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• Francisco Valiente

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Aplicaciones en el Campo de la Soldadura. La soldadura de materiales metálicos se presenta como uno de los procesos de conformación más importante en el amplio espectro que nos ofrecen los campos de la tecnología industrial. Cualquiera que sea el proceso de soldadura seguido se trata, en realidad, de un proceso metalúrgico y hay que considerar, por lo tanto, los diversos y específicos factores que intervienen en el mismo. El procedimiento de elaboración de los materiales

a

emplear

como

metal

base,

tratamientos

mecánicos

que

hayan

experimentado, su mayor o menor homogeneidad estructural, etc., deberán ofrecer las necesarias garantías de no presentar anomalías que se traduzcan en variaciones de la resistencia mecánica exigida; el proceso de soldadura deberá ser el más idóneo para los fines perseguidos, que se traducen en una unión reuniendo las condiciones exigidas por las Normas y especificaciones correspondientes. Los END cumplen una finalidad fundamental: asegurar que se cumplen rigurosamente tales exigencias. El examen y control por ultrasonido, debido a las características geométricas de las zonas a ensayar, presenta en ocasiones ciertas dificultades que requieren, a priori, un detenido estudio del método a emplear y de las condiciones de ensayo más idóneas. La interpretación de los resultados en pantalla puede conducir a errores de fiabilidad y es recomendable, en casos de duda, realizar ensayos previos con patrones que uno mismo puede diseñar. En todos los casos una comprobación de resultados con métodos radiográficos es ciertamente aconsejable, así como con otros métodos, de END, tratándose de anomalías superficiales. Defectos en las Uniones Soldadas. Los defectos que pueden presentarse en las uniones soldadas dependen y obedecen a diversas causas y factores, algunos ya señalados. Podemos citar, en nuestro caso, los siguientes: proyecto y diseño no adecuado; influencia del procedimiento seguido y uso de parámetros incorrectos; clase y calidad de los materiales (metal base y electrodos); influencia del medio ambiental y, muy importante, errores humanos (preparación y pericia del operador). No debe olvidarse el orden metalúrgico, ya que los ciclos térmicos del proceso de soldadura ofrecen zonas de transición en sus propiedades físico-metalúrgicas que, en ocasiones, conducen a configuraciones heterogéneas influyentes en el método de ensayo aplicado. Los defectos que pueden presentarse vienen ampliamente recogidos y responden a seis grupos principales: 1. Fisuras y Grietas; 2. Inclusiones Gaseosas: Cavidades y Poros; 3.

Inclusiones sólidas; 4. Falta de fusión y penetración; 5. Defectos de forma externos; 6. Defectos varios no incluidos en los grupos anteriores.  Fisuras y grietas: Aparecen por efecto de una rotura local que podría ser provocada durante el proceso de soldadura, bien por efecto de tensiones o por enfriamiento. De acuerdo con su orientación, se tratará de defectos longitudinales, transversales, radiales, discontinuidades ramificadas y de cráter, presentándose como interfaces rugosas. Electrodos inadecuados también influyen en su formación. Otros factores influyentes son la presencia en exceso de carbono, azufre o fósforo en el metal base; una excesiva rigidez da origen a tensiones, y finalmente debe citarse altas corrientes al soldar y cordones de sección muy pequeña.  Inclusiones sólidas: Corresponden a inclusiones de escorias, fundentes, óxidos y metálicas, que quedaron aprisionadas durante el proceso, teniendo su origen en una falta de limpieza inicial, siendo más comunes en las uniones por pasadas múltiples. Cordones mal distribuidos; electrodos no apropiados; avance lento y débil corriente son otros factores. Aparecen de formas irregulares.  Falta de fusión y de penetración: Es el resultado de una falta de unión entre el metal base y el de aporte, localizándose en los bordes laterales del cordón, o muy próximo al mismo, entre pasadas o en la raíz. Muy semejante es la falta de penetración, asociada en ocasiones con la presencia de escorias. Este defecto se presenta en la raíz debido a que el metal de aporte no rellenó la misma. Su orientación es paralela al cordón estando situada, aproximadamente, en el centro del mismo.  Inclusiones gaseosas: cavidades y porosidades. Se deben a la presencia de gases aprisionados, presentándose en forma de poros circulares o vermiculares (manchas semejantes a las de inclusiones sólidas); en ocasiones se habla de sopladuras. Estas son, realmente, cavidades alargadas o tubulares, constituidas por inclusiones gaseosas que comprenden: poros esferoidales, aislados o uniformemente repartidos; poros localizados; porosidad alineada y alargada; porosidad vermicular (tubular) y picaduras, poros de pequeñas dimensiones y, en ocasiones, abiertos a la superficie.  Rechupes: Son cavidades debidas a la contracción del metal durante la solidificación. Los denominados interdendríticos se presentan como cavidad alargada producida entre dendritas y por aprisionamiento gaseoso. Es un defecto perpendicular a las superficies exteriores de la unión; el rechupe de cráter es la cavidad producida en un final de cordón y que no se ha eliminado en la pasada siguiente. Existen los

