades mecánicas, en comparación con el producto ASTM A 36,

permiten reducir espesores y disminuir peso de estructuras remachadas, apernadas

o soldadas como por ejemplo puentes, carrocerías, equipos de transporte y

estructuras en general.

Tabla 3.1 Composiciones químicas máximas del acero ASTM A-572.

Acero %C máx. %Si máx. %Mn máx. %S máx. %P máx. %V máx.

ASTM A-572 0,23 - 1,35 0,05 0,04 0,10

3.2.2 Acero ASTM A-36

Acero estructural de buena soldabilidad, adecuado para la fabricación de vigas

soldadas para edificios, estructuras remachadas, y atornilladas, bases de columnas,

piezas para puentes y depósitos de combustibles.

Si se desean mejoramiento en las propiedades, mejorando la estructura, se debe

especificar anteriormente.

Tabla 3.2 Composiciones químicas máximas del acero A-36 (% en peso).

Acero %C máx. %Si máx. %Mn máx. %S máx. %P máx. %Cu máx.

ASTM A-36 0,29 0,350 0,80/1,20 0,05 0,04 0,20

3.2.3 Acero SAE 1045:

Acero de medio carbono. Tiene buenas características de forja, soldable, responde al

tratamiento térmico y al endurecimiento por llama o inducción. Por su dureza y

tenacidad es utilizado para la fabricación de componentes de maquinaria. Apto

para fabricaciones de exigencias moderadas. Posee baja soldabilidad, buena

maquinabilidad y excelente forjabilidad.



Tabla 3.3 Composiciones químicas máximas del acero 1045 (% en peso).

Acero %C máx. %Si máx. %Mn máx. %S máx. %P máx.

SAE 1045 0,50 0,35 0,90 0,05 0,04

3.3 Soldadura.

La soldadura es un proceso de fijación en donde se realiza la unión de dos o más

piezas de un material, usualmente logrado a través de la coalescencia (fusión), en la

cual las piezas son soldadas fundiendo. Se puede agregar un material de aporte,

que, al fundirse, forma un charco de material fundido entre las piezas a soldar (el

baño de soldadura) y, al enfriarse, se convierte en una unión fija a la que se le

denomina cordón. A veces se utiliza conjuntamente presión y calor, o solo presión

por sí misma, para producir la soldadura.

Figura 3.1: Representación gráfica de una soldadura.

3.3.1 Soldabilidad

La calidad de una soldadura también depende de la combinación de los materiales

usados para el material base y el material de relleno. No todos los metales son

adecuados para la soldadura, y no todos los metales de relleno trabajan bien con

materiales base aceptables.

La soldabilidad es la aptitud que tiene un metal o aleación para formar uniones

soldadas. No obstante, este término denota un grupo extremadamente complejo de

propiedades tecnológicas y es también función del proceso.

https://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_de_fabricaci%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Coalescencia

https://es.wikipedia.org/wiki/Fusi%C3%B3n_%28cambio_de_estado%29



Algunos requerimientos para producir una buena unión y los problemas que

pueden, referidos a soldaduras de cualquier geometría y origen son:

En el caso de la soldadura por fusión, la temperatura de fusión, el calor

específico y el calor latente de fusión determinan la cantidad de calor que es

necesario añadir. Una alta conductividad térmica permitirá una mayor

rapidez de entrada de calor y un enfriamiento más rápido. La adición

insuficiente de calor causa falta de fusión y, en secciones gruesas,

penetración incompleta. La entrada de calor excesiva puede originar

quemado (agujereado del material).

Los contaminantes superficiales, incluyendo óxidos, aceites, suciedad,

pintura, provocan falta de enlace o conducen a porosidad por gas.

Las reacciones indeseables con contaminantes superficiales o con la

atmósfera se evitan sellando la zona de fusión con vacío, atmósfera inerte o

escoria.

Los gases liberados durante la soldadura pueden producir porosidad, que

debilita la unión. Particularmente peligroso es el hidrógeno que se origina de

la humedad atmosférica o de un fundente húmedo. Cuando se combina en

forma molecular, causa porosidad en las aleaciones de aluminio. En la forma

atómica se difunde en las puntas de las grietas y provoca fragilidad por

hidrógeno del metal. Las grietas de solidificación aparecen bajo la influencia

de esfuerzos en la soldadura cuando un líquido de bajo punto de fusión es

expulsado durante la solidificación dendrítica. Las grietas de licuación a lo

largo de las fronteras de grano se deben a la segregación de estado sólido de

elementos de bajo punto de fusión.

La contracción por solidificación junto con la concentración sólida impone

esfuerzos internos de tensión en la estructura y pueden originar distorsión y

agrietamiento. El problema se puede aliviar con un material que aporte

menos aleado y más dúctil que reduzca la fragilidad térmica.

Las transformaciones metalúrgicas son de gran importancia, especialmente

cuando provocan la formación de fases frágiles como la martensita. Entonces,

es esencial precalentar el metal base.

El espesor de las partes que se van a unir y el diseño de la unión tienen una

gran influencia sobre el calentamiento y enfriamiento, y por tanto sobre la

soldabilidad.



3.3.2 Tipos de soldabilidad

La Soldabilidad de una material encierra tres aspectos esenciales, esto son:

1. Soldabilidad Metalúrgica: Es la capacidad de los materiales de no presentar

transformaciones estructurales en la unión soldada o variaciones en las propiedades

físico-químicas, como si se presenta en los aceros aleados donde existe la

posibilidad de formar estructuras de martensita y en los aceros inoxidables

austeníticos, que al precipitarse los carburos de Cr, disminuye su resistencia a la

corrosión.

2. Soldabilidad Operatoria: Responde a la operación de soldadura, en lo que

respecta a cuestiones tecnológicas y de ejecución de las uniones soldadas por

cualquier proceso de soldadura. Ejemplo: El caso del Aluminio, Aceros Aleados al

Cr, en donde los óxidos que forman dificultan la soldadura y se debe por ello

recurrir al uso de limpieza, fundentes y técnicas auxiliares.

