Capitulo VII

7. ENSAYOS DESTRUCTIVOS

Las propiedades mecánicas tanto de metales base como de uniones soldadas deben ser verificadas con el objeto de asegurar la calidad del conjunto respecto a su diseño. Los ensayos  a efectuar dependerán en cada caso en particular

Es importante que el supervisor de soldadura entienda cada uno de estos ensayos con el objeto de interpretar los valores o características obtenidas y así determinar el cumplimiento de un sistema respecto a lo especificado. Los ensayos a revisar son los siguientes

1.       Ensayo de resistencia a la tensión

2.       Ensayo de resistencia al doblez

3.       Ensayo de Nick-Break

4.       Ensayo de resistencia al impacto

5.       Ensayo de dureza

7.1 Ensayo de resistencia a la tensión

Este ensayo consiste en estirar una probeta hasta su rompimiento, en una maquina especial y los resultados obtenidos nos proporcionan una cantidad de información importante, dicha información es la siguiente

·         Resistencia máxima a la tensión

·         Esfuerzo de cedencia

·         % de elongación

·         % de reducción de área

Uno de los aspectos más importantes en este ensayo, es la preparación de la probeta a tensión, así como la calibración de la maquina donde se efectuará dicho ensayo. Respecto a la probeta, si esta es preparada inadecuadamente, la exactitud de los resultados obtenidos se reducirá severamente.

Verificación de metales base

La sección reducida se efectúa con la intención de provocar la fractura de la probeta en esta zona, de otra forma la fractura podría tender a presentarse principalmente en la zona cercana al dispositivo de sujeción.

Dicha sección deberá cumplir con las siguientes tres características con el objeto de obtenerse resultados validos:

-La longitud de la sección deberá ser una sección transversal uniforme

-La sección transversal deberá ser de una configuración la cual puede ser fácilmente dimensionada, de tal manera que sea posible calcular su área

-La superficie de la sección reducida deberá estar libre de irregularidades superficiales, especialmente si estas son perpendiculares al eje longitudinal de la probeta

Debido a lo anteriormente expuesto, las probetas por lo general son de configuraciones de sección transversal circulares ó rectangulares

La probeta se marca con dos puntos, esta área se le conoce como “longitud calibrada”. Esta longitud es marcada generalmente con un calibrador de golpe que contiene un par de puntos. Las longitudes más utilizadas son 2” y 8”. El objeto de estas  marcas es el de calcular el % de alargamiento (elongación) una vez ensayada la probeta

Las unidades en las que se expresa los valores obtenidos en este ensayo son los siguientes

 

De acuerdo al sistema internacional de unidades, la unidad que deberá utilizarse para expresar los valores de esfuerzo máximo y esfuerzo de cedencia es Mpa o N/mm² algunos factores de conversión útiles para este ensayo son los siguientes.

 

7.2 Ensayos de sanidad de soldaduras

Este grupo de ensayos tienen como objetivo determinado la sanidad de la soldadura, esto es, que esté libre de discontinuidades.

Los ensayos que sirven para este propósito son los siguientes:

·         ENSAYO DE RESISTENCIA AL DOBLEZ

·         ENSAYO DE NICK-BREAK

·         ENSAYO DE RUPTURA DE FILETE

Ensayo de resistencia al doblez

Existen diferentes tipos de ensayos de doblez, dependiendo de su orientación, de la soldadura respecto al doblez. Existen tres tipos de probetas para doblez transversal que son:

-Doblez de cara

-Doblez de raíz

-Doblez lateral

El ensayo de doblez se realiza generalmente utilizando algún tipo de dispositivo. Existen tres tipos básicos:

1.       Doblez guiado estándar

2.       Doblez guiado equipado con rodillos

3.       Doblez guiado mediante enrollado

 

 

En cualquiera de los ensayos de doblez mencionados, los especímenes deben prepararse con cuidado para evitar imprecisiones. Cualquier marca o ralladura sobre la superficie a tensionar, puede ser concentrador de esfuerzos que podría ocasionar que el espécimen ensayado falle.

Ensayo de Nick-Break

Este ensayo es usado exclusivamente por el código API 1104 que se utiliza en la industria petrolera, para la clasificación de los procedimientos y soldaduras de tubería de conducción. Este método evalúa la sanidad de la soldadura, mediante la posible presencia de discontinuidades en la superficie de fractura del espécimen ensayado.

 

 

Una vez que el espécimen cuanta con las ranuras, es fracturado  mediante tensión en una máquina de pruebas mecánicas, golpeando el centro con un martillo mientras se encuentra soportado en 2 apoyos o golpeando un extremo con un martillo mientras el otro se mantiene fijo.

 

Ensayo de ruptura de filete

Mediante este ensayo el supervisor verifica que la soldadura muestre una apariencia superficial satisfactoria además inspecciona la superficie fracturada para asegurarse que la soldadura presenta evidencias de fusión en la raíz y no muestra áreas de fusión incompleta de la soldadura con el metal base o porosidades en la soldadura

7.3 ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO

Una propiedad importante de los metales es la tenacidad que se define como la habilidad de un material para absorber energía. De acuerdo con el ensayo de tensión, la tenacidad de un metal puede describirse como el área bajo la curva esfuerzo-deformación.

