Capitulo IX

9 DISCONTINUIDADES EN UNIONES SOLDADAS

 

9.1 INTRODUCCIÓN

Una de las partes más importantes del trabajo del inspector de soldadura es la evaluación de soldaduras para determinar su comportamiento para el servicio proyectado. Durante las varias etapas de esta evaluación, el inspector va a estar buscando irregularidades en la soldadura o en la construcción soldada. Comúnmente, nosotros nos referimos a estas irregularidades como discontinuidades. En general, una discontinuidad es descripta como una interrupción en la naturaleza uniforme de un ítem

Antes de describir esas discontinuidades, es extremadamente importante comprender la diferencia entre discontinuidad y defecto. Muy a menudo, la gente erróneamente intercambia ambos términos. Como un inspector de soldadura, usted debe realizar la distinción entre los términos discontinuidad y defecto.

Mientras que una discontinuidad es algo que introduce una irregularidad en una estructura que de otra manera sería uniforme, un defecto es una discontinuidad específica que puede comprometer el comportamiento de la estructura para el propósito que fue diseñada. Esto es, un defecto es una discontinuidad de un tipo definido, de un tamaño suficiente como para que la estructura o el objeto particular sean inapropiados para el uso o servicio para el que fueron diseñados, basándose en el criterio del código aplicable.

Las configuraciones de las discontinuidades pueden ser separadas en dos grupos generales, lineales y no lineales. Las discontinuidades lineales exhiben longitudes que son mucho mayores que sus anchos. Las discontinuidades no lineales tienen básicamente, igual ancho e igual largo. Una discontinuidad lineal presente en la dirección perpendicular a la tensión aplicada, representa una situación más crítica que una no lineal; debido a la mayor tendencia a la propagación y generación de una grieta.

Otra manera en la cual la forma de una discontinuidad determina su criticidad, o efecto sobre la integridad de la estructura; es la condición de sus extremos. Entendemos por la condición de sus extremos al filo de sus extremidades; En general, cuánto más filoso sea el extremo de una discontinuidad, más crítico es. Esto es porque una discontinuidad filosa tiene más tendencia a la propagación de una grieta, o a crecer. Nuevamente, esto depende de la orientación respecto de la tensión aplicada.

 

Habiendo provisto esta información básica sobre discontinuidades en forma general, vamos a discutir ahora algunas de las más comunes discontinuidades encontradas durante las actividades normales de inspección. Aquellas con las cuales nos vamos a preocupar están enumeradas, y las definiciones para cada una de ellas pueden ser encontradas en AWS STANDARD, A3.0, “Standard Welding Terms and Definitions”, o en la sección al final de este módulo “Key Terms and Definitions".

 

 

• Grietas
•  Falta de fusión
•  Falta de penetración
• Inclusión
•  Inclusión de escoria
•  Inclusión de tungsteno
• Porosidad
• Socavación
•  Bajo relleno (underfill)
• traslape
• Convexidad
• Sobre espesor de soldadura
• Golpe de arco
• Salpicaduras ó chisporroteo.
• Laminación
• Desgarramiento laminar
• Pliegues (seam/lap)
• Dimensional

9.2 Grietas

 

La primera discontinuidad a ser discutida es la grieta, es la discontinuidad más crítica. La criticidad es debida a las grietas caracterizadas como lineales, como también a las que muestran condiciones de extremo muy filosas. Dado que los extremos de las grietas son muy afilados, hay una tendencia de la grieta a crecer, o a propagarse, si es aplicada una tensión.

Las grietas se inician cuando la carga, o tensión aplicada a un componente excede la resistencia a la tracción. En otras palabras, cuando hay una condición de sobrecarga que causa la grieta. La tensión puede surgir durante la soldadura, o inmediatamente después, o cuando la carga es aplicada. Mientras que la carga aplicada puede no exceder la capacidad del componente de soportar carga, la presencia de un concentrador de esfuerzos, puede causar que las tensiones localizadas excedan la resistencia de ruptura del material.

