En metalurgia , un defecto de soldadura es cualquier defecto que comprometa la utilidad de una soldadura. Hay muchos tipos diferentes de defectos de soldadura , que se clasifican según ISO 6520, [1] mientras que los límites aceptables para soldaduras se especifican en ISO 5817 [2] e ISO 10042. [3]
Según la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME), las causas de los defectos de soldadura se pueden clasificar de la siguiente manera: 41% malas condiciones de proceso, 32% error del operador, 12% uso de una técnica incorrecta, 10% consumibles incorrectos y 5% malos. ranuras de soldadura. [4]
La magnitud de la tensión residual causada por el calentamiento y posterior enfriamiento de la soldadura se puede calcular aproximadamente usando: [5]
Donde está el módulo de Young , es el coeficiente de expansión térmica y es el cambio de temperatura. Esto se aproxima a 3,5 GPa (510.000 psi) para el acero.
Un arco es una discontinuidad resultante de un arco que consiste en cualquier metal refundido localizado, metal afectado por el calor o cambio en el perfil de la superficie de cualquier objeto metálico. [6] Los impactos de arco provocan un calentamiento localizado del metal base y un enfriamiento muy rápido. Cuando se ubican fuera del área de soldadura prevista, pueden provocar endurecimiento o grietas localizadas y pueden servir como sitios potenciales de fracturas posteriores. En estructuras cargadas estáticamente, no es necesario eliminar los arcos a menos que dicha eliminación sea requerida en los documentos del contrato. Sin embargo, en estructuras cargadas cíclicamente, los impactos de arco pueden resultar en concentraciones de tensión que serían perjudiciales para la capacidad de servicio de dichas estructuras, y los impactos de arco deben rectificarse suavemente e inspeccionarse visualmente para detectar grietas. [7]
El craqueo en frío, también conocido como craqueo retardado, craqueo asistido por hidrógeno (HAC) o craqueo inducido por hidrógeno (HIC), es un tipo de defecto que a menudo se desarrolla después de la solidificación de la soldadura cuando la temperatura comienza a bajar desde aproximadamente 190 °C. (375 °F); El fenómeno suele aparecer a temperatura ambiente y puede tardar hasta 24 horas en aparecer incluso después de que se haya enfriado por completo. [8] Algunos códigos requieren pruebas de objetos soldados 48 horas después del proceso de soldadura. Este tipo de grieta generalmente se observa en la zona afectada por el calor (HAZ), especialmente en el acero al carbono, que tiene una templabilidad limitada . Para otros aceros aleados, con un alto grado de templabilidad, podría ocurrir agrietamiento en frío tanto en el metal de soldadura como en la ZAC. Este mecanismo de fisura también puede propagarse entre granos y a través de granos. [9] Los factores que pueden contribuir a la aparición de agrietamiento en frío son: [10]
La composición de la aleación del metal base también tiene un papel esencial en la probabilidad de que se produzca una grieta en frío, ya que esa composición se relaciona con la templabilidad de los materiales. Con altas velocidades de enfriamiento, es más probable que se forme una estructura dura y quebradiza en el metal de soldadura y la HAZ. La templabilidad de un material generalmente se expresa en términos de su contenido de carbono o, cuando se tienen en cuenta otros elementos, su valor de carbono equivalente (CE).
