Agrietamiento en Caliente

El agrietamiento en caliente es la fisuración producida durante la solidificación del metal fundido de la soldadura. Este se produce durante el paso del metal depositado de líquido a sólido y ocurre a unos 200-300 grados por debajo de la temperatura de fusión. Suele aparecer longitudinalmente en el cordón de soldadura pero también puede estar oculto en la raíz o entre granos columnares.

Este agrietamiento puede deberse a la microestructura basta de segregación, la segregación de constituyentes y la geometría de la unión.

Microestructura Basta

Si el cordón permanece mucho rato a alta temperatura y el tamaño de grano crece, la microestructura del metal depositado será más basta.

Segregaciones

Las segregaciones se producen durante la solidificación por el reparto de los elementos de aleación e impurezas entre la temperatura de liquidus y solidus. Si estos elementos logran combinarse para formar compuestos, pueden constituir separaciones con bajo punto de fusión a lo largo de los bordes de grano. Añadiendo un poco de ferrita delta para disolver el S y el P.

Geometría de la Unión

La geometría de la unión y su embridamiento generan tensiones durante el ciclo térmico. Cuanto mayor es el espesor de la unión mayor será el nivel de tensiones, las cuales pueden provocar grietas.

Inoxidables Austeníticos

En estos aceros influyen mucho sobre todo el Azufre y el Fósforo. Se debe procurar que el metal de soldadura posea por lo menos un 5 % de Ferrita delta para evitar el agrietamiento. El metal de aporte debe seleccionarse cuidadosamente en función del material base a soldar y de la dilución previsible. La fisuración de estos inoxidables se debe a su tendencia al crecimiento de grano y a la escasa solubilidad de los elementos perjudiciales de la austenita. La Ferrita delta mejora estas situaciones.

Fisuración en Frío

La fisuración en frío son fisuras que pueden presentarse en las construcciones soldadas una vez terminada la soldadura. Estas aparecen a bajas temperaturas, por debajo de 150 grados, o cuando el material está totalmente frío, y pueden aparecer pronto o algún tiempo después de ejecutada la soldadura.

Estas fisuras suelen aparecer en la ZAT pero también en la zona fundida cuando trabajamos con aceros de mayor resistencia mecánica.

La fisuración en frío se debe a varios factores, actuando varios o todos ellos simultáneamente:

• La presencia de hidrógeno en el metal fundido
• Las tensiones residuales debidas a la soldadura
• Una microestructura frágil, normalmente martensita

El hidrógeno puede proceder de varias fuentes: recubrimiento orgánico de fluxes o revestimientos de electrodos, humedades en estos debido a la mala conservación, humedad en la pieza, humedad del aire o incluso de una fuga accidental de la refrigeración de las máquinas de soldeo. Este se descompone en la atmósfera del arco liberando hidrógeno atómico.

El baño de fusión disuelve gran cantidad de hidrógeno cuando está a alta temperatura, pero a medida que va enfriando la solubilidad de este decrece y en la fase final del enfriamiento la soldadura estará saturada de hidrógeno. Debido al menor contenido de carbono de la soldadura, la zona fundida es normalmente menos templable que la ZAT, lo que permite que el hidrógeno migre para esta última zona. Si la templabilidad de la zona de fusión fuese mayor o si la estructura fuese austenita, el hidrógeno permanecería retenido en la zona de fusión.

La martensita es una microestructura de baja tenacidad y cuando está saturada de hidrógeno es muy frágil. La soldadura, dependiendo de su composición química y de las condiciones térmicas de la soldadura, puede generar estas microestructuras. En esas condiciones y en la fase final del enfriamiento, presentará regiones frágiles saturadas de hidrógeno sometidas a las tensiones típicas de las soldaduras. Estos tres motivos juntos provocarán las fisuraciones.

Medidas Preventivas

Podremos tomar las siguientes medidas preventivas:

• Mantener la atmósfera y los materiales de aporte y los base con el menor contenido de hidrógeno posible.
• Podremos evitar las estructuras frágiles realizando un precalentamiento, así aumentaremos el tiempo de enfriamiento y no se formarán estructuras tan frágiles.
• Seleccionar un material de aporte con la menor resistencia posible.
• Diseñar la unión de forma que las tensiones sean las menores posibles.
• Se podría realizar hasta un postcalentamiento para difundir más hidrógeno.

También se pueden hacer ensayos para evitar estas fisuraciones y evitar así fallos que podrían ser catastróficos. Estos ensayos son el CTS, el Tekken y los ensayos de fisuración sobre implantes.

Desgarre Laminar

Se denomina desgarre laminar las fisuras que se producen en el material base paralelamente a las caras de laminación. Esto se debe a las tensiones en el sentido del espesor del material, el cual o tenía defectos, o no había sido fabricado para las tensiones en este sentido.

Las fisuras se pueden producir en la ZAT o en el metal base no afectado por la soldadura. Estas pueden desarrollarse en el momento de la soldadura o en servicio debido a la fatiga.

El desgarre laminar se puede comprobar perfectamente con el ensayo de Cranfield.

Factores que Afectan al Desgarre Laminar

Los factores que afectan al desgarre laminar son:

• La calidad del metal base: En general los materiales vienen preparados para soportar fuerzas en sentido del laminado. Si nuestra construcción requiere que el material soporte tensiones en el sentido del espesor tendremos que comprar los llamados aceros Z, que vienen preparados para soportar las tensiones en el sentido del espesor.
• La geometría de junta: Se debe procurar que el diseño de las juntas no se presten a actuar perpendicularmente a la superficie de las chapas. Hay que intentar diseñar las juntas para evitar estas tensiones. Se puede proceder a un untado “buttering” para redondear los granos del material base y así soportar mejor las tensiones.
• La secuencia de soldadura: Haremos la secuencia de cordones lo más repartida posible sin acumular mucho calor en un determinado sitio.
• Características mecánicas del metal fundido: El material de aporte interviene en el mecanismo del desgarre laminar a través del límite elástico del metal depositado. Si este límite elástico es mayor que la resistencia del metal base en el sentido del espesor el desgarre es inevitable. Podemos añadir más Ni al material de aportación para obtener mejores propiedades mecánicas en la unión.

Un precalentamiento o un tratamiento térmico para relajar tensiones después del soldeo, podrían ayudar a evitar el desgarre laminar.

Se pueden hacer ensayos en Z para conocer mejor las cualidades del material que vamos a utilizar y así evitar sorpresas, ya que hay veces que estos desgarres son muy difíciles de detectar y pueden tener resultados catastróficos.

Etiquetas: agrietamiento, desgarre laminar, fisuracion en frio, fisuras, metalurgia, soldadura