LOS METALES Y SU SOLDABILIDAD

JR S

PROPIEDADES DE LOS METALES

MECANICAS

FISICAS

MICRO/MACRO

QUIMICAS

ESTRUCTURAL

SOLDADURAS JR S

las de mayor inters en soldadura, son

Como se miden ?ENSAYOS MECANICOS

PROP. MECANICA

ANALISIS QUIMICO

PROP. QUIMICA

ANALISIS METALOGRAFICO

ESTRUCTURA JR S

...la relacin de las principales propiedades en las uniones soldadas...

PROPIEDAD MECANICA

SOLDADURA

COMPOSICION QUIMICA ESTRUCTURA

JR S

PROYECTO DE SOLDADURA QUE VOY A SOLDAR? COMO LO SUELDO? QUE MATERIAL DE APORTE? DONDE SE VA A USAR?

COMPOSICION QUIMICA

PROPIEDADES MECANICAS JR S

PROPIEDADES

MECANICAS

RESISTENCIA A LA TRACCION ( t) RESISTENCIA A LA FATIGA (f) RESISTENCIA AL IMPACTO (J) TENACIDAD A LA FRACTURA (Kc) JR S

ENSAYOS DESTRUCTIVOS PARA PROPIEDADES QUIMICAS Inters? en las propiedades qumicas del material:La soldabilidad depende de la c. qumica del metal base-Grado de solubilidad de los elementos.

-Presencia de xidos tenaces y refractarios (Al2O3) -Reactividad del metal en estado lquido : Zr, Ti

El procedimiento de soldadura depende de la composicin qumica

--Contenido de elementos aleantes: C,S,P,(aceros) = Precalentamiento; C.E. >0,4. -Velocidad de enfriamiento; Inoxidables -Calor aportado (Hi); aleaciones PH

JR S

LA SOLDABILIDAD DEPENDE DE LA COMPOSICION QUMICA DEL METAL BASESOLUBILIDAD TOTAL EN E. SOLIDO INSOLUBILIDAD TOTAL EN E. .SOLIDO

JR S

SOLUBILIDAD TOTAL EN E. SOLIDO

JR S

BRAZING

FRICCION

INSOLUBILIDAD TOTAL EN ESTADO SLIDO

JR S

COMO LO SUELDA(WELDING)?

Aleacion de Cu Acero A285 Gr C

Cu

Fe

SOLICITUD DE INTERBANC ?...

La qumica de los materiales determina en gran medida las propiedades mecnicas y la soldabilidad de los materiales.

t

% CE

JR S

CE = %C + (%Mn) + %Cr+%Mo+V + (%Si +Ni+%Cu)LINCOLN

6

5

15

ASM

CE = %C + (%Mn+%Si) + %Cr+%Mo + (%Ni+%Cu) 6 5 5

CE = %C +(%Mn+%Si + %Cr + %Cu + %Mo + %Ni + %V + 5(%B)ITO Y BESSIO

20

30

20

15

60

10

CE < 0,35 NO NECESITAN PRE NI POST-CALENTAMIENTO 0,35< CE > 0,5 REQUIEREN PRE-CALENTAMIENTO CE > 0,5 REQUIEREN AMBOS CALENTAMIENTOS

JR S

C.E. = TEMPLABILIDAD = 1/ SOLDABILIDAD

FERRITA

MARTENSITA JR S

NO

EL INSPECTOR MUY RARO NECESITARA EJECUTAR UN ENSAYO DE ANALISIS QUIMICO (A.Q.) TENDRA QUE REVISAR LOS RESULTADOS DE UN ANALISIS PARA DETERMINAR SI SE CUMPLE CON LAS ESPECIFICACIONES. JR S

SI

SI , ES NECESARIO SABER EL A.Q.