microrrechupes que sólo son visibles con ayuda del microscopio. En general, se consideran los rechupes como una forma de cavidades. 

Defectos externos: También se conocen como defectos de forma. A simple vista se observa en ocasiones irregularidades en la forma del cordón, afectando a su geometría. Una corriente excesiva; velocidad de avance demasiado lenta; longitud excesiva del arco; movimiento transversal irregular y pieza recalentada son factores que dan origen a aquellas heterogeneidades. Así resultan las mordeduras de borde, que se presentan como ranuras o gargantas en la superficie de la pieza y a lo largo del cordón o bien en la raíz. Una incorrecta posición del electrodo y un diámetro excesivo del mismo influyen en su formación. En realidad se trata de insuficiencia o de falta de metal.

Otros tipos de defectos externos son: sobreespesores excesivos; convexidad excesiva; exceso de penetración; defectos de alineación; deformación angular; ángulos de sobreespesor excesivo; falta de espesor; defectos de simetría de la soldadura en ángulo; anchura irregular; quemones y empalme defectuoso. La figura 1 representa algunos de los defectos más importantes a que se ha hecho referencia. Existen además los conocidos como defectos varios, no incluidos entre los anteriores, como son: corte de arco; proyecciones o salpicaduras de metal fundido y también de partículas de volframio; desgarre o deterioro local del metal base y, finalmente, las marcas de amolado y picaduras que provocan deterioros locales, así como el amolado excesivo que reduce el espesor.

Grietas o fisuras

Falta de fusión en bordes

Sobreespesor excesivo

Falta de penetración

Inclusiones sólidas

Exceso de Penetración

Inclusiones gaseosas

Mordeduras en bordes

Desalineamiento

Figura 1. Defectos en las uniones soldadas.

Posiciones del Palpador Durante los Ensayos. La figura 2 presenta la disposición práctica de ensayos en el caso de uniones a tope. El palpador realiza un recorrido de avance y retroceso en zigzag, al propio tiempo que va girando durante todo su desplazamiento con el fin de encontrar la posición favorable para que el haz incida normalmente sobre el reflector, de acuerdo con la posición y orientación del mismo. Si se prefiere también puede inspeccionarse en tres direcciones diferentes la misma área: primero en dirección perpendicular a la línea central de la soldadura, luego a +45º y finalmente a –45º con respecto a la línea central del cordón de soldadura. En ocasiones es conveniente comprobar los resultados ejecutando la operación en forma idéntica pero desde el lado opuesto del cordón.

Tres direcciones preferidas para el examen de soldaduras. Con respecto a la línea central de la soldadura a 90º, - 45º y +45º respectivamente

Combinación de los movimientos en zig-zag y vaivén

Figura 2. Movimientos del palpador. . Ciertos defectos, por su importancia, requieren tomar las debidas medidas y precauciones para su mejor detección. La figura 3 representa la posición de grietas o fisuras a lo largo del cordón y las posibles formas de detectarlas.