3. Soldabilidad Constructiva: Concierne a las propiedades físicas del material base,

tales como dilatación y contracción que provocan deformaciones y tensiones, las

cuales pueden generar agrietamientos de la unión soldada, como ocurre en el caso

del Hierro Fundido que por su poca plasticidad no tiene capacidad de absorber

deformaciones y hay que recurrir a recursos tecnológicos de pre y

postcalentamiento para evitar esta soldabilidad condicionada.

En conclusión se considera que un metal tiene:

1. Buena soldabilidad, cuando cumple con los 3 aspectos anteriores.

2. Soldabilidad Regular o condicionada, cuando no cumple con alguno de ellos,

pero que por medio de soluciones tecnológicas se puede obtener una unión soldada

de calidad.

3. Mala Soldabilidad, cuando no cumple con dos o más de los aspectos citados y no

se puede resolver para la obtención de buenas propiedades mecánicas y químicas

en la soldadura.



3.4 Zona Afectada por el Calor

La zona afectada térmicamente conocida en forma simplificada como ZAT o ZAC,

corresponde a una zona de mucha importancia en la metalurgia del acero, por ello

es importante dar a conocer cómo influyen los cambios en esta zona en diferentes

propiedades del acero. Sin lugar a duda es una de las áreas más estudiada en la

ingeniería de soldadura por la importancia relativa que posee en el buen éxito de

una junta soldada y por ende en la calificación de un procedimiento de soldadura.

3.4.1 Estructura

El metal adyacente al depósito de soldadura experimenta cambios al máximo de

temperatura y velocidad de enfriamiento en cada región. Cercano a la línea de

fusión el máximo de temperatura será lo suficientemente alto para causar una

transformación completa a austenita y por supuesto con algún crecimiento de

grano. Si observamos una zona un poco más retirada de la línea de fusión el

máximo de temperatura es insuficiente para causar cambios microestructurales

aunque pueden ocurrir otros efectos. Figura 3.2 ilustra varias zonas adyacentes al

metal de soldadura.

Figura 3.2: Zonas importantes en un cordón de soldadura.



3.4.2 Tamaño de grano en la ZAT

El tamaño de grano en ZAT es controlado principalmente por el aporte térmico,

pero también es influenciado por la forma de la línea de fusión. El efecto del aporte

térmico en el tamaño de grano austenítico en la ZAT se muestra en la figura 3.3. Por

ejemplo si tomamos un alto aporte térmico, tal como puede ser el arco sumergido o

electroescoria, este resultará en una ZAT bastante ancha. El aporte térmico afecta el

tiempo que permanece el máximo de temperatura y también el gradiente de

temperatura en la ZAT.

Figura 3.3: Efecto del aporte térmico sobre el tamaño de grano austenítico.

El tamaño de grano austenítico es afectado por la composición del acero, un acero

con grano grueso tiene una región de austenita más gruesa en la ZAT comparado

con un acero de grano fino. Excepto en los aceros que presentan Ti, en este caso el

tamaño de grano adyacente a la línea de fusión será el mismo. En este tipo de acero

tenemos la presencia de un nitruro de Ti muy estable y que previene el

engrosamiento del grano. Adyacente a la zona completamente austenítica de la

ZAT, ocurre una transformación parcial de la austenita. Algunas veces y

particularmente en pequeñas soldaduras de acero con alto contenido en carbono

que se enfrían rápidamente se genera la estructura martensítica, la cual es muy dura

y susceptible al agrietamiento.

En el enfriamiento, la región austenítica de la ZAT se transforma a una estructura

dependiente en la velocidad de enfriamiento y templabilidad del acero. Los

diagramas de transformación de enfriamiento continuo prestan una valiosa ayuda

en determinar los tipos de microestructuras y durezas que se pueden generar

durante el enfriamiento. En casos donde solo la dureza es de interés, se puede

utilizar las curvas estándares de endurecimiento determinados directamente de las



muestras de soldadura soldada a diferentes aportes térmicos. La figura 3.4 muestra

dos ejemplos de estas curvas, una para aceros al C y otra para un acero de baja

aleación templado y revenido. En la primera de ellas se ve una transición de una

microestructura de alta dureza como es la martensita a una baja dureza asociada a

la estructura perlítica. En el segundo caso se tiene que la excelente templabilidad

del acero baja aleación permite obtener una alta dureza a cualquier velocidad de

enfriamiento.

Figura 3.4: Efecto de la velocidad de enfriamiento.

Los estudios de fractura frágil en estructura soldadas muestran que los sitios de

inicios de la fractura frecuentemente parten de la ZAT. En esta región generalmente

es un punto de concentración de esfuerzo, está sujeto a altos esfuerzos residuales,

microestructuras susceptibles y pueden contener defectos. Si sumamos a lo anterior

que la tenacidad es baja, nos podemos explicar el porqué las fallas frágiles se inicia

en esta región. La tenacidad de la ZAT es muy difícil de cuantificar debido a que

esta es muy pequeña. Examinando las curvas de endurecimiento de un acero típico,

estas indican que a velocidades de enfriamiento rápidos la ZAT se transforma en

una estructura martensítica siendo la dureza controlada por el contenido de

carbono. Para aceros mayores a 0,2%, la dureza excede los 450 Hv en la ZAT

obtenida por enfriamientos rápidos, esto sin duda se traducirá que la tenacidad será

inaceptable para muchas aplicaciones.