ESPECTROGRAFICO METODOS DE ANALISIS QUIMICO COMBUSTION

HUMEDO JR S

Ejemplo : ASTM A 751-96 METODOS DE ENSAYO, PRACTICAS Y TERMINOLOGA NORMALIZADOS PARA ANALISIS QUIMICO DE PRODUCTOS DE ACERO ESTA NORMA INVOLUCRA DEFINICIONES, MTODOS DE REFERENCIA, PRCTICAS Y GUAS RELATIVAS AL ANLISIS QUMICO DEL ACERO. INCLUYE LOS METODOS:

VIA HUMEDA

INSTRUMENTAL

JR S

ASTM A 751/96 3. TERMINOLOGIA

3.1.1.1 ANALISIS DE COLADA, se aplica a la composicin qumica(cq) representativa de la colada dada por el fabricante y determina una prueba durante la colada del acero. 3.1.1.2 ANALISIS DE VERIFICACION DEL PRODUCTO, es la cq del semiproducto o producto acabado, sirve para determinar la conformidad de los requisitos especificados. El rango de composicin son mas grande que los valores de colada por considerar las desviaciones asociadas con la reproducibilidad del anlisis y la heterogeneidad del acero... 3.1.2 Pertinente a los Elementos 3.1.2.1 ELEMENTO NO ESPECIFICADO INTENCIONALMENTE ADICIONADO, elemento adicionado en cantidades controladas a opcin del fabricante para obtener caractersticas deseadas. 3.1.2.2 ELEMENTO RESIDUAL, ELEMENTO ESPECIFICADO O intencionalmente, proveniente de las materias primas refractarios o del aire. NO, no adicionado

3.1.2.3 ELEMENTO ESPECIFICADO, un elemento controlado a un rango especificado, mximo o mnimo, de acuerdo con los requerimientos de las especificaciones del producto 3.1.2.4 ELEMENTOS EN TRAZAS, un elemento residual que aparece en muy bajas concentraciones, generalmente menor de 0,01%.

JR S

ASTM A 751/96 9. METODOS DE ENSAYO 9.1.1 Mtodos de ensayo ASTM por va Hmeda (vh):Mtodo de ensayo E 350 E352 E 353 E 354 Descripcin General para aceros de herramientas para aceros inoxidables para aceros alto Nquel

Procedimiento de vh bsico para aceros

E 1019 determinacin de C, S, N. O, H en aceros y aleaciones de Fe, Ni, y Co.

JR S

9.1.2 Mtodos de ensayo ASTM INSTRUMENTALES

Normas E60 E 212 E 293 E 322 E 415 E 485 E 572 E 663 E 1097 E 1184

Descripcin General Fotometra y trabajo espectrofotomtrico. Anlisis espectrogrfico. Anlisis espectrogrfico de aluminio soluble en cido. Fluorescencia de rayos x para aceros. Anlisis espectromtrico al vaco de aceros. Anlisis espectromtrico por emisin ptica .... Anlisis espectromtrico por emisin de rayos X. Absorcin atmica por flama. Espectroscopia por plasma de corriente directa. Absorcin atmica en horno de grafito.

JR S

Elementos Normales y Rangos para Aceros Inoxidables usando Espectroscopia de Fluorescencia de Rayos X

Mn P Si Cr Ni Al Mo

0,005-15,0 0,001-0,15 0,005-5,0 0,01-26,0 0,01-36,0 0,002-5,5 0,005-8,0

Cu Cb V Ti Co Sn W

0,005-4,0 0,005-3,0 0,005-2,0 0,005-2,5 0,005-4,0 0,002-0,20 0,005-3,0

JR S

Elementos Normales y Rangos para Aceros Inoxidables usando Espectroscopia de Emisin (por arco) Spark

C S N2 Mn P Si Cr Ni Al Mo Cu Cb

0,004-5,0 0,0005-0,1 0,002-0,3 0,005-15,0 0,001-1,5 0,005-5,0 0,01-26,0 0,01-36,0 0,001-5,5 0,005-8,0 0,005-4,0 0,005-3,0

V Ti Co Sn W Pb. B Ca Mg Ce Zr Ta

0,005-2,0 0,005-2,5 0,0065-4,0 0,001-0,20 0,005-3,0 0,002-0,05 0,0005-0,05 0,0002-0,01 0,001-0,01 0,001-0,2 0,001-0,1 0,005-0,5

JR S

ESPECIFICACION DE LOS METALES Y CLASIFICACION DE LOS ACEROSel mtodo mas popular de especificar los metales es por su nmero ASTM...ASTM = American Society for Testing and Materials edita anualmente un juego de al menos 15 seccion es, de las cuales...