 

Podemos clasificar las grietas utilizando distintos criterios. Un criterio es según sean el tipo de grieta que puede ser en “frío” o en “caliente”. Estos términos son una indicación de la temperatura del metal a la cual la grieta ocurre; Esta es una manera en la cual podemos saber exactamente por qué apareció una grieta, dado que algunos tipos de grietas con características de en “frío” o en “caliente”.

Las grietas en caliente generalmente ocurren mientras el metal solidifica, a temperaturas elevadas. La propagación de estas grietas es ínter granular; esto es que ocurren entre granos. Si observamos las superficies de fractura de una grieta en caliente, podemos ver varios colores “de temple” en las caras de la fractura indicando la presencia de alta temperatura en esa grieta,

Las grietas en frío ocurren después que el material se enfrió hasta la temperatura ambiente. Estas grietas resultan de las condiciones de servicio, grietas bajo cordón, que resultan del hidrógeno atrapado también pueden ser clasificadas como grietación en frío. La propagación de las grietas en frío puede ser ínter granular o transgranular; esto es entre o a través de los granos, respectivamente.

Las grietas pueden ser descriptas por su dirección con respeto al eje longitudinal de la soldadura. Aquellas que están en dirección paralela al eje longitudinal son denominadas grietas “longitudinales”. De la misma manera, aquellas grietas en dirección perpendicular al eje longitudinal de la soldadura son llamadas grietas “transversales”. Estas referencias direccionales     se        aplican tanto a las grietas: en el metal de soldadura como a las del metal base. Las grietas longitudinales   pueden resultar de las tensiones transversales de contracción de soldadura o bien a tensiones asociadas a las condiciones de servicio.

Las grietas transversales son generalmente provocadas por las tensiones longitudinales de contracción de soldadura. Que actúan en las soldaduras o en los metales bases de baja ductilidad.      

Por último, podemos diferenciar entre varios tipos de grietas dándole una descripción de sus ubicaciones con respecto a las varias partes de la soldadura. Estas descripciones incluyen garganta, raíz, talón, cráter, bajo cordón, ZAC y las grietas en el metal base.

 

9.3 Falta de fusión

Por definición, falta de fusión es “una discontinuidad de la soldadura en la cual la fusión no ocurre entre el metal de soldadura u las caras de fusión o los cordones adyacentes”. Esto es, la fusión es menor a la especificada para una soldadura en particular. Debido a su linealidad y a su condición de extremo filosa, la falta de fusión representa una discontinuidad de la soldadura importante. Puede ocurrir en distintas ubicaciones dentro de la zona de soldadura.

 Con frecuencia, la falta de fusión tiene inclusiones de escoria asociadas a ella. De hecho, la presencia de escoria es debido a una limpieza insuficiente puede prevenir la ocurrencia de la fusión. Debemos pensar a menudo a la falta de fusión como una imperfección interna de la soldadura. De todos modos, puede ocurrir también sobre la superficie de la soldadura.

Otro término no estándar para falta de fusión es el traslape en frío (coid lap). Este término es a menudo e incorrectamente usado, para describir la falta de fusión entre el metal de soldadura y el metal base o entre distintas pasadas de cordones de soldadura, especialmente cuando se utiliza GMAW.

La falta de fusión puede resultar de un número de diferentes condiciones o problemas. Probablemente la causa más común de esta discontinuidad sea la manipulación inapropiada del electrodo por el soldador. Algunos procesos son más proclives a este problema porque no hay suficiente calor concentrado para fundir adecuadamente los metales

 

 

9.4 Falta de Penetración

La falta de penetración, a diferencia de la falta de fusión, es una discontinuidad asociada solamente con la soldadura con bisel. Es una condición donde el metal de soldadura no se extiende completamente a través del espesor de la junta cuando es requerida junta con penetración total por una especificación. Su ubicación es siempre adyacente a la raíz de la soldadura. La mayoría de los códigos ponen límites a la cantidad y el grado de penetración parcial admisible, V varios códigos no aceptan ninguna penetración parcia

 

 

La falta de penetración pude ser provocada por las mismas condiciones que provocan la falta de fusión; esto es técnica inapropiada, configuración de junta inadecuada, o contaminación excesiva.

