Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la ...
Transcript of Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la ...
UNIVERSIDAD DE CARABOBO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA
Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de soldadura y sobre la microestructura en juntas
soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
Gorrochotegui Rivas, Angel Antonio.
Rosero Caicedo, Julian Andres.
Naguanagua, 10 de Mayo de 2011
UNIVERSIDAD DE CARABOBO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA
Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de soldadura y sobre la microestructura en juntas
soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
Trabajo especial de grado presentado ante la Ilustre Universidad de Carabobo para optar al título de Ingeniero Mecánico
Tutor académico: Prof. Ing. Carmelo Torres.
Autores:
Gorrochotegui Rivas, Angel Antonio.
Rosero Caicedo, Julian Andres.
Naguanagua, 10 de Mayo de 2011
UNIVERSIDAD DE CARABOBO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA
CERTIFICADO DE APROBACIÓN Quienes suscriben, Miembros del Jurado designado por el Consejo de
Escuela de Ingeniería Mecánica para examinar la Tesis de Pregrado titulada
Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de
grietas en el cordón de soldadura y sobre la microestructura en juntas
soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de
GMAW, presentada por los bachilleres: Gorrochotegui R. Ángel A.,
Rosero C. Julian A., portadores de la Cédula de Identidad Nº: 17.789.432 y
15.607.817 respectivamente; hacemos constar que hemos revisado y
aprobado el mencionado trabajo.
_______________________
Prof. Carmelo Torres Presidente del jurado
_______________________ Prof. Juan C. Pereira Miembro del Jurado
________________________ Prof. Sandra Cabello Miembro del Jurado
En Naguanagua a los 10 días del mes de Mayo de 2011
xiii
DDeeddiiccaattoorriiaa
Dedico este logro a mi mamá bella Carmen Janet, mi papá Carlos
Mora, en palabras expresar el apoyo no puedo, solo decir los Amo
demasiado y de aquí para delante. Mi hermanita Gabriela, para ti, ahora
sigues tú.
A mi abuela Edelberta, viviste y luchaste siempre porque estuviéramos
bien, abuela lo logré. Bendición te amo mucho y recuerdo siempre.
Se lo dedico a Dios y San Miguel Arcángel, por dejarme estar aquí con
todos y disfrutar de la vida con mi familia y demás seres queridos, gracias por
dejarme vivir.
Mis tíos Víctor y Yirsa, mis segundos papás, los quiero mucho y esto
es para ustedes que me apoyaron y creyeron en mí.
A mi familia, Tío Adenis, Tío Antonio, Tío Cesar, Tía Belkys, mis
primos, saben que forman una armonía ideal, los quiero demasiado.
Para todas las personas que no sólo me apoyaron a mí, sino fueron
pilares de apoyo para mi mamá en toda esta carrera, Eleonora, Gleidy,
Bladimir, Barbara y Bladimir Jr, Elbita, Elvia, Athala, gracias por apoyar a mi
mamá en los momentos débiles y fuertes.
A Verónica Mata, se lo dedico con mucho amor y respeto, fuiste mi
compañera durante mucho tiempo, mi apoyo, mi aliento y guía, muy bien
sabes que no estaría aquí sin ti, este logro es también tuyo.
Angel Gorrochotegui xiv
Se lo dedico a mi padre Víctor Luis García, aunque no estés aquí, me
enseñaste que la vida hay que vivirla como si fuera el último día, pero
sanamente. Fuiste un buen ejemplo a seguir cuando más lo necesité, te
extraño, gracias por presentarte en mi vida. A usted Sra. Belkys, Nohelys
gracias.
Mi madre Carla Palencia, palabras para ti no hay, sólo afecto, amor
demasiado por estar conmigo cuando lo necesité, me cuidaste y guiaste, lo
que he logrado te lo agradezco.
A mi Compa Antonio, apoyo incondicional de ti y tu familia, a mamá
Nela, a mi herma, son excelentes conmigo y mi familia, bueno disfruten este
logro y meta alcanzada que llevan parte consigo.
A los muchachos, amigos desde mi infancia y compañeros en esta
evolución, José Tomas, Marvin, Tío Loro, Tío Alex, Michael, a Ramón,
gracias por ser tan buenos amigos de corazón.
Julian Rosero xv
DDeeddiiccaattoorriiaa
Me gustaría dedicar esta Tesis a toda mi familia.
Para mis padres José y Esperanza, por su comprensión y ayuda en
momentos malos y menos malos. Me han enseñado a encarar las
adversidades sin perder nunca la dignidad ni desfallecer en el intento. Me
han dado todo lo que soy como persona, mis valores, mis principios, mi
perseverancia y mi empeño, y todo ello con una gran dosis de amor y sin
pedir nunca nada a cambio.
Para mi Novia Vanessa, a ella especialmente, por su paciencia, por su
comprensión, por su empeño, por su fuerza, por su amor, por ser tal y como
es, porque la quiero. Es la persona que más directamente ha sufrido las
consecuencias del trabajo realizado. Realmente ella me llena por dentro para
conseguir un equilibrio que me permita dar el máximo de mí. Nunca le podré
estar suficientemente agradecido.
A la memoria de mis abuelos, porque se que siempre me están
acompañando y ayudando en todo momento.
ix
AAggrraaddeecciimmiieennttooss
A mi madre bella Carmen Janet, mi papá Carlos Mora por quererme
como lo hacen, brindarme apoyo y motivación cuando la necesité.
A la Universidad de Carabobo, por ser nuestra casa de estudio, que
aprecio y recordaré con todas las anécdotas.
A nuestro tutor Ing. Carmelo Torres, apoyo incondicional y amigo.
A las secretarias y amigas Gribel Abreu, Alicia, Xiomarita, María, que
me brindan su amistad y apoyo más de lo necesario.
A las Empresas METALMECÁNICA Y.A.R y A.R.J, por la colaboración
prestada y su apoyo incondicional en pro de nuestra tesis.
A los T.S.U René, el negro Néstor, Omar y Josmary, nos dieron
mucha ayuda en este logro alcanzado y a lo largo de la carrera.
A mi compañero de Tesis, paciencia, ganas de progresar, trabajador,
amigo…..son sus cualidades, mucho aprecio por él.
Mis amigas de Dirección Académica Zenaida, Sabhadai y Angélica,
mucha ayuda, mucho cariño me dieron, me escucharon y aconsejaron
cuando lo necesité, de verdad un abrazo.
Para Daliannis, amiga y protectora en mis inicios de mi carrera, me
supo llevar por el carril del medio.
A los muchachos y amigos a lo largo de la carrera en las rumbas,
trasnochos por estudiar y disfrutar más de lo común….Gilberto, Deiby,
Angel Gorrochotegui x
Habib, Alirio, Chorin, Xiolimar, Alexander, Leito, Juan Diego, Alfonso
Cutillo, mi pana Bernardo, Tito, Dayerlin, Omar, Daniel, Julio, Dayana,
Franklin López, Maria Espluga…..de verdad se me pasan muchos
pero gracias amigos fueron buenos, malos, excelente, un buen combo
para lograr todo esto.
Gracias a los momentos de disfrute que tuve en la Universidad,
Valencia y Maracay, sirvieron de gran ayuda para liberar tensiones y
encaminarme con buenos ánimos a mi meta.
xi
AAggrraaddeecciimmiieennttooss
Esta tesis de grado, si bien ha requerido de esfuerzo y mucha
dedicación por parte de los autores y su Tutor de tesis, no hubiese sido
posible su finalización sin la cooperación desinteresada de todas y cada una
de las personas que a continuación citaré y muchas de las cuales han sido
un soporte muy fuerte en momentos de angustia y desesperación.
Primero y antes que nada, dar gracias a Dios, por estar conmigo en
cada paso que doy, por fortalecer mi corazón e iluminar mi mente y
por haber puesto en mi camino a aquellas personas que han sido mi
soporte y compañía durante todo el periodo de estudio.
Agradecer hoy y siempre a mi familia porque se preocupan por mi
bienestar, por todo el apoyo incondicional y colaboración otorgada, y
está claro que si no fuese por el esfuerzo realizado por ellos, mis
estudios universitarios no hubiesen sido posibles.
A Vanessa, por ser la persona que ha compartido el mayor tiempo a
mi lado, porque en su compañía las cosas malas se convierten en
buenas, la tristeza se transforma en alegría y la soledad no existe.
A nuestro tutor Ingeniero Carmelo Torres, por su orientación y el
aporte de sus conocimientos.
A las Empresas METALMECÁNICA Y.A.R y A.R.J, por la colaboración
prestada y su apoyo incondicional en pro de nuestra tesis.
Julian Rosero xii
A la Universidad de Carabobo por ser nuestra casa de estudio.
A mi compañero de Tesis por todo el ánimo, toda la paciencia, por
confiar y creer en mí, y sobre todo por su valiosa amistad.
En general quisiera agradecer a todas y cada una de las personas que
han vivido conmigo la realización de esta tesis de grado, con sus altos
y bajos y que no necesito nombrar porque tanto ellas como yo
sabemos que desde los más profundo de mi corazón les agradezco el
haberme brindado todo el apoyo, colaboración, ánimo y sobre todo
cariño y amistad
xvii
RReessuummeenn
Siendo el proceso de soldadura metálica con arco eléctrico y gas
(GMAW) en aceros especiales un proceso común en la industria y a nivel
particular cuenta con poco información respecto a las condiciones aptas para
realizar estas soldaduras, donde no se consideran los factores y esfuerzos a
los cuales estarán sometidas las juntas soldadas, debido a esto se obtienen
microestructuras no ideales y juntas soldadas no acordes a las exigencias de
trabajo. Para solventar la problemática, se evalúa el precalentamiento como
solución, determinando la microestructura en juntas soldadas con acero
especial AISI 4140 y material de aporte E308-L, también evaluando las grietas
presentes en las juntas soldadas, caracterizando las juntas soldadas mediante
ensayos mecánicos obteniendo una comparación del efecto de la temperatura
de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de soldadura y
sobre la microestructura de juntas soldadas en este acero. En el manejo de
esta problemática se utilizaron los ensayos mecánicos de tracción, doblado,
observación microestructura y macroscopía para la caracterización del acero
así como de las juntas soldadas, variando en estas las temperaturas de
precalentamiento; el ensayo de Varestraint se utilizo para la comparación de
la sensibilidad al agrietamiento variando las temperaturas de
precalentamiento. Luego de efectuado los mencionados ensayos se llegó a la
conclusión de que las juntas soldadas a pesar de presentar agrietamiento
aplicándole temperaturas de precalentamiento al material de aporte, se logra
reducir la presencia de grietas; mejorando así las características del cordón de
soldadura, evidenciando macroscópicamente como microscópicamente una
estructura ideal para el material en el cordón de soldadura y zonas contiguas.
Palabras Clave: Soldadura, Grietas, Microestructuras, Precalentamiento,
Ensayos, Agrietamiento.