SECCION 1. Productos de Hierro y Acero.Vol. 01.01. Tuberia, intercambiadores y soportes de acero Vol. 01.02. Fundiciones Ferrosas y Ferroaleaciones Vol. 01.03. Planchas, laminas, alambres, barras de acero Vol. 01.04. Acero Estructural, de refuerzo, para recipientes a presion Vol. 01.05. Barras Forjadas, Cadenas , resortes de acero Vol. 01.06. Productos de acero con recubrimientos. Vol. 01.07. Tecnologa marina y embarcaciones

ESPECIFICACION DE LOS METALES Y CLASIFICACION DE LOS ACEROS ASTMSECCION 2. Productos de Metales No Ferrosos.Vol. 02.01. Cobre y aleaciones de cobre Vol. 02.02. Aleaciones de Aluminio y Magnesio Vol. 02.03. Conductores Elctricos Vol. 02.04.Metales y aleaciones No Ferrosos Ni, Co, Pb, Zn, Cd, Metales preciosos, Reactivos y Refractarios Vol. 02.05. Recubrimientos metlicos e Inorganicos. Pulvimetalurgia, Partes Estructurales sinterizadas

SECCION 3. Mtodos de Ensayo de Metales y Procedimientos Analticos (ensayos mecnicos, anlisis qumicos...)

AWS D1.1

ASTM

AISI - SAE

AISI 1020 = 0,18 0,23 C; 0,6 0,9 Mn; 0,040 P; 0,050 S;

API 5L

API 5L

ASME BOILER PRESSURE VESSEL CODE

ARTICULO II - WPS

QW--2XXQW-200.2 (a) Registro de Calificacion de Procedimiento (PQR) es un registro de los datos de soldadura usados para soldar un cupon de ensayo. tambin contiene los resultados de los ensayos de las probetasLas variables registradas caen dentro de un rango pequeo de los valores reales que seran usados en produccion.

QW-200.3 Para reducir el nmero de calificaciones de WPS requeridos, los P-Numbers son asignados a metales bases dependientes de las caracteristicas tales como composicin,soldabilidad y propiedades mecanicas (donde esto puede ser hechas

JR S

QW-422.1 HASTA QW-422.11 Material Usado en Calificacion P-No 1 Rango CalificadoP-No 1; P-No 2; P-No 3 P-No 4; P-No 5; P-No 6 P-No 7; P-No 8: P- No 10 P-No 11 y P-No 4x

Adicionalmente, existen Nmeros de Grupo los cuales clasifican los materiales para requerimientos cuando se requiere tenacidad a la entalla de manera similar existen los F-Numbers para los materiales de aporte

CARACTERIZACION DE LA CALIDAD DEL MATERIAL BASE

ELEMENTO

PORCENTAJE EN PESO (%W)

ELEMENTO

PORCENTAJE EN PESO (%W)

C Si Mn S P Cr Ni Mo Cu

0,19 0,28 0,46 0,035 0,028 0,002 0,003 0,001 0,03

C Si Mn S P Cr Ni Mo Cu

0,05 0,17 0,46 0,067 0,065 0,005 0,003 0,0006 0,01

ASTM A 36

JR S

COMO? CARACTERIZAR LA CALIDAD DEL MATERIAL BASE

ELEMENTO

PORCENTAJE EN PESO (%W)

ELEMENTO

PORCENTAJE EN PESO (%W)

C Si Mn S P Cr Ni Mo Cu

0,05 0,17 0,46 0,035 0,028 0,002 0,003 0,001 0,03

C Si Mn S P Cr Ni Mo Cu

0,05 0,17 0,69 0,067 0,065 0,002 0,003 0,001 0,03

JR S

COMPORTAMIENTO QUIMICO DE LOS METALES

Corrosin de uniones soldadas de aceros inoxidables

metal fundido

inox. duplex

metal base zona afectada por el calor (ZAC)