9.5 Inclusiones

La definición de inclusión es "un material sólido y extraño, atrapado; como por ejemplo, escoria, fundente tungsteno u óxido”. Por ello, el término inclusión puede incluir tanto materiales metálicos como no metálicos. Las inclusiones de escoria, como su nombre lo indica, son región adentro de la sección de la soldadura o sobre la superficie de la soldadura donde el fundente fundido empleado para proteger al metal fundido es mecánica atrapada adentro del metal solidificado. Este fundente solidificado, o escoria, representa la parte de la sección de soldadura donde el metal no se fundió a sí mismo. Esto puede resultar en unja condición de debilidad que podría impedir el desempeño en servicio del componente. Aunque normalmente pensamos que las inclusiones de escoria están totalmente contenidas adentro de la sección transversal de la soldadura, a veces podemos observarlas en la superficie de la soladura.

 

Como la falta de fusión, las inclusiones de escoria pueden ocurrir entre la soldadura y el metal base o entre las pasadas de soldadura. De hecho las inclusiones de escoria son generalmente asociadas con falta de fusión. Las inclusiones de escoria pueden solamente ocurrir cuando el proceso de soldadura usa alguna clase de fundente de protección. Son generalmente provocadas por el uso de técnicas inadecuadas por el soldador. Cosas como manipulación inadecuada del electrodo y limpieza insuficiente entre pasadas puede provocar la presencia de inclusiones de escoria. A menudo, la manipulación incorrecta del electrodo o parámetros incorrectos de soldadura pueden generar contornos de soldadura indeseables que pueden indicar falta de limpieza de la escoria entre pasadas. Como consecuencia, la soldadura puede después cubrir la escoria atrapada y producir inclusiones de escoria. Dado que la densidad de la escoria es generalmente muy inferior a la de los metales, las inclusiones de escoria van a aparecer generalmente en las radiografías como marcas oscuras, con formas irregulares

Las inclusiones de tungsteno están generalmente asociadas al proceso GTAW, que emplea electrodos de tungsteno para generar el arco. Si el electrodo de tungsteno hace contacto con la pileta líquida, el arco puede extinguirse y el metal fundido puede solidificar alrededor de la punta del electrodo. Hasta que se remueva, la punta del electrodo va a estar muy quebradiza y va a ser “incluida” en la soldadura si no es removida mediante un esmerilado.

 

Otros motivos para que ocurran inclusiones de tungsteno pueden ser

 

1. Contacto del metal dé aporte con la punta caliente del electrodo;
2. Contaminación de la punta del electrodo con salpicaduras;
3. Extensión de los electrodos más allá de sus distancias normales, resultando en un sobrecalentamiento del electrodo;
4. Ajuste inadecuado;
5. Flujo inadecuado del gas de protección o turbulencias excesivas que provocan la oxidación de la punta del electrodo;
6. Uso de un gas de protección inadecuado
7. Defectos en el electrodo como grietas;
8. Uso de una corriente excesiva para el tamaño de electrodo dado
9. Mal afilado del electrodo;
10. Uso de un electrodo demasiado pequeño

 

9.6 Porosidad

 

La AWS A3.0 define porosidad como “una tipo de discontinuidad que forma una cavidad provocada por gases que quedan atrapados durante la soldadura”. Por eso, nosotros podemos pensar que la porosidad es como un vacío o una bolsa de gas adentro del metal de soldadura solidificado. Debido a su forma característicamente esférica, la porosidad normal es considerada como la menos dañina de las discontinuidades. De todos modos, en algunos casos donde una soldadura debe formar un recipiente a presión para contener algún gas o líquido, la porosidad debe ser considerada como más dañina. Esto es debido a la posibilidad de que la porosidad genere una zona de debilidad.