Las velocidades de enfriamiento rápido se encuentran en los inicios de arcos,

pinchazos (soldaduras temporales) y pequeños cordones cosméticos, los cuales

pueden inducir fragilidad en la ZAT. Como resultados de esto los estándares de

soldaduras tal como API 1104 especifican, por ejemplo que los inicios de arco deben

ser reparados o removidos. Para evitar la presencia de una estructura dura y frágil

como es la martensita en la ZAT, se deben seleccionar aportes térmicos y

temperatura de precalentamiento adecuados para promover una velocidad de

enfriamiento lenta. La figura 3.5 muestra la tendencia general que experimenta la

tenacidad de la ZAT con el aporte térmico.

3.4.3 Efecto del tamaño de grano

Se conocen ciertos factores que influyen en la predicción de la tenacidad en la ZAT.

Uno de los más importantes corresponde al tamaño de grano austenítico, siendo la

relación típica que a mayor tamaño de grano en la ZAT mayor probabilidad que

exista un detrimento en la tenacidad. El tamaño de grano queda determinado por el

aporte térmico y puede ser necesario restringirlo para obtener una buena tenacidad.

En términos prácticos, las restricciones pueden significar evitar ciertos procesos de

soldadura, como es el caso del arco sumergido, utilizar una temperatura de

interfase máxima y evitar cordones anchos producidos por electrodo de arco

manual. La figura 3.6 muestra el efecto del aporte térmico sobre la tenacidad de la

fractura.



Figura 3.5: Tenacidad en la ZAT.

3.4.4 Endurecimiento por precipitación

El endurecimiento por precipitación debido a la presencia de microaleantes en el

acero puede bajar la tenacidad a la fractura en la ZAT. Nuevamente la precipitación

es estimulada por los altos aportes térmicos debido a los largos periodos de tiempo

a elevadas temperaturas y bajas velocidades de enfriamiento. Un tratamiento

térmico post soldadura, tal como el alivio de tensiones puede causar una

considerable precipitación con una substancial disminución de la tenacidad en la

ZAT, como muestra la figura 3.7a. Por su parte la figura 3.7b muestra el efecto de la

temperatura del tratamiento térmico post soldadura en la dureza de la ZAT en un

acero Nb-V.



Figura 3.6: Efecto del aporte térmico sobre la temperatura de transición.

Figura 3.7: a) efecto del tratamiento térmico de alivio de tensiones sobre la temperatura de

transición. b) efecto de la temperatura de tratamiento en la dureza.



3.5 Índice de Soldabilidad

Como índice de soldabilidad en las aleaciones ferrosas es de relevancia estudiar el

carbono equivalente.

El carbono equivalente de un acero es la medida de su tendencia potencial a

figurarse durante la soldadura. El valor del carbono equivalente se calcula

aplicando la fórmula que ampara los elementos que componen químicamente el

acero con sus ponderados coeficientes de influencia en el agrietamiento durante la

soldadura en relación al C. Es una forma de estimar la soldabilidad de los aceros al

carbono.

Formula empírica para el Carbono Equivalente aprobada por el instituto internacional de soldadura.

Para definir la soldabilidad garantizada en los aceros se tiene que cumplir que el

CE<0.45% pero en Chile se utiliza un carbono equivalente CE<0.48%.

3.6 Electrodo Revestido

Varilla metálica especialmente preparada para servir como material de aporte en los

procesos de soldadura por arco. Se fabrican en metales ferrosos y no ferrosos.

Tiene un núcleo metálico, un revestimiento a base de sustancias químicas y un

extremo no revestido para fijarlo en el porta electrodo.

Partes del electrodo:

Núcleo: es la parte metálica del electrodo que sirve como material de aporte. Su

composición química varía de acuerdo a las características del material a soldar.

Revestimiento: es un material que está compuesto por distintas sustancias químicas.

Tiene las siguientes funciones:

A) Dirige el arco conduciendo a una fusión equilibrada y uniforme.

B) Crea gases que actúan como protección evitando el acceso del Oxígeno y el

Nitrógeno.

C) Produce una escoria que cubre el metal de aporte, evitando el enfriamiento

brusco y también el contacto del Oxígeno y del Nitrógeno.

D) Contiene determinados elementos para obtener una buena fusión con los

distintos tipos de materiales.



E) Aporta al baño de fusión elementos químicos que darán al metal depositado las

distintas características para las cuáles fue formulado.

Figura 3.8 Partes del electrodo

Accesorios del equipo de trabajo son herramientas adecuadas para la limpieza de

las piezas antes y después de soldar. Se estudian en conjunto a pesar de tener

características diferentes.

Cepillo de acero: Está formado por un conjunto de alambres de acero y un mango

de madera por donde se sujeta.

Pica escoria: Está formado por un mango para sujeción, que puede ser de madera o

de metal. Su cuerpo es alargado; uno de sus extremos termina en punta y el otro en

forma de cincel. Tiene sus puntas endurecidas y agudas.

3.6.1 Electrodo E 8018-C1

Este es un electrodo de revestimiento básico con polvo de hierro que produce

depósitos de bajo contenido de hidrógeno, aleados al níquel. Diseñado para

producir un depósito de níquel nominal de 2.25%. Capaz de exceder el requisito

mínimo AWS de resistencia a la tensión de 550 MPa (80 ksi) después de 1 hora de

relevado de esfuerzos a 610 °C.

Tabla 3.4: Propiedades mecánicas de electrodo E 8018-C1

Propiedades Mecánicas Resistencia a la cadencia (Mpa)

Resistencia a la tensión (Mpa)

Elongación (%)

Requisito AWS E8018-C1 H4R 460 min 550 min 19 min

Resultados típicos Relevado de esfuerzos 1 Hr a 610°C

460-525 565-615 24-32



Tabla 3.5: Composición química de depósito de electrodo E8018-C1

3.7 Ensayo de dureza

La dureza es una condición de la superficie del material, no representa ninguna

propiedad de la materia y está relacionada con las propiedades elásticas y plásticas

del material. La podemos definir como la resistencia a la penetración, esta

resistencia es función en mayor medida de su límite elástico, y en menor medida, de

su tendencia al endurecimiento por trabajo, y del módulo de elasticidad. Si se tiene

un material de composición dada, y se conoce su historial, se puede relacionar el

límite elástico (para fines prácticos, el esfuerzo de cedencia) con la resistencia a la

tensión, la ductilidad y la tenacidad. Por tanto, las pruebas de dureza pueden

proporcionar datos de los que se pueden derivar muchas propiedades mecánicas

importantes. Y, puesto que las pruebas de dureza se pueden llevar a cabo fácil y

rápidamente, se usan ampliamente y se emplean para controlar procesos, así como

para inspeccionar y determinar la aceptación de materiales y componentes.