J RS

Factores que afectan la resistencia a la corrosin de la unin soldadatensiones internas acabado superficial defectos de soldadura

cambios microestructurales

J RS

Tipos de corrosin en los aceros inoxidablespicadura resquicios intergranular

c. fatiga

c. bajo tensin

JR S

Corrosin por Picaduras

picaduras

medio conteniendo cloruros (Cl -) JR S

Corrosin por picaduras corrosin muy localizada, como consecuencia de la accin de iones despasivantes como los cloruros Resistencia a la corrosin por picaduras influenciada por : la composicin qumica el acabado superficial el medio (temperatura, concentracin de cloruros, presencia de agentes oxidantes, bacterias sulfatoreductoras, etc)JR S

Corrosin intergranular

T (C)

ciclo trmico durante la soldadura

550-800C

X(mm) ZAC J RS

Corrosin intergranularPrecipitacin de carburos de Cromo (M23C6) en lmites de grano %Cr 18%Cr 12%Cr carburos

corrosin intergranular J RS

Corrosin intergranular Mtodos de evitar o reducir la C.I.1. Reducir el contenido de C de los aceros inox. (emplear aceros de bajo %C, Ej. AISI 304L) 2. Reducir la permanencia a temperaturas entre 550 - 750C (enfriamiento rpido) 3. Emplear aceros inoxidables estabilizados con Ti Nb (Ej. AISI 321) 4. Aumentar el contenido de Cr del acero inox. JR S

Corrosin bajo Tensin

Accin conjunta de esfuerzos mecnicos y un medio agresivo esfuerzos mecnicos

medio agresivo

JR S

Requisitos para la CBT

Un material susceptible a este mecanismo de dao. Un medio corrosivo especfico. Un nivel de esfuerzos mecnicos (de traccin) Caractersticas de la CBT Rotura frgil Propagacin de la fisura puede ser intergranular, transgranular o ambas de un modo mixto JR S

Corrosin generalizadaCIDO SULFRICO 160 140 120 TEMPERATURA (C) 100 80 60 40 20 0,1 g/m2. h 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % CIDO SULFRICO 1,0 g/m2.h 3,0 g/m2.h 10,0 g/m2.h temperatura de ebullicin Acero inoxidable AISI 321

JR S

ACEROS INOXIDABLES AUSTENTICOS Aleaciones Fe-Cr-Ni-Mo-N ( Cr : 17 28%) ( Ni : 8 - 35% )(Mo : 2 - 7%) Microestructura : AUSTENITA- No pueden ser endurecidos por temple pero si por deformacin en fro - Susceptibles al crecimiento de grano, pero en menor gradoque los ferrticos JR S

ACEROS INOXIDABLES AUSTENTICOS - buena soldabilidad - buena comformabilidad en fro - susceptibles a la precipitacin de fases secundarias : carburos y fase sigma.JR S

Porqu se suelda el Inox. Austenitico, con ms Cromo?

SOLUBILIDAD

ASUFRE S FOSOFORO P

HIERRO DELTA (Fe) 0 - 0,14

HIERRO GAMMA (Fe) 0 - 0,05

0 2,8

0 - 0,31

Porqu se suelda el Inox. Austenitico, con ms Cromo?

304 = 18 Cr 308/309 = 20-24 Cr

ACEROS INOXIDABLES MARTENSTICOS Aleaciones Fe-Cr ( Cr : 12 - 18% ) ( Ni < 1 % ) (Mo : 0,9 - 1,3%) ( C : 0.17 - 1,2%) Microestructura : MARTENSITA - SI PUEDEN SER ENDURECIDOS POR TEMPLE (950 - 1050C) . - SON MAGNTICOSJR S

ACEROS INOXIDABLES MARTENSTICOS - MALA SOLDABILIDAD : FISURACIN EN FRO - MXIMA DUREZA DEPENDE DEL %C 0,10%C 40 HRC 0,15%C 46 0,20 %C 50 0,40 %C 56 0,70 %C 58 1,00 %C 60JR S

