Metsold-Cap.3-Microestructura.pdf
28
16/04/2015 Metsold - Microestructura 1 CAP. 3: MICROESTRUCTURA DE LA UNIÓN SOLDADA El ciclo térmico generado durante la ejecución de una junta soldada presenta las siguientes etapas: Calentamiento de material base Fusión del material de aporte y del material base Solidificación del cordón de soldadura Enfriamiento del cordón y del material base La presencia de este ciclo térmico es la causa de las diversas transformaciones que se dan en la microestructura de la unión soldada (cordón de soldadura y ZAC) La microestructura resultante define las propiedades mecánicas de la junta soldada.
-
Upload
philip-walker -
Category
Documents
-
view
217 -
download
0
Transcript of Metsold-Cap.3-Microestructura.pdf
16/04/2015 Metsold - Microestructura 1
CAP. 3: MICROESTRUCTURA DE LA UNIÓN SOLDADA
El ciclo térmico generado durante la ejecución de una junta
soldada presenta las siguientes etapas:
Calentamiento de material base
Fusión del material de aporte y del material base
Solidificación del cordón de soldadura
Enfriamiento del cordón y del material base
La presencia de este ciclo térmico es la causa de las diversas
transformaciones que se dan en la microestructura de la unión
soldada (cordón de soldadura y ZAC)
La microestructura resultante define las propiedades mecánicas de
la junta soldada.
16/04/2015 Metsold - Microestructura 2
16/04/2015 Metsold - Microestructura 3
1.- Cordón de soldadura
a) Características generales
Se forma según un proceso similar a la colada y solidificación de
los metales, con las siguientes características:
La máxima temperatura que se alcanza es significativamente
mayor a la temperatura de fusión de los materiales involucrados
(material base y material de aporte).
El metal líquido es de poca cantidad (pileta líquida).
Presenta granos columnares similar a una estructura de colada.
La nucleación es de tipo epitaxial ya que empieza a partir de los
granos parcialmente fundidos (línea de fusión).
16/04/2015 Metsold - Microestructura 4
El crecimiento de los granos es de tipo competitivo, dando como
resultado una disminución del número de granos que llegan al
centro del cordón de soldadura.
Los tipos de granos mas comunes en el cordón de soldadura están
relacionados con la velocidad de avance (V).
Soldadura TIG (Al)
a) 1000 mm /min
b) 250 mm/min
16/04/2015 Metsold - Microestructura 5
16/04/2015 Metsold - Microestructura 6
A diferencia de los metales puros y de las aleaciones monofásicas,
los aceros presentan transformaciones de fases en estado sólido
(δ, γ , α , Fe3C), generando modificaciones de forma y tamaño de
grano en el cordón de soldadura .
b) Cordón de soldadura en arco eléctrico
La masa líquida es pequeña y las velocidades de enfriamiento son
muy altas (hasta 1600 °C/min). Por tanto, en los aceros, la
estructura del cordón de soldadura se encuentra formada por
granos grandes y alargados de ferrita + ferrita poligonal + ferrita
acicular + trazas de perlita (estructura basáltica).
Estructura basáltica de la última
pasada de un cordón de soldadura
con proceso SMAW.
C: 0.07 %, Mn: 0.65 %, Si: 0.45 %
P: 0.027 %, S: 0.018 % 1000X 200X
16/04/2015 Metsold - Microestructura 7
La estructura basáltica se afina por recocido cuando se hace
soldadura multipase (calentamiento por encima de A3), dando
como resultado una estructura tipo equiaxial. Solo el último pase
queda con estructura basáltica al 100%.
16/04/2015 Metsold - Microestructura 8
Con enfriamientos normales se consigue significativa presencia
de ferrita acicular al interior de los granos del cordón de soldadura
(ferrita muy fina con alta densidad de dislocaciones), originado
con ello un incremento significativo de tenacidad en el material
depositado.
320X
A mayor contenido de Mn en el material depositado se tiene
mayor cantidad de ferrita acicular.