Las pruebas de dureza comunes se basan en la aplicación lenta de una carga fija a

un muescador que se abre paso sobre la superficie lisa de la muestra. Una vez que

se quita la carga, se mide el área o bien la profundidad de la penetración, lo cual

indica la resistencia a la carga. A continuación se analizan tres clases de pruebas.

3.7.1 Dureza Rockwell B

El ensayo consiste en imprimir en una probeta de características preestablecida una

huella usando un indentador estandarizado (esfera de acero endurecido para

Rockwell B), en dos operaciones (carga y precarga) y medir el incremento de

penetración de la profundidad de la huella en las condiciones especificadas para

este ensayo(temperatura ambiente a menos que se especifique, la distancia del

centro de una impresión al borde de la probeta, deberá ser mayor o igual a 2,5

diámetros de la bola y la carga preestablecida para este ensayo).

Composición de

depósito %C %Mn %Si %P %S %Ni

Requisito AWS

E8018-C1 H4R 0,015 máx. 1,25 máx. 0,80 máx.

0,03

máx.

0,03

máx. 2,0-2,75

Resultados típicos

tal como se soldó 0,05-0,09 0,89-1,25 0,17-0,53 ≤0,02 ≤0,01 2,0-2,58



El penetrador consiste en una bola de acero templado, de una dureza Vickers no

menor de 850 HV con un diámetro nominal igual a 1,588 mm. Esta bola debe estar

pulida y exenta de grietas o de otro defecto superficial.

La superficie de la muestra debe estar lisa, suave, exenta de óxido y materias

extrañas. La preparación de dicha superficie debe realizarse sin alterar las

condiciones originales del material a ensayar, evitando un calentamiento apreciable

o su endurecimiento superficial. La superficie de ensayo y la superficie de apoyo

deben ser paralelas entre si y a su vez perpendiculares al eje de aplicación de la

carga. Las probetas a ensayar no deben tener un espesor menor que 8 e

(e=0,002mm)

Figura 3.9: Máquina de Dureza Rockwell



Figura 3.10: Forma de realización de ensayo Rockwell B

3.8 Ensayo de Espectrometría de emisión óptica (Chispa)

La espectrometría de emisión es una técnica espectroscópica que analiza las

longitudes de onda de los fotones emitidos por los átomos o moléculas durante su

transición desde un estado excitado a un estado de inferior energía. Cada elemento

emite un conjunto característico de longitudes de onda discretas en función de su

estructura electrónica. Mediante la observación de estas longitudes de onda puede

determinarse la composición elemental de la muestra. La espectrometría de emisión

se desarrolló a finales del siglo XIX, y los esfuerzos teóricos para explicar los

espectros de emisión atómica llevaron a la mecánica cuántica.

Hay muchas maneras en que los átomos pueden ser llevados a un estado excitado.

El método más simple es calentar la muestra a una temperatura alta, produciéndose

las excitaciones debido a las colisiones entre átomos de la muestra.



Figura 3.11: Maquinaria de Espectrometría de emisión óptica.

3.9 Ensayo guiado de doblado para la ductilidad de las soldaduras (ASTM E190)

Es usado para determinar la rigidez, la soldabilidad y la ductilidad de una unión

soldada en metales. Consiste en doblar una probeta que contenga la unión soldada,

hasta completar un punto crítico. Para ello, se utiliza una herramienta de doblado

que se monta en una prensa que sea capaz de aplicar la fuerza necesaria para

deformar la probeta. Esta prensa tiene un indicador de la fuerza ejercida durante el

ensayo. La probeta se colocara sobre un soporte de rodillos, de tal forma que el eje

del mandril incida en el centro de la soldadura y esta se encuentre centrada a su vez

sobre el soporte de rodillos, cuyas caras deberán encontrarse a una distancia

determinada en función del espesor de la probeta.

Figura 3.12: Realización del test de doblado



Este ensayo es cualitativo, pues aunque se puede obtener un valor de resistencia al

doblado, por el esfuerzo reflejado al doblar la probeta, no se obtienen valores para

la ductilidad, la soldabilidad ni la rigidez del material ensayado. La interpretación

que se da al ensayo, es que si la probeta es capaz de soportar el doblado que se le

ejerce, sin presentar ninguna falla, las propiedades mencionadas serán adecuadas

para el uso que se le dará a la pieza.

En estos ensayos se utilizan tres tipos de dobleces: el de cara, el de raíz y el lateral.

La cara de la soldadura ya terminada se ubica en el exterior y se dobla lo más

posible para deformarla al máximo. El doblez de raíz imprime el mayor esfuerzo

en la pasada de raíz y es, probablemente la más importante de todas las pruebas. El

doblez lateral imprime el mayor esfuerzo a uno u otro lado de la soldadura, se

efectúa principalmente para poner a prueba placas de placas gran espesor (1

pulgada o más); sin embargo la prueba de doblez lateral también se puede aplicar a

planchas delgadas. Normalmente, el ensayo de doblez determina si el soldador es

capaz de realizar soldaduras integras. A esto se debe que sea uno de los primeros

ensayos a los que se enfrenta el soldador.

Figura 3.13: Plantilla ensayo de doblado guiado.



