fundamentos ensayos mecánicos
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Módulo I: ENSAYOS MECÁNICOS EN
ACEROS Y UNIONES SOLDADAS
Curso TallerControl de Calidad de los Productos
Metalec!nicos
Dirección Regional de la ProducciónPiura
DIRECCION DE INDUSTRIA
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INTRODUCCIÓN
- El estudio de las propiedadesmecánicas se refere a la
respuesta de un cuerpo cuandose le somete a una uerzaexterna.
- Para los materiales estructurales, permiten responder a las
cuestiones: Cuánto resiste? cuál
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Para los metales, esta inormación se obtiene medianteel ensao de tracción.
1.- ENSAYO DE TRACCIÓN La "ro#eta del aterial es soetida a tensión a $elocidad constante % se
re&istra la car&a necesaria "ara "roducir un deterinado alar&aiento'
El resultado es una &r!(ica es(uer)o*de(oración +, $s' -.'
!ongitudcalibrada,
!o
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Cur$aIn&enieril
Cur$areal
E
,
/
-El !0io $alor de es(uer)o o tensión alcan)ado en la
&r!1ca es el $alor de la resistencia a la tracción σu.
" El esuerzo o tensión ingenieril ##σu = P $carga aplicada% / A0 $sección
trans&ersal%
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2.- ENSAYO DE DO!ADO O "!E#IÓN 2uer)a controlada 3ue auenta "aulatinaente
4asta 3ue la #arra se do#la co"letaente o
coien)an a a"arecer las "rieras &rietas' 5eneralente "ara c6c de acero soldado o #arras de
construcción'
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$.- DURE%A El $alor de dure)a sir$e coo co"aración entre ateriales o
trataientos' E0isten tres cate&or7as de "rue#as de dure)a:
Dure&a el'()ica'* Mide con un escleróetro un artillo deun deterinado "eso cae li#reente so#re la su"er1cie delaterial % se ide el re#ote en un disco &raduado'
"'e coloca el esp(cimen sobre la base
metálica, permitiendo que el durómetro ba)elibremente que la agu)a indentora est( encontacto con el esp(cimen, *asta obtener uncontacto frme entre ellos tomar la lecturainstantánea $+ s%.-A a%or re#ote8 a%or ser! la dure)a'-Es el 9nico 3ue no dea 4uella'*Al&unos elastóeros se co"aran en estaescala8 as7 iso se a"lica "ara edir laresistencia del concreto'
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Dure&a al cor)e o a*ra(ión'* +Prue#a de ra%ado. La escala Mo4s usada en ineralo&7a8 considera una escala
ar#itraria de ; < =;8 ordenando una serie de inerales'
Se intenta ra%ar el aterial o#eto8 con el aterial !s duro3ue se conoce8 "ro#ando con los si&uientes 4asta lle&ar a unaterial 3ue no le ra%a8 entonces se dice 3ue tiene esanueración'
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Re(i()encia al +arcado o inden)ación'*
A"licar una car&a so#re un indentador o arcador 3ue sea"lica so#re un aterial durante =;*>; se&undos'
Ensa%o Roc?@ell % rinell'
Roc,ell: Car&a a"licada % la "ro(undidad de la 4uella' rinell: Car&a a"licada % di!etro de 4uella % "or ende el
!rea de la 4uella con "recisión % con ello se calcula el n9erode dure)a a"ro0' de resistencia a la tracción'
* Los ateriales duros "eriten ediciones de 4asta B;;N8
!s all! re3uieren el uso de una es(era de car#uro de Tun&stenoor la de(oración' Se uede lle ar a $alores de 4asta B;N'
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ICRODURE%A Siilar a #rinell con indentadores de diaante % car&as "e3ueas
$aria#les8 cu%as 4uellas sólo se o#ser$an en icrosco"io' Para "ro#ar "artes "e3ueas % secciones del&adas8 "ero con a%o
"re"aración su"er1cial'
;';F;GHLG
/ic,er(: Indentador "iraidal #asecuadrada con !n&ulo de => entrecaras' uella cuadrada'
0noo Indentador "iraidal#ase ró#ica con !n&ulos de =>;% =FG>;J' uella es un ro#o condia&onales di(erentes'
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3.- RESI!IENCIA4 IPACTO* Ener&7a a#sor#ida en la rotura de una "ro#eta norali)ada "roducida"or un &ol"e seco de un artillo en su ca7da'
*Utili)a un artillo de "Kndulo' Parte de la ener&7a se usa "ara ro"er
la "ro#eta8 "or lo tanto el artillo se ele$ar! 4asta una altura enor'Por lo &eneral el tra#ao a#sor#ido nos lo da directaente el a"arato'
El $alor de la resiliencia +. se de(ine coo el tra#ao de rotura
"or unidad de su"er1cie A +sección de la "ro#eta.:
6 A
El ensa%o "erite deterinar la te"eratura de transición
d9ctil*(r!&il +Titanic.'
