TP 9 Materiales Metalicos UTN Haedo

TRABAJO PRÁCTICO N° 9: Metalografía de soldaduras

Ing. Maximiliano Zanín / Ing. Nelson Alvarez Villar

Materiales Metálicos

Equipo N°: ………. Integrantes:

Responsable: Ferreyra Román

E-mail Responsable: rferreyra1@live.com

Fecha de vencimiento: 2/10/2015       

Fecha de Entrega: ……………………

Fecha de Aprobación: ………………..

Procesos  

La soldadura incluye procesos mediante los cuales se produce la unión de metales concentrando calor, presión o ambos en el punto de unión.

En la Figura 1 se presentan algunos de los principales procesos comerciales de soldadura, clasificados en fusión y sin fusión (por fricción y resistencia).

[pic 2][pic 1]

Figura 1: Procesos de soldadura

Terminología

En las soldaduras por fusión, se funde el metal base y se añade material de aporte. En la Figura 2 se observa un esquema de una soldadura de fusión. Tenemos tres regiones principales: metal de aporte, zona afectada por el calor (ZAC) y metal base.

Figura 2: Descripción de una soldadura de fusión típica

Independientemente del proceso de soldadura, se genera calor importante, con fusión. El input de calor puede variar en forma importante según el proceso de soldadura y es influenciado por otros factores, por ejemplo el espesor de las piezas a ser soldadas. El cordón de soldadura implica un gradiente de temperatura que va desde el metal de aporte hasta el metal base no afectado por el calor, esto es desde por encima de la temperatura de fusión hasta la temperatura ambiente. Este gradiente puede producir una variedad de efectos, dependiendo de las aleaciones involucradas.

En gran parte de las soldaduras en aceros, el cordón se forma a partir de metal fundido por un arco eléctrico. La solidificación se produce bajo diferentes condiciones de enfriamiento, dependiendo del aporte de calor, si hubo o no precalentamiento, cuáles son las prácticas post-soldadura y la masa de las piezas, temperatura ambiente, etc.

La línea de fusión marca el límite ente el cordón y el metal base no fundido. Más allá de la línea de fusión, la temperatura cae gradualmente a la temperatura ambiente. En una parte de acero, la ZAC (entre la línea de fusión y el metal base no afectado por el calor), o al menos parte de la ZAC, habrá llegado a transformarse en austenita al alcanzar temperaturas superiores a la temperatura crítica superior del acero, AC3. Los granos más cercanos a la línea de fusión serán mayores en tamaño. A temperaturas más bajas, el tamaño de grano será aún más pequeño debido a que se completa la recristalización y se nuclean granos finos, que crecerán posteriormente de acuerdo con la temperatura que experimenten después de la nucleación.

Dependiendo la forma en que el acero fue desoxidado, también se observarán granos columnares. En la ZAC, en las zonas donde la temperatura máxima fue menor a la temperatura crítica inferior, AC1, la estructura puede estar revenida o esferoidizada.

Dado que el material de aporte, por lo general, tiene una composición diferente que el metal base, la composición varía a través del cordón hasta la línea de fusión. Debido a la variación de los constituyentes y su tamaño de grano se espera una variación de la dureza.

En la Figura 3 se indican algunos defectos y las zonas características de una soldadura por fusión.

Figura 3: Esquema mostrando los defectos de una soldadura

Las fisuras se pueden observar tanto en el cordón como en la ZAC. Las fisuras pueden designarse en base a su ubicación, en base a la orientación respecto de la dirección de la soldadura y también haciendo referencia al problema que las origina.

Melalografía de Soldaduras

Las prácticas metalográficas se aplican industrialmente con objetivos particulares cuando están involucradas soldaduras:

• Calificación de Soldadores

Un soldador debe soldar una pieza bajo condiciones específicas. Posteriormente, la pieza soldada se examina visual, dimensional y metalográficamente. Si la soldadura alcanza el nivel de calidad estándar, el soldador queda calificado para realizar soldaduras similares. Este procedimiento se aplica a los casos de soldadura manual.

• Calificación de Procedimientos de Soldadura

En este caso se analiza el procedimiento de soldadura de un material particular, con un tipo de junta determinado. La soldadura obtenida se analiza conforme a los códigos aplicables. Entre los métodos de inspección básicos se cuenta la metalografía y el perfil de dureza a través de metal base, ZAC y cordón.

• Control de Calidad

Aquí se inspecciona un número representativo de soldaduras obtenidas a partir de un proceso de producción.

Los estudios más comunes para probetas metalográficas soldadas son:

• Fracción de constituyentes: Identificación de fases y determinación de % relativos en base a la fracción de área.
• Tamaño de grano: Tamaño de grano en las regiones de grano grueso y grano refinado en las zonas de metal soldado y ZAC.
• Microestructura: Identificación de morfología y transformaciones microestructurales en metal de aporte y ZAC.
• Análisis de defectos: Identificación y caracterización de defectos de soldadura.
• Perfil de dureza/microdureza: Para asegurar que la soldadura y la ZAC tienen propiedades satisfactorias se realiza un perfil de dureza/microdureza a través de metal de aporte, ZAC y metal base.

Procedimiento

Para el análisis metalográfico es conveniente tener probetas que incluyan todas las zonas de interés. En muchos casos se pueden obtener probetas razonablemente pequeñas, pero hay que tener en cuenta que en casos particulares el cordón puede ser relativamente grande.

a) Extracción y montaje

Para los ensayos de calificación de soldaduras se requieren cortes en la dirección transversal de la soldadura especialmente en las posiciones de inicio y parada del proceso. En esas zonas donde es mayor la probabilidad de ocurrencia de defectos de soldadura.

Es importante que la sección para micro/macro análisis sea extraída evitando deformaciones y daño térmico por lo que se deben utilizar medios de corte adecuadamente refrigerados. Por lo tanto, el primer paso consiste en definir correctamente el tipo de abrasivo de la hoja de corte, el nivel de velocidad y el refrigerante.

Si la extracción de muestras se realiza con soplete, se producirá daño térmico en la zona adyacente al corte hasta aproximadamente 10 – 15mm. La zona dañada tiene que eliminarse con un procedimiento de corte menos agresivo en el laboratorio metalográfico.

Se obtienen cupones cuyo tamaño será de hasta 120 x 60 x 45 mm. Si bien análisis macrográfico se utilizan muestras sin montar, luego pueden encapsularse en caliente o en frío para proceder al análisis micrográfico y obtener perfiles de dureza/microdureza.

b) Desbaste y pulido

Los ciclos de desbaste y pulido para soldaduras difieren poco de los utilizados para probetas no soldadas. La principal diferencia es que se necesita pulir un área mayor que la normal y el hecho de que la dureza varía a través de la probeta, por lo que se recomiendan métodos de  preparación de superficies automáticos o semiautomáticos. El uso de equipo automático y/o semiautomático, permite obtener análisis microestructurales consistentes y reproducibles.

Una secuencia típica de desbaste y pulido se indica en la Tabla 1, donde se indican también los tiempos aproximados para cada una de las etapas.

Tabla 1: Secuencia para la preparación de probetas metalográficas

Para aplicaciones donde se requiere un análisis microestructural detallado, se puede utilizar pulido electrolítico, previo desbaste hasta papel abrasivo 1200.

...