METALURGIA DE LA SOLDADURA
2.1.- DEFINICION DE METALURGIA
La metalurgia es el conjunto de procedimientos y tècnicas de extracciòn, elaboraciòn y tratamiento de los metales y sus aleaciones.2.2.- MICRO ESTRUCTURA DE LOS METALES
Las estructuras cristalinas más comunes son:1.- Estructura cristalina BCC
2.- Estructura cristalina FCC
3.-Estructura cristalina HPC
La celda unitaria HPC es un prisma hexagonal, y se puede visualizar como 2 planos hexagonales cada uno formando la tapa y la base del prisma respectivamente. En esta celda, un átomo se localiza en el centro y en cada punto del hexagono y tres átomos más localizados uno en cada arista de un triángulo localizado entre la tapa y la base del hexagono
2.3.- MECANISMOS DE ALEACION
La mayoria de losmetales de uso común son aleaciones. En otras palabras, contienen más de un metal.
Si los cristles son esencialmente del mismo tamaño que el metal de menor proporción se considerará disuelto el metal de mayor proporción de la aleación. Esta condición se denomina solución sólida substitucional
Si los átomos del metal de menor proporción en la aleación sonmucho más pequeños que los del reticulado mayor, no reemplazarán a los átomos del metal de mayor proporción en el reticulado, sino más bien se localizaran en puntos entre espacios ó en espacios interpuestos conocidos como insterticios en el reticulado. Este tipo de estructura se denomina solución sólida intersticial.
la solidificación de un metal líquido no sucede simultáneamente a través de todo el tiempo que dura el fundido. La solidificación empieza en el punto de temperatura más bajo, exactamente por debajo del líquido. En este punto se forma un cristal pequeño, que se denomina núcleo.
La solidifación avanza en todas las direcciones que son normales para los ejes principales del cristal de núcleos. Por consiguiente, a partir de un cristal cúbico, el crecimiento avanza simultáneamente en seis direcciones.
El crecimiento es simplemente la suma de cristales adicionales a medida que disminuye la temperatura. El crecimiento continúa y adopta una forma similar a la de un árbol, con ramas y subramas rectos entre sí.
A medida que la solidificación continúa las ramas se tornan más gruesas, crece y llenan los espacios que hay entre otras ramas, las que se denominan dentritas.
Esto continua hasta que toda la masa se ha vuelto sólida.
El metal completamente solidificado está formado por cada uno de los cristales dendríticos. Cuando la estructura resultante se corta en un plano extendido, cada uno de los cristales dendríticos, que crecieron hasta encontrarse con los cristales dendríticos adyacentes, forman un área irregular, la cual se conoce como grano. Normalmente los granos que se forman por las dendritas que crecen simultáneamente entre la superficie de separación de los granos se conocen como límite del grano
2.4 TRANSFORMACION DE FASE
Los cambios de fase pueden relacionarse con la composición de la aleación y la temperatura cuando están en equilibrio, y se muestran sobre un diagrama. tales diagramas se denominan diagramas de fase, diagramas de equilibrio, o diagramas de constitución. Por medio de estos diagramas es posible determinar la fase en que estaán y el porcentaje de cada una, basándose en la composición de la aleación a cualquier temperatura especificada. Además, es posible determinar qué cambios de fase tienden a ocurrir cuando la temperatura aumenta o disminuye.
2.6.- DIAGRAMA HIERRO-CARBONO
Existen cambios de volumen asociados con los cambios de fase en función de la temperatura para el hierro puro, lo que significa que durante está transformación se generan esfuerzos internos. La temperatura a la cual ocurren los cambios alotrópicos del hierro puro se ve influenciada por los diferentes elementos de aleación, de los cuales el más importante es el carbono. Analizaremos entonces el sistema de equilibrio hierro-carbono, pero solo en la región comprendida de 0.0% a 6.7% de carbono en peso, dicha región se conoce como diagrama de equilibrio meta-estable hierro-carbono y es la región donde ocurren las reacciones de interés en metalurgia.
El diagrama de equilibrio hierro-carbono, proporciona datos acerca del comportamiento de los aceros en conexión con los ciclos térmicos de soldadura sobre la forma de utilizar el calor. Este diagrama representa la aleación de hierro con carbono, oscilando desde 0 a 5%.
2.7.- SOLDADURAS
Cuando se hace una sooldadura ocurren cambios de temperatura, dimensiones, crecimiento de cristales y granos, transformación de fase y otras.la velocidad de enfriamiento o templado es de importancia fundamental y está controlada por el proceso, procedimiento, metal y masa. El ritmo de cambio disminuye a medida que es mayor la distancia desde el centro de la soldadura
A medida que el metal de la soldadura se congela los cristales forman granos, los cuales se enfrìan rapidamente hasta que ya no haya metal líquido. A medida que el metal de la soldadura se deposita sobre el metal base parte de este se funde y se mezcla con el metal de la soldadura, produciendo la dilución de este último.
una de las caracterìsticas más importantes es la dureza de la micro estructura a tráves de toda el área de la soldadura. El área entre la superficie de separación del metal de soldadura depositado, y que se extiende hasta el metal base lo suficientemente lejos como para que ocurran cambios de fase, se conoce como zona afectada por el calor (HAZ).