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5.- "ATI6A Perite edir la resistencia 3ue "resenta un aterial a es(uer)os
re"etiti$os8 3ue "ueden $ariar en el tie"o8 % cu%os $alores sean
in(eriores a los de rotura8 "uedan "ro$ocar su rotura'
Las "ie)as se "ueden ro"er a es(uer)os unitarios in(eriores ales(uer)o de rotura8 si el es(uer)o se re"ite un N de $eces'
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ATERIA!ES PARA IN6ENIER7A
Aleacione( 89rrea( :8erro(a(;- Aceros al car#ono-
Aceros de #aa aleación- Aceros aleados- 2undiciones
Aleacione( 89rrea( :8erro(a(;- Aceros al car#ono-
Aceros de #aa aleación- Aceros aleados- 2undiciones
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ALEACIN'* Metales no "uros +etal #ase. %
cantidades de otros eleentos +aleantes.(oran una solución sólida'
A!EACIONES "ERROSAS.-- M!s del ;Q del "eso de los ateriales
usados "or el 4o#re en a"licacionesli&adas al so"orte de es(uer)os %
transisión de "otencia de#ido a su altaresistencia8 alta ductilidad % tenacidad %#ao costo'
ó
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Aleación "e < C. Dos &randes cate&or7as8
;';B CQ G'=Q son aceros
G'= CQ 'B; Q son (undiciones
ACEROS 1= cla(i>cación: Si C es al BQ de #aa aleación'
Si C es al BQ son aleados'
Los eleentos de aleación increentan costo del aterial eoralas "ro"iedades ec!nicas % 3u7icas'
2da. Cla(i>cación: aceros de bao !C " 0.#$
de %edio !C 0.#&' !C " 0.(
alto !C ) 0.(
!o( acero( con ?.?5@[email protected] B ?.25-1 n acero( alcar*ono (i+le'
!a obtención parte del mineral de *ierro $etalurgia
extracti&a%, a tra&(s de un proceso t(rmico $reducciónt(rmica%.
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Elementos
de aleación
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-Los aceros al car#ono "ueden tener #uena resistenciaec!nica "ero al&unas $eces "oseen "oca tenacidad %#aa resistencia a la corrosión u o0idación'
-Los aceros aleados contienen: N78 Cr8 Mo8 V8 Si8 Cu8 Al88 Ti8 Co8 8 3ue se aaden al acero "ara eoraral&unas "ro"iedades'
-El Instituto Aericano "ara el ierro % el acero +AISI. %la Sociedad Aericana de In&enieros Autootrices+SAE.8 4an desi&nado "or con$ención las aleacionesde acero al car#ono8 ediante un sistea nuKrico:
las G "rieras ci(ras indican el eleento de aleación %las dos 9ltias el "orcentae de car#ono' E': =;;8=;B8 =;;8 =;8 etc'
-
Las co"osiciones $ar7an dentro de los l7itesace"ta#les "ara el control de calidad industrial +Ver
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Acero( de al)a re(i()encia B *aa aleación:S!A;-Son aceros icroaleados8 QC ;'GQ8 #ao
QMn8 P8 Si8 Cr8 N78 Mo =Q % "e3ueos Qs deN#8 V8 Ti'- Ele$ado l7ite el!stico8 alta resistencia % #aate"eratura de transición de d9ctil a (r!&il'-USOS CO!UNAS DE EDI"ICIOS A!TOS4 PUENTES4TRENES4 ETC4
Acero( de al)a aleación-El total de eleentos de aleación distinto alcar#ono su"era el BQ en "eso'-El costo de este acero es su"erior "or loseleentos de aleación'-Se e oran las ro iedades'
Acero( InoFida*le( :aleación "e Cr.
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Acero( InoFida*le( :aleación "e <Cr.'
- Resistencia a la corrosión8 Cr =GQ 8 (ora ca"as de "rotección de ó0idos decroo'
- Cr G;Q "ro"orciona #uena resistencia a la alta te"eratura+acerosre(ractarios.'
Aceros Austen*ticos, Se adiciona Mo "ara reducir el ata3ue "or "icaduras a altate"eratura' aa resistencia ec!nica8 alta de(oración8 no a&nKticos'
- USOS EGUIPO GUIRHR6ICO Y GU7ICO4 INDUSTRIA A!IENTARIA4TUER7AS4 TANGUES4 ETC.