Figura 3.14: Plantilla para placa sometida a ensayo de doblado a) materiales ferrosas b)

materiales no ferrosos.

Para placas de más de 11/2 pulg. (38 mm) de espesor, se debe cortar muestras en

tiras iguales entre 3/4 y 11/2 pulg. (19 hasta 38 mm) de ancho aproximadamente y

probar cada tira.



4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.

4.1 Materiales.

Aceros estructurales A36, A 572, SAE 1045

Soldadora.

Electrodo para soldar E8018-C1.

Lijas de desbaste: 80, 220, 320, 400, 500, 600, 1500 y 2500.

Paño pulidor.

Alúmina 1.

Alúmina 2

Reactivos: Nital 3%.

Microscopio óptico.

Máquina de dureza Rockwell B.

Máquina de doblado

Máquina SPECTROMAX

4.2 Procedimiento de soldadura.

La experiencia de soldadura se realizó en KüfferHnos, en donde se presenció la

soldadura del acero A572, los demás aceros (A36 y SAE1045 fueron soldados con

posterioridad).

Antes de poder soldar el acero, este fue entallado para que quede una soldadura

estructural.

Figura 4.1: Acero A572 entallado

Previamente se limpia la zona a soldar.



Luego se prepara el circuito para formar el arco eléctrico, que fundirá el electrodo

utilizado (que en nuestro caso fue el E8018-C1, cuya composición química es: - C:

0.05% - Si: 0.3 % - Mn: 1.1% - Ni: 2.3%).

Figura 4.2: Electrodo E8018-C1

Figura 4.3: Amperímetro



Luego de armar el circuito, se soldaron los extremos de las placas del acero A572,

para fijarlas. Se realizan 7 cordones de soldadura y después de terminar cada

cordón se limpia la escoria, para que no queden poros en la soldadura.

Figura 4.4: Extremos del acero A572 soldados.

Figura 4.5: Limpiando la escoria de la soldadura.



Figura 4.7: Soldando el acero A572.

Tabla 4.1: Amperajes Utilizado en cada cordón de soldadura

Cordón 1° 2° 3° 4° 5° 6° 7º

Amperaje (A) 70 80 90 100 110 110 110

4.3 Procedimiento de ensayo de espectrometría óptica

Se mandaron los 3 aceros (SAE1045, A572 y A36) a SIMET USACH, en donde

mediante un espectro midieron cuantitativamente el porcentaje en el que se

encontraban 30 elementos distintos, los cuales se utilizaron posteriormente para

calcular el carbono equivalente, presente en cada acero.

4.4 Procedimiento de ensayo de dureza

Se preparan muestras de los distintos tipos de aceros (ver figura 4.8) en probetas de

1x8x1,8

Se marcan 11 puntos distintos, abarcando la totalidad de la pieza, pasando por el

material base de un extremo, luego la ZAT, pasando por la zona de soldadura y

finalmente el otro extremo de la pieza.



Se calibra durómetro con un material de dureza ya sabida (ver figura 4.9).

Se ejerce identación en cada punto marcado para obtener su dureza

Se tabula el resultado en una tabla distancia versus dureza (HRb), siendo el punto

de inicio un extremo de la probeta.

Figura 4.8: Pobretas después del ensayo de dureza, se puede apreciar los distintos

puntos que fueron sometidos a ensayos para a) acero SAE 1045 b) ASTM A572

grado 50 c) ASTM A36.

Figura 4.9: Durómetro Testor HT 2003 D-6700 Ludwigshafen/Rhein.



4.5 Procedimiento ensayo de doblado

El primer paso fue identificar la raíz de las muestras, ya que el ensayo es de raíz.

Luego se midió el espesor de las probetas, las cuales se acercaban al valor de

alrededor de 9 mm. Gracias a este valor, según la norma ASTM 190, el punzón que

se utiliza es de 19 mm.

Después, se midió el centro de la raíz de la soldadura y se midieron 30 mm para

cada lado del centro para ubicar los soportes del equipo.

Siguiendo, se colocó los soportes con las probetas dentro del equipo de doblado,

para ejercer la presión con el punzón y ver el comportamiento de las tres probetas.

Figura 4.10: Barras de aceros A36, A572 y SAE1045 para ensayo de doblado. Se

muestran las zonas de soldadura.



Figura 4.11: Equipo Tinius Olsen.

Figura 4.12: Montaje de ensayo de doblado.



4.6 Procedimiento de ensayo de metalografía.

A cada acero se le realizó un ensayo de metalografía, para esto se pulieron a través

de una serie de abrasivos de tamaño 150, 220, 320, 400, 600, 1500, 2500. Luego de la

serie de abrasivos se pasa consecutivamente por el paño de fieltro con alúmina de

granulometría 1 µm hasta obtener la condición de espejo.

Después se limpiaron cada probeta con abundante agua y luego alcohol, para que

se elimine la humedad presente.

Posteriormente se realizó un ataque con Nital al 3% y también se analiza su

microestructura en el microscopio en el metal base, en la ZAT (zona afectada

térmicamente) y en el cordón. Se tomaron fotografías a cada zona.

Figura 4.13: Set de abrasivos para pulir las probetas desde tamaño 220 hasta 660.



Figura 4.14: Pulidora de disco con alúmina 1 µm.



5. RESULTADOS. Y DISCUSIONES

5.1 Composición química.

Tabla 5.1: Composición química de acero ASTM A-36.

elemento C Si Mn P S Cr Ni Mo

% 0,1790 0,1980 0,8200 0,019 0,0084 0,3130 0,0400 <0,0010

elemento Al Cu Co Ti Nb V W Pb

% 0,0023 0,0130 0,0056 0,0018 0,0021 <0,001 0,0250 0,0110

elemento B Sb Sn Zn As Bi Ta Ca

% 0,0003 0,0065 0,0029 0,006 0,012 <0,0015 <0,007 0,0013

elemento Ce Zr La Se N Fe

% <0,002 0,0025 <0.0003 0,0032 <0,002 98,3000

Tabla 5.2; Composición química de acero SAE 1045.