UNIVERSIDAD DE CARABOBO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA COORDINACIÓN DE PROYECTOS DE GRADO
SINOPSIS DEL PROYECTO DE GRADO TÍTULO DEL TRABAJO: EFECTO DE LA TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO SOBRE LA FORMACIÓN DE GIRETAS EN EL CORDÓN DE SOLDADURA Y SOBRE LA MICROESTRUCTURA EN JUNTAS SOLDADAS DE ACERO AL MOLIBDENO AISI 4140, UTILIZANDO EL PROCESO DE GMAW FECHA DE INICIO DEL TRABAJO: 2-2009 FECHA DE EX. FINAL: 04-05-2011 FECHA DE ENTREGA DE EJEMPLARES DEFINITIVOS A DIRECCIÓN DE ESCUELA: 11-05-2011 SINOPSIS: SIENDO LA SOLDADURA GMAW UNO DE LOS PROCESOS MAS UTILIZADOS EN LA ACTUALIDAD PARA LA UNIÓN DE ACEROS Y DE LA MAYORÍA DE LOS METALES NO FERROSOS Y ALEACIONES, Y A SU VEZ CUENTA CON POCA INFORMACIÓN RESPECTO A LOS FACTORES QUE SE DEBEN DE TOMAR EN CUENTA A LA HORA DE REALIZAR LA UNIÓN DE JUNTAS, SURGE LA NECESIDAD DE EVALUAR LA TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO SOBRE LAS JUNTAS SOLDADAS Y SOBRE SU MICROESTRUCTURA, COMO UNA SOLUCIÓN EN PARTICULAR, UTILIZANDO COMO MATERIAL BASE UN ACERO AL MOLIBDENO AISI 4140 Y COMO MATERIAL DE APORTE VARILLA DE ACERO INOXIDABLE E308-L. MEDIANTE LA ELABORACIÓN DE ENSAYOS MECÁNICOS DESTRUCTIVOS Y NO DESTRUCTIVOS COMO TRACCIÓN, DOBLADO, VARESTRAINT, MICROSCOPÍA Y MACROSCOPÍA RESPECTIVAMENTE. TODO ESTO APLICADO A LA VARIACIÓN DE 3 NIVELES DE TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO, LLEGANDO A LA CONCLUSIÓN DE QUE APLICANDO DICHOS PRECALENTAMIENTOS SE LOGRA REDUCIR LA PRECENCIA DE GRIETAS EN EL CORDÓN DE SOLDADURA ASÍ COMO TAMBIÉN LA REDUCCIÓN DE POSIBLES ESFUERZOS RESIDUALES EN EL MATERIAL. CÉDULA DE IDENTIDAD ESTUDIANTES NOMBRE FIRMA 15.607.817 JULIAN ROSERO 17.789.432 ANGEL GORROCHOTEGUI FIRMA PROFESOR GUÍA: CARMELO TORRES JURADO: SANDRA CABELLO JURADO: JUAN PEREIRA
ÍÍnnddiiccee ggeenneerraall
Agradecimiento Dedicatoria
ix
xiii
Resumen Índice general
xvii
xix Índice de figuras xxii Índice de tablas xxvi Nomenclatura
xxviii
CAPÍTULO 1 Introducción
1
1.1 Introducción, 1 1.2 Situación problemática, 2 1.3 Objetivos, 3 1.3.1 Objetivo General, 3 1.3.2 Objetivos Específicos, 3 1.4 Justificación, 4 1.5 Limitaciones, 5 1.6 Alcance y/o delimitaciones, 6 1.7 Antecedentes, 6 CAPÍTULO 2 Marco Teórico 9 2.1 Aceros, 9 2.1.1 Concepto del Acero, 9 2.1.2 Microestructuras de los aceros, 10 2.1.3 Acero AISI-SAE 4140, 17
2.1.3.1 Efecto de los elementos de aleación, 17 2.1.3.2 Propiedades físicas, 18 2.1.3.3 Propiedades mecánicas, 18
Índice general
xx
2.1.3.4 Composición Química (colada) en % del peso, 19 2.1.4 Soldabilidad de los aceros, 19 2.1.4.1 Soldadura por arco eléctrico, 20 2.1.4.2 Elementos presentes en la soldadura por arco eléctrico, 21 2.1.5 Metalurgia de la soldadura, 23
2.1.5.1 La soldabilidad metalúrgica depende de dos factores, 23
2.1.6 Calidad de la soldadura, 24 2.1.7 Fundamentos y teoría de soldadura por arco eléctrico con gas inerte, proceso (GMAW / MIG), 26 2.1.7.1 Descripción general, 27 2.1.7.2 Clasificación AWS para los metales de aporte electrodos de baja aleación de acero para soldadura de arco protegida por gas,31 2.1.7.3 Clasificación AWS A5.18 para los metales de aporte electrodos de acero al carbono para soldadura de arco protegida por gas,32
2.1.7.4 Control de la porosidad, 33 2.1.7.5 Influencia del gas y el arco de la soldadura ,33 2.1.7.6 Equipo para la soldadura MIG generador de Soldadura, 35 2.1.7.7 Beneficios y Limitaciones del proceso MIG, 36 2.1.7.8 Técnica de soldadura MIG por corto circuito,37
2.2 Ensayos Mecánicos, 39 2.2.1 Ensayos Destructivos, 39 2.2.1.1 Ensayo de Tracción, 39 2.2.1.2 Ensayo de doblado,41 2.2.1.3 Ensayo de Varestraint, 42 2.2.2 Ensayos no destructivos, 42 2.2.2.1 Microscopia, 42 2.2.2.2 Macroscopia, 43
CAPÍTULO 3 Marco Metodológico 44 3.1 Nivel de la Investigación, 44 3.2 Diseño de la Investigación, 45 3.3 Población y Muestra,45 3.4 Tipo de Muestreo, 45 3.5 Técnicas e Instrumentos de recolección de datos, 46 3.6 Técnicas de Procesamiento y Análisis de datos, 46 3.7 Aspectos Administrativos, 46 3.8 Técnicas y Procedimientos para llevar a cabo la Investigación, 46 3.8.1 Diseño Experimental, 46 3.8.2 Materiales y Equipos a utilizar, 48
Índice general
xxi
3.8.3 Herramientas a utilizar, 48 3.8.4 Procedimiento Experimental, 51 3.8.5 Preparación de las Probetas, 53
3.8.6 Corte de piezas y mecanizado de las probetas, 53 3.8.7 Soldadura de las Parejas, 55 3.8.8 Selección de parámetros de soldadura, 57 3.9 Ensayos experimentales en las probetas soldadas, 58 3.9.1 Ensayo de Tracción, 58 3.9.2 Ensayo de Doblado, 60 3.9.3 Macroscopía, 62 3.9.4 Microscopía, 62 3.9.5 Ensayo de Varestraint, 63 3.9.5.1 Evaluación de las grietas, 67 CAPÍTULO 4 Análisis de Resultados 68 4.1 Resultados de los ensayos de Tracción, 68 4.2 Análisis del ensayo de Tracción, 71 4.3 Resultados del ensayo de Doblado, 73 4.4 Análisis del ensayo de Doblado, 78 4.5 Estudio de Macroscopía, 80 4.6 Análisis de Macroscopía, 81 4.7 Estudio de Microscopía, 82 4.8 Análisis del estudio de Microscopía, 86 4.9 Resultados del ensayo de Varestraint, 88 4.10 Pruebas realizadas a las probetas utilizando
precalentamiento, soldadura y doblado del espécimen, 91 4.11 Valores Nominales de Deformación, 93 4.12 Análisis del ensayo de Varestraint, 100
CAPITULO 5 Conclusiones y Recomendaciones 5.1 Conclusiones, 102 5.2 Recomendaciones,104
Referencias bibliográficas Anexos Certificado de Origen del Acero AISI 4140, 110
102
105
109
xxvi
ÍÍnnddiiccee ddee ttaabbllaass
1.1 Cantidad de probetas a utilizar por cada ensayo mecánico 6
2.1 Clasificación de los aceros Sistema SAE, AISI y UNS 16
2.2 Composición química en % del peso del AISI 4140 19
2.3 Rangos de corriente óptimos pata el cortocircuito con diferentes
diámetros de alambres
38
3.1 Composición química del material Base (%) 52
3.2 Propiedades mecánicas del acero AISI 4140 52
3.3 Composición química del material de Aporte (%) 53
3.4 Especificación del procedimiento de soldadura
3.5 Radios de curvatura del dispositivo de Varestraint
3.6 Temperaturas de precalentamiento recomendadas
4.1 Resultados de ensayo de tracción de probetas soldadas
4.2 Observaciones del ensayo de doblado del material base
4.3 Observaciones del ensayo de doblado de juntas soldadas con
precalentamiento a 200ºC
4.4 Observaciones del ensayo de doblado de juntas soldadas con
precalentamiento a 250ºC
4.5 Observaciones del ensayo de doblado de juntas soldadas con
precalentamiento a 300ºC
56
63
64
71
76
76/77
77
78
Índice de tablas
xxvii
4.6 Deformaciones ocurridas en cada una de las probetas de
acuerdo al radio de curvatura
4.7 Numero y tamaño de grietas con radios R1 y R2 con
precalentamiento a 200ºC
4.8 Numero y tamaño de grietas con radios R1 y R2 con
precalentamiento a 250ºC
4.9 Numero y tamaño de grietas con radios R1 y R2 con
precalentamiento a 300ºC
4.10 Variación en la longitud promedio de grietas para los
precalentamientos de 200ºC y 300ºC con radio de curvatura R1
4.11 Variación en la longitud promedio de grietas para los
precalentamientos de 200ºC y 300ºC con radio de curvatura R2
4.12 Variación en la longitud promedio de grietas para los
precalentamientos de 200ºC y 250ºC con radio de curvatura R1
4.13 Variación en la longitud promedio de grietas para los
precalentamientos de 200ºC y 250ºC con radio de curvatura R2
4.14 Variación en la longitud promedio de grietas para los
precalentamientos de 250ºC y 300ºC con radio de curvatura R1
4.15 Variación en la longitud promedio de grietas para los
precalentamientos de 250ºC y 300ºC con radio de curvatura R2
94
95
95
95
98
99
99
99
99
100
xxii
ÍÍnnddiiccee ddee ffiigguurraass
2.1 Diagrama Hierro-Carbono 10
2.2 Estructura de WIDMANSTATTEN observada en hierro meteorito 14
2.3 Diagrama de Hannemann 14
2.4 Diagrama de transformación Isotérmica del acero AISI 4140 15
2.5 Soldadura por arco eléctrico 21
2.6 Zonas afectadas por el calor en una unión soldada 24
2.7 Soldadura metálica con arco eléctrico y gas (GMAW) 27
2.8 Pistola para soldadura metálica con arco eléctrico y gas 28
2.9 Operación realizada mediante el proceso MIG 29
2.10 Técnicas de transferencia del metal hasta la soldadura fundida en
la soldadura MIG
30
2.11 Equipo para soldadura GMAW (MIG) 35
2.12 Representación de la transferencia en cortocircuito GMAW (MIG) 38
2.13 Diagrama de esfuerzo-deformación 41
3.1 Organigrama experimental
3.2 Microscopio Óptico
3.3 Campana de extracción para el ataque químico
3.4 Lijadora de banda
3.5 Banco de pulido para metalografía
47
49
49
50
50
Índice de Figuras
xxiii
3.6 Soluciones para ataque químico y pulido metalográfico 51
3.7.1 Distribución de probetas para el ensayo de tracción
3.7.2 Distribución de probetas para el ensayo de doblado y
microscopia
3.7.3 Distribución de probetas para el ensayo de Varestraint y
macroscopía
3.8 Diseño de la junta
3.9 Cupones de prueba para la seleccionar la intensidad de corriente
3.10 Precalentamiento de las probetas y medición de la temperatura
3.11 Soldadura de las probetas
54
54
55
55
57
58
58
3.12 Maquina de ensayo de Tracción 59
3.13 Probeta de tracción según norma ASTM E-8M
3.14 Equipo empleado para el ensayo de doblado
60
61
3.15 Probeta de doblado según norma ASTM E-190
3.16 Esquema de montaje de ensayo de Varestraint
4.1 Curva esfuerzo Vs deformación de tracción del material base
4.2 Curva esfuerzo Vs deformación de tracción de juntas soldadas
con precalentamiento a 200ºC
4.3 Curva esfuerzo Vs deformación de tracción de juntas soldadas
con precalentamiento a 250ºC
4.4 Curva esfuerzo Vs deformación de tracción de juntas soldadas
con precalentamiento a 300ºC
4.5 Diagrama de Esfuerzos máximo de probetas ensayadas
4.6 Curva esfuerzo Vs deformación de doblado del material base
4.7 Curva esfuerzo Vs deformación de doblado de juntas soldadas
con precalentamiento a 200ºC
4.8 Curva esfuerzo Vs deformación de doblado de juntas soldadas
con precalentamiento a 250ºC
4.9 Curva esfuerzo Vs deformación de tracción de juntas soldadas
con precalentamiento a 300ºC
61
64
69
69
70
70
71
74
74
75
75
Índice de Figuras
xxiv
4.10 Macroscopía de la probeta soldada con precalentamiento a
200ºC
4.11 Macroscopía de la probeta soldada con precalentamiento a
250ºC
4.12 Macroscopía de la probeta soldada con precalentamiento a
300ºC
4.13 Microestructura del material base con aumento de 100X
4.14 Microestructura del material base con aumento de 200X
4.15 Microestructuras de la probetas soldadas con precalentamiento
a 200ºC
4.16 Microestructuras de la probetas soldadas con precalentamiento
a 250ºC
4.17 Microestructuras de la probetas soldadas con precalentamiento
a 300ºC
4.18 Equipo de doblado Varestraint
4.19 Equipo de calentamiento OXICORTE
4.20 Lápices térmicos para la medición del precalentamiento
4.21 Equipo de soldadura Lincoln Electric
4.22 Dispositivo Varestraint con probeta fijada a un extremo
4.23 Precalentamiento de la probeta con Soplete OXICORTE
4.24 Medición de la temperatura de precalentamiento
4.25 Cordón de soldadura finalizado hasta el centro del radio de
curvatura
4.26 Doblado en el extremo libre de la probeta
4.27 Probetas dobladas enfriadas al aire libre
4.28 Deformación por flexión en la probeta
4.29 Micrografía en la superficie del cordón en la muestra Nº1 con
precalentamiento a 200ºC a 200X
4.30 Micrografía en la superficie del cordón en la muestra Nº2 con
precalentamiento a 200ºC a 400X
80
80
81
82
82
83
84
85
89
89
90
90
91
91
92
92
92
93
93
94
95
Índice de Figuras
xxv
4.31 Curva de longitud de grietas promedio Vs deformación para el
metal base con precalentamiento a 200ºC
4.32 Curva de longitud de grietas promedio Vs deformación para el
metal base con precalentamiento a 250ºC
4.33 Curva de longitud de grietas promedio Vs deformación para el
metal base con precalentamiento a 300ºC
4.34 Curva comparativa longitud de grietas promedio Vs deformación
para el metal base con precalentamientos a 200ºC, 250ºC y
300ºC
96
97
97
98
CCAAPPÍÍTTUULLOO 11
IInnttrroodduucccciióónn
1.1 Introducción
Resulta sumamente interesante predecir la forma de los gradientes de
temperatura que genera en el metal base (MB) esta fuente de calor, como es
la soldadura, para entender fenómenos tales como: el ancho y la profundidad
de penetración, los cambios microestructurales que se producen en la zona
afectada por calor del metal base, los esfuerzos residuales que se generan,
así como la realización de predicciones sobre posibles problemas de
fisuración de la junta, todos ellos en función de un determinado calor aportado
ó “heat input”.
El presente trabajo se realizó con el análisis de la soldabilidad de un
acero al molibdeno AISI 4140 (American Iron and Steel Institute o Instituto
Americano de Hierro y Acero), correspondiente a la norma AISI, soldado por
arco eléctrico mediante el proceso de soldadura manual (GMAW). A tal fin se
llevaron a cabo ensayos mecánicos de tracción, doblado, varestraint así
como macrografías y micrografías de las distintas regiones de la junta
soldada, análisis químicos. Previo a ello se determinó la temperatura de
precalentamiento alcanzadas en la junta soldada afectada por el calor, en
función de las variables operacionales, que pueden ser manipuladas para
prevenir la fisuración en frío y a la vez evitar el deterioro de las propiedades
2 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
de tenacidad mediante métodos analíticos y experimentalmente utilizando
ensayos de fisuración en frío.