 

Como las grietas, hay diferentes nombres dados a tipos específicos de porosidad. En general, se refieren a la porosidad de acuerdo a su posición relativa, o a la forma específica del poro. Por eso, nombres como porosidad distribuida uniformemente, nido de poros, poros alineados y poros túnel, son empleados para definir mejor la presencia de poros. Una sola cavidad es denominada un poro o cavidad.

Los poros son normalmente provocados por la presencia de contaminantes o humedad en la zona de soldadura que se descomponen debido a la presencia del calor de la soldadura y de los gajes formados. Esta contaminación o humedad puede provenir del electrodo, del metal base, del gas de protección o de la atmosfera circundante. De todos modos, variantes en la técnica de la soldadura también pueden causar poros

 

9.7 Socavación

Una socavación es una discontinuidad superficial que sucede en el metal base adyacente a la soldadura. Es una condición en la cual el metal base ha sido fundido durante el proceso de soldadura y no hubo una cantidad suficiente de material de aporte para llenar la depresión resultante. El resultado es un agujero alargado en el metal base que puede tener una configuración relativamente filosa. Dado que es una condición superficial, es particularmente dañina para todas aquellas estructuras que vayan a estar sometidas a cargas de fatiga

 

La socavación es normalmente el resultado de una técnica inadecuada de soldadura. Más específicamente, si la velocidad de soldadura es excesiva, puede no haber suficiente cantidad de material de aporte depositado para llenar las depresiones provocadas por la fusión del metal base adyacente a la soldadura. La socavación puede también ocurrir cuando el calor de soldadura es demasiado alto, causando una excesiva fusión del metal base, o cuando se manipula incorrectamente el electrodo

 

9.8 Socavación de cordón (underfill)

Socavación de cordón (underfill), como la socavación, es una discontinuidad superficial que resulta en una falta de material en la sección. De todos modos, socavación de cordón (underfill) ocurre en la superficie del metal de una soldadura con bisel donde hay socavación en el metal base adyacente a la soldadura. Simplificando, hay socavación de cordón (underfill) cuando no hay suficiente metal de aporte depositado para llenar adecuadamente la junta. Cuando es descubierta, generalmente significa que el soldador no terminó de hacer la soldadura o que no ha entendido los requerimientos de la soldadura

 

9.9 Traslape

Es otra discontinuidad superficial que puede ocurrir por emplear técnicas inadecuadas de soldadura. El traslape es descrita como la profusión del metal de soldadura por delante de la altura o profundidad de la raíz de la soldadura. Aparece cuando el metal soldado inunda la junta y yace en la superficie del metal base adyacente. Debido a su apariencia característica, el traslape es conocido como enrollado (rollover); pero ese es un término no estándar y no debe ser usado.

El traslape es considerado como una discontinuidad resultar en una discontinuidad significativa dado que puede resultar en una discontinuidad  filosa en la superficie de la soldadura

 

9.10 Convexidad

 

Esta discontinuidad particular de la soldadura se aplica solamente a las soldaduras de filete. La convexidad se refiere a la cantidad de metal de soldadura recargado sobre la superficie de soldadura de filete más allá de lo que consideramos plano. Por definición, es la máxima distancia desde la superficie de una soldadura de filete convexa perpendicular a una ñinea que une los talones de la soldadura

 

Estas discontinuidades pueden producir concentraciones de esfuerzos que pueden debilitar la estructura, especialmente cuando la estructura es cargada a fatiga. Por eso, una convexidad excesiva puede ser evitada, o corregida durante el proceso de soldadura depositando una cantidad adicional del metal de soldadura en el pie de la soldadura para darle una transición más suave entre el metal de soldadura y el metal base

La convexidad resulta cuando la velocidad de pasada es demasiado lenta o cuando el electrodo es manipulado incorrectamente

 

9.11 Sobre espesor de soldadura

El sobre espesor de soldadura es similar a la convexidad, excepto que describe una condición que solamente puede estar presente en una soldadura con bisel. El sobre espesor de soldadura es descrito como un metal de soldadura en exceso de la cantidad requerida para llenar una junta

 