Aceros Du+le, , "ro"iedades interedias'
- USOS EGUIPO PETROGU7ICO4 EES4 ETC
Aceros ino,idables -err*ticos, Q Cr =G % QC es #ao +;'=*;'GQ.' Son
a&nKticos'- USO DOJSTICO4 ESTRUCT. ARGUITECTÓNICAS4 TUOS DE ESCAPE4 ETC
Aceros ino,idables %artens*ticos, Cr +=GQ*=Q. % C +a%or i&ual al ;'=;Q.'
*Trataientos tKricos "ara alcan)ar #uenas "ro"iedades ec!nicas
* Alta resistencia ec!nica8 #aa resistencia a la corrosión' Son a&nKticos'-
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-Acero( ara erra+ien)a('
- Alta resistencia ec!nica % dure)a'
- Se usan "ara cortar o dar (ora a otros ateriales %tienen alto Q de car#ono'
- Para eorar la tenacidad se adiciona Si'
- Para tener resistencia al des&aste en caliente se
a&re&a 8 Mo8 V8 Cr % Mn'- Los aceros r!"idos se usan "ara ecani)ado +cortes.
a alta $elocidad'
- USOS CUCI!!AS DE CORTE Y AGUINADO.
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"UNDICIONES "ERROSAS Son aleaciones 2e*C*Si con QC G'=Q con &ra1to + C . en su
icroestructura' TIPOS:
- undiciones blancas'*Son duros % (r!&iles' Velocidad de en(riaiento es alta'
*No son a3uina#les ni so"ortan tensiones'
*USOS TRITURADORAS4 O!INOS DE ARTI!!OS4 ETC.
- undiciones rises'
*Son (r!&iles'
*uena resistencia al des&aste % #uena aorti&uación en $i#raciones'
* USOS ASES DE GUINAS4 !OGUES DE CI!INDROS4 ETC..
- undiciones nodulares d1ctiles2'
*Ma%or resistencia ec!nica % ductilidad 3ue las (undiciones &rises'*uena resistencia al des&aste % (!cil de ecani)ar'
* USOS EN6RANAES4 CI6UEKA!ES4 PISTONES4 CUERPOS DEOA.
- undición %aleable'
*Parte de (undiciones #lancas 3ue son lue&o tratadas tKricaente'*USOS PARTES DE A . A6RICO!A INDUSTRIA! Y DE TRANSPORTE.
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CÓDI6OS PARA SO!DADURA
Con)e+lan alcance(4 cali>cación de
rocedi+ien)o(4 de (oldadore(4 di(eLo Brearación de un)a(4 nor+a( ara no-de()ruc)iMo(4 e)c.
API 11?3: Standard (or eldin& Pi"elines and
Related 2acilities'◦ Para la industria "etrolera'
AS D1.14 D1.24 .D1Q.1: Structural @eldin&code'◦ Para la industria etal ec!nica en &eneral'
ASE SECCIÓN I#: oiler and "ressure $esselcode'◦ Para las industrias "roducti$as en &eneral +no
"etroleras.'
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TIPOS DEUNION
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TIPOS DE SO!DADURAS
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Partes de untas soldadas
DE"ECTOS DE SO!DADURA
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DE"ECTOS DE SO!DADURA* POROSIDAD
POROSIDAD
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* POROSIDAD
* OTROS
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De*ido al ciclo )9r+ico alicado4 no e((u>cien)e conocer en 8or+a ai(lada la(
roiedade( del +e)al de *a(e B del+e)al de aor)e4 (ino ue de*e (a*er(eel co+or)a+ien)o del (i()e+a e)al
a(e - %AC - e)al de Soldadura.:Con)rol de calidad o (anidad de launión (oldada;
E()o (e reali&a a )raM9( de la
Cali>cación del Procedi+ien)o deSoldadura.
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DOCUENTOS DESO!DADURAPS: Es"eci1cación del
"rocediiento de soldadura' +Antesde ensa%os.'PGR: Re&istro del "rocediiento de
soldadura' +Des"uKs de ensa%os.'
