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1Tema 5.-Soldabilidad de los aceros al C-Mn

21.- Introduccin2.- Fisuracin en fro3.- Concepto de carbono equivalente4.- Precalentamiento

4.1.- Mtodo Sfrian4.2.- ndice de brusquedad trmica (IBT)4.3.- Parmetro de fisuracin

5.- PWHT6.- Desgarre laminar

ndice general

31.- Introduccin

En funcin de los diferentes aleantes se pueden distinguir comercialmente varias familias de aceros que pueden someterse a procesos de soldadura Welding:

z ACEROS NO ALEADOSz ACEROS MICROALEADOS C-Mn:

z De construccinz Con trazas de otros elementos

z ACEROS BONIFICADOS (templados y revenidos) como subfamilia modificada por TT.

z ACEROS DE MEDIA ALEACIONz ACEROS AL Cr-Mo (Refractarios)z ACEROS ALEADOS AL NQUEL (Criognicos)

z ACEROS DE ALTA ALEACION. INOXIDABLES

4z Los aceros al Carbono-Manganeso son los aceros normales de Construccin.

z Mediante algunas pequeas modificaciones metalogrficas (afino de grano) se obtiene un grupo de aceros de gran relevancia industrial a los que denominamos ACEROS DE ALTO LMITE ELSTICO (mejora del orden del 50%).

z Para soldabilidad Carbono 0,2%. z La mejora de propiedades mecnicas tiene el

lmite de la posibilidad de soldar sin la aparicin de fenmenos de fisuracin local.

1.- Introduccin

51.- Introduccin

61.- Introduccin

7z La influencia del contenido en C, Mn, Ni, Cu, B, Al, Ti, V y Nb que se han descrito, nos permite predecir la forma de comportamiento de estos aceros, y los mecanismos que se pueden producir.

z Alto Lmite Elstico: Una disminucin del tamao de grano significa casi automticamente un incremento de resistencia.

z Precipitacin de partculas muy duras en los planos posibles de deslizamiento, del menor tamao posible tambin eleva el lmite elstico.

1.- Introduccin

8z Fisuracin diferida, bajo cordn o asistida por hidrgeno, se favorece con el nivel de aleacin del acero, con su espesor y con las tensiones derivadas del proceso de soldeo.

z Los aceros al carbono solo son sensibles a este fenmeno si el contenido en carbono es alto.

2.- Fisuracin en fro

9z El H, factor desencadenante, procede normalmente de la operacin de soldadura como consecuencia de la higroscopicidad de los recubrimientos (electrodo bsico en SMAW).

z Contenido en H2 en funcin del tipo de electrodos empleados en SMAW.


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z Si durante el proceso de soldeo, el contenido en H es suficientemente alto, permanecer disuelto en el acero lquido del cordn. A medida que el cordn se enfra y solidifica la capacidad de disolver H disminuye, pero puede difundirse bien a travs de la austenita.


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z Cuando pasamos de austenita a ferrita la capacidad de disolucin cae bruscamente, aunque mejora la posibilidad de difusin.

z Si el H, que no se puede disolver pero si difundir, encuentra cerrados los caminos de fuga, se podr producir un frente muy rico en H que dar lugar en el enfriamiento final a la fisuracin.


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z Se manifiesta por la aparicin de fisuras inmediatamente, o transcurridos minutos o incluso horas despus de completada la soldadura.

z Estas fisuras pueden presentarse en el cordn de soldadura o en la ZAT del material base.

z Factores:z H en el metal de soldadura o en la ZAT.z Microestructura susceptible (Martensita de

dureza superior a 350 HV).z Tensiones mecnicas (por ej. tensiones

residuales o trmicas).


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z Aunque la presencia de S en los aceros es no deseada, una pequea cantidad del orden de 0,025 de S junto con el Mn supone la formacin de SMn, con un alto coeficiente de expansin que pueden permitir la existencia de lugares refugio para el H, limitando la fisuracin en fro.

z Resulta tambin muy importante limitar el contenido en Niobio por el incremento de la temperatura de transicin asociada.


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z Indicador de la potencialidad a fisurarse de un acero durante la soldadura.

z Curvas TTT de un acero se desplazan en el tiempo a medida que aumenta el contenido en C, lo cual significa un aumenta en la posibilidad de que en su enfriamiento se presenten fenmenos de temple.

z Con %C < 0,25% no suelen presentarse dificultades, pero no solo el C es el factor de fisuracin sino que otros elementos tambin presentes pueden influir en la fisuracin.

