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26/03/2014

DESGASTE Y FALLA DEFECTOS EN SOLDADURA

INTEGRANTES: Jairo Rodríguez; Julio Campoverde Vinicio Chipantaxi Hugo Caipe Arley Vidal Juan Pedro Romero

Desgaste y Falla

DESGASTE Y FALLA DEFECTOS EN SOLDADURA

Conceptos Generales. La soldadura es un proceso de unión por medio de fusión que consiste en lo siguiente: a) Aplicación de calor intenso en la zona donde se formará la unión con el objeto de fundir un pequeño volumen de material. b) El calor se aplica el tiempo suficiente para permitir que se mezclen los líquidos provenientes de las dos o más piezas a ser unidas. Esta mezcla puede ser directa, cuando solamente se mezclan los materiales de las piezas a unir, o indirecta cuando el material de las piezas se mezcla con material de relleno para formar la unión. c) Cuando la mezcla se deja enfriar y solidificar, se establece una unión metalúrgica entre las piezas. Debido a que esta unión es fundamentalmente el producto de la mezcla de los materiales de las piezas, tiene la potencialidad de exhibir las mismas propiedades mecánicas que posean las piezas. En otras palabras, las propiedades del material base pueden ser reproducidas en la zona de unión. El presente estudio se limitará a describir y analizar los defectos presentes en soldadura que son los siguientes: Escoria atrapada, porosidades, socavamiento, mordedura, fisuras, fusión incompleta, falta de penetración, grietas, colgaduras, quemón y cráter.

Escoria atrapada Se suele decir que la escoria cumple una función protectora, evitando que el metal líquido entre en contacto con el medio ambiente. La escoria es generada por el recubrimiento del electrodo, el cual con el calor del arco se convierte en un líquido menos denso que el metal. A medida este líquido flota hacia la superficie, sus ingredientes retiran óxidos y sales del pozo metálico por medio de reacciones químicas. Cuando la escoria queda atrapada dentro del pozo en vez de flotar hasta la superficie, genera inclusiones que degradan la resistencia mecánica de la unión. Las diferentes razones que pueden evitar que la escoria alcance la superficie de la junta y quede atrapada dentro de la unión son: a) Remoción incompleta de la escoria de una pasada anterior. Este problema se genera cuando es necesario depositar varios cordones para formar la unión. Si la escoria del primer cordón no se retira adecuadamente, se depositará metal sobre ella en los siguientes cordones.

b)

La separación entre las piezas a soldar es demasiado grande, por lo que debe fabricarse un cordón demasiado ancho. Esto permite a la escoria solidificar en las orillas del cordón, tal como se muestra en

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c)

Movimiento errático del electrodo. Cuando el movimiento del electrodo es uniforme, el arco proporciona calor por el tiempo suficiente para permitir a la escoria flotar y solidificar en la superficie. Si el electrodo se mueve de manera errática, puede suceder que en ciertas zonas del cordón no exista calor por el tiempo suficiente, y el metal del pozo solidifique antes que la escoria pueda llegar a la superficie. Además, si al fabricar el cordón se mueve el electrodo hacia atrás (debido siempre al movimiento errático), depositará metal sobre la escoria que ya se encuentre solidificada. Por esta razón, el movimiento del electrodo debe ser uniforme y siempre hacia adelante. d) En teoría, la escoria se deposita uniformemente sobre el punto donde el arco toca al metal base. Si por alguna razón se acumula demasiada escoria adelante del arco, existe la posibilidad que se deposite metal del electrodo sobre escoria ya solidificada. Es necesario entonces mantener siempre a la escoria atrás del arco eléctrico. Esto puede lograrse haciendo más corto el arco acercando el electrodo al metal base, utilizando la inclinación y posición del electrodo recomendadas para el tipo de unión que se desea realizar, e incrementando la velocidad de avance del electrodo.

Mordedura. Son canales u honduras profundas en la zona donde empieza el sobre espesor ente el electrodo y el borde de la pieza. Son debido al movimiento inadecuado del electrodo y reduce la sección resistiva. Se presenta en forma de cavidades, en forma continua en el metal basen (Distancia electrodo pieza.)