Sin embargo en el ensayo de resistencia al impacto, la carga es aplicada rápidamente de tal  manera que el ensayo utilizado para determinar esta propiedad de los metales es la prueba de impacto. La prueba de impacto utiliza un espécimen que contiene algún tipo de ranura y la carga se aplica de una manera muy rápida a una temperatura determinada

Aunque existen numerosos tipos de pruebas de impacto, el más comúnmente utilizado es la prueba de impacto Charpy “V”, el espécimen estándar usado, es una barra cuadrada de 55mm de longitud por 10mm X10mm

 

La máquina de impacto Charpy consiste principalmente de las siguientes partes

a)      Péndulo

b)      Palanca de liberación

c)       Escala

d)      Aguja indicadora

e)      Yunque

f)       Martillo

 

Hay otros significados que describen la resistencia al impacto de un metal estas son determinadas por la medida de varias características de la falla del espécimen, estos valores son:

a)      Expansión lateral

b)      Porcentaje de fractura

La contracción es una medida de la cantidad de deformación lateral producida durante la fractura del espécimen, y se mide en milímetros o milésimas de pulgada

El porcentaje de fractura, es una expresión de la cantidad de superficie fracturada en forma dúctil.

7.4 ENSAYO DE DUREZA

Dureza es la habilidad que presentan los metales para resistir a ser penetrados.

Los 3 grupos básicos de ensayos de dureza son :

1.       Dureza Brinell

2.       Dureza Rockwell

3.       Micro dureza

Dureza Brinell

Este método se utiliza comúnmente para determinar la dureza de un stock de piezas metálicas. La identación que produce es relativamente de gran área, la cual elimina los problemas asociados con puntos duros o matrices blandas en los metales ensayados, y debido a que utiliza cargas altas, se reducen los errores producidos por irregularidades en la superficie de la pieza probada.

El uso de diferentes identadores y cargas es posible porque el número de dureza Brinell (BHN) es simplemente una expresión matemática de la carga dividida por al área de la impresión

El BHN puede calcularse para cualquier combinación de los parámetros empleados utilizando la siguiente formula:

 

 

Donde:

P= carga en Kg

D= diámetro del identador en mm

D= diámetro de la impresión en mm

Sin embargo normalmente el BHN se determina, simplemente midiendo el diámetro de la impresión y leyendo el valor de tablas

 

Las etapas para la realización del ensayo de dureza Brindell son las siguientes:

1.       Preparar la superficie de prueba

2.       Aplicar la carga de prueba

3.       Mantener la carga por el tiempo establecido

4.       Medir el diámetro de la impresión

5.       Determinar el BHN de las tablas o calcularlas

 

Dureza Rockwell

La dureza Rockwell produce identaciones más pequeñas que la dureza Brinell. Esto permite el ensayo en áreas muy pequeñas del metal a ensayar

Al igual que la dureza Brinell, el ensayo mediante la dureza Rockwell utiliza diferentes identadores para diferentes rangos de carga. Los identadores utilizados son de punta de diamante, y balines de acero endurecido de 1/16”, 1/8”, ¼”, ½”, de diámetro.

Usando cualquiera de los identadores pueden ser utilizadas varias cargas estas cargas son mucho más bajas que las utilizadas en la dureza Brinell, en un rango de 60 a 150 kg.

 

 

Sin importar cual escala Rockwell sea utilizada, las estepas básicas del ensayo son esencialmente las mismas, las cuales son:

1.       Preparar la superficie a ensayar

2.       Colocar la pieza a ensayar en la base del durómetro

3.       Aplicar la carga menor usando el tornillo elevador

4.       Aplicar la carga mayor

5.       Liberar la carga mayor

6.       Tomar la lectura de la carátula

7.       Liberar la carga menor y remover la pieza

 

 

Micro dureza

El ensayo de micro dureza toma su nombre debido a que durante su aplicación las impresiones que deja en la pieza a analizar son tan pequeñas que es necesario el uso de altas magnificaciones con un microscopio para poder realizar la medición de la impresión.

Existen principalmente 2 tipos de ensayos de la micro dureza:

1.       Micro dureza Vickers

2.       Micro dureza Knoop

Ambos tipos de ensayos utilizan identadores de diamantes pero su configuración es ligeramente diferente.

 

 

La identacion producida por el ensayo de micro dureza Vickers presenta una base cuadrada en la cual las diagonales son aproximadamente iguales. En cambio la identacion producida por el ensayo de micro dureza Vickers muestra una identacion  con una dimensión larga y otra corta

 

 

Las etapas que se llevan a cabo en el ensayo de micro dureza son las siguientes:

1.       Preparar la superficie

2.       Colocar el espécimen en la base del equipo y fijarlo

3.       Localizar el área de interés utilizando el microscopio

4.       Realizar la identacion

5.       Medir la identacion utilizando el microscopio

6.       Determinar la dureza usando tablas o cálculos