% 0,4040 0,2040 0,6200 0,0130 0,0035 0,1700 0,0620 0,0140


% 0,0370 0,0300 0,0062 0,0030 0,0021 <0,0010 0,0150 0,0094


% 0,0004 0,0044 0,0037 0,0100 0,0110 <0,0015 <0,0070 0,0012


% <0,0020 0,0021 0,0005 0,0250 <0,0020 98,3000



Tabla 5.3; Composición química de acero ASTM A-572.


% 0,1740 0,2230 1,4400 0,0240 0,0068 0,0440 0,0580 0,0058


% 0,0270 0,0380 0,0086 0,0120 0,0150 <0,0010 0,0310 0,0130


% 0,0014 0,0096 0,0043 0,0054 0,0130 <0,0015 0,0140 0,0021


% <0,0020 0,0032 <0,0003 0,0360 <0,0020 97,8000

Tabla 5.4 Carbono equivalente de los aceros tratados.

Acero CE [%]

ASTM A-36 0,382

SAE 1045 0,550

ASTM A-572 0,431



Respecto a la composición química, vemos representados los resultados de

nuestras probetas en las tablas 5.1, 5.2 y 5.3 y al momento de hacer una

comparación a las normas ASTM y SAE vemos que existe una pequeña diferencia

para el acero ASTM A572, según la norma este debiese contemplar un máximo de

1,35%Mn, cosa que en nuestra probeta a trabajar no cumple rigurosamente ya que

posee un 1,44% Mn, aparte de que la norma no considera elementos como el Si, Cu

y Ni, cosa que en nuestra probeta trabajada poseen en cantidades de 0,223%, 0,038%

y 0,044% respectivamente. Con tan solo este dato a priori no podemos precipitarnos

a que este acero no cumplirá con estándares deseados, ya que si bien la norma no lo

considera, también estos elemento presentes pueden ser una mejora. A través de

nuestros análisis químicos vemos que en nuestros aceros existen una infinidad de

elementos químicos que las normas no tienen en consideración, pero este superávit

de elementos químicos se presenta en trazas tan bajas que no se consideran como

una preocupación. En relación a las probetas de aceros restantes (ASTM A36 y SAE

1045) los resultados de los análisis químicos se encuentran dentro de los márgenes

normales y esperados de las normas que los rigen. Así que la única anormalidad

presente sería la ya mencionada en el acero ASTM A572 y su alto nivel de Mn, lo

cual no es menor ya que dentro de la ecuación del carbono equivalente este es de

los elementos que más puede aumentar el %CE.

La tabla 5.4 indica los porcentajes de CE, dato fundamental y decisivo al momento

de garantizar una soldadura en la industria. Como vemos los aceros estructurales

ASTM A36 y ASTM A572 posee un %CE de 0,382% y 0,431% respectivamente,

siendo este menor a 0,45%, lo cual habla muy bien de estos aceros al momento de

querer soldarlos, ya que la teoría nos avala y garantiza que en condiciones

normales, si el %CE es menor a 0,45, el acero y la soldadura se comportaran de

manera aceptable, no así en contraparte con el acero SAE 1045, el cual vemos que su

%CE es de 0,55% muy superior al 0,45% de CE que nos pide la teoría y la

experiencia, siendo así el acero que va a tener el peor comportamiento al momento

de ser soldados.



5.2 Micrografías.

Figura 5.1: Micrografía acero ASTM A36,

aumento 100x, sin ataque.

Figura 5.2: Micrografía acero SAE 1045,

aumento 100x, sin ataque.

Figura 5.3: Figura 5.3: Micrografía acero

ASTM A572, aumento 100x, sin ataque.



5.2.1 Acero ASTM A-36

Figura 5.4: Micrografía acero ASTM A36

de la zona aledaña a la soldadura (ZAT),

se observa menor cantidad de ferrita, en

los bordes colonias de perlita, con

tamaño de grano 6/7 según norma

ASTM E112, aumento 200x, Nital 3%.


de la zona aledaña a la soldadura (ZAT),

se observa menor cantidad de ferrita, en

los bordes colonias de perlita, con

tamaño de grano 6/7 según norma

ASTM E112, aumento 200x, Nital 3%.


de la zona del material base, se observa

tamaños de granos muy pequeños y

recristalizados, aumento 200x, Nital 3%.





bandeado de ferrita perlita, tamaño de

grano 6/7 según norma ASTM E112,

aumento 200x, Nital 3%.


de la zona del material base, con tamaño

de grano 6/7 según norma ASTM E112,



de la zona de la soldadura, aumento

200x, Nital 3%.



5.2.2 Acero SAE 1045

Figura 5.10: Micrografía acero SAE 1045,

zona aledaña a la soldadura (ZAT), se

observa recristalización, bandeado

ferrita y perlita fina, tamaño de grano

menor a 8, aumento 200x, Nital 3%.

Figura 5.11 Micrografía acero SAE 1045,

zona del material base, se observa

bandeado ferrita y perlita fina, tamaño



Figura 5.12 Micrografía acero SAE 1045


bandeado ferrita y perlita fina, tamaño


aumento100x, Nital 3%.

Figura 5.13 Micrografía acero SAE 1045

de la zona de soldadura, se observa

crecimiento de grano austenítico tamaño

4/5, ferrita con colonias de perlita fina

en borde, se ve soldadura, aumento

200x, Nital 3%.



5.2.3 Acero A 572 (grado 50)

Figura 5.14 Micrografía acero ASTM

A572 G50, zona correspondiente a

material base, se distingue bandeado

ferrita perlita, tamaño de grano ferrítico

7/8 según norma ASTM E112, aumento

200x, Nital 3%.