Fisura: Grietas son más grandes que las fisuras, son indetectables por el proceso de contracción. Fisuras en frio se dan por la superación de sobre esfuerzo. La mayoría de las formas de fisuración resultan del esfuerzo de contracción que sucede cuando la soldadura se enfría. Las fisuras en frío son las que ocurren después de que el metal soldado se ha enfriado a la temperatura ambiente y pueden estar relacionadas con el hidrógeno. Las fisuras en caliente son las que ocurren a temperaturas elevadas y generalmente están relacionadas con la solidificación. 2

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Grietas: Es una abertura larga y estrecha producto de la separación de dos materiales, son de dos tipos: 1. Grietas de contracción 2. Grietas en cuña.

Grietas de contracción. Las grietas de contracción son fisuras relativamente anchas respecto a su longitud, que se abren al contraerse el suelo o una roca. Su formación constituye un fenómeno característico de los suelos arcillosos que, al desecarse, forman una red poligonal de esas grietas de retracción.

Grietas en cuña Las grietas de cuña son verticales, producidas mayormente en las regiones frías del globo formadas tras la congelación rápida del suelo

Socavadura Asociadas generalmente con técnicas inapropiadas y/o corrientes excesivas de soldadura. La socavadura es una muesca o canaleta o hendidura ubicada en los bordes de la soldadura; es un concentrador de tensiones y además disminuye el espesor de las planchas o caños, todo lo cual es perjudicial. Pueden darse en la raíz o en la cara de la soldadura. Cuando la socavadura es controlada, su longitud está dentro de los límites especificados y no constituye una muesca profunda, no es considerada un defecto de soldadura. Se obtiene cuando se derriten las paredes laterales del surco de la soldadura, cuando ocurre en pases interiores se suele ocasionar con la inclusión de escoria en las oquedades producidas por el socavamiento. La aceptación del socavamiento está dada por las normas y códigos. El socavamiento se lo detecta con inspección visual, se lo corrige con abrasión y con el depósito de cordones de relleno.

Causas probables: - Manejo defectuoso del electrodo. - Selección inadecuada del tipo de electrodo. - Corriente muy elevada.

Recomendaciones: - Usar vaivén uniforme en las soldaduras a tope. - Usar electrodo adecuado. - Evitar un vaivén exagerado. - Usar corriente moderada y soldar Figura 1. Socavamiento lentamente. - Sostener el electrodo a una distancia prudente del plano vertical al soldar filetes horizontales. 3

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Grietas o fisuras (“cracks”) Ocurren en el metal base y en el metal de aporte, cuando las tensiones localizadas exceden la resistencia última del material. Las normas consideran que las fisuras son, independientemente de su longitud, defectos y por lo tanto una vez detectadas deben removerse, eliminarse. Las fisuras pueden clasificarse en: a) Fisuras en caliente: se desarrollan durante la solidificación y su propagación es intergranular (entre granos). b) Fisuras en frío: se desarrollan luego de la solidificación, son asociadas comúnmente con fragilización por hidrógeno. Se propagan entre y a través de los granos (inter y transgranular). Según su forma, las fisuras también se pueden clasificar en: a) Fisuras longitudinales: son paralelas al eje de la soldadura. En soldaduras de arco sumergido, son comúnmente asociadas con altas velocidades y a veces están relacionadas con problemas de porosidad, que no se muestran en la superficie. Fisuras longitudinales en pequeñas soldaduras entre grandes secciones, son frecuentemente el resultado de un alto grado de enfriamiento y de grandes restricciones. b) Fisuras transversales: generalmente son el resultado de esfuerzos debido a contracciones longitudinales actuando en metales de soldadura de baja ductilidad. c) Cráteres: ocurren cuando el arco es terminado incorrectamente. Generalmente tienen forma de estrella. Son superficiales, se forman en caliente y usualmente forman redes con forma de estrella. d) De garganta: son fisuras longitudinales ubicadas en la cara de la soldadura. Generalmente, pero no siempre, son fisuras en caliente. e) De borde: son generalmente fisuras en frío. Se inician y propagan desde el borde de la soldadura, donde se concentran los esfuerzos de contracción. Se inician perpendicularmente a la superficie del metal base. Estas fisuras son generalmente el resultado de contracciones térmicas actuando en la zona afectada térmicamente (ZAT). f) De raíz: son longitudinales, en la raíz de la soldadura o en la superficie de la misma. Pueden ser fisuras en caliente o en frío. Fisuras bajo el cordón y fisuras en la ZAT: son generalmente fisuras en frío que se forman en la ZAT del metal base. Son generalmente cortas, pero pueden unirse para formar una fisura continua. Las que se dan bajo el cordón, pueden convertirse en un serio problema cuando están presentes: hidrógeno, microestructura poco dúctil y altos esfuerzos residuales. Ambas pueden ser fisuras en caliente o en frío. Son encontrados a intervalos regulares bajo la soldadura y también por el contorno de la ZAT donde los esfuerzos residuales son máximos. Causas probables: - Electrodo inadecuado. - Falta de relación entre el tamaño de la soldadura y las piezas que se unen. - Mala preparación. - Unión muy rígida 4