Luego, dependiendo del contenido de carbono (con elementos adicionales que influyen en el índice de carbono equivalente), los aceros se pueden clasificar en tres zonas, a partir de su comportamiento de agrietamiento en frío, como se muestra en el diagrama de Graville. [11]
Las grietas en cráter ocurren cuando se rompe un arco de soldadura; se formará un cráter si hay suficiente metal fundido disponible para llenar la cavidad del arco. [12]
Las grietas en sombrero reciben su nombre de la forma de la sección transversal de la soldadura, porque la soldadura se ensancha en la cara de la soldadura. La grieta comienza en la línea de fusión y se extiende a lo largo de la soldadura. Generalmente son causados por demasiado voltaje o velocidad insuficiente. [12]
El agrietamiento en caliente, también conocido como agrietamiento por solidificación, puede ocurrir con todos los metales y ocurre en la zona de fusión de una soldadura. Se debe evitar el exceso de restricción en el uso del material para disminuir la probabilidad de este tipo de grietas y se debe utilizar un material de relleno adecuado. [13] Otras causas incluyen una corriente de soldadura demasiado alta, un diseño deficiente de la junta que no difunde el calor, impurezas (como azufre y fósforo ), precalentamiento, velocidad de soldadura demasiado rápida y arcos largos. [14]
Una grieta debajo del cordón, también conocida como grieta de zona afectada por el calor (HAZ), [15] se forma a poca distancia de la línea de fusión; ocurre en aceros de baja y alta aleación . Las causas exactas de este tipo de grietas no se comprenden del todo, pero se sabe que debe haber hidrógeno disuelto. El otro factor que afecta este tipo de grieta son las tensiones internas resultantes de: contracción desigual entre el metal base y el metal de soldadura, restricción del metal base, tensiones por la formación de martensita y reflejos por la precipitación de hidrógeno fuera del metal. . [dieciséis]
Las grietas longitudinales se extienden a lo largo de un cordón de soldadura. Hay tres tipos: fisuras de verificación , fisuras de raíz y fisuras de línea central completa . Compruebe que las grietas sean visibles desde la superficie y se extiendan parcialmente hacia la soldadura. Generalmente son causadas por altas tensiones de contracción , especialmente en pasadas finales, o por un mecanismo de agrietamiento en caliente. Las grietas de raíz comienzan en la raíz y se extienden hasta la mitad de la soldadura. Son el tipo de grieta longitudinal más común debido al pequeño tamaño del primer cordón de soldadura. Si este tipo de grieta no se aborda, generalmente se propagará a pasadas de soldadura posteriores, que es como generalmente se forman las grietas completas (una grieta desde la raíz hasta la superficie). [12]
El craqueo por recalentamiento es un tipo de craqueo que ocurre en los aceros HSLA , particularmente en los aceros al cromo , molibdeno y vanadio , durante el postcalentamiento. El fenómeno también se ha observado en acero inoxidable austenítico. La escasa ductilidad a la fluencia de la zona afectada por el calor provoca tales grietas. Cualquier defecto o muesca existente agrava la formación de grietas. Las condiciones que ayudan a prevenir el agrietamiento por recalentamiento incluyen el tratamiento térmico preliminar con remojo a baja temperatura y luego con calentamiento rápido a altas temperaturas, esmerilado o granallado de los dedos de soldadura y uso de una técnica de soldadura de dos capas para refinar la estructura del grano HAZ . [17] [18]
Una grieta de raíz se forma por el cordón corto en la raíz (de la preparación del borde): al comienzo de la soldadura, con poca corriente al comienzo y con material de relleno inadecuado. La razón principal de este tipo de grietas es la fragilización por hidrógeno. Estos defectos se pueden eliminar utilizando una corriente alta en el material de relleno inicial y adecuado. Se produce una grieta en la punta debido al contenido de humedad en el área soldada; es una grieta superficial para que pueda detectarse fácilmente. El precalentamiento y la formación adecuada de las juntas son imprescindibles para eliminar este tipo de defectos.
Las grietas transversales son perpendiculares a la dirección de la soldadura. Generalmente son el resultado de tensiones de contracción longitudinal que actúan sobre el metal de soldadura de baja ductilidad. Las grietas en cráter se producen en el cráter cuando el arco de soldadura se interrumpe prematuramente. Las grietas de cráter son típicamente grietas calientes y poco profundas, que generalmente forman grietas simples o en estrella. Estas grietas suelen comenzar en el tubo del cráter y se extienden longitudinalmente en el cráter. Sin embargo, pueden propagarse hacia grietas longitudinales de soldadura en el resto de la soldadura.