ACEROS INOXIDABLES DUPLEX Aleaciones Fe-Cr-Ni-Mo-N ( Cr : 22 - 25% ) ( Ni < 7 % ) (Mo : 2 - 4%) ( N : 0.15 - 0,25%) Microestructura :AUSTENITA + FERRITA no pueden ser endurecidos por temple. son magnticos

JR S

ACEROS INOXIDABLES DUPLEXBUENA SOLDABILIDAD SUSCEPTIBLES A LA PRECIPITACIN DE FASES SECUNDARIAS : CARBUROS, NITRUROS, FASE SIGMA, ETC.

JR S

METALOGRAFIAH. C. SORBY , en 1856 estableci la prctica del examen microscpico de rocas , as fund la Ciencia de la Petrografa. Modificando la tcnica hacia productos metalrgicos inicia la Tcnica Metalogrfica... ... SORBY , en 1863 descubri el Componente Perltico en los aceros. Marc el primer intento sistemtico (no hubo la aceptacin en la industria) de la aplicacin de la tcnica... MARTENS OSMOND Y LE CHATELLIER, fundaron las bases de la Ciencia de la Metalografa...

JR S

HISTORIAMARTENS , 1878...demostr la relacin:

MICROESTRUCTURA

PROPIEDADES MECANICAS

HB

Distancia

JR S

HISTORIAOSMOND Y LE CHATELLIER, 1901 fundaron en Francia la primera institucin para el estudio y la enseanza de la Metalografa Publicaron la primera coleccin de trabajos, en el mismo ao se hizo el Microscopio Martens origen del Microscopio Metalogrfico moderno. Por sugerencia de HOWE los componentes del acero se denominaron con nombres de terminacin mineralgica: Ferrita, Cementita, Perlita JR S

METALOGRAFIAESTUDIA LA ESTRUCTURA INTERNA (MICROESTRUCTURA) Y LAS RELACIONA PROPIEDADES DE LOS METALES Y SUS ALEACIONES

MICROESTRUCTURAEs la disposicin de los cristales dentro de un objeto metlico ... JR S

MICROESTRUCTURAEs la disposicin de los cristales dentro de los materiales (preferentemente cristalinos) que tiene que ver con el:

TAMAO FORMA DISPOSICIONJR S

METALOGRAFIAPERMITE LA IDENTIFICACION DEL TAMAO CANTIDAD Y FORMA DE FASES INTERPRETA EL MECANISMO DE FORMACION, SU HABITO Y DISTRIBUCION DE FASES SE BASA EN LOS FUNDAMENTALES DE LA FISICA CONCEPTOS METALUGIA

FUNDAMENTALEMENTE COMPARATIVO, REQUIERE DE NORMAS, PATRONES Y MANUALES.

JR S

PORQUE ES IMPORTANTE EL CONTROL MICROESTRUCTURAL

PROPIEDADES MecnicasDureza, Traccin Impacto, Fatiga Abrasin

PROPIEDADES Fsico QumicasRx Corrosin Cond. Trmica Cond. Elctrica Magnetismo Exp. Trmica

MICROESTRUCTURA

TRATAMIENTOS TERMICOS Y MECANICOSTemple, Revenido. Recocido, normalizado, cementado, Nitrurado ,Envejecido Forja, deformacin en fro , Recristalizacin

JR S

PORQUE ES IMPORTANTE EL CONTROL MICROESTRUCTURAL

DISEO MICROESTRUCTURA

CONSTRUCCION

PROCESOS DE CONFORMADO

MANTENIMIENTO

.CARACTERIZACION DE FASES, .EVALUACION DE FISURAS .PREVENCION DE LA CORROSION .EVALUACION DE UNIONES SOLDADAS

JR S

DISEO. IDENTIFICA PROBLEMAS .METALOGRAFIA

.EVALUA ALTERNATIVAS DE SOLUCION

. SELECCIONA LO OPTIMO

. DETERMINA PROPIEDADES JR S

PROCESOS DE CONFORMADO

.COMO INSTRUMENTO DE CONTROL, REGULACION Y VERIFICACION DE MATERIALES EN PROCESO DE PRODUCCION.

