Durante la soldadura por fusión, se producen en la soldadura una serie de cambios del estado fundido al estado sólido debido a la acción de la fuente de calor de soldadura.
Además, la estructura y las propiedades del metal base en ambos lados de la soldadura que no están fusionados cambian como resultado de la influencia de la transferencia de calor de la soldadura.
También hay una zona de transición entre el metal base y la soldadura que es distinta tanto de la soldadura como del metal base y que puede afectar en gran medida el rendimiento de la unión soldada.
1 – Costura de soldadura
2 – Zona de Fusión
3 – Zona afectada por el calor
4 – Metal común
1. Estructura y rendimiento de la zona de fusión.
La "Zona de fusión" se refiere a la región donde la unión de soldadura pasa a la Zona afectada por el calor (HAZ) en una unión soldada. Esta área es muy delgada y puede ser difícil de identificar incluso con un aumento.
Uno de los defectos internos del acero se conoce como “Estructura sobrecalentada”. Esta estructura metálica se caracteriza por su gran tamaño de grano, que se forma cuando la temperatura de calentamiento supera la AC3 durante un periodo prolongado o cuando la temperatura se mantiene elevada.
La temperatura dentro de la Zona de Fusión se encuentra entre las líneas de fase sólida y líquida en el diagrama de estado de la aleación de hierro y carbono. En esta zona el metal se encuentra parcialmente fundido, lo que se conoce como “Zona Semifundido”, y presenta granos muy grandes. Después del enfriamiento, la estructura resultante es una estructura gruesa sobrecalentada con baja plasticidad y tenacidad.
Debido a las obvias heterogeneidades químicas y estructurales dentro de la Zona de Fusión, a menudo es la fuente de fallas o grietas frágiles locales en las uniones soldadas y representa el área con la energía neutra más baja de la unión soldada.
2. Ciclo térmico de soldadura
El proceso por el cual la temperatura de un punto de una soldadura cambia con el tiempo bajo la influencia de la fuente de calor de soldadura se conoce como “Ciclo Térmico de Soldadura”. Este término se refiere a un punto específico de la soldadura donde la fuente de calor está cerca.
Durante el Ciclo Térmico de Soldadura la temperatura en el punto aumenta hasta alcanzar su valor máximo. A medida que la fuente de calor se aleja, la temperatura disminuye gradualmente hasta alcanzar la temperatura ambiente. Este proceso se puede representar mediante una curva.
Curva del ciclo térmico de soldadura.
- T I – temperatura máxima de calentamiento
- T A – temperatura de transición de fase
- t A – tiempo de residencia por encima de la temperatura de transición de fase
3. Estructura y propiedades de la zona afectada por el calor de soldadura.
La "Zona afectada por el calor de la soldadura" (HAZ) se refiere a la región donde la estructura metalúrgica y las propiedades mecánicas del metal base cambian como resultado de la exposición al calor (pero no de la fusión) durante el proceso de soldadura. Las características y propiedades de la HAZ son un reflejo de las propiedades y calidad de la unión soldada.
Para aceros con bajo contenido de carbono y aceros de baja aleación y alta resistencia con elementos de aleación mínimos, la zona de soldadura afectada por el calor se puede dividir en "zona sobrecalentada", "zona de normalización", "zona de recristalización incompleta" y "de recristalización". Zona."
Zona afectada por el calor de soldadura de acero no templable
- Zona de Fusión
- Área sobrecalentada
- Área de normalización
- Zona de recristalización incompleta.
- Zona de recristalización
- Metal base
Estructura sobrecalentada: estructura widmanstatten
En la zona sobrecalentada de la zona afectada por el calor de soldadura, la formación de un grano grueso de austenita da como resultado una estructura sobrecalentada especial bajo un enfriamiento rápido. Esta estructura se caracteriza por agujas paralelas de ferrita (cementita) dentro del grano grueso de austenita, y la austenita restante entre las agujas se transforma en perlita. Esta estructura sobrecalentada se conoce como "Estructura de ferrita (cementita) de Widmanstatten".
En términos simples, cuando el grano de austenita es grueso y la velocidad de enfriamiento es adecuada, la fase preeutectoide en el acero forma una perlita escamosa en forma de aguja. La Estructura Widmanstatten no sólo tiene un gran tamaño de grano, sino que también presenta una importante disminución en la flexibilidad del metal debido a la superficie quebradiza creada por numerosas agujas de ferrita, que es una de las principales causas de la fragilización de la unión soldada de acero que no se atempera fácilmente. .
El ancho de la zona afectada por el calor (HAZ) está influenciado por varios factores, incluido el método de soldadura, los parámetros de soldadura, el tamaño y espesor de la soldadura, las propiedades físicas térmicas del material metálico y la forma de la junta.
Es posible reducir el ancho de la ZAT utilizando parámetros de soldadura más pequeños, como reducir la corriente de soldadura y aumentar la velocidad de soldadura.
El ancho de la ZAT varía según el método de soldadura utilizado. El ancho total de la HAZ para soldadura por arco revestido es de aproximadamente 6 mm, mientras que es de aproximadamente 2,5 mm para soldadura por arco sumergido y aproximadamente 27 mm para soldadura con gas.
Métodos para controlar y mejorar las propiedades de las uniones soldadas.
1. Combinación de materiales
Combinación de materiales” se refiere principalmente a la elección de los materiales de soldadura.
Para acero con bajo contenido de carbono, acero estructural de alta resistencia y baja aleación y acero de baja temperatura, la composición del metal de soldadura y del metal base no necesita ser idéntica, pero las propiedades mecánicas deben ser las mismas que las del metal base.
Cuando se trabaja con acero resistente al calor y acero inoxidable, para garantizar que la soldadura tenga un rendimiento a altas temperaturas y una resistencia a la corrosión similares a los del metal base, la composición química del material de soldadura debe coincidir exactamente con la del metal base.
2. Controlar la tasa de fusión
En la soldadura por fusión, la proporción de metal base fundido con respecto al metal de soldadura se denomina velocidad de fusión.
La fórmula para calcular la tasa de fusión es:
r = F yo /(Fi yo +F t )
Dónde
- r – relación de fusión;
- F i – área de la sección transversal del metal base fundido:
- F t – área de la sección transversal del metal de aportación en la soldadura.