16/04/2015 Metsold - Microestructura 9
Efecto del % Mn en el material de aporte sobre el contenido de
ferrita acicular:
1. Ferrita proeutectoide 2: Componentes laminares 3: Ferrita acicular
% Mn de los 4 electrodos: A : 0.66, B: 1.00, C: 1.42, D: 1.82
16/04/2015 Metsold - Microestructura 10
2.- Características de la ZAC
Las transformaciones microestructurales que se dan en la ZAC
están relacionadas al valor de temperatura alcanzada, a la
velocidad de enfriamiento y a la composición del material base.
16/04/2015 Metsold - Microestructura 11
a) Zona de crecimiento de grano o de sobrecalentamiento (A)
En esta zona la temperatura alcanzada supera los 1100 °C.
El tamaño elevado de grano austenítico ocasiona disminución de
VCT (mayor riesgo de presencia de martensita).
16/04/2015 Metsold - Microestructura 12
A mayor %CE del acero base se tiene menor VCT (mayor
probabilidad de presencia de martensita).
%CE = %C + %Mn/6 + %Si/24 + %Cr/5 + %Mo/4 + %Ni/40
16/04/2015 Metsold - Microestructura 13
Estructura martensítica
El mayor riesgo de la zona de crecimiento de grano (ZAC), es la
posible presencia de martensita (elevada fragilidad).
La presencia de estructura Widmanstaetten también aumenta la
fragilidad de esta zona.
Estructura Widmanstaetten
+ colonias de perlita
16/04/2015 Metsold - Microestructura 14
b) Zona de afino de grano (B)
La temperatura alcanzada varía entre 850 y 1100 °C.
Las velocidad crítica de temple es menor
Menor riesgo de presencia de martensita.
c) Zona de transición (C).
La temperatura varía entre A1 y A3
Suele presentarse globulización parcial de la perlita
16/04/2015 Metsold - Microestructura 15
AISI-SAE 1018 AISI-SAE 1040
200X 400X
16/04/2015 Metsold - Microestructura 16
3.- Propiedades mecánicas de la unión soldada
a) Cordón de soldadura
Presencia de estructuras columnares originan fragilidad del
cordón de soldadura.
Presencia de impurezas en límite de grano (FeS), porosidades
debidas a gases atrapados, inclusiones de escoria y fisuras
ocasionan fragilidad del cordón de soldadura.
16/04/2015 Metsold - Microestructura 17
La cantidad de ferrita acicular en el cordón de soldadura influye
significativamente en sus propiedades mecánicas MPa
Mn
Sin alivio de tensiones
Electrodo % C % Mn
A 0.035 0.66
B 0.038 1.00
C 0.049 1.42
D 0.051 1.82
1.5
Mn ° C
° C Mn
σf
σt
Con alivio de tensiones 1.5
16/04/2015 Metsold - Microestructura 18
σf σt
Resultados de ensayos de tracción
16/04/2015 Metsold - Microestructura 19
b) Zona afectada por calor (ZAC)
Presencia de estructura Widmanstaetten y principalmente de
martensita originan fragilidad de la ZAC.
Presencia de hidrógeno en la ZAC genera significativa fragilidad y
es la causa más común de agrietamientos en esta zona.
Presencia de tensiones residuales aumenta la fragilidad.
16/04/2015 Metsold - Microestructura 20
Ensayo de tracción
Ensayo de doblado
16/04/2015 Metsold - Microestructura 21
c) Medición de durezas en la unión soldada
Una forma práctica de evaluar el comportamiento mecánico de una
junta soldada es haciendo un barrido de durezas en la sección
transversal.
Los diferentes valores de dureza que se observan se deben a
las diferentes microestructuras presentes en la unión soldada.
La zona de la ZAC que está adyacente a la línea de fusión es la
que presenta mayor endurecimiento
16/04/2015 Metsold - Microestructura 22
A mayor % CE del acero base se tiene mayores posibilidades de
presencia de martensita en la ZAC.
Altas velocidades de avance generan mayor velocidad de
enfriamiento de la unión soldada.
AISI-SAE 4140
16/04/2015 Metsold - Microestructura 23
%C < 0.2
16/04/2015 Metsold - Microestructura 24
16/04/2015 Metsold - Microestructura 25
16/04/2015 Metsold - Microestructura 26
16/04/2015 Metsold - Microestructura 27
16/04/2015 Metsold - Microestructura 28