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ENSAYOS PARA
CA!I"ICACIÓN DEPROCEDIIENTOS
DE SO!DADURA
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ENSAYOS
ENSAYO DE TRACCIN O WTENSION TESTX +Sección reducida o co"leta.ENSAYO DE DOLADO 5UIADO WEND
TESTX +Ra7)8 cara % de lado.ENSAYO MACROESTRUCTURAL O
WMACROTESTX
ENSAYO DE LA ENTALLA O WNICREAXENSAYO DE 2RACTURA 2ILETE
En(aBo de )racción :Ten(ion Te();
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En(aBo de )racción :Ten(ion Te();.La soldadura es ace"tada si la "ro#eta ro"e (uera
de la soldadura % )ona de (usión8 es decir en aterial
#ase8 % 3ue resistencia a la tracción no sea BQenos #aa 3ue Kste' Si (ueran dos etales #aseres"ecto al enor'
Pro*e)a
N
Area:++2
;
E(e(or
:++;
Carga
'F.
:0N;
Tracción
:Pa;
O*(erMacione(
T1=>;'B
'H F;'== B>F';=
"rac)uradc)il4
8uera delcordón de(oldadura
T2 12.3Q
.Q .Q1
52Q.1V
"rac)ura
dc)il48uera delcordón de(oldaduraPro*e
)a N
Area:++2
;
Carga
:N;
Ten(ión
:Pa;O*(erMacione(
T1='>
GH;F'H
HF';;"rac)ura 8uera del
cordón de (oldadura
T21?.
5
Q?WV
?.QV5?2.V?
"rac)ura 8uera del
cordón de (oldadura
API 11?3
E d d *l d
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En(aBo de do*lado.Deterina ri&ide)8 solda#ilidad % ductilidad de una
unión soldada en etales' Este ensa%o es cualitati$o'
La "ro#eta de#e ser ca"a) de so"ortar el do#lado 3uese le eerce8 sin su"erar los l7ites de de(ectos"eritidos "or la nora o códi&o utili)ado +>(ura( @(1XQ :$++;4 (u+a )o)al no Z $XQ :1?++; B en *orde(
@( [ :++;.'
Pro*e)aN
O*(erMacione(
Cara 1 Sin de8ec)o(Cara 2 Sin de8ec)o(
Ra\& 1 ?1 "i(ura de 1.5++. No (uera +'F.er+i)ido.
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RAIZ
• En(aBo de la en)alla :Nic, rea,;
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Pro*e)aN
O*(erMacione(
1 ?1 oo de e& de 1.5 ++F ?.W ++.
=G
En(aBo de la en)alla :Nic, rea,;.:Sólo ara API 11?3;
• olsas de aire +oos de "e).no =6=X+=8B. % suatotal GQ toda !rea'
• Inclusiones s =6>GX+;8H.de "ro(undidad8 no s =6HX+>8=H. o [ es"esor'
• De#e 4a#er "or lo enos [X+=G8F. de #uena
soldadura entre inclusiones'
En(aBo +acroe()ruc)ural o
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En(aBo +acroe()ruc)ural oacro)e()
:general+en)e ara (oldadura de>le)e;O#ser$ación a #aos auentos ediante lu"as
etalo&r!1cas de una su"er1cie8 tras una adecuada"re"aración su"er1cial % "osterior ata3ue 3u7ico "aracontrastar % resaltar )onas de interKs'
El 1lete de#e ostrar (usión en la ra7) de la soldadura"ero no necesariaente !s all! de la ra7)' El etal desoldadura % la )ona a(ectada "or el calor de#e estarli#re de 1suras8 "oros % otros'
Pro*e)aN
Reac)iMo O*(erMacione(
1 " B 2O Un oro de?.Q++.
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Pro*e)aN
Reac)iMo O*(erMacione(
2 Ni)al al2
"u(ión inco+le)a. No ]aBre(encia de oro( ni
>(ura(.
En(aBo de 8rac)ura en >le)e
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En(aBo de 8rac)ura en >le)e :Sólo ara (oldadura de >le)e; La su"er1cie (racturada no de#er! ostrar &rietas o (usión
inco"leta en la ra7)' La sua de las lon&itudes de las inclusiones % "orosidad $isi#le
no de#e e0ceder 8B'
Pro*e)a N
Ten(ión O*(erMacione(
1 En el 1lete Pre(en)a *uena duc)ilidad
2 En el >le)e Pre(en)a *uena duc)ilidad
PROETAS SO!DADAS
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PROETAS SO!DADAS P!ANCAS
EF)ra\da de ASE oiler and Pre((ure /e((elCode. -Sec)ion I# elding and ra&ing
Guali>ca)ion(.
TUER7AS
Tracción
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TUER7AS
Plegado de
Ra\&
SecciónReducida
Plegadode Cara
Plega
do deCara
Plegado deRa\&Tracción
SecciónReducida
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UESTRAS PARA TENSIÓN
API ==;
6UIADO
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6UIADO
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UESTRA PARA ENTA!!A