3.- Concepto de carbono equivalente

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z CARBONO EQUIVALENTE: Frmula con los elementos que favorecen la fisuracin ponderados. Hay diversas propuestas:z Instituto Internacional de Soldadura (IIW):

Segn IIW son soldables [C] < 0,43%.

z Sfrian:

3.- Concepto de carbono equivalente

[C ]=CMn6CrMoV

5NiCu

15Valores en%

[C ]T=[C ]q[C ]e=[C ]q10,005e[C ]q=CMnCr9

Ni18

7Mo90

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z Factor muy importante para evitar fenmenos locales de temple durante la soldadura,no slo la limitacin en elementos, sino velocidades de enfriamiento reducidas.

z Lo podemos lograr con el precalentamiento de la pieza a soldar, disminuyendo el gradiente de temperatura.

z Menor cuanto menor sea el espesor de la pieza (flujo de perdidas bidimensional frente a flujo tridimensional).

4.- Precalentamiento

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z Hemos visto que Sfrian propone un carbono equivalente de dos factores, el qumico y el del espesor.

z Tambin propone una expresin para el clculo de la temperatura mnima de precalentamiento (T

p):

4.1.- Mtodo Sfrian

T p=350[C ]T0,25

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Sfrian no tiene en cuenta la ENA del proceso y los valores obtenidos resultan un poco elevados ( 25C superiores a lo necesario).

4.1.- Mtodo Sfrian

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Teniendo en cuenta el espesor, los posibles caminos de fuga de calor y la ENA, BWRA propone el IBT: Flujo de calor a travs de un espesor de 6 mm. (1/4")

4.2.- ndice de Brusquedad Trmica (IBT)

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4.2.- ndice de Brusquedad Trmica (IBT)

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z Otra propuesta es el Parmetro de Fisuracin, que tiene en cuenta el H disuelto en el metal depositado:

z Obtenido Pc:

4.3.- Parmetro de Fisuracin

Pc=C Si30Mn20

Cu20

Ni60

Cr20

Mo15

V10

5B e600

H 260

T pC=1440Pc392

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z En conclusin, la temperatura de precalentamiento tiene que ser mayor cuando:z La templabilidad del acero es mayor.z Cuanto menor sea la ENA.z Cuanto mayor sea el IBT.

4.- Precalentamiento

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z Tratamiento Trmico Postsoldadura (POST WELD HEAT TREATMENT)

z Para evitar la posibilidad de fisuracin en servicio cuando se requiere, se suele dar un Tratamiento Trmico de Alivio de Tensiones despus de la soldadura. Tiene como fin:z Reordenacin cristalina y enfriamiento

controlado.z Efecto de revenido de estructuras

potencialmente frgiles.z Difusin del hidrgeno.

5.- PWHT

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z No son del todo inocuos, pueden acortar las propiedades mecnicas de la estructura sometida al PWHT, ms cuanto mayor sea este tratamiento, por lo que deben controlarse.

z Holloman y Jaffe, as como Erikson han establecido parmentros para controlar el alcance del PWHT.

z PWHT=rampa de calentamiento + mantenimiento +rampa de enfriamiento.

5.- PWHT

TiempoTotal Equiv.=Tiempo Equiv.deCalent.TiempodeMant.Tiempo Equiv.de Enf.

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z Erikson propone el parmetro:

z k = Vel. de calent. o enf. (K/hora)

z T = Temperatura de PWHT (K )

z E=Tiempo equiv de enf. o calent.

5.- PWHT

E= T2k20 log k

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z Holloman y Jaffe proponen el factor:

5.- PWHT

H p=T20 log t 103

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z Con Hp podemos determinar los cambios en las propiedades mecnicas en los grficos A,B,C.

5.- PWHT

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z En productos laminados (platabandas o chapas), en los que ha quedado ocluido dentro de la chapa, en el plano de laminacin, algn tipo de defecto.

z A veces el tren de laminacin puede inducir un efecto de deslaminacin en plano.

z Cuando se produce la soldadura puede dar lugar a una fisura o desgarre de laminacin o de tipo laminar, tambin llamado defecto de Hoja.

6.- Desgarre Laminar

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z FACTORES y SOLUCIONES

Cuando el limite elstico del metal de aporte es muy alto, puede llegar a superar la carga de rotura (defectuosa) del metal base dando lugar a la fisuracin.Interesa usar un consumible con la mayor elasticidad posible (E bajo) para que se limiten las tensiones.

ELEVADAS CARACTERSTICAS MECNICAS DEL METAL FUNDID0

El proceso de soldadura genera tensiones, cuya distribucin y amplitud dependen del proceso de soldeo.Se deben equilibrar los aportes y compensar las solicitaciones

TENSIONES DERIVADAS DE LA SECUENCIA DE SOLDADURA

Seleccionar la junta adecuada, en funcin de mayor o menor propensin al riesgo de desgarre.Son menos propensas las que unen la seccin bruta de laminacin.

GEOMETRAS DE JUNTA DESFAVORABLES

Los aceros limpios de inclusiones son caros, y en consecuencia se reservan para servicios muy crticos. Resulta ms econmico seleccionar, controlando por ultrasonidos, las zonas a soldar en donde pueda presentarse el fenmeno de desgarro laminar

FALTA DE HOMOGENEIDAD METALRGICA DEL METAL BASE


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