1.2 Situación problemática
Desde el punto de vista de soladura los procesos han experimentado
mejoras en relación al control de nivel de hidrogeno difusible, mayor
productividad y mínimos tiempos de trabajos posteriores.
No obstante, la abundante información disponible sobre la influencia en
la microestructura y propiedades tanto en el metal de soldadura como sobre la
zona afectada térmicamente (ZAC), de proceso y consumibles GMAW que por
definición es un proceso de soldadura por arco que produce la fusión de los
metales por calentamiento con un arco entre un electrodo de alimentación
continua de metal de aporte y trabajo; en una amplia variedad de aceros TM
(muy bajo contenido en carbono) y ARBA (alta resistencia y baja aleación),
aun quedan importantes interrogantes. En particular para aceros de alta
resistencia respecto de la aplicación de las variables del procedimiento de
soldadura. La utilización de precalentamiento, la temperatura entre pasada
debe ser cuidadosamente definida y controlada junto con la selección de
alambres tubulares con bajo contenido de hidrogeno a fin de minimizar riesgos
de fisuras en frio tanto en la ZAC como en el metal de soldadura. En tal
sentido, para los aceros de alta resistencia la guía que establecen los códigos
o normas para soldadura estructural son bastante limitadas, lo cual exige para
muchos casos la realización de un análisis de soldabilidad para la correcta
definición del procedimiento de soldadura.
La temperatura de precalentamiento puede variar constantemente
dependiendo del tipo de aplicación que se le vaya a dar al acero y sus
características previas. Se busca en este proyecto de grado diseñar ensayos
utilizando el proceso de soldadura de arco por tope eléctrico GMAW con gas
Capítulo 1. Introducción 3
de protección Argón comercial bajo la preponderancia de la variable de
temperatura de precalentamiento, se analizaran las microestructuras
obtenidas para luego establecer las conclusiones y lineamientos pertinentes
del material en estudio.
1.3 Objetivos
11..33..11 OObbjjeettiivvoo GGeenneerraall
Analizar el efecto que tiene la temperatura de precalentamiento sobre
la formación de grietas en el cordón de soldadura y sobre la microestructura
en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140 por el proceso de
soldadura GMAW.
11..33..22 OObbjjeettiivvooss EEssppeeccííffiiccooss
Caracterizar el metal base y el metal de aporte para la soldadura
GMAW.
Seleccionar los parámetros de soldadura por medio de la realización de
cupones de prueba.
Realizar los diversos ensayos de soldadura utilizando los parámetros
seleccionados.
Caracterizar las juntas soldadas por medio de ensayos mecánicos.
Generar propagaciones de grietas por medio de ensayos de
Varestraint.
4 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
Analizar los resultados obtenidos para establecer la influencia de la
temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas y
sobre la microestructura en el cordón de soldadura.
1.4 Justificación
Un factor que controla la microestructura de la ZAC y del metal de
soldadura, es la velocidad de enfriamiento; esta velocidad depende de los
espesores del material base, la geometría de la unión, el calor aportado y la
temperatura de precalentamiento. La velocidad de enfriamiento puede
entonces ser usada, dentro de cierto rango, para prevenir la formación de
microestructuras peligrosas en la ZAC y en la soldadura.
Por efecto de la velocidad de enfriamiento pueden originarse en el acero
estructuras metalúrgicas duras, y en casos extremos, provocar una
transformación directa de Austenita a Martensita. Si calentamos el material
base previamente a la soldadura, disminuimos el desnivel térmico desde la
temperatura de fusión del acero. De este modo se favorecen las
transformaciones metalúrgicas a estructuras más blandas que resultan menos
frágiles y propensas a fisuración en frío.
En la práctica generalmente, las temperaturas de precalentamiento
pueden variar desde temperatura ambiente hasta los 450ºC; en casos
específicos puede ser aún mayor. Hay que evitar todo precalentamiento
innecesario, ya que consume tiempo y energía. Las temperaturas de
precalentamiento excesivas no justifican el costo y podrían degradar las
propiedades y la calidad de la unión. La incomodidad del soldador aumenta si
el precalentamiento es muy alto, y la calidad del trabajo tiende a ser menor.
Las temperaturas de precalentamiento que se usen se basarán en los
requisitos de soldadura prescritos, una evaluación técnica competente o los
resultados de ensayos o pruebas.
Capítulo 1. Introducción 5
Por ello es de mucha importancia aplicar los referidos ensayos
(destructivos y/o no destructivos), específicamente el ensayo de Varestraint,
todo esto para verificar la calidad de la soldadura, comprobar que estén libres
de defectos, tienen niveles aceptables de tensiones y distorsiones residuales,
tienen propiedades aceptables en la ZAC.
Con el referido estudio se procuró que las personas tengan un
conocimiento de los factores que llegan afectar este tipo de soldadura que
comúnmente son utilizadas en la zona de la metalurgia.
1.5 Limitaciones
Las soldaduras las realizo un soldador calificado y en áreas externas a
la Universidad de Carabobo.
Disponibilidad de los laboratorios de la Universidad de Carabobo al
momento realización de los ensayos.
El efecto de la temperatura de precalentamiento fue estudiada en
láminas de acero al molibdeno AISI 4140 de 6 a 7 mm de espesor.
El efecto de la temperatura de precalentamiento fue estudiada en
uniones soldadas a tope.
El tipo de aporte de soldadura se realizo por cortocircuito.
Adquisición de los lápices térmicos para la medición de las
determinadas temperaturas de precalentamiento.
Mecanizado del acero al molibdeno AISI 4140 para obtener láminas de
espesor de 6 y/o 7 mm.
6 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
1.6 Alcance y/o Delimitaciones
Todos los ensayos se realizaran en acero al molibdeno AISI 4140,
aplicándole tres (3) temperaturas distintas de precalentamiento, mediante un
mínimo de 3 ensayos de tracción, 3 ensayos de doblado, 2 ensayos de
microscopia al igual de macroscopía y 8 ensayos para las condiciones de
varestraint, estudiando su microestructura y la formación de grietas en el
cordón de soldadura para cada uno de los casos a analizar y la condición
original del material.
Los ensayos se realizaran de acuerdo a la disposición siguiente en la tabla 1.1:
Tabla 1.1. Cantidad de probetas a utilizar por cada ensayo mecánico
Ensayos Nro. de probetas
Ensayo de tracción 3
Ensayo de doblado 3
Ensayo de varestraint 8
Microscopia 2
Macroscopía 2
Nro. total de probetas por temperatura 18
Nota:
Los ensayos se aplicaran a tres (3) temperaturas distintas de
precalentamiento, para ser un total de cincuenta y cuatro (54) probetas a
ensayar.
1.7 Antecedentes
Asta, (2003), en la investigación: EFECTO DE LA TEMPERATURA DE
PRECALENTAMIENTO EN LA SOLDABILIDAD DE UN ACERO ASTM A514
GR B. Una evaluación de la microestructura por microscopia óptica y
electrónica así como mediciones de micro dureza es realizada sobre muestras
de las juntas soldadas correspondientes a condiciones con y sin
precalentamiento. Finalmente del análisis surge cual es la temperatura más
adecuada, bajo las condiciones planteadas, que permite realizar soldaduras
Capítulo 1. Introducción 7
de este acero con un bajo riesgo a la aparición de fisuras. La soldadura se
realiza mediante proceso de FCAW automatizado utilizando un electrodo
básico de bajo hidrogeno E110T-5-K4, con protección gaseosa, sobre un
acero ASTM A514 Gr B de 25mm de espesor.
Payares, (2007), en el trabajo: PREDICCION DE LAS TEMPERATURAS
MAXIMAS ALCANZADAS EN SOLDADURAS GMAW DE ACERO DUPLEX
SAF-2205. El enfoque de esta investigación fue establecer una expresión
matemática representativa del comportamiento de las temperaturas máximas
alcanzadas en la zona afectada por el calor, en función de las variables
operacionales, intensidad, voltaje y velocidad de avance, que pueden ser
manipuladas, adicionalmente, establecer el comportamiento mecánico de la
junta soldada. El estudio se basa en la realización de soldaduras GMAW
automáticas de acero dúplex SAF-2205, utilizando una fuente de poder de
potencia constante con corriente continua polaridad reversa, argón como gas
protector y un electrodo E-ER 2209, de acuerdo a las normas AWS5.4-92 y
5.9-93.
Parra, (2005), en la investigación: DETERMINACION DE ESFUERZOS
RESIDUALES EN LA SOLDADURA GMAW DE PLANCHAS DE 6mm DE
ESPESOR DE ACERO ASTM-131-82-B. El objetivo general de este estudio
fue determinar los esfuerzos residuales en soldadura GAS METAL ARC
WELDING (GMAW) en plancha de 6 mm de espesor de acero ASTM A-131-
82-B (Acero casco de Buque). Para esto, se construyó un modelo de
elementos finitos tridimensional con el programa SAMCEF, utilizando sus
módulos de transferencia de calor MECANO THERMAL y de análisis no-lineal
de estructuras MECANO STRUCTURE. La simulación se desarrolló en 2
etapas. La primera etapa fue el análisis térmico en la segunda etapa fue el
análisis de esfuerzos y deformaciones. Al final del enfriamiento se obtuvieron
los esfuerzos y deformaciones residuales.
8 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
Zalazar, (2009), en el trabajo: CARACTERIZACION DE JUNTAS
SOLDADAS EN ACERO ESTRUCTURAL DE ALTA RESISTENCIA. En su
trabajo se continua con el análisis de la soldabilidad de un acero de alta
resistencia y baja aleación, templado y revenido (HSLA Q&T), correspondiente
a la norma ASTM A-514, soldado por arco eléctrico mediante el proceso de
soldadura manual con electrodo revestido. A tal fin se llevan a cabo
ensayos mecánicos de dureza, tracción, plegado e impacto así como
macrografías y micrografías de las distintas regiones de la junta soldada,
análisis químicos, y medición de tamaño de grano. Previo a ello se determina
la temperatura de precalentamiento para prevenir la fisuración en fríos y a la
vez evitar el deterioro de las propiedades de tenacidad mediante métodos
analíticos y experimentalmente utilizando ensayos de fisuración en frío.
Adicionalmente se evalúa la unión de este acero con un acero ASTM A36 de
uso extendido en aplicaciones estructurales.
Pérez, (2007), en el trabajo: APLICACIÓN DEL ENSAYO DE DOBLEZ Y
ENSAYO DE VARESTRAINT PARA DETERMINAR LA FISURACIÓN EN
SOLDADURAS DE ACERO INOXIDABLE AWS 309L, AWS 316L Y AWS 347.
En este trabajo se busco conocer aún más sobre las fallas que ocurren en los
aceros inoxidables de la serie 300, más específicamente en los materiales de
aporte de soldaduras del tipo AWS 309L, AWS 316L y AWS 347, debido a la
falta de control en la microestructura ferrita delta presente en soldaduras de
este tipo, además la relación que tiene el numero de ferrita con la tendencia al
fisuramiento o desgarramiento cuando estos materiales de aporte en
soldaduras son sometidos a trabajo o ensayo de alta flexión (doblado) de
soldaduras tanto caliente como a temperatura ambiente.
CCAAPPÍÍTTUULLOO 22
MMaarrccoo TTeeóórriiccoo
2. Bases teóricas
22..11 AAcceerrooss
El acero es sin duda el material de ingeniería mas utilizado por la
humanidad. El nombre de acero engloba una basta grupo de materiales que
en muchos casos tienen aplicaciones especificas. Es una aleación de hierro y
carbono, a esta aleación básica, se suele adicionar otros elementos que
confieren al acero propiedades especiales. Para identificar un acero, hay que
tener en cuenta los aleantes que posee y la cantidad de los mismos. (Bohler,
2000)
22..11..11 CCoonncceeppttoo ddeell AAcceerroo
Se reserva el nombre de acero a las aleaciones hierro – carbono de
entre un 0,008% y 2,11% en peso de carbono, aunque en la práctica ésta
concentración raramente excede del 1%. Cuando el porcentaje supera al
2,11% y hasta el 6.67% en peso de carbono la aleación recibe el nombre de
fundición. Los aceros son esencialmente aleaciones, de hierro y carbono
hasta aproximadamente un 2% de carbono. Sin embargo, la mayoría de los
10 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
aceros contienen menos de un 0.5% de carbono. La mayor parte del acero se
fabrica por oxidación del carbono y otras impurezas en el arrabio hasta que el
contenido de carbono en el hierro se reduce al nivel requerido. (Svoboda Y
Lorusso, 2002)
22..11..22 MMiiccrrooeessttrruuccttuurraass ddee llooss aacceerrooss
Los constituyentes metálicos que pueden presentarse en los aceros al
carbono son: Ferrita, Cementita, Perlita, Sorbita, Troostita, Martensita, Bainita,
y rara vez Austenita, aunque nunca como único constituyente. También
pueden estar presentes constituyentes no metálicos como óxidos, silicatos,
sulfuros y aluminatos. El análisis de las microestructuras de los aceros al
carbono recocidos y fundiciones blancas debe realizarse en base al diagrama
meta-estable Hierro carburo de hierro o Cementita. Estas microestructuras
pueden observarse en el Diagrama Hierro- Carbono que se muestra en la
figura 2.1. (Smith, 2003)
Figura 2.1: Diagrama Hierro-Carbono Fuente: Murakami (1919)
Capítulo 2. Marco Teórico 11
Las estructuras que presenta el diagrama de equilibrio (fig. 2.1) son
las siguientes:
Ferrita
Es una solución sólida de carbono en hierro alfa, su solubilidad a la
temperatura ambiente es del orden de 0.008% de carbono, por esto se
considera como hierro puro, la máxima solubilidad de carbono en el hierro alfa
es de 0,02% a 723ºC. La ferrita es la fase más blanda y dúctil de los aceros,
cristaliza en la red cúbica centrada en el cuerpo, tiene una dureza de 90
Brinell y una resistencia a la tracción de 28 Kg/mm2, llegando hasta un
alargamiento del 40%. La ferrita se observa al microscopio como granos
poligonales claros.