9.12 Golpe de arco

 

La presencia de un golpe de arco puede ser una discontinuidad del metal base muy perjudicial, especialmente en las aleaciones de alta resistencia y en las de baja aleación. Los corte de arco son generados cuando el arco es iniciado sobre la superficie del metal base fuera de la junta soldadura, ya sea intencionalmente o accidentalmente. Cuando esto ocurre, hay un área localizada de la superficie del metal base que es fundida y enfriada rápidamente debida a la pérdida de calor a través del metal base circundante. En ciertos materiales, especialmente los aceros de alta resistencia, esto puede producir una ZAC que pueda contener martensita. Si ésta micro estructura dura y frágil es producida, la tendencia al agrietamiento puede ser grande. Una gran cantidad de fallas en estructuras y recipientes a presión pueden ser adjudicadas a la presencia de golpes de arco de soldadura, que provocaron una zona de iniciación de grieta que termino en una rotura catastrófica

9.13 Salpicaduras o chisporroteo

El AWS Á3.0 describe a las salpicaduras como partículas de metal expelidas durante la fusión de la soldadura de manera de no formar parte de la soldadura. Nosotros generalmente las pensamos como aquellas partículas que están pegadas al metal base adyacente a la soldadura. De todos modos, las partículas que son tiradas afuera dé la soldadura y el metal base son también consideradas salpicaduras. Por esta razón otra definición puede ser aquellas partículas de metal que incluyen la diferencia entre la cantidad de metal fundido y la cantidad de metal depositado en la junta soldada.

9.14 laminación

Esta discontinuidad particular es un defecto del metal base. La laminación resulta de la presencia de inclusiones no metálicas que pueden aparecer en el acero cuando es producido. Estas inclusiones son normalmente formadas de óxidos que son producidos cuando el acero todavía esta fundido. Durante las operaciones subsiguientes de laminado, estas inclusiones se alargan formando una banda. Si estas bandas son largas, y toman una forma plana, son conocidas como laminaciones. La forma más común de laminación proviene de una condición conocida como rechupe.

El rechupe generalmente contiene algunos óxidos complejos, que son laminados adentro de la chapa o del producto laminado.

9.15 Desgarramiento laminar

Otra discontinuidad del metal base de importancia es el desgarramiento laminar. Es descrito como una fractura tipo meseta en el metal base con una orientación básicamente paralela a la superficie rolada. El desgarramiento laminar ocurren cuando hay tensiones altas en la dirección del espesor, o en la dirección Z, generalmente como resultado de las tensiones de contracción de la soldadura. El desgarramiento siempre yace adentro del metal base, generalmente afuera de la ZAC y generalmente en dirección paralela al borde de fusión.

Otros factores que afectan la susceptibilidad del material a el desgarramiento laminar son el espesor y el grado de contaminantes presentes

 

 

9.16 Grietas y Pliegues de laminación

Son otras discontinuidades del metal base relacionadas con el proceso de fabricación del acero. Difieren de la laminación en que están cubiertas hacia la superficie laminada del metal en lugar de en el borde. En sección transversal, tienen dirección paralela a la superficie laminada a lo largo de cierta distancia y después viran hacia esa superficie. Las grietas de laminación son descriptas como unas grietas rectas longitudinales que pueden aparecer sobre la superficie del acero. Las grietas de laminación son causadas principalmente por las imperfecciones del lingote de acero, por un manejo inapropiado después de colado o por variaciones durante el calentamiento o el laminado. Los pliegues de laminación son provocados por un sobrellenado en las pasadas a través de los rodillos de laminación que provocan proyecciones que van cayendo y girando sobre el material mientras este es laminado

 

9.17 Dimensional

Las discontinuidades dimensionales son imperfecciones en tamaño y/o forma. Estas irregularidades pueden ocurrir en las mismas soldaduras o en las estructuras soldadas. Dado que las discontinuidades dimensionales pueden inutilizar una estructura para el servicio para el cual fue diseñada, deben ser consideradas y revisadas por el inspector de soldadura