Figura 5.15: Micrografía acero ASTM

A572 G50, zona correspondiente a

material base, se distingue bandeado

ferrita perlita, tamaño de grano ferrítico

7/8 según norma ASTM E112, aumento

100x, Nital 3%.


A572 G50, correspondiente a interfase

material base y soldadura, se distingue

bandeado ferrita más perlita, tamaño de

grano ferrítico 7/8 según norma ASTM

E112, aumento 100x, Nital 3%.


A572 G50, zona de soldadura, se

distingue base bandeada ferrita perlita,

tamaño de grano ferrítico 7/8 según

norma ASTM E112, aumento 200x, Nital

3%.



Observando las figuras 5.1, 5.2 y 5.3, las cuales representan las metalografías de los

aceros ASTM A36, SAE 1045 y ASTM A572 respectivamente y sin ser atacadas. En

ellas vemos claramente las inclusiones contenidas en cada muestra de acero, que

según la tabla de clasificaciones de inclusiones tendremos que para el acero ASTM

A36 son del tipo D (óxidos), con un grado de inclusiones 2, espesor fino (8 µm).

Para la muestra del acero SAE 1045 muestra inclusiones nuevamente del tipo D

(óxidos), grado 2 y de espesores, por lo que se distinguen es mixto, espesor fino (8

µm) y grueso (12 µm). Finalmente para el acero ASTM A572 se observan

nuevamente inclusiones del tipo D (óxidos) de grado mayor, es decir grado 3 de

espesor fino (8 µm).

En el ítem 5.2 se muestran una seguidilla de micrografía tomadas en distintas zonas

de las probetas, estas zonas contemplan el acero base, la zona afectada

térmicamente y la zona soldada. De las figuras 5.4 a la 5.9 nos muestran las

micrografías obtenidas del acero ASTM A36, en las cuales observamos que se posee

un tamaño de grano pequeño (ASTM E112 6/7) el cual en teoría debiera ser

beneficioso para las propiedades mecánicas del acero estudiado, aunque por otra

parte también se logra apreciar bandeado, lo cual es debido a la segregación que se

vio expuesto nuestro acero. Se observa en la zona afectada térmicamente

cantidades pequeñas de ferrita, teniendo en los bordes colonias de perlita, lo cual es

beneficioso ya que la perlita le da una propiedad mixta, es decir le entrega

ductilidad además de una cierta dureza. De la figura 5.10 a la figura 5.13

observamos las micrografías obtenidas de nuestro acero SAE 1045, en la cual

claramente observamos que en el material base existe bandeado de ferrita y perlita

fina, además de un tamaño pequeño de grano (ASTM E112 5/6), en una zona

aledaña a la soldadura observamos que se sigue teniendo bandeado pero también

recristalización con un tamaño de grano menos a ASTM 8 (según norma ASTM

E112), finalmente en la zona de soldadura se alcanza apreciar un crecimiento de

grano austenítico. Por último, desde la figura 5.14 a la figura 5.17 se observan las

micrografías para un acero ASTM A572 (grado 50) en el cual se identifica

claramente bandeado de ferrita y perlita, además de un grano ferrítico de 7/8

(ASTM E112), lo cual desde ya podemos inferir que poseerá una buena respuesta a

la exigencia de sus propiedades mecánicas.



5.3 Ensayo de dureza.

5.3.1 Acero SAE 1045

Tabla 5.5 Durezas Rockwell B y Resistencia a la tracción para un acero SAE 1045

1045

Distancia (mm) HRb σ (Mpa)

0 91,5 631,12

7 91 622,3

13 91 622,3

22 91,5 631,12

30 90 609,56

35 86 559,58

39 96 720,3

47 89 602,21

56 89 602,21

66 89,5 605,885

74 89 602,21



Figura 5.18 Gráfico Resistencia v/s Dureza para un acero SAE 1045



5.3.2 Acero A572

Tabla 5.6 Durezas Rockwell B y Resistencia a la tracción para un acero A572

A572


0 87 575,26

6 81 502,25

13 82 502,25

20 80 494,9

29 86 559,58

34 86 559,58

39 88 594,86

45 80,5 498,575

54 81 502,25

61 81 502,25

69 80 494,9



Figura 5.19 Grafico Resistencia v/s Dureza para un acero A572



5.3.3 Acero A36

Tabla 5.7 Durezas Rockwell B y Resistencia a la tracción para un Acero A36

A36


0 72 422,38

9 72 422,38

16 73 430,22

24 73 430,22

32 79 480,2

37 86 559,58

42 75 449,82

50 73 430,22

59 71,5 418,46

65 70 399,84

74 71 414,54



Figura 5.20 Grafico Resistencia v/s Dureza para un acero A36



Vía ensayo de dureza, vemos que el material aportado por la soldadura posee una

dureza de 86 HRb (ver tablas 5.5, 5.6 y 5.7). Analizando estos valores para el acero

SAE 1045 y complementándonos con la figura 5.18, se identifica claramente que a la

zona adyacente a la soldadura se alcanzan los niveles más altos de dureza, lo cual

en primera instancia se debe a un cambio de fase debido al gradiente de calor

producido consecuencia de la soldadura, aparte de que existe endurecimiento por

precipitación de los elementos de alto punto de fusión y un crecimiento de grano en

la zona de soldadura, teniendo una recristalización de granos en la zona adyacente

a esta, resultando un tamaño de grano ASTM 7/8. La mala soldabilidad de este

acero era de esperarse ya que este acero es el que contiene un mayor %CE,

infiriendo desde ya su mal comportamiento cuando se suelda. Su alto contenido de

C y en consecuencia su alto nivel de CE hacen de este acero, un acero poco confiable

al momento de soldar, como también frágil por su alta dureza. Continuando el

mismo análisis para un acero ASTM A572 y con ayuda de la imagen 5.19, vemos

que en este acero el mayor pick de dureza, análogamente el mayor pick de

resistencia se encuentra en la zona de la soldadura, lo cual es bastante deseable, ya

que al momento de soldar piezas de acero, lo que se busca es que por lo general la

soldadura posea mayores propiedades mecánicas que el material base, objetivo que

en este acero si se logra, al poseer un %CE aceptable (menor a 0,45%) se puede

hablar de un acero con soldabilidad garantizada. Al igual que el acero anterior

(ASTM A572), observamos que el acero ASTM A36 se comporta de manera similar a

la ideal, siendo la soldadura un aporte a las propiedades de la estructura en vez de

una zona de fácil fragilización, pudiendo inferir que puede tener un

comportamiento de un acero con soldabilidad garantizada (ver figura 5.20).