Cementita
Es el carburo de hierro de fórmula Fe3C, contiene 6,67 %C y 93,33 %
de hierro, es el microconstituyente más duro y frágil de los aceros al carbono
alcanzando una dureza Brinell de 700 (68 HRC) y cristaliza en la red
ortorrómbica.
Perlita
Es el microconstituyente Eutectoide formado por capas alternadas de
Ferrita y Cementita, compuesta por el 88 % de ferrita y 12 % de Cementita,
contiene el 0,8 %C. Tiene una dureza de 250 Brinell, resistencia a la tracción
de 80 Kg/mrn2 y un alargamiento del 15%; el nombre de perlita se debe a las
irisaciones que adquiere al iluminarla, parecidas a las perlas. La perlita
aparece en general en el enfriamiento lento de la Austenita y por la
transformación isotérmica de la Austenita en el rango de 650 a 723°C.
12 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
Austenita
Es el constituyente más denso de los aceros y está formado por una
solución sólida por inserción de carbono en hierro gamma. La cantidad de
carbono disuelto, varía de 0.8 al 2 % C que es la máxima solubilidad a la
temperatura de 1130°C. La Austenita no es estable a la temperatura ambiente
pero existen algunos aceros al cromo-níquel denominados austeníticos cuya
estructura es Austenita a temperatura ambiente. La Austenita está formada
por cristales cúbicos centrados en las caras, con una dureza de 300 Brinell,
una resistencia a la tracción de 100 Kg/mm2 y un alargamiento del 30 %, no
es magnética.
Martensita
Es el constituyente de los aceros templados, está conformado por una
solución sólida sobre saturada de carbono o carburo de hierro en ferrita y se
obtiene por enfriamiento rápido de los aceros desde su estado austenítico a
altas temperaturas. El contenido de carbono suele variar desde muy poco
carbono hasta el 1% de carbono, sus propiedades físicas varían con su
contenido en carbono hasta un máximo de 0.7 %C.
Perlita Fina
Es un agregado muy fino de Cementita y Ferrita, se produce por un
enfriamiento de la Austenita con una velocidad de enfriamiento ligeramente
inferior a la crítica de temple o por transformación isotérmica de la Austenita
en el rango de temperatura de 500ºC a 600°C, o por revenido a 400°C. Sus
propiedades físicas son intermedias entre la Martensita y la Sorbita, tiene una
dureza de 400 a 500 Brinell, una resistencia a la tracción de 140 a 175
Kg/mm2 y un alargamiento del 5 al 10%. Es un constituyente nodular oscuro
con estructura radial apreciable a unos 1000X y aparece generalmente
acompañando a la Martensita y a la Austenita.
Capítulo 2. Marco Teórico 13
Sorbita
Es también un agregado fino de Cementita y ferrita. Se obtiene por
enfriamiento de la Austenita con una velocidad de enfriamiento bastante
inferior a la crítica de temple o por transformación isotérmica de la Austenita
en la zona de 600 a 650°C, o por revenido a la temperatura de 600°C. Su
dureza es de 250 a 400 Brinell, su resistencia a la tracción es de 88 a 140
Kg/mm2, con un alargamiento del 10 al 20%.
Bainita
Es el constituyente que se obtiene en la transformación isotérmica de la
Austenita cuando la temperatura del baño de enfriamiento es de 250 a 500°C.
Se diferencian dos tipos de estructuras: la Bainita superior de aspecto
arborescente formada a 500-580°C, compuesta por una matriz ferrítica
conteniendo carburos. Bainita inferior, formada a 250-400°C tiene un aspecto
acicular similar a la Martensita y constituida por agujas alargadas de ferrita
que contienen delgadas placas de carburos.
Widmanstatten:
Esta caracterizada por una simetría que sigue tres o cuatro direcciones
privilegiadas, y se manifiesta como una estructura de fragilidad de los aceros
tal como se observa en la figura 2.2. El dominio de la formación de esta
estructura es limitado a (C= 0.2% a 0.4%) cuando los sobrecalentamientos
son pequeños (fig. 2.3a), y se extiende por el lado de las concentraciones
bajas de carbono cuando la temperatura de sobrecalentamiento crece (fig.
2.3b). Esta estructura está caracterizada por depósitos paralelos a los planos
de deslizamiento, su aparición depende de la composición química del metal,
tamaño del hierro y velocidad de enfriamiento. En las juntas soldadas la
estructura Widmanstatten puede formarse en el metal fundido y metal base
sobrecalentado, también aparece a veces, en las piezas de gran masa
14 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
sometidas a oxicorte. La aparición de esta estructura esta unida, aparte de a
la composición química, al ciclo térmico impuesto por el soldeo, el cual
depende del procedimiento y métodos a soldar. (Smith, 2003).
Figura 2.2. Estructura de Widmanstatten observada en hierro meteorito.
Precipitación de los constituyentes siguiendo los planos cristalográficos del octaedro, con lo
que se originan dos o tres direcciones.
Fuente: Seferian (1979).
Figura 2.3. Diagrama de Hannemann, que las condiciones de formación de la estructura
Widmanstatten para las siguientes calentamientos: en la proximidades de la temperatura
A3(722) fig.2.3.a, a las temperaturas de sobrecalentamiento 2.3b. Fuente: Seferian (1979).
a
b
Capítulo 2. Marco Teórico 15
Para que el hierro se comporte según estos diagramas los cambios de
temperatura deben ser lo suficientemente lentos. Cuando la velocidad de
cambio de la temperatura es mayor, se utilizan otros gráficos.
Las curvas TTT representan a la temperatura en función del tiempo
para una determinada concentración de hierro y carbono para velocidades de
enfriamiento o calentamiento elevadas. (Smith, 2003)
Figura 2.4. Diagrama de transformación Isotérmica del acero AISI 4140 Fuente: Svoboda (2002).
16 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
Estas curvas, al igual que el diagrama hierro-carbono, pueden ser
modificados por agregado de aleantes en el acero. En el caso de las curvas
TTT, los aleantes desplazan la curva hacia la derecha y hacia abajo.
Dependiendo del aleante se puede desplazar más una zona que otra y así,
mediante un enfriamiento sencillo se puede lograr la estructura deseada. Para
identificar un acero, hay que tener en cuenta los aleantes que posee y la
cantidad de los mismos. Según la norma AISI, la forma de identificarlos es
mediante un código de cuatro números en el cual los primeros dos indican los
aleantes (no carbono) y el segundo par indica el porcentaje de carbono.
(Smith, 2003)
Tabla 2.1 Clasificación de los aceros Sistemas AISI, SAE y UNS para clasificar aceros
DESIGNACIÓN TIPO DE ACEROS
AISI - SAE UNS
10XX G10XXX Aceros al carbono comunes
11XX G11XXX Aceros maquinables, con alto S
12XX G12XXX Aceros maquinables, con alto P y S
13XX G13XXX Aceros al manganeso, con 1,75% Mn
15XX G15XXX Aceros al manganeso, con Mn sobre el 1%
40XX G40XXX Aceros al molibdeno, con 0,25% Mo
41XX G41XXX Aceros al cromo-molibdeno, con 0,4 a 1,1% Cr y 0,08 a 0,35% Mo
43XX G43XXX Aceros Ni-Cr-Mo, con 1,65 a 2% Ni, 0,4 a 0,9% Cr y 0,2 a 0,3% Mo
46XX G46XXX Aceros Ni-Mo con 0,7 a 2% Ni y 0,15 a 0,3% Mo
47XX G47XXX Aceros Ni-Cr-Mo, con 1,05% Ni, 0,45% Cr y 0,2% Mo
48XX G48XXX Aceros Ni-Mo, con 3,15 a 3,25% Ni y 0,2 a 0,3% Mo
51XX G51XXX Aceros al cromo, con 0,7 a 1,1% Cr
E51100 GE51986 Aceros al cromo (horno eléctrico) con 1,0% Cr
E52100 GE52986 Aceros al cromo (horno eléctrico) con 1,45% Cr
61XX G61XXX Aceros Cr-V, con 0,6 a 0,95% Cr y o,1 a 0,15% V mínimo
86XX G86XXX Aceros Ni-Cr-Mo, con 0,55% Ni, 0,5%Cr y 0,2%Mo
87XX G87XXX Aceros Ni-Cr-Mo, con 0,55% Ni, 0,5% Cr y 0,25% Mo
88XX G88XXX Aceros Ni-Cr-Mo, con 0,55%Ni, 0,5% Cr y 0,3 a 0,4% Mo
9260 G92XXX Aceros al silicio, con 1,8 a 2,2% Si
50BXX G50XX Aceros al Cr, con 0,2 a 0,6% Cr y 0,0005 a 0,003% boro
51B60 G51601 Aceros al Cr, con 0,8% Cr y 0,0005 a 0,003% boro
81B45 G81B51 Aceros Ni-Cr-Mo, con 0,3% Ni, 0,45% Cr, 0,12% Mo y 0,0005 a 0,003% B
94BXX G94XXX Aceros Ni-Cr-Mo, con 0,45% Ni, 0,4% Cr, 0,12% Mo y 0,0005 a 0,003% B
Fuente: Aza (2002)
Capítulo 2. Marco Teórico 17
22..11..33 AAcceerroo AAIISSII--SSAAEE 44114400
Es un acero medio carbono aleado con cromo y molibdeno de alta
templabilidad y buena resistencia a la fatiga, abrasión e impacto. Este acero
puede ser nitrurado para darle mayor resistencia a la abrasión. Es susceptible
al endurecimiento por tratamiento térmico. (Sumitec)
22..11..33..11 EEffeeccttoo ddee llooss eelleemmeennttooss ddee aalleeaacciióónn
Cromo (Cr):
El cromo es un elemento de aleación menos costoso que el níquel y
forma carburos simples (Cr7C3 y Cr4C) o carburos complejos [(FeCr)3C]. Estos
carburos tienen alta dureza y buena resistencia al deterioro. El cromo es
soluble hasta 13% en hierro gamma y tiene solubilidad ilimitada en ferrita alfa.
En los aceros de bajo carbono, el Cr tiende a entrar en solución
incrementando de esta manera, la resistencia y la tenacidad de la ferrita.
Molibdeno (Mo):
El molibdeno es un elemento de aleación relativamente costoso, tiene
una solubilidad limitada en hierros gamma y alfa, y es un fuerte formador de
carburos.
Además ejerce un fuerte efecto de templabilidad y, de manera
semejante al cromo, aumenta la dureza y resistencia a alta temperatura de los
aceros. Los aceros con molibdeno son menos susceptibles al fragilizado
debido al revenido, que los demás aceros aleados.
Los aceros al Cromo-Molibdeno (serie 41xx) son relativamente baratos
y poseen buenas características de endurecido profundo, de ductilidad y de
capacidad para soldarse. (Hernan S. Y Hernan Lorusso)
18 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
El acero 4140 posee propiedades como:
Conserva la dureza y resistencia a alta temperatura por el cromo y
manganeso.
Son menos susceptibles al fragilizado, debido al revenido por el cromo
y molibdeno.
Poseen buenas características de endurecido profundo, de ductilidad y
de capacidad de soldarse, por el manganeso y molibdeno.
Para construcción de maquinarias posee alta resistencia en medidas
pequeñas y medianas
22..11..33..22 PPrrooppiieeddaaddeess ffííssiiccaass
Punto crítico superior = 793 °C
Punto crítico inferior = 743 °C
Densidad = 7.85 g/cm3 (0.284 lb/in3)
22..11..33..33 PPrrooppiieeddaaddeess mmeeccáánniiccaass
Dureza = (275 – 320) HB o (29 – 34) HRC
Esfuerzo a la fluencia = 690 MPa o 100 KSI
Esfuerzo máximo = (900 – 1050) MPa o (130 - 152 KSI)
Alargamiento mínimo 12%
Reducción de área mínima 50%. (Sumitec)
Capítulo 2. Marco Teórico 19
22..11..33..44 CCoommppoossiicciióónn QQuuíímmiiccaa ((ccoollaaddaa)) eenn %% ddeell ppeessoo
Tabla 2.2 Composición química en % del peso de AISI 4140
C Mn Si Smax Pmax Cr Mo
0.38-0.43 0.75–1.00 0.15–0.35 0.040 0.035 0.80-1.10 0.15–0.25
Fuente: Certificados de calidad y catálogos proporcionados por la Empresa SUMINDU
22..11..44 SSoollddaabbiilliiddaadd ddee llooss aacceerrooss
Se puede decir que la soldabilidad de un acero se define como la
respuesta que presenta el acero a los ciclos térmicos en un ambiente
determinado y durante la operación de soldadura.