Figura 3. Detección de grietas. .

En (a) se tienen tres posiciones del palpador para detectar grietas longitudinales o de cierta inclinación; si se trata de grietas transversales, el palpador debe quedar lo más próximo a su paralelismo con el cordón (b) o recurrir a un montaje de dos palpadores en paralelo (c); en todos los casos, tratándose de grietas y faltas de penetración o de fusión, resultan ecos destacados. Al girar el palpador (d), el eco desaparece. Si se tratara de inclusiones gaseosas, escorias, poros y defectos análogos, los ecos pueden persistir al girar el palpador aunque quizás variará la forma de los mismos. Caso de desaparecer, lo hacen lentamente. La elección del ángulo de refracción  del palpador puede hacerse de acuerdo con el espesor d de la chapa (Tabla 1).

d (mm)



5 – 15

80º

15 – 30

70º

30 – 60

60º

> 60

45º

Tabla 1 - Valores recomendables del ángulo de refracción  para la elección del palpador según el espesor d de la chapa.

Extensión de los Defectos. Conocida la posición de un defecto por medio de sus dos coordenadas, distancia horizontal y distancia en profundidad, es necesario el conocimiento de su extensión, que podrá ser longitudinal (a), en profundidad (b) y transversal (c) como se representa en la figura 4. En (a) se presenta un caso análogo al de la extensión de un defecto de laminación. Colocado el palpador en la posición central se obtiene el eco de máxima altura; sus desplazamientos, a derecha e izquierda, conducen a ecos que indican el comienzo y fin del defecto. En (b) el primer y tercer oscilograma presentan los ecos que limitan la extensión en profundidad y que corresponden al desplazamiento “x” del palpador. El caso (c), supuesto un poro un poco grande, exige que se inspeccione por los dos lados para obtener las distancias x2 y x1 cuya diferencia dan el valor de la extensión transversal.

Figura 4. Determinación de la extensión de los defectos. .

Configuraciones de Ensayos para Distintos Tipos de Uniones Soldadas. La figura 5 muestra la ubicación más adecuada de los palpadores para numerosas configuraciones de soldaduras. Usualmente son usados dos palpadores angulares de ondas transversales para una inspección apropiada. Para espesores menores a 20 mm podrían ser usados palpadores de 60º y 70º y para espesores mayores a 20 mm se recomienda el uso de palpadores de 45º y 60º. La geometría de la junta, la aplicación de la soldadura y las condiciones superficiales (superficie lisa o rugosa) son factores que influyen en la elección del palpador que será usado. Fallas transversales

E

E = Palpador Emisor R = Palpador Receptor

Posiciones del Palpador Superficie de la soldadura sin mecanizar Superficie de la soldadura mecanizada (alisada)

Figura 5. Disposición de los palpadores para la inspección de diferentes tipos de uniones soldadas. Fuente: http://www.ndt.net/article/az/ut_idx.htm.

... Continuación de la Figura 5 V simple superficie lisa

Límite aproximado de zona afectada por el calor V simple con sobreespesor en la raíz

Guía usada para mantener fija la distancia, a la raíz o al material contra la cara posterior de la junta (backing), en la señal del equipo Soldadura en Angulo Angulo

V simple en esquina

Unión en traslape

V doble soldadura a tope

Palpadores usados en Tandem para posibles reflexiones del haz en defectos que por su orientación son difíciles de detectar con palpadores de cristal único

... Continuación de la Figura 5 Unión en T. Doble bisel

Unión en T. Doble bisel

Penetración completa, pero agrietamientos potenciales

Penetración parcial

Soldaduras de filete

Distancia fija por medio de una guía

En la inspección de soldaduras de filete es de interés, principalmente, confirmar la existencia de una penetración mínima requerida Uniones de geometría complicada