2.8.- SOLDABILIDAD DE LOS METALES
La American Welding Society define a la soldabilidad como "la capacidad de un material para ser soldado bajo las condiciones de fabricación impuestas dentro de una estructura específica y convenientemente diseñada y para tener un rendimiento satisfactorio en el servicio que se pretende"
Para dterminar mejor la soldabilidad, es necesario efectuar varias suposiciones:
- El material para soldar es satisfactorio para el uso que se pretende
- El diseño de la soldadura es aduecuado para el uso que se pretende
La unión de la soldadura que se requiere tiene que tener fuerza uniforme, ductibilidad, resistencia a los esfuerzos continuos, resistencia a la corrosión en la soldadura y la zona afectada por el calor y del material adyacente.
la mayoria de soldaduras implican el uso de calor y el agregar una estructura metalúrgica diferente respecto del metal base no afectado. las soldaduras también pueden incluir defectos como porosidad, grietas e inclusiones de escoria. Los cuatro principales factores que afectan a la fractura de la zona afectada por el calor son:
- El espesor del metal base y el tipo de soldadura
- La composición del metal base
- El proceso de soldadura y el tipo de metal de aporte
- El calor de entrada (heat input) y las temperaturas de calentamiento previo.
Los dos factores más importantes para la soldabilidad son la capacidad de endurecimiento y la susceptibilidad a las fracturas de la estructura endurecida. Ambas se incrementan usando un contenido de carbono más alto y de aleación incrementan la capacidad de endurecimiento sin un incremento significativo en la susceptibilidad a las fracturas:
La fórmula del carbono equivalente es la sigueinte:
esta fórmula es utilizada para aceros al carbono con contenidos máximos de 0.5%C, 1.5% Mn, 3.5% Ni, 1% Cu y 0.5% Mo. El contenido de carbono equivalente se calcula con el fin de predecir con aproximaciones el rango de temperaturas de precalentamiento necesarias para lograr los mejores resultados.
Existe una acción recíproca de varias variables con respecto a la fractura por hidrógeno. Estas son la composición del metal base, ña energía por calor, la temperatura y el estiramiento. Los aceros para construcción se pueden agrupar en cinco clasificaciones generales, dependiendo de si son o no endurecibles y de la naturaleza de la estructura endurecida. Estos deben templarse con los efectos de espesor que aumentan el estiramiento y contribuyen al problema de la fractura. Las cinco clases son las sigueintes:
- Aceros suaves no endurecibles y de carbono bajo
- Baja capacidad de endurecimiento con poca susceptibilidad a las fracturas cuando se endurecen, o aceros de baja aleación con un equivalente de carbono de no más de un máximo de 0.20%
- Baja capacidad de endurecimiento con bastante susceptibilidad a las fracturas cuando se endurece, normalmente aceros al manganeso carbono, con menos de un 0.25% de carbono y no más de 1% de manganeso
- Aceros con alta capacidad de endurecimiento y baja susceptibilidad a la fractura cuando se endurecen
- Aceros altamente endurecubles con alta susceptibilidad a las fracturas cuando se endurecen
2.9.- GENERALIDADES SOBRE LOS TRATAMIENTOS TERMICOS DE LOS ACEROS
A continuación se describe brevemente en que consiste y cual es la finalidad de estos tratamientos
RECOCIDO: tiene por objeto incrementar la ductibilidad de los aceros a expensas de la resistencia
NORMALIZADO: consiste en calentar un acero a una temperatura de 38C arriba del límite crítico, aplicando despúes un enfriamiento con aire calmado.ç
TEMPLADO: se produce por calentamiento de un acero entre 10 y 38C arriba del límite crítico y un enfriamiento rápido cuya velocidad exceda la crítica de enfriamiento del acero. El enfriamiento se proporciona al acero sumergiendolo en algún medio de temple, agua, aceite, agua con sal. Con este tratamiento se obtiene una estructura martensítica, cuyas características son alta dureza y resistencia
REVENIDI: Posteriormente se vuelve a calentar el acero a una temperatura inferior a la crítica de transformación con la finalidad de relevar algunos esfuerzos internos del material
PRECALENTAMIENTO ANTES DE SOLDAR: su efecto es el de reducir esfuerzos de contracción y térmicos. Por lo general es recomendable para aceros con resistencia minima a la tensión de 4,930 kg/mm2. El precalentamiento comprende temperaturas de hasta 260 C.
(POSTCALENTAMIENTO) REVELADO DE ESFUERZOS: consiste en un calentamiento uniforme de una soldadura o conjunto de soldaduras a una temperatura abajo del límite crítico del material, seguido de un enfriamiento controlado
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