El riesgo de agrietamiento en un acero soldado, es decir, grado de
soldabilidad, puede correlacionarse con las siguientes variables: contenido de
hidrógeno, microestructura (composición química y tasa de enfriamiento) y el
nivel de tensiones aplicada.
Así pues, se tiene que tanto la composición química como la tasa de
enfriamiento aplicada, controlan prácticamente la microestructura final del
acero, por consiguiente son factores importantes que determinan la
soldabilidad.
La soldabilidad puede abordarse bajo los tres aspectos siguientes:
La soldabilidad operatoria, relativa a la operación de soldadura, estudia
las condiciones de realización de las uniones por fusión o por cualquier
otro procedimiento, por ejemplo, por presión.
La soldabilidad metalúrgica, relativa a las modificaciones físico -
químicas resultado de la operación de soldadura.
La soldabilidad constructiva o global, que se dedica a definir las
propiedades de conjunto de la construcción por la sensibilidad de la
20 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
unión o la deformación y a la rotura bajo efecto de las tensiones.
Así pues, se dice que un metal o aleación es soldable si satisface a
estas tres condiciones. La primera es decisiva, si un metal es refractario al
arco o si no puede dar una unión continua, no es soldable. De un modo
general, puede realizarse la soldadura de los metales y aleaciones industriales
ya sea de forma indirecta o mediante el empleo de un artificio.
La soldabilidad metalúrgica está ligada a las transformaciones que
sufren el metal o aleación durante la unión. Este término debe tomarse en su
más amplio sentido; efectivamente, la transformación puede afectar las
características mecánicas.
Por último la soldabilidad constructiva es fusión de otras propiedades
físicas del metal: dilatación - contracción, produciendo deformaciones y
creando tensiones que son origen de grietas que pueden tener su nacimiento
en la soldadura.
Estas breves consideraciones hacen ver la complejidad del problema
que lleva a establecer una serie de condiciones que han de satisfacer los
metales soldables.
22..11..44..11 SSoollddaadduurraa ppoorr aarrccoo eellééccttrriiccoo
Cuando se realiza la soldadura por arco eléctrico se induce una
diferencia de potencial entre el electrodo y la pieza a soldar, con lo cual se
ioniza el aire entre ellos y pasa a ser conductor, de modo que se cierra el
circuito y se crea el arco eléctrico. El calor del arco funde parcialmente el
material de base y funde el material de aporte, el cual se deposita y crea el
cordón de soldadura como se muestra en la figura 2.4. (Infra, 2005)
Capítulo 2. Marco Teórico 21
22..11..44..22 EElleemmeennttooss pprreesseenntteess eenn llaa ssoollddaadduurraa ppoorr aarrccoo eellééccttrriiccoo::
Electrodo: Son varillas metálicas preparadas para servir como polo del
circuito; en su extremo se genera el arco. En algunos casos, sirven también
como material fundente. La varilla metálica a menudo va recubierta de
distintos materiales, en función de la pieza a soldar y del procedimiento
empleado. (Álvarez, 2009).
Figura 2.5. Soldadura por arco eléctrico
Fuente: Ramírez (2006).
Plasma: Está compuesto por electrones que transportan la corriente y que
van del polo negativo al positivo, de iones metálicos que van del polo
positivo al negativo, de átomos gaseosos que se van ionizando y
estabilizándose conforme pierden o ganan electrones, y de productos de la
fusión tales como vapores que ayudarán a la formación de una atmósfera
protectora. Esta zona alcanza la mayor temperatura del proceso.
Llama: Es la zona que envuelve al plasma y presenta menor temperatura
que éste, formada por átomos que se disocian y recombinan
desprendiendo calor por la combustión del revestimiento del electrodo.
Otorga al arco eléctrico su forma cónica.
22 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
Baño de fusión: La acción calorífica del arco provoca la fusión del material,
donde parte de éste se mezcla con el material de aportación del electrodo,
provocando la soldadura de las piezas una vez solidificado.
Cráter: Surco producido por el calentamiento del metal. Su forma y
profundidad vendrán dadas por el poder de penetración del electrodo.
Cordón de soldadura: Está constituido por el metal base y el material de
aportación del electrodo y se pueden diferenciar dos partes: la escoria,
compuesta por impurezas que son segregadas durante la solidificación y
que posteriormente son eliminadas, y el sobre espesor, formado por la
parte útil del material de aportación y parte del metal base, que es lo que
compone la soldadura en sí.
Actualmente el método de soldadura por arco eléctrico es el
procedimiento industrial más utilizado para la unión de aceros y otros metales
no ferrosos. Este tipo de soldadura se clasifica según la atmósfera que rodea
al arco eléctrico, o según la naturaleza del electrodo. (Álvarez, 2009).
Esta clasificación es la siguiente:
Soldadura por arco eléctrico con electrodo revestido (SMAW).
Soladura por arco eléctrico con electrodo de grafito.
Soldadura por arco eléctrico en medio gaseoso reductor o por
hidrógeno atómico.
Soldadura por arco eléctrico en medio de gaseoso inerte (GTAW;
GMAW)
Soldadura por arco eléctrico bajo un flujo conductor.
Capítulo 2. Marco Teórico 23
Soldadura por arco eléctrico con presión. (Manual de conceptos básicos
en soldadura y corte, 2005)
En este trabajo se aplicaron los métodos de soldadura en medio de gas
inerte (GMAW), utilizando proceso de cortocircuito.
22..11..55 MMeettaalluurrggiiaa ddee llaa ssoollddaadduurraa
La metalurgia de la soldadura se ocupa de estudiar las modificaciones
físicas y químicas que resultan de la operación de este proceso, como una
forma de comparar las diferentes propiedades metalúrgicas de la unión
soldada. Por consiguiente, se puede decir que el estudio de la metalurgia de
la soldadura es necesario para llevar a cabo este trabajo de investigación,
cuyo propósito es principalmente evaluar las propiedades mecánicas de la
soldadura.
22..11..55..11 LLaa ssoollddaabbiilliiddaadd mmeettaallúúrrggiiccaa ddeeppeennddee ddee ddooss ffaaccttoorreess
El proceso de soldadura, el cual fue descrito como soldadura en medio
de gas inerte (GMAW).
La microestructura obtenida, como se puede observar a continuación:
Los granos aparecen primero en la línea de fusión, en donde la
temperatura es relativamente baja y crecen con rapidez diferente, porque al
aumentar de tamaño y al hacer presión los cristales unos con otros, cada uno
actúan de acuerdo con el estado de su crecimiento. Sin embargo, los granos
en crecimiento pueden empujar hacia fuera las inclusiones metálicas, hasta la
superficie de la soldadura. Esta es la razón por la cual en la soldadura que se
aplica hacia arriba, la escoria aparece sobre la superficie de la soldadura y no
flotando hacia la raíz del cordón. No se trata de flotación en absoluto sino de
24 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
un estado en el que el material no metálico es forzado hacia fuera del metal
líquido al comenzar a formarse los cristales y a hacer presión unos con otros.
(Kaşikçi., 2003).
Figura 2.6: Zonas afectadas por el calor en una unión soldada. Fuente: Rodríguez (2001).
22..11..66 CCaalliiddaadd ddee llaa ssoollddaadduurraa
La unión soldada debe tener las cualidades necesarias para
desempeñar su función esperada en servicio. Para ello, la unión ha de poseer
las propiedades físicas y mecánicas requeridas, y para esto pueden ser
necesarias ciertas microestructuras y composición química. También son
importantes el tamaño y la forma de la soldadura, así como la integridad de la
unión. En todos estos aspectos influyen los materiales base, los materiales de
soldadura y la manera de soldar. La soldadura por arco de metal protegido es
Capítulo 2. Marco Teórico 25
un proceso manual, y la calidad de la unión depende de la habilidad del
soldador que la produce. Por esta razón, es preciso seleccionar con cuidado
los materiales que se usarán, el soldador debe ser apto, y el procedimiento
que use debe ser el correcto.
También se debe tener en cuenta para una soldadura de calidad los
siguientes parámetros:
a) Corriente de soldadura
La soldadura por arco de metal protegido puede efectuarse con
corriente tanto alterna como continua, siempre que se use el electrodo
adecuado. El tipo de corriente de soldadura, la polaridad y los constituyentes
de la cobertura afectan la rapidez de fusión de todos los electrodos cubiertos.
Para un electrodo determinado, la rapidez de fusión se relaciona
directamente con la energía eléctrica suministrada al arco. Parte de esta
energía se destina a fundir una porción del metal base, y otra parte sirve para
fundir el electrodo.
b) Corriente continúa
La corriente continúa siempre produce un arco más estable y una
transferencia de metal más uniforme que la corriente alterna. Esto se debe a
que la polaridad de la corriente no está cambiando todo el tiempo como
sucede con la corriente alterna. La mayor parte de los electrodos cubiertos
trabajan mejor con polaridad inversa (electrodo positivo). La polaridad inversa
logra mayor penetración, pero la directa aumenta la rapidez de fusión del
electrodo.
El arco de corriente continua hace que el charco de soldadura recubra
mejor las superficies de unión y produce una franja de soldadura de
dimensiones más uniformes, incluso con amperajes bajos. Por esta razón, la
corriente continua es ideal para soldar secciones delgadas. La corriente
26 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
continua es preferida para soldar en posición vertical y también para soldar
con arco corto.
c) Amperaje
Los electrodos cubiertos con tamaño y especificación específicos
pueden operar de manera satisfactoria a diversos amperajes dentro de cierto
intervalo. Este intervalo varía dependiendo del espesor y la formulación de la
cobertura para un tipo y tamaño de electrodo, el amperaje óptimo depende de
varios factores como la posición de la soldadura y el tipo de unión. El
amperaje debe ser suficiente para obtener una buena fusión y penetración sin
perder el control del charco de soldadura. (L. de Vedia y Hernán S., 2004)
22..11..77 FFuunnddaammeennttooss yy tteeoorrííaa ddee ssoollddaadduurraa ppoorr aarrccoo eellééccttrriiccoo ccoonn ggaass
iinneerrttee,, pprroocceessoo ((GGMMAAWW // MMIIGG))..
En la soldadura MIG, como su nombre indica, el gas es inerte; no
participa en modo alguno en la reacción de soldadura como podemos
observar en la figura 2.6. Su función es proteger la zona crítica de la
soldadura de oxidaciones e impurezas exteriores. Se emplean usualmente los
mismos gases que en el caso de electrodo no consumible, argón, menos
frecuentemente helio, y mezcla de ambos.
El uso de este método de soldadura MIG es cada vez más frecuente en
el sector industrial. En la actualidad, es uno de los métodos más utilizados en
Europa occidental, Estados Unidos y Japón en soldaduras de fábrica. Ello se
debe, entre otras cosas, a su elevada productividad y a la facilidad de
automatización, lo que le ha valido para abrirse un lugar en la industria
automovilística. La flexibilidad es la característica más sobresaliente del
método MIG, ya que permite soldar aceros de baja aleación, aceros
inoxidables, aluminio y cobre, en espesores a partir de los 0,5 mm y en todas
las posiciones. La protección por gas garantiza un cordón de soldadura
continuo y uniforme, además de libre de impurezas y escorias. Por otra parte,
Capítulo 2. Marco Teórico 27
la soldadura MIG / MAG es un método limpio y compatible con todas las
medidas de protección para el medio ambiente.
El proceso GMAW se basa en la alimentación automática de un
electrodo continuo que se protege mediante el uso de gas externamente
suministrado. La figura 2.7 ilustra el proceso. Una vez que el operador ha
hecho los ajustes iniciales, el equipo puede regular automáticamente las
características eléctricas del arco. Es por ello que en el proceso
semiautomático el soldador solo controla la velocidad de avance y dirección
de desplazamiento, así como el posicionamiento de la torcha. Esto hace que
la longitud de arco y la corriente (esto es velocidad de alimentación del
alambre) se mantienen automáticamente. (Universidad de Extremadura,
2002).
Figura 2.7. Soldadura metálica con arco eléctrico y gas (GMAW). Fuente: Rodríguez (2001).
22..11..77..11 DDeessccrriippcciióónn ggeenneerraall
La Soldadura metálica con arco eléctrico y gas o Soldadura MIG (metal
inert gas) es también conocida como Gas Arco Metal o MAG. La soldadura
metálica con arco eléctrico y gas (en inglés gas metal arc welding, GMAW) es
28 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
un proceso en el cual el electrodo es un alambre metálico desnudo
consumible y la protección se proporciona inundando el arco eléctrico con un
gas. El alambre desnudo se alimenta en forma continua y automática desde
una bobina a través de la pistola de soldadura, como se ilustra en la figura 2.7
y la figura 2.8 se muestra una pistola de soldadura. En la GMAW se usan
diámetros de alambre que van desde 0,8 a 6,4 mm, el tamaño depende del
grosor de las partes que se van a unir y la velocidad de deposición deseada.
Para protección se usan gases inertes como el argón y el helio y
también gases activos como el dióxido de carbono. La elección de los gases
(y sus mezclas) dependen del material que se va a soldar, al igual que de
otros factores. Se usan gases inertes para soldar aleaciones de aluminio y
aceros inoxidables, en tanto que normalmente se usa C02 para soldar aceros
al bajo y mediano carbono. La combinación del alambre de electrodo desnudo
y los gases protectores eliminan el recubrimiento de escoria en la gota de
soldadura y, por tanto, evitan la necesidad del esmerilado y limpieza manual
de la escoria. Por tal razón, el proceso de GMAW y gas es ideal para hacer
múltiples pasadas de soldadura en la misma unión. (Infra, 2005)
Figura 2.8 Pistola para soldadura metálica con arco eléctrico y gas.