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Recomendaciones: - Eliminar la rigidez de la unión con un buen procedimiento de soldadura adecuado. - Precalentar las piezas. - Evitar las soldaduras con primeras pasadas. - Soldar desde el centro hacia los extremos o bordes. - Seleccionar un electrodo adecuado. - Adaptar el tamaño de la soldadura de las piezas. - Dejar en las uniones una separación adecuada y uniforme.

Figura 2. Grieta longitudinal

Mordeduras Las mordeduras, véase la Figura 1, son cavidades que se forman en el metal base localizadas de manera adyacente a la raíz o sobremonta de la soldadura, por una fusión muy prolongada de los bordes. Las mordeduras generan una disminución de la resistencia del material base, siendo concentradores de esfuerzos. Las mordeduras se generan por la influencia de varios parámetros durante el proceso de soldadura como lo son: humedad del electrodo, corriente excesiva, velocidad de avance y balanceo incorrecto así como una inadecuada posición del electrodo consumible. En la Tabla 1, se muestra las posibles causas y medidas de un socavamiento (mordedura) en una soldadura. Tabla 1. Posibles causas que generan mordeduras (Socavamiento). Causas Acciones Correctivas Velocidad de desplazamiento Reducir la velocidad de excesiva desplazamiento. Voltaje de soldadura demasiado Reducir el voltaje. alto Reducir la velocidad de alimentación Corriente de soldadura Excesiva del alambre. Prolongar la permanencia en el borde Insuficiente permanencia del charco de soldadura. Cambiar el ángulo para que la fuerza Ángulo de antorcha del arco ayude a colocar el metal.

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Figura 1. Ejemplos de Socavamiento o mordedura.

Quemón Se define como una porción el cordón de raíz donde una excesiva penetración, la cual provoca que el metal de aporte penetre dentro de la soldadura soplándose (Franco, 2010). Se presenta como una depresión no alargada, en forma de cráter, en la raíz. Se produce por utilizar elevadas corrientes, velocidad de avance lento, manejo de electrodo incorrecto, y por factores que generan calor excesivo durante el soldeo.

Figura 2. Ejemplos de quemón (Burn – Through).

Cráter Lo que usted describe es una cavidad de contracción cráter de soldadura, también conocido como un "tubo". La figura 1 muestra un ejemplo de una cavidad de contracción cráter en el cráter de soldadura, que se realizó con un cable con protección de gas con núcleo de fundente de acero suave. No es porosidad de la soldadura, sino más bien es un fenómeno natural que se encuentra en la soldadura por arco. Se forma como el metal de soldadura se solidifica en el cráter. La figura 2 muestra una sección transversal de la cavidad de contracción en la Figura 1. Tenga en cuenta que el metal de soldadura solidificado con una superficie lisa.

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Rechupes Ocurren con todas las marcas o los electrodos de soldadura de todos los fabricantes. La figura 4 muestra ejemplos de esta contracción cavidades en las soldaduras hechas con cuatro marcas diferentes de cables de gas blindado con núcleo fundente de acero inoxidable.

Si es conveniente para llenar el tubo del cráter, a continuación, algunas técnicas de soldadura "llenado el cráter" se puede utilizar para hacer esto. El método más eficaz es hacer una copia de paso o volver a bajar al fondo del cráter alrededor de ½ "(12 mm) y mantener durante un segundo antes de dejar de soldadura. Otra técnica implicaría pasar por encima a un lado del cordón de soldadura y acabado en el lado. Para los procesos de producción de escoria, el segundo método no requiere tener que soldar de nuevo en la escoria. sin embargo, también resulta en un cordón de soldadura más desigual que una técnica de paso espalda recta. La Figura 5 ilustra estas dos técnicas.

Porosidades Son oquedades globulares que no tienen materia sólida en su interior y que se encuentran frecuentemente en las soldaduras. Se producen generalmente como resultado de reacciones químicas durante la soldadura por el desprendimiento de gases, y como consecuencia del rápido enfriamiento del metal del baño de fusión. Dichos gases no pueden salir al exterior o lo hacen cuando el metal está empezando a solidificar, en cuyo caso el poro llega a la superficie. La porosidad puede ser normal, alineada o vermicular.

