ACERO "ASTM A514 GR B"

ENSAYOS TEKKEN EN UN ACERO "ASTM A514 GR B" PARA DETERMINAR LA TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO

Quesada Hector Juan(1); Zalazar Mónica(2) y Asta Eduardo Pablo(3)

(1) U. N. Comahue, Fac. Ingeniería, Buenos Aires 1400 - Neuquén (8300), Argentina, hjquesa@uncoma.edu.ar (2) U. N. Comahue, Fac. Ingeniería, Buenos Aires 1400 - Neuquén (8300), Argentina, zalazar@uncoma.edu.ar (3) U. Tecnológica Nacional, Fac. Regional Haedo, Paris 532 – Haedo (1706), Argentina, asta@esab.com.ar

RESUMEN

Los ensayos de fisuración en frío se utilizan para determinar la temperatura de precalentamiento adecuada con el fin de evitar fisuración durante la soldadura de aceros. En este trabajo se realizaron ensayos Tekken en un acero de alta resistencia templado y revenido (ASTM A514 Gr. B) de 25,4 mm de espesor empleado en aplicaciones estructurales.

Las soldaduras se efectuaron mediante proceso semiautomático FCAW con protección gaseosa y electrodo tubular de bajo hidrógeno E110T5-K4. Se emplearon parámetros y diseño de junta similares a los que se aplicaran posteriormente en producción.

Las microestructuras del material base y de la soldadura fueron determinadas por microscopía óptica y electrónica.

Se registraron los ciclos térmicos de las soldaduras a fin de relacionar la temperatura de precalentamiento con el tiempo de enfriamiento entre 800 - 500ºC (t8/5) y entre 800 - 100ºC (t8/1) y la presencia o no de fisuras. Se encuentra que precalentamientos de 150ºC y t8/5 mayores a 17 s garantizarían soldaduras sin fisuras.

Palabras Claves: Acero ASTM A514 Gr. B, precalentamiento, ensayo Tekken, soldadura FCAW, fisuración.

1. INTRODUCCIÓN

La necesidad o no de realizar un precalentamiento previo en un acero es un parámetro muy importante en el momento de establecer un procedimiento de soldadura. Un aumento en la temperatura inicial del material base producirá una disminución en la velocidad de enfriamiento de la soldadura y en la probabilidad de formación de microestructuras peligrosas en la zona afectada por el calor (ZAC) y en material de soldadura e incrementará la velocidad de difusión del hidrógeno. Como efecto secundario

reducirá las tensiones residuales disminuyendo los gradientes térmicos asociados a la soldadura [1].

La temperatura de precalentamiento puede quedar determinada por medio de los códigos de construcción y fabricación o a través de los diversas fórmulas, gráficos y tablas en función del material base, aporte térmico, carbono equivalente, grado de restricción de la junta, hidrógeno difusible etc. Sin embargo, hay una considerable discrepancias en la valoración de la importancia de estos factores entre los distintos métodos, por lo que cada uno presenta sus limitaciones y rangos de aplicación.

CONGRESO CONAMET/SAM 2004 El fenómeno de fisuración en frío es de tal importancia práctica que se han desarrollado numerosos ensayos para estudiar la susceptibilidad de un material a la misma, permitiendo establecer una temperatura de precalentamiento adecuada que garantice una soldadura libre de fisuras [2-5].

La fisuración en frío, diferida o por hidrógeno es un mecanismo que ocurre cuando existen conjuntamente, presencia de hidrógeno disuelto, tensiones de tracción actuando sobre el material soldado, microestructuras susceptibles o de baja ductilidad y temperaturas cercanas a la ambiente [6]. Esta forma de fisuración suele presentarse tanto en la zona afectada térmicamente como en el material de soldadura y puede ser transgranular, intergranular o mixta y estar orientada longitudinal o transversal al cordón de soldadura.

En este trabajo se presentan las recomendaciones que surgen de los datos experimentales obtenidos mediante ensayos Tekken o J.I.S. (Japan Institute Standard) sobre un acero ASTM A514 Gr. B soldado con un alambre tubular básico de bajo nivel de hidrógeno difusible. Se utilizan tres temperaturas de precalentamiento a fin de determinar tiempos de enfriamiento y condiciones de fisura / no-fisura.

2. DESARROLLO DEL TRABAJO

El material base empleado fue un acero microaleado (HSLA: High-Strength Low-Alloy) templado y revenido para uso estructural ASTM A514 Gr B de 25,4 mm de espesor. La microestructura del acero consiste de bainita revenida y la dureza promedio fue de 280 Vickers. La figura 1 muestra la micrografía del material base.

Figura 1. Micrografía del acero. Ataque: Nital 4 %.

La tabla I muestra la composición química y los valores de carbono equivalente CEIIW y Pcm [7]. La tabla II proporciona las propiedades mecánicas del material base.

Tabla I. Composición química y carbono equivalente del material base.

C EQ (%) C Mn P S Si Cr Ni CEIIW 0,17 0,86 0,022 0,004 0,28 0,53 0,02 0,471 Mo Al V Nb B Ti N Pcm 0,21 0,035 0,041 3E-04 0,002 0,022 0,007 0,277 COMPOSICIÓN QUÍMICA (%) CEIIW = C + Mn/6 + (Ni+Cu)/15 + (Cr+Mo+V)/5 Pcm = C + Si/30 + (Mn+Cu+Cr)/20 + Ni/6 + Mo/15 + V/10 + 5B

Tabla II. Propiedades mecánicas del material base.

ALARGAMIENTO ENERGÍA ROTURA (MPa) FLUENCIA (MPa) (%) CHARPY (J) 837 773 20 143 (-18 ºC) TENSIÓN PROPIEDADES MECÁNICAS

El proceso de soldadura semiautomático utilizado fue por arco eléctrico con electrodo tubular bajo protección gaseosa (FCAW) con material de aporte según las especificaciones de la norma AWS A5.29 [8]: E110T5-K4 de 1,6 mm de diámetro. El gas de protección fue dióxido de carbono (CO2). La tabla III indica composición química, carbono equivalente y nivel de hidrógeno difusible del material de aporte suministrados por el fabricante. Los rangos de niveles de hidrógeno se garantizaron manteniendo el alambre tubular según las condiciones indicadas por el fabricante. La tabla IV da las propiedades mecánicas del material de aporte.

Tabla III. Composición química, carbono equivalente y rango de hidrógeno del material de aporte.

C Mn P S Si Cr Ni Mo 0,07 1,9 0,03 0,03 0,45 0,5 2,3 0,45 COMPOSICIÓN QUÍMICA (%) HIDRÓGENO (ml/100 gr) 2 - 5 C EQ (%) CEIIW = 0,73 Pcm = 0,273

Tabla IV. Propiedades mecánicas del material de aporte.

ALARGAMIENTO ENERGÍA ROTURA (MPa) FLUENCIA (MPa) (%) CHARPY (J) 900 > 680 >18 > 35 (-56 ºC) TENSIÓN PROPIEDADES MECÁNICAS

Material base MO: X400

CONGRESO CONAMET/SAM 2004 Por medio de los cálculos efectuados con las distintas ecuaciones y métodos para establecer o estimar el precalentamiento necesario se determinó que se requería precalentar el acero analizado en el rango desde temperatura ambiente hasta los 200 ºC para evitar el riesgo de fisuración en frío [9].

El objetivo de este trabajo fue obtener mediante ensayos Tekken o J.I.S. (Japan Institute Standard) la temperatura de precalentamiento a partir de la

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