Fuente: INDURA s.a (2007).
Capítulo 2. Marco Teórico 29
Figura 2.9 Operación realizada mediante el proceso MIG.
Fuente: INDURA s.a (2007).
Los diferentes metales en los que se usa la soldadura GMAW y las
propias variaciones del proceso han dado origen a diferentes nombres. La
primera vez que se introdujo el proceso a fines de los años cuarenta del siglo
XX, se aplicó a la soldadura de aluminio usando un gas inerte (argón) para
protección del arco eléctrico. Este proceso recibió el nombre de soldadura
metálica con gas inerte (en inglés MIG welding, metal inert gas welding).
Cuando este proceso de soldadura se aplicó al acero, se encontró que los
gases inertes eran costosos y se usó C02 como sustituto. Por tanto, se aplicó
el término de soldadura con C02. Algunos refinamientos en el proceso para la
soldadura del acero condujeron, al uso de mezclas de gases, incluyendo
dióxido de carbono y argón, e incluso oxígeno y argón.
El proceso MIG opera en DC (corriente continua) usualmente con el
alambre como electrodo positivo. Esto es conocido como "Polaridad Negativa"
(reverse polarity). La "Polaridad Positiva" (straight polarity) es raramente
usada por su poca transferencia de metal de aporte desde el alambre hacia la
pieza de trabajo. Las corrientes de soldadura varían desde unos 50 Amperios
hasta 600 Amperios en muchos casos en voltajes de 15V hasta 32V, un arco
auto-estabilizado es obtenido con el uso de un sistema de fuente de poder de
potencial constante (voltaje constante) y una alimentación constante del
alambre.
30 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
Continuos desarrollos al proceso de soldadura MIG lo han convertido
en un proceso aplicable a todos los metales comercialmente importantes
como el acero, aluminio, acero inoxidable, cobre y algunos otros. Materiales
por encima de 0,76 mm de espesor pueden ser soldados en cualquier
posición, incluyendo de piso, vertical y sobre cabeza. Es muy simple escoger
el equipo, el alambre o electrodo, el gas de la aplicación y las condiciones
óptimas para producir soldaduras de alta calidad a muy bajo costo.
El proceso básico MIG incluye tres técnicas muy distintas:
Transferencia por "Corto circuito", transferencia "Globular" y la transferencia
de "Arco Rociado" (Spray Arc). Estas técnicas describen la manera en la cual
el metal es transferido desde el alambre hasta la soldadura fundida.
Figura 2.10 Técnicas de transferencia del metal hasta la soldadura fundida en la soldadura
MIG.
Fuente: INDURA s.a (2007).
En la transferencia por corto circuito, también conocido como "Arco
Corto", "Transferencia espesa" y "Micro Wire", la transferencia del metal
ocurre cuando un corto circuito eléctrico es establecido, esto ocurre cuando el
metal en la punta del alambre hace contacto con la soldadura fundida.
En la transferencia por rociado (spray arc), diminutas gotas de metal
fundido llamadas "Moltens" son arrancadas de la punta del alambre y
proyectadas por la fuerza electromagnética hacia la soldadura fundida.
Capítulo 2. Marco Teórico 31
En la transferencia globular el proceso ocurre cuando las gotas del
metal fundido son lo suficientemente grandes para caer por la influencia de la
fuerza de gravedad. Los factores que determinan la manera en que los
moltens son transferidos son la corriente de soldadura, el diámetro del
alambre, la distancia del arco (voltaje), las características de la fuente de
poder y el gas utilizado en el proceso.
La soldadura MIG es un proceso versátil, con el cual se puede
depositar soldadura a un rango muy alto y en cualquier posición. El proceso
es ampliamente usado en láminas de acero de bajo y mediano calibre de
fabricación y sobre estructuras de aleación de aluminio particularmente donde
existe un alto requerimiento de trabajo manual o trabajo de soldador.
Desde su aparición en el mundo de la soldadura, todas las agencias de
regulación y clasificación de los metales de aporte tomaron muy en serio este
proceso y la creación de su propio código de clasificación fue indispensable,
en el caso de la Sociedad Americana de Soldadura AWS, se crearon dos
códigos por separado, uno para las aleaciones de bajo contenido de carbono
o también conocido como acero dulce y uno para las aleaciones de alto
contenido de carbono o donde la composición química final del material
aportado fuera cambiada de forma dramática. (Fundamentos del proceso de
soldadura GMAW, 2003)
22..11..77..22 CCllaassiiffiiccaacciióónn AAWWSS ppaarraa llooss mmeettaalleess ddee aappoorrttee eelleeccttrrooddooss ddee bbaajjaa
aalleeaacciióónn ddee aacceerroo ppaarraa ssoollddaadduurraa ddee aarrccoo pprrootteeggiiddaa ppoorr ggaass
ER1 - XXX2 S3 - XXX4
1. Las primeras dos letras identifican como alambre o varilla desnuda
2. Los tres primeros números indican la resistencia a la tracción en miles
de libra/in2 La letra intermedia indica que el tipo de alambre es sólido.
32 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
3. Los últimos tres dígitos indican la Composición química del alambre lo
que determina la ejecución correcta de este proceso es:
La fluidez de la soldadura
La forma del cordón de la soldadura y sus bordes
La chispa o salpicaduras que genera (Spatter)
22..11..77..33 CCllaassiiffiiccaacciióónn AAWWSS AA55..1188 ppaarraa llooss mmeettaalleess ddee aappoorrttee eelleeccttrrooddooss ddee
aacceerroo aall ccaarrbboonnoo ppaarraa ssoollddaadduurraa ddee aarrccoo pprrootteeggiiddaa ppoorr ggaass
ER- XX S – X (1) (2) (3) (4)
(1) Las primeras dos letras identifican como alambre o varilla desnudas
(2) Los tres primeros números indican la resistencia a la tracción en miles
de libra/in2.
(3) La letra intermedia indica que el tipo de alambre es sólido.
(4) Composición química del alambre
Un buen procedimiento de soldada está caracterizado por la poca
presencia de porosidad, buena fusión, y una terminación libre de grietas o
quebraduras. La porosidad, es una de las causas más frecuentemente citadas
de una soldadura pobremente ejecutada, es causada por el exceso de
oxígeno de la atmósfera, creada por el gas usado en el proceso y cualquier
contaminación en el metal base, que, combinado con el carbono en el metal
soldado forma diminutas burbujas de monóxido de carbono (CO). Algunas de
estas burbujas de CO pueden quedar atrapadas en la soldadura fundida
después que se enfría y se convierten en poros mejor conocidos como
porosidad. (Catalogo de Electrodos Lincoln Electric, 2009)
Capítulo 2. Marco Teórico 33
22..11..77..44 CCoonnttrrooll ddee llaa ppoorroossiiddaadd
Una suficiente desoxidación del cordón de soldadura es necesaria para
minimizar la formación de monóxido de carbono CO y, por consiguiente, la
porosidad. Para lograr esto, algunos fabricantes han desarrollado alambres
que contienen elementos con los cuales el oxígeno se combina
preferentemente al carbono para formar escorias inofensivas. Estos
elementos, llamados desoxidantes, son manganeso (Mn), silicón, titanio (Ti),
aluminio (Al), y zirconio (Zr).
Aluminio, titanio y zirconio son los desoxidantes más poderosos, quizás
cinco veces más efectivos que el manganeso y el silicón, no obstante estos
últimos dos elementos afectan de manera especial el proceso y por eso no
son ampliamente utilizados, las cantidades de manganeso podrían variar
desde 1,10% hasta 1,58% y en el caso del silicón desde un 0,52% hasta
0,87%.
22..11..77..55 IInnfflluueenncciiaa ddeell ggaass yy eell aarrccoo ddee llaa ssoollddaadduurraa
El uso de Anhídrido Carbónico (C02) causa más turbulencias en la
transferencia del metal del alambre al metal base con la tendencia a crear
cordones de soldadura más abultados y un alto incremento de las
salpicaduras.
Las mezclas de gases con bases de Argón (Ar) proveen transferencias
de metales más estables y uniformes, buena forma del cordón de soldadura y
las salpicaduras son reducidas al mínimo, además de un rango más bajo en la
generación de humo.
El argón en nuestro caso es el gas de protección a usar y tiene como
propiedades lo siguiente; Está presente en la atmósfera, en concentraciones
34 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
inferiores al 1%. Se obtiene por destilación fraccionada del aire líquido. Sus
características como gas de protección son:
Es inerte, no reacciona con los elementos del baño de fusión.
Es aproximadamente 1.4 veces más pesado que el aire.
Potencial de ionización bajo: favorece el cebado y la estabilidad del
arco.
Conductividad térmica baja: concentra el calor del arco, aumentando la
penetración.
Al ser más pesado que el aire que proporciona una buena protección. Su
peso atómico es alto, por lo que consigue una acción de limpieza más
enérgica al chocar iones de mayor tamaño contra la capa de óxido. Esto
justifica su aplicación en la soldadura de aluminio o magnesio.
Tiene un bajo potencial de ionización, es decir, se vuelve conductor con
relativa facilidad. Se facilita el cebado y el arco es más estable. Su
conductividad térmica es baja, por lo que el calor se concentra en un arco
estrecho y las soldaduras que se producen son estrechas y con gran
penetración. La zona afectada por el calor es pequeña. Las dos propiedades
anteriores, bajos potenciales de ionización y conductividad térmica, hacen que
el calor liberado en el arco sea poco sensible a la longitud del arco, y no se
altere la forma del cordón. Esto lo hace especialmente interesante para la
soldadura manual. El calor liberado por el arco es bajo, debido a que también
lo es el potencial de ionización, por eso su aplicación resulta interesante para
la soldadura de materiales de pequeños espesores, porque se corren menos
riesgos de desfondar el baño. (Infra, 2005)
Capítulo 2. Marco Teórico 35
22..11..77..66 EEqquuiippoo ppaarraa llaa ssoollddaadduurraa MMIIGG ggeenneerraaddoorr ddee ssoollddaadduurraa
Los generadores más adecuados para la soldadura por el
procedimiento MIG son los rectificadores y los convertidores (aparatos de
corriente continua). La corriente continua con polaridad inversa mejora la
fusión del hilo, aumenta el poder de penetración, presenta una excelente
acción de limpieza y es la que permite obtener mejores resultados.
En la soldadura MIG, el calor se genera por la circulación de corriente a
través del arco, que se establece entre el extremo del hilo electrodo y la pieza.
La tensión del arco varía con la longitud del mismo. Para conseguir una
soldadura uniforme tanto la tensión como la longitud del arco deben
mantenerse constantes. En principio, esto podemos lograrlo de dos formas;
(1) Alimentando el hilo a la misma velocidad con que éste se va fundiendo; o
(2), fundiendo el hilo a la misma velocidad con que se produce la
alimentación. A continuación se presenta el diagrama esquemático del equipo
MIG.
Figura 2.11. Equipo para soldadura GMAW (MIG). Fuente: INDURA s.a (2007).
36 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
22..11..77..77 BBeenneeffiicciiooss yy LLiimmiittaacciioonneess ddeell pprroocceessoo MMIIGG..
Los beneficios más importantes de este proceso son:
No requiere limpieza después de la soldadura ya que no se produce
escoria. Mínima salpicadura.
Se logran tasas de deposición superiores al proceso con electrodo
revestido.
Las velocidades de soldadura son más altas.
Es el único proceso de electrodo consumible que puede servir para
soldar todos los metales y aleaciones comerciales.
Aplicable a altos rangos de espesores y baja generación de humos.
Permite soldar en todas las posiciones.
La pistola y los cables de soldadura son ligeros haciendo más fácil su
manipulación.
Por ser el electrodo un alambre continuamente suministrado no existe
limitación de tamaño
Algunas de las limitaciones del proceso son:
Es más difícil de usar en lugares de difícil acceso porque la torcha debe
estar cerca de la unión (entre 10 y 19mm) para asegurar buena
protección del metal fundido.
El arco de soldadura debe protegerse contra corrientes de aire que
puedan dispersar el gas protector, lo que limita su aplicación en la
intemperie.
Capítulo 2. Marco Teórico 37
22..11..77..88 TTééccnniiccaa ddee ssoollddaadduurraa MMIIGG ppoorr ccoorrttoo cciirrccuuiittoo
La soldadura MIG por la técnica de corto circuito se obtiene usando un
alambre de bajo calibre de 0,76 mm (0,030 pulg.) hasta 1,1 mm (0,045 pulg.)
de diámetro y la operación se efectúa con un arco más corto (bajo voltaje) y
corriente más baja. El producto final es un cordón de soldadura más reducido
que se enfría más rápido.
Esta técnica de soldadura es particularmente útil para juntar materiales
más delgados en cualquier posición, así como materiales más gruesos en
posición vertical y sobre cabeza, también para rellenar grandes cavidades. La
técnica de soldadura por corto circuito debería ser usada donde sea requerido
evitar la distorsión de la pieza a ser soldada.
El metal es transferido desde el alambre a la soldadura fundida sólo
cuando se establece el contacto entre éstos, o cada vez que ocurra un corto
circuito. El alambre hace cortocircuito con la pieza de 20 a 200 veces por
segundo.