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Porosidad Normal Los poros pueden aparecer distribuidos más o menos uniformemente y en tamaños muy diferentes, pudiendo variar en tamaño desde casi microscópicos hasta ser de varios milímetros. La formación de poros puede impedirse evitando el empleo de intensidades de corriente demasiada alta y excesiva longitud de arco, debido a que ellas producen un gran consumo de elementos desoxidantes del revestimiento del electrodo, quedando una cantidad insuficiente para combinarse con los gases en el metal fundido. Porosidad Alineada Se produce generalmente en el cordón de raíz, se caracteriza por el alineamiento de los poros. Porosidad Vermicular Tiene forma alargada. Su origen es la inclusión de una gran cantidad de gas en el seno del metal fundido que solidifica rápidamente en la superficie, que impide su salida hacia el exterior, el gas presiona por salir y se abre camino por donde encuentra menor resistencia, es decir, hacia el lugar donde se produce la descarga del arco, que es la máxima temperatura. Los anillos de la oquedad corresponden con los sucesivos avances de la abertura que va produciendo el gas por la presión y temperatura a que está sometido. Las causas más probables pueden ser: • • • • • •

Arco corto. Tiempo insuficiente de fusión. Demasiado amperaje. Material base sucio. Revestimiento húmedo. Avance rápido.

Falta de Penetración Este defecto ocurre cuando el metal de soldadura no se extiende a través de todo el espesor de la junta. El área no fundida ni penetrada es una discontinuidad descripta como “penetración incompleta”. La falta de penetración, o penetración incompleta se presenta cuando no se ha llegado a fundir íntegramente todo el metal base en la raíz y hace falta metal de aportación en la misma. Puede darse por diversas causas. El origen más frecuente es el disponer de un chaflán inadecuado para el proceso de soldadura utilizado. Aunque la penetración incompleta puede deberse en unos cuantos casos a la falta de disolución de los óxidos 8

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e impurezas de la superficie, las condiciones de transmisión de calor que existen en la junta son una fuente más frecuente de este defecto. La penetración incompleta es indeseable, particularmente si la raíz de la soldadura está sujeta ya sea a tensión directa o a esfuerzos de flexión. El área que no se funde permite concentraciones de esfuerzos que pueden resultar en fallas sin deformación apreciable. Las causas más probables pueden ser: • • • • • • • • • •

Mucha velocidad de avance. Electrodo muy grueso. Amperaje muy bajo. Penetración defectuosa. Aportación deficiente de calor del arco por baja intensidad de corriente. Arco excesivamente largo. Velocidad excesiva de soldadura al dar la primera pasada. Altura excesiva del talón. Separación de talones demasiado pequeña. Ángulo de chaflán excesivamente agudo para el método de soldadura seguido.

Algunos procesos tienen una mayor capacidad de penetración que otros. Las soldaduras en cañerías son especialmente vulnerables a este tipo de discontinuidad, dado que el lado interior es usualmente inaccesible. Para juntas soldadas de ambos lados, se puede especificar que se remueva el metal de soldadura y el metal base de la soldadura de raíz antes de soldar el otro lado, para asegurarse que allí no hay penetración incompleta. Este procedimiento se denomina en inglés “back gouging”. La penetración incompleta también causa una fusión incompleta, y por consiguiente en muchas circunstancias ambos conceptos se mezclan.

BIBLIOGRAFÍA Franco, E. A. (2010). Implementación de Insoección no Destructiva de Slodadura en la Empresa Indima S.A. Quito: EPN. HERA Innovation in Metals. (1999). Weld Defects - Miscelleanous. Recuperado el 22 de 03 de 2014, de Weld Defects Miscelleanous: http://www.hera.org.nz/Category?Action=View&Category_id=513 NDT Resource Center. (s.f.). NDT Resource Center. Recuperado el 22 de 03 de 2014, de Radiograph Interpretation - Welds: http://www.ndted.org/EducationResources/CommunityCollege/Radiography/TechCalib rations/RadiographInterp.htm http://www.lincolnelectric.com/en-us/support/process-and-theory/Pages/weld-cratershrinkagecavities.aspx 9

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División West Rode; Catálogo de Soldaduras. http://asaun3.tripod.com/documentos/Defectos_de_soldadura.pdf LÓPEZ, René; Defectología de la Soldadura. VEGA, Adán; Discontinuidades y Defectos en Soldadura.

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