Los métodos de soldadura que implican la fusión de metal en el lugar de la unión son necesariamente propensos a contraerse a medida que el metal calentado se enfría. La contracción introduce entonces tensiones residuales y distorsión. La distorsión puede suponer un problema importante ya que el producto final no tiene la forma deseada. Para aliviar ciertos tipos de distorsión, las piezas de trabajo se pueden desplazar para que después de soldar, el producto tenga la forma correcta. [19] Las siguientes imágenes describen varios tipos de distorsión de soldadura: [20]
La inclusión de gas (gas atrapado dentro de la soldadura solidificada) se manifiesta en una amplia variedad de defectos, que incluyen porosidad , orificios de soplado y tuberías (o agujeros de gusano ). La formación de gas puede deberse a cualquiera de las siguientes causas: alto contenido de azufre en la pieza de trabajo o el electrodo , humedad excesiva del electrodo o la pieza de trabajo, un arco demasiado corto o corriente o polaridad de soldadura incorrecta . [15]
Existen otros dos tipos de inclusiones: inclusiones lineales e inclusiones aisladas . Las inclusiones lineales ocurren cuando hay escoria o fundente en la soldadura. La escoria se forma a partir del uso de un fundente, por lo que este tipo de defecto suele presentarse en procesos de soldadura que utilizan dicho fundente, como la soldadura por arco metálico protegido , la soldadura por arco con núcleo fundente y la soldadura por arco sumergido ; pero también puede ocurrir en la soldadura por arco metálico con gas . Este defecto suele ocurrir en soldaduras que requieren múltiples pasadas cuando hay poca superposición entre las soldaduras. La mala superposición no permite que la escoria de la soldadura anterior se derrita y suba a la parte superior del nuevo cordón de soldadura. También puede ocurrir si la soldadura anterior dejó un corte socavado o un perfil de superficie irregular. Para evitar inclusiones de escoria, la escoria debe limpiarse del cordón de soldadura entre pasadas mediante esmerilado , cepillo de alambre o triturado. [21]
Las inclusiones aisladas ocurren cuando hay óxido o escamas de laminación en el metal base. [22]
La falta de fusión es la mala adhesión del cordón de soldadura al metal base. La penetración incompleta es un cordón de soldadura que no comienza en la raíz de la ranura de soldadura, dejando canales y grietas en la raíz de la soldadura. Esto causa serios problemas en las tuberías porque en estas áreas pueden depositarse sustancias corrosivas. Este tipo de defectos ocurren cuando no se siguen los procedimientos de soldadura; Las posibles causas incluyen la configuración actual, la longitud del arco, el ángulo del electrodo y la manipulación del electrodo. [23] Los defectos pueden variar y clasificarse como críticos o no críticos. La porosidad (burbujas) en la soldadura suele ser aceptable hasta cierto punto. Las inclusiones de escoria, los cortes y las grietas suelen ser inaceptables. Algunas porosidades, grietas e inclusiones de escoria son visibles y es posible que no necesiten una inspección adicional para eliminarlas. La prueba de líquidos penetrantes (prueba de tinte) puede verificar defectos menores. La inspección de partículas magnéticas puede descubrir inclusiones de escoria y grietas justo debajo de la superficie. Los defectos más profundos se pueden detectar mediante técnicas de prueba radiográfica (rayos X) y/o ultrasonido (ondas sonoras).
El desgarro laminar es un defecto de soldadura que ocurre en placas de acero laminadas que han sido soldadas entre sí de una manera que crea fuerzas de contracción perpendiculares a las caras de las placas y es causado principalmente por inclusiones sulfurosas en el material. [24] Desde la década de 1970, los cambios en las prácticas de fabricación, que limitan la cantidad de azufre utilizada, han reducido en gran medida la incidencia de este problema. [25]
Otras causas incluyen el exceso de hidrógeno en la aleación. Este defecto se puede mitigar manteniendo la cantidad de azufre en la aleación de acero por debajo del 0,005%. [25] Agregar elementos de tierras raras , circonio o calcio a la aleación, para controlar la configuración de las inclusiones de azufre en toda la red metálica, también puede mitigar el problema. [26]
Modificar el proceso de construcción para utilizar piezas fundidas o forjadas en lugar de piezas soldadas puede eliminar este problema, ya que el desgarro laminar sólo ocurre en piezas soldadas. [24]
El socavado ocurre cuando la soldadura reduce el espesor de la sección transversal del metal base y reduce la resistencia de la soldadura y las piezas de trabajo. Una razón para este tipo de defecto es la corriente excesiva, que hace que los bordes de la unión se derritan y drene en la soldadura, dejando así una impresión similar a un drenaje a lo largo de la soldadura. Otra razón es una técnica deficiente que no deposita suficiente metal de aportación a lo largo de los bordes de la soldadura. Una tercera razón es el uso de un metal de aportación incorrecto, que creará mayores gradientes de temperatura entre el centro de la soldadura y los bordes. Otras causas incluyen un ángulo de electrodo demasiado pequeño, un electrodo humedecido, una longitud de arco excesiva y una velocidad de soldadura lenta. [27]