La secuencia de sucesos durante la transferencia de metal, y la
corriente y el voltaje correspondiente se muestran en la figura 2.12. Cuando el
alambre toca el metal de soldadura, la corriente aumenta [A, B, C y D figura
2.12]; en [D y E] el metal fundido en la punta del electrodo se estrangula,
iniciando el arco como se aprecia en [E y F]. La rapidez con que aumenta la
corriente debe ser suficiente para calentar el electrodo y promover la
transferencia del metal, pero lo bastante baja como para minimizar
salpicaduras causadas por la separación violenta de la gota de metal. Este
aumento de la corriente se controla a través de la inductancia de la fuente de
poder. El ajuste de la inductancia óptimo depende tanto de la resistencia
eléctrica del circuito de soldadura como del punto de fusión del electrodo. Una
vez establecido el arco, la punta del alambre se funde al tiempo que el
alambre se alimenta hasta el siguiente cortocircuito en [H] en la figura 2.11.
38 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
Figura 2.12. Representación de la transferencia en cortocircuito GMAW (MIG). Fuente: Zalazar, M. (2001).
Aunque solo hay transferencia de metal durante el cortocircuito, la
composición del gas de protección tiene un efecto drástico sobre la tensión
superficial del metal fundido. Los cambios en la composición del gas de
protección pueden afectar el tamaño de las gotas y la duración del corto
circuito. El CO2 en general produce niveles de salpicado elevado en
comparación con los gases inertes, pero promueve la penetración
Al momento que el alambre toca la soldadura fundida, la corriente
comienza a incrementarse hasta alcanzar el punto de cortocircuito, entonces
el metal es transferido, se enciende el arco pero como el alambre es
alimentado más rápido de lo que en realidad se puede fundir, eventualmente
el arco es apagado (extinguido) por otro cortocircuito. (INDURA s.a, 2007).
Tabla 2.3. Rangos de corriente óptimos para el cortocircuito con diferentes diámetros de alambres
Diámetro del electrodo (D) Corriente en Amperios (I)
mm Pulgadas Mínimo (Amp) Máximo (Amp)
0,076 0,030 50 150
0,090 0,035 75 175
1,1 0,045 100 225
Fuente: Equipo de planificación y desarrollo de recursos humanos de Aceralia, (2000)
Capítulo 2. Marco Teórico 39
Para asegurar la buena estabilidad del arco, cuando se usa esta
técnica, debe ser empleada una corriente de soldadura relativamente baja, la
tabla 2.3 ilustra los rangos de corriente óptimos para el cortocircuito con
diferentes diámetros de alambres, estos rangos pueden ser una referencia
dependiendo del gas seleccionado. (INDURA s.a, 2007).
22..22 EEnnssaayyooss MMeeccáánniiccooss
Cuando un técnico proyecta una estructura metálica, diseña una
herramienta o una máquina, define las calidades y prestaciones que tienen
que tener los materiales constituyentes. Como hay muchos tipos de aceros
diferentes y, además, se pueden variar sus prestaciones con tratamientos
térmicos, se establecen una serie de ensayos mecánicos para verificar
principalmente la dureza superficial, la resistencia a los diferentes esfuerzos
que pueda estar sometido, el grado de acabado del mecanizado o la
presencia de grietas internas en el material. Hay dos tipos de ensayos, unos
que son destructivos y otros no destructivos
22..22..11 EEnnssaayyooss DDeessttrruuccttiivvooss
22..22..11..11 EEnnssaayyoo ddee TTrraacccciióónn
El ensayo de tracción de un material consiste en someter a una probeta
normalizada realizada con dicho material a un esfuerzo axial de tracción
creciente hasta que se produce la rotura de la probeta. La norma que rige este
ensayo es la ASTM E-8M. En un ensayo de tracción pueden determinarse
diversas características de los materiales elásticos:
Módulo de elasticidad o Módulo de Young que cuantifica la
proporcionalidad anterior.
40 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
Coeficiente de Poisson que cuantifica la razón entre el alargamiento
longitudinal y el acortamiento de las longitudes transversales a la
dirección de la fuerza.
Límite de proporcionalidad: valor de la tensión por debajo de la cual el
alargamiento es proporcional a la carga aplicada.
Límite de fluencia o límite elástico aparente: Valor de la tensión que
soporta la probeta en el momento de producirse el fenómeno de la
cedencia o fluencia. Este fenómeno tiene lugar en la zona de transición
entre las deformaciones elásticas y plásticas y se caracteriza por un
rápido incremento de la deformación sin aumento apreciable de la
carga aplicada.
Límite elástico (límite elástico convencional o práctico): valor de la
tensión ha la que se produce un alargamiento prefijado de antemano
(0,2%, 0,1%, etc.) en función del extensómetro empleado.
Carga de rotura o resistencia a la tracción: carga máxima resistida por
la probeta dividida por la sección inicial de la probeta.
Alargamiento de rotura: incremento de longitud que ha sufrido la
probeta. Se mide entre dos puntos cuya posición está normalizada y se
expresa en tanto por ciento.
Estricción: es la reducción de la sección que se produce en la zona de
la rotura.
Normalmente, el límite de proporcionalidad no suele determinarse ya
que carece de interés para los cálculos. Tampoco se calcula el Módulo de
Young, ya que éste es característico del material, así, todos los aceros tienen
el mismo módulo de elasticidad aunque sus resistencias puedan ser muy
diferentes. (Willian F., 2003).
Capítulo 2. Marco Teórico 41
Figura 2.13. Diagrama de esfuerzo - deformación. Fuente: Smith (2003).
22..22..11..22 EEnnssaayyoo ddee DDoobbllaaddoo
El plegado consiste en doblar un material delgado, por ejemplo una
plancha metálica, con el fin de reforzar algunas de sus funciones.
El ensayo de doblado consiste en doblar una probeta de un material
hasta que aparezcan grietas o fisuras, midiéndose el ángulo donde tales
alteraciones se han producido. La norma que rige este ensayo es la ASTM E-
190-92.
Este tipo de ensayo proporciona conocer la acritud de los diferentes
materiales y como consecuencia conocer la forma en que se puede trabajar
con ellos.
Para realizar el ensayo de coloca el material sobre dos rodillos y se le
aplica la presión de un tercer rodillo situado encima de la pieza y en medio de
los dos rodillos que sujetan la pieza. Al aplicar la fuerza el material cede y se
42 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
dobla y se calcula por valores preestablecidos la presión que hay que darles y
el ángulo que deben formar. (Smith, 2003)
22..22..11..33 EEnnssaayyoo ddee VVaarreessttrraaiinntt
Este ensayo permite evaluar la soldabilidad de las distintas zonas de
una soldadura y de un proceso de soldadura respecto de su comportamiento
ante el agrietamiento en caliente. Es un ensayo que entrega resultados
reproducibles de las condiciones de soldeo y deformación.
El agrietamiento en caliente se lleva a cabo por medio de este ensayo,
el cual permite provocar fisuras o grietas en caliente a las probetas. Este
ensayo consiste en apoyar la probeta en sus dos extremos dejando una zona
libre que será sometida a deformación, bajo la probeta existe un bloque con
un radio de curvatura predeterminado, cuya función es de producir la
deformación aumentada. (Pérez, 2004)
22..22..22 EEnnssaayyooss NNoo DDeessttrruuccttiivvooss
22..22..22..11 MMiiccrroossccooppííaa
Para este ensayo se prepara cuidadosamente una muestra
seleccionada del material y se observa con diferentes aumentos. El ensayo
microscópico hasta con 50 aumentos detecta huecos, poros, grietas,
inclusiones, escoria, defectos de laminados, etc. El ensayo microscópico
trabaja con aumentos mayores y permite comprobar la disposición, forma y
tamaño de los granos, que dependen de la composición del metal, de las
condiciones de enfriamiento y del ulterior tratamiento térmico al que fue
sometido el material (modelado en frío, tratamiento térmico). Permite
Capítulo 2. Marco Teórico 43
asimismo determinar el grado de pureza del material y establecer un claro
juicio sobre la manipulación y posibles propiedades mecánicas.
22..22..22..22 MMaaccrroossccooppííaa
La macroscopía se orienta a la determinación de las diferencias de
composición, defectos, así como al estudio del conjunto de la orientación
estructural. Se conoce bajo el nombre de ensayos macroscópicos, el conjunto
de procedimientos destinados a poner en evidencia, en las piezas metálicas,
las soluciones de continuidad y las heterogeneidades, de dimensiones tales
que pueden ser observadas por el ojo del observador, sin más ayuda que la
eventual de una lupa.
Los ensayos macroscópicos, de acuerdo a su aplicación, se realizan,
generalmente, sobre probetas destinadas a ensayos mecánicos o como
ensayos de recepción, en cuyo caso, a diferencia del primero, donde actúan
para determinar la parte a ensayar, sirven corno determinantes de la
aceleración del material.
Los estudios sobre aceros se dirigen principalmente en dos aspectos:
a) El estudio de las características superficiales y b) La determinación de la
falta de homogeneidad del material por razones físicas o químicas. Los
métodos utilizados son generalmente clasificados según usen o no de
procedimientos de ataque químico. (Smith, 2003).
CCAAPPÍÍTTUULLOO 33
MMaarrccoo MMeettooddoollóóggiiccoo
Según el Manual UPEL para la elaboración de Trabajos de Grados,
tesis Doctorales y Trabajos de Maestrías (2006), se pudo clasificar el trabajo
de investigación respecto a factores definidos a continuación como:
3.1 Nivel de la Investigación
Se catalogó de tipo descriptivo, experimental y del tipo documental.
Descriptivo ya que se midieron las variables macroscópicas y microscópicas,
las cuales permitieron detectar defectos superficiales y observar la
microestructura que formo el material respectivamente y así mismo se estudio
el fenómeno en las probetas con precalentamiento al momento de realizar el
cordón de soldadura del acero al molibdeno y después sometidas a los
distintos ensayos mecánicos.
Experimental debido a que para evaluar las propiedades de las juntas
soldadas del acero al molibdeno AISI 4140, se realizaron ensayos
experimentales a las mismas, variando la temperatura de precalentamiento.
Y documental debido a que la información adquirida durante esta
investigación fue a través de trabajos realizados acerca del tema estudiado.
Capítulo 3. Marco Metodológico 45
3.2 Diseño de la Investigación
Para alcanzar los objetivos planteados en este trabajo se siguieron
tanto los lineamientos de una investigación documental, como los de una
investigación experimental, es decir se recurrió a la revisión bibliográfica y a la
realización de ensayos normalizados.
3.3 Población y Muestra
En el presente trabajo la población se encuentra representada por el
acero al molibdeno AISI 4140. Las muestras estuvieron constituidas por 54
probetas en total. Por lo que para cada temperatura de precalentamiento a
aplicar se obtendrán un total de 18 probetas distribuidas de la siguiente
manera: 3 para el ensayo de tracción, 3 para el ensayo de doblado, 2 para el
ensayo de microscopía, 2 para el ensayo de macroscopía y 8 para el ensayo
de varestraint.
De igual forma se distribuyeron 8 probetas sin efectuarle
precalentamiento ni cordón de soldadura para la caracterización del metal
base de la siguiente manera: 3 para ensayo de tracción, 3 para ensayo de
doblado, 1 para observación microscópica y 1 para observación
macroscópica.
3.4 Tipo de Muestreo
El tipo de muestreo de la investigación fue probabilística, debido a que
permitió medir el tamaño del error en la medición de la cantidad de
agrietamientos presentes en el material de la soldadura de la probeta cuando
fue sometida a los ensayos.
46 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
3.5 Técnicas e Instrumentos de recolección de datos
La técnica que se empleó para recolectar la información fue la
observación directa, mientras que los instrumentos utilizados para recoger y
almacenar la información fueron: el microscopio, proyector de imagen
(televisor), fotografías, ensayos destructivos y no destructivos.
3.6 Técnicas de Procesamiento y Análisis de datos
Las técnicas de procesamiento de datos que se emplearon en la
presente investigación fueron: tablas, gráficas de barras y gráficos para los
análisis y síntesis.
3.7 Aspectos Administrativos
Recursos materiales utilizados: microscopio óptico, computador,
soporte para el ensayo Varestraint, equipo de soldadura, Equipo
Galdabini, entre otros.
Recursos humanos: técnico soldador, técnicos de laboratorio.
Recursos financieros: los recursos necesarios fueron aportados por los
investigadores.
3.8 Técnicas y Procedimientos para llevar a cabo la Investigación
33..88..11 DDiisseeññoo EExxppeerriimmeennttaall
Para realizar la presente investigación se siguió la secuencia del
organigrama experimental presentado a continuación en la figura 3.1, donde
Capítulo 3. Marco Metodológico 47
se presentan todos los pasos generales que se realizaron en las
evaluaciones.
Figura 3.1 Organigrama experimental.
Caracterización de los materiales utilizados
Caracterización del material base
Lámina de acero al molibdeno AISI 4140
Caracterización del material de aporte
AWS E308-L
Diseño y preparación de juntas
Proceso de soldadura GMAW
Parámetros de soldadura
Voltaje
Intensidad de Corriente
Longitud de arco
Gas protector
Caudal de gases
Velocidad de soldeo
Velocidad de alimentación del alambre
Modo de transferencia del aporte
Transferencia por cortocircuito
Preparación de Probetas
Tp1 = 200ºC: 3 tracción, 3 doblado, 2 microscopía, 2 macroscopía y 8 varestraint. Tp2 = 250ºC: 3 tracción, 3 doblado, 2 microscopía, 2 macroscopía y 8 varestraint Tp3 = 300ºC: 3 tracción, 3 doblado, 2 microscopia, 2 macroscopía y 8 varestraint
Ensayo de Tracción Ensayo de Varestraint Ensayo de Doblado
Ensayo de Microscopía
Análisis de Resultados
Conclusiones y Recomendaciones
Ensayo de Macroscopía
48 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
33..88..22 MMaatteerriiaalleess yy EEqquuiippooss aa uuttiilliizzaarr
1. Lámina de acero al molibdeno AISI 4140 de dimensiones 1200mm x
2500mm x 6mm.