JR S

CONSTRUCCION Y MANTENIMIENTO.EVALUA EL COMPORTAMIENTO INTERNO DEL COMPONENTE . INTERPRETA EL SIGNIFICADO DE LOS DEFECTOS ENCONTRADOS POR OTROS ENSAYOS .DETERMINA SUS ORIGENES .PRESCRIBE SUS REMEDIOS JR S

SENSIBILIDAD DE LA METALOGRAFIA FRENTE A OTROS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

US RX LP PMMETG

10-4

10-3

10-2

10-1

1

10

100mm JR S

COMPONENTES QUE REQUIEREN INSPECCION METALOGRAFICA

ESTRUCTURAS METALICAS SOLDADAS

TUBERIAS SOLDADAS DE ALTA EXIGENCIA MECANICA Y TERMICA GENERADORES DE VAPOR (CALDERAS)

RECIPIENTES A PRESION COMPONENTES FUNDIDOS

COMPONENTES FORJADOS

JR S

MACROGRAFIA

JR S

MACROGRAFIA

ESTEREOSCOPIOS

2X 4X 6X 10 XJR S

LUPAS

MICROGRAFIA

JR S

MICROGRAFIA50 X 100 X 200 X 500 X 1000 XJR S

QUE DICEN LOS CODIGOS ACERCA DE LA MACROGRAFIA...JR S

STRUCTURAL WELDING CODE D1.1. - 2000

CAPITULO 3 . PRE-CALIFICACION DEL WPS 3,5

Requisitos de Temperatura de Precalentamiento mnimo y Temperatura de Interpase ........................................... (Pg. 45)

3.5.3.1 Requisitos de dureza : (1) Macroataque inicial de una seccin de una muestra.

JR S

ESTRUCTURAS METALICAS SOLDADASSTRUCTURAL WELDING CODE D1.1. - 2000

CAPITULO 4 . CALIFICACION 4.8.4 Ensayo de Macroataque (Pg. 125) 4.8.4.1 Criterio de Aceptacin para el ensayo de Macroataque ..cuando sean inspeccionadas visualmente cumplirn los siguientes requisitos:

STRUCTURAL WELDING CODE D1.1. 2000CAPITULO 4 . CALIFICACION 4.10. SOLDADURAS BISELADAS DE PENETRACIN PARCIAL(PJP) DE CONEXIONES NO TUBULARES (Pg. 128) 4.10.2 Verificacin del tamao de Soldadura por Macroataque... 4.10.3 Verificacin de Juntas Biseladas de penetracin completa del WPS por Macroataque...

4.30 METODOS DE ENSAYO Y CRITERIO DE ACEPTACION PARA CALIFICACION DE SOLDADORES Y OPERADORES DE SOLDADURA 4.30.2 Ensayo de Macroataque (Pg. 152)

4.30.2.1 Ensayo de Macro ataque para soldaduras de Filete y de Relleno (tapn) 430.2.1 Ensayo de macro ataque para Conexin tipo T, K e Y 430.2.3 Criterio de Aceptacin del ensayo de Macroataque:

JR S

CALDEROS Y RECIPIENTES A PRESION

1995 ASME BOILER & PRESSURE VESSEL CODE

PARTE QW WELDING - ARTICULO I Requisitos Generales de Soldadura QW-183 Examen Macro (Macroataque). Probetas para el procedimiento(WPS).....(05) probetas en QW 462.4(a) o (04) probetas en (d)...reactivo en QW 470 QW-184 Examen Macro. Probetas para calificacin del desenvolvimiento (soldador) ..probetas en QW 462.4(b) JR S

QW-470

ATAQUE QUIMICO- PROCESOS Y AGENTES QUIMICOS

JR S

MUESTRA M2 SUPERIOR

MUESTRA M2 INFERIOR JR S

MUESTRA M5

MUESTRA M3