Además podemos inferir de acuerdo a la composición química de que en ambos

aceros (ASTM A36 y ASTM A572) poseen elementos de aleación con alto punto de

fusión, lo cual favorecería el endurecimiento por precipitación. El calor añadido

debido a la soldadura induce transformaciones de fases en la en zonas adyacentes al

cordón de soldadura.



5.4 Ensayo de Doblado.

Figura 5.21 Ensayo de doblado a un acero A36

Figura 5.22 Ensayo de doblado a un acero A572



Figura 5.23 Ensayo de doblado a un acero A572, A36 y SAE 1045

Figura 5.24: Resultado ensayo de doblado guiado a un acero ASTM A36.



Figura 5.25: Resultado ensayo de doblado guiado a un acero ASTM A572.

Figura 5.26: Resultado ensayo de doblado guiado a un acero SAE 1045.



Siguiendo la norma ASTM E190, la cual rige los ensayos de doblados, vemos en las

figuras 5.21 a la 5.26 los resultados obtenidos al someter a este ensayo nuestras

piezas de aceros. Como era de esperar y debido a su alto %CE, como también a

inclusiones en la junta como a una “sopladura” en el cordón de soldadura (cosa que

no hubiese variado el resultado) este acero cedió fácilmente, fracturándose en poco

tiempo, a un ángulo de 23° aproximadamente, afirmando la sospecha de que no es

una acero con una soldabilidad garantizada. Para los aceros restantes, es decir, para

el ASTM A36 y el ASTM A572 grado 50 no se presentó resultados sorpresivos, pasó

lo que la evidencia anterior nos dictaba y nuestras sospechas lo presagiaban, es

decir, tan solo se dobló, no presento grieta alguna en la soldadura, respondiendo de

manera correcta a este ensayo, afirmando que estos dos tipos de aceros si poseen

una soldabilidad garantizada, doblándose a más de 50° ambos aceros, además en

cada acero se manifestó un adelgazamiento del acero en la zona de doblez, zona

que está identificada por una elipse de color anaranjado, adelgazamiento que en

todas fue de aproximadamente 1-1,5 mm, además de una deformación, de manera

achatada en los doblez .



6. CONCLUSIÓN

Realizados todos los análisis previstos, tales como ensayo de doblado, ensayo de

dureza, composición química, metalografías, además de haber logrado los objetivos,

se puede concluir que:

Si observamos los gráficos de durezas de los 3 aceros utilizados en esta experiencia,

nos damos cuenta de que en todos se observa un aumento significativo en la zona

afectada térmicamente (ZAT), esto nos corrobora que al momento de aplicar la

soldadura se produce una recristalización de los granos, lo cual hace que la dureza

en estos puntos se vea ampliada.

Si lo comparamos con las metalografías, en ellas se ve claramente que en la zona

afectada térmicamente los granos de perlita, que anteriormente se apreciaban de un

tamaño visible, en esta zona casi no se puede medir de acuerdo a la norma ASTM E-

112.

Por otra parte, analizando en específico el ensayo de doblado se puede observar que

los aceros estructurales A36 y A572 se comportaron de manera favorable a la

soldadura, sin siquiera presentar grietas o fisuras en su superficie, al contrario del

acero SAE 1045, el cual llegó a fracturarse de manera inmediata, prácticamente a los

5 segundos de empezar el análisis, lo que si comparamos con el carbono equivalente

calculado desde las composiciones obtenidas del análisis químico era lo esperado,

ya que la norma ASTM 290 dice que para tener una soldabilidad garantizada, el

carbono equivalente debe tener como máximo un 0,48% y este acero tiene un

carbono equivalente igual a 0,55 (ver tabla 5.4), lo que nos indicaba desde un

principio que se fracturaría.

Esto no significa que el acero SAE 1045 no pueda ser soldable, solo es que se

requiere de mayores especificaciones para poder pasar por este proceso.

Por esto mismo, hay que tener mucho cuidado al momento de realizar una

soldadura, ya que se debe tener en cuenta el espesor de la pieza y especial cuidado

en el material a soldar, el material de aporte a utilizar y el amperaje que se usa al

momento de soldar. También, en que cada cordón de soldadura este limpio antes

de volver a soldar, pues afecta en la microestructura y por ende, en las propiedades

finales de la pieza.

Cabe recalcar finalmente que este proceso se debe realizar por una persona

especializada, ya que puede traer consecuencias negativas al momento de utilizar el

acero y en consecuencia, con la estructura.



7. BIBLIOGRAFIA

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4080020/Leccion

es/Capitulo%203/ACERO%20ESTRUCTURAL.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Soldadura

http://www.udb.edu.sv/udb/archivo/guia/mecanica-ingenieria/ciencia-

de-los-materiales/2014/ii/guia-1.pdf

http://190.105.160.51/~material/materiales/presentaciones/ApunteDureza

.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Dureza_Brinell

Revista Remetallica; N° 10 año 24; junio 2004; Mauricio Ibarra Echeverria;

“ZAT, Zona Afectada Térmicamente” Pag.50-54

experimental n°1: estudio de aceros estructurales y de construcciÓn soldados "proceso de...

Engineering