2. Varillas de Acero Inoxidable AWS E308-L de 3.2 mm de diámetro.
3. Electrodos de Tungsteno.
4. Máquina de soldar Lincoln Electric Precisión MIG 225 por arco metálico
con protección gaseosa GMAW.
5. Equipo Galdabini para el ensayo de tracción y doblado.
6. Matriz y punzón para ensayo de Doblado.
7. Campana de extracción para el ataque químico de las probetas.
8. Microscopio óptico
9. Pulidora metalográfica.
10. Lijadora de banda.
11. Cámara digital.
33..88..33 HHeerrrraammiieennttaass aa uuttiilliizzaarr
1. Vernier, lápiz para metal, lentes protectores, bata de laboratorio,
guantes, entre otros.
2. Papeles de lija de tamaño de grano creciente: 120, 240, 320, 400, 600,
1200.
3. Alúmina fina y gruesa.
Capítulo 3. Marco Metodológico 49
4. Ácido Clorhídrico
5. Etanol.
6. Nital al 2% de concentración.
7. Secador.
8. Guantes desechables.
A continuación se muestran algunas figuras de los equipos empleados:
Figura 3.2. Microscopio óptico
Figura 3.3. Campana de extracción para el ataque químico.
50 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
Figura 3.4. Lijadora de banda.
Figura 3.5. Banco de pulido para el ensayo de metalografía.
Capítulo 3. Marco Metodológico 51
Figura 3.6. De izquierda a derecha Etanol, Nital al 2%, Alúmina fina y gruesa para el ataque
químico y el pulido respectivamente.
33..88..44 PPrroocceeddiimmiieennttoo EExxppeerriimmeennttaall
El procedimiento experimental que se llevo a cabo en esta
investigación se inicio con la caracterización de los materiales a utilizar, entre
los cuales se tiene como material base una lámina de acero al molibdeno AISI
4140 de 6mm de espesor, el cual se utiliza en una gran diversidad de
aplicaciones en la actualidad como pernos de alta resistencia, espárragos,
guías, seguidores de leva, ejes, bielas, cinceles, y otras herramientas. Como
material de aporte fueron varillas de acero inoxidable AWS E308-L.
La composición química del material base fue realizada en la empresa
Cooperativa de Moldeo y Fundición S.R.L, de fundición de molde ubicada en
Guácara - Edo. Carabobo y la composición del material de aporte fueron
suministrados por la empresa dispensadora; se encuentran tabulados en la
Tabla 3.1 y 3.3 respectivamente. El material de aporte (Varilla de acero
inoxidable AWS E308-L) fue adquirido en COMERCIALIZADORA JARCHI
C.A, mientras que el material base fue adquirido en la empresa SUMINDU
C.A.
52 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
Tabla 3.1. Composición Química del material Base (%).
Material
Base
%C %Mn %Cr %Mo %Si %P máx. %S máx.
AISI 4140 0.41 0.87 0.94 0.21 0.25 0.034 0.039
Luego se comparó la composición química del material base elaborada
en la empresa mencionada anteriormente con la composición teórica que
debería poseer un acero al molibdeno AISI 4140 (extraído de Di Caprio,
1999), para comprobar que los valores obtenidos estén dentro del intervalo
de valores teóricos y así garantizar que el material posee una composición
con valores aceptados dentro del rango para dicho acero.
Se realizo un ensayo de tracción al material base para comprobar que
las propiedades mecánicas suministradas por el proveedor concuerden con
las obtenidas en el ensayo.
Tabla 3.2. Propiedades Mecánicas del Acero AISI 4140.
Material Dureza Esfuerzo a la
fluencia
Esfuerzo
máximo
Alargamiento
mínimo
Reducción
de área
mínima
AISI 4140 275-320 HB 690 MPa 900-1050 MPa 12% 50%
Fuente: Certificado de calidad del acero al molibdeno AISI 4140, proporcionado por el distribuidor SUMINDU
Como material de aporte son varillas de acero inoxidable AWS E308-L,
este material es especialmente adecuado para soldar láminas con soldadura
GMAW utilizando Argón como gas de protección y opera en todas las
posiciones cuando se emplea transferencia por corto circuito, ya que posee
una composición química similar a la del material base, baja en carbono. Se
utiliza en la reparación de ejes, fabricación de tanques, carrocerías,
Capítulo 3. Marco Metodológico 53
implementos agrícolas, rines de automóviles, embarcaciones, estructuras,
entre otros.
Tabla 3.3. Composición Química del material de Aporte (%)
Material de
Aporte
%C %Mn %Si %Cr %Ni %Cu %Mo %S %P
AWS E308-L 0.04 1.5 0.9 19.5 10 0.75 0.75 0.030 0.04
Fuente: Catálogos de electrodos proporcionados Comercializadora JARCHI C.A
Las juntas provenientes del metal base (AISI 4140) fueron soldadas a
tope, a las mismas se les realizó un bisel a 60º, debido a que el espesor de la
lámina es de 6 mm. El material de aporte utilizado fue una varilla de acero
inoxidable AWS E308-L de 3.2mm de diámetro. Los parámetros de soldadura
se mantuvieron constantes durante la realización del cordón, ya que el estudio
se enfocó en los efectos de la variación de la temperatura de
precalentamiento sobre la junta soldada.
33..88..55 PPrreeppaarraacciióónn ddee llaass PPrroobbeettaass
De la lámina de acero al molibdeno AISI 4140 de dimensiones
se cortaron y se prepararon 108 tiras, las cuales
serán soldadas a tope de dos en dos hasta completar las 54 juntas necesarias
para los ensayos mecánicos, a parte de las 8 probetas sin soldar para la
caracterización del material.
33..88..66 CCoorrttee ddee ppiieezzaass yy mmeeccaanniizzaaddoo ddee llaass pprroobbeettaass
El procedimiento se realizo en la empresa METALMECÁNICA YAR C.A
y METALMECÁNICA A.R.J C.A, para ello se elaboró un plano de corte (ver
figuras 3.7.1, 3.7.2 y 3.7.3), donde se muestran las dimensiones de la
probetas para cada tipo de ensayo realizado, considerando la pérdida de
54 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
material por el corte con laser, con un valor de 6mm2 alrededor de cada tira de
la probeta. Las unidas en los planos están expresadas en Milímetros (mm)
Luego de esto se procedió a mecanizar cada tira para realizar el bisel
de deposición del material de aporte.
Figura 3.7.1. Distribución de probetas para el ensayo de tracción.
Figura 3.7.2. Distribución de probetas para el ensayo de doblado y microscopía.
Capítulo 3. Marco Metodológico 55
Figura 3.7.3. Distribución de probetas para el ensayo de varestraint y macroscopía.
33..88..77 SSoollddaadduurraa ddee llaass PPaarreejjaass
Una vez preparadas las juntas, se procedió a realizar el cordón de
soldadura siguiendo el proceso GMAW, con el propósito de realizar una unión
a tope de las tiras cortadas. Para ello fue necesario que las tiras fuesen
maquinadas y biseladas con un ángulo de 60º, luego fueron colocadas de dos
en dos frente a frente los biseles para lograr el diseño de junta a tope con
borde en "V" y una separación de raíz de 1.6mm, tal como se indica en la
figura 3.8, en el diseño de la junta fue tomado en cuenta el espesor de la
lámina, así como el proceso de soldeo establecido según las especificaciones
AWS.
Figura 3.8. Diseño de la junta
56 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
Para la ejecución del trabajo por parte del soldador se tomaron en
cuenta las especificaciones del procedimiento de soldadura tal como se
muestra en la tabla 3.4 según QW-200.1 Sección IX, Código ASME.
Tabla 3.4. Especificación del procedimiento de soldadura
Nombre de la Compañía: METALMECÁNICA A.R.J. C.A.
Especificación del procedimiento de soldadura No. 001 Fecha: Noviembre – 2010
Proceso de Soldadura: Proceso de arco metálico con protección gaseosa –GMAW
Tipo: Semiautomático
Junta: QW – 402
Diseño de la Junta: A tope – Bisel en V
Respaldo: (Si)_(No) X
Metal Base: QW – 403
Especificación, Tipo y Grado: AISI 4140
Tipo: Chapa Espesor: 6 mm
Rango de espesor de metal base: QW 451.1
Detalles
Metal de relleno: QW – 404
Clase: AWS No. E – 308L
Diámetro: 3.2mm
Precalentamiento QW – 406
Temperatura Precalentamiento: QW – 407
Temperatura entre Pasadas Máxima: N/A
Mantenimiento del Precalentamiento: N/A
Características eléctricas QW – 409 Para electrodo ER 308-L Corriente: Continua Polaridad: inversa / Positiva Intensidad: 105 - 110 Tensión 18V – 24V
Técnica QW – 410 Cordoneado y oscilación máxima de 2.5 veces el diámetro del electrodo Limpieza inicial y entre pasadas con cepillado manual.
Pases de soldadura
Proceso Metal de aporte Corriente Rango de
Tensión (V)
Rango de Velocidad
de Avance
(wfs)
Clase Diámetro (mm)
Tipo de Polaridad
Rango de intensidad
(A)
1 GMAW ER308 3.2 CD – PI 105 – 110 18 – 24 220 – 225
2 GMAW ER308 3.2 CD – PI 105 – 110 18 – 24 220 – 225
Para ello se utilizo una máquina de soldar por arco eléctrico Marca
Lincoln Electric. La pistola de soldadura se utilizó a un ángulo de 45º y con
Capítulo 3. Marco Metodológico 57
alimentación manual del material de aporte a una velocidad determinada por
la longitud de arco e intensidad de corriente utilizada.
33..88..88 SSeelleecccciióónn ddee ppaarráámmeettrrooss ddee ssoollddaadduurraa
Para la selección de los parámetros de soldadura utilizados,
dispusimos de algunos cupones de prueba variando la intensidad de corriente
con valores de 95A, 100A y 105A. Manteniendo constantes los demás
parámetros como voltaje, longitud de arco, caudal de gases, velocidad de
soldeo, velocidad de alimentación del alambre y el tipo de transferencia
metálica. Luego estos cupones se sometieron a un doblez con la finalidad de
determinar y seleccionar la intensidad de corriente adecuada que produjeran
un aspecto limpio y uniforme del cordón de soldadura. La intensidad de
corriente seleccionada fue la de 100A debido a que arrojo mejores resultados
en cuanto al cordón de soldadura, como se puede observar en la figura 3.9.
Figura 3.9. Cupones de prueba para seleccionar la intensidad de corriente 95, 100 y 105A
respectivamente.
La mezcla utilizada como gas de protección estuvo compuesta por
Argón y 3 a 5 % de oxígeno.
58 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
Figura 3.10. Precalentamiento de las probetas y medición de temperatura respectivamente para la posterior soldadura.
Figura 3.11. Soldadura de las probetas
.3.9 Ensayos experimentales en las probetas soldadas
33..99..11 EEnnssaayyoo ddee TTrraacccciióónn
El ensayo destructivo más importante es el ensayo de tracción, en
donde se coloca una probeta en una máquina de ensayo consistente de dos
mordazas, una fija y otra móvil.
Se procede a medir la carga mientras se aplica el desplazamiento de la
mordaza móvil. Un esquema de la máquina de ensayo de tracción se muestra
en la figura 3.12.
Capítulo 3. Marco Metodológico 59
Figura 3.12. Maquina de ensayo de Tracción
La máquina de ensayo impone la deformación desplazando el cabezal
móvil a una velocidad seleccionable. La máquina entrega una señal que
representa la carga aplicada y el desplazamiento que luego son graficadas en
la pantalla conectada al CPU, luego se recolectaron los datos para su análisis.
A través del ensayo de tracción se obtuvieron:
Porcentaje de alargamiento.
Esfuerzo máximo.
Se elaboraron 3 probetas por cada temperatura de precalentamiento
aplicada, según lo establecido en la norma ASTM (American Society for
Testing and Materiales o Sociedad Americana para Pruebas y Materiales), es
60 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
decir, 9 probetas en total. A continuación, se muestra en la figura 3.13 el
modelo de las probetas utilizadas según la norma ASTM E-8M.
Figura 3.13. Probeta de tracción según norma ASTM E-8M. Medidas en milímetros. Fuente: Norma ASTM E-8M
Para la realización de este ensayo las probetas fueron llevadas al
laboratorio de materiales donde se encuentra la máquina Galdabini para
ensayos mecánicos con la debida supervisión del técnico del laboratorio de
materiales.
33..99..22 EEnnssaayyoo ddee DDoobbllaaddoo
Este ensayo se realizo con el objeto de determinar la ductilidad de la
junta soldada. Para realizar el ensayo se colocó la probeta sobre dos rodillos
cuya distancia fue de 50mm, que corresponde al diámetro del rodillo del
punzón más dos veces el espesor de la lámina, garantizando que el cordón de
soldadura quede en la mitad de dicha distancia y se le aplicó la presión con un
tercer rodillo situado encima de la pieza y en medio de los dos rodillos que
sujetan la pieza.
Capítulo 3. Marco Metodológico 61
Al aplicar la fuerza el material cede y se dobla. Este ensayo se realizó
haciendo uso del Equipo Galdabini que es la encargada de imprimir la fuerza
sobre la probeta mediante el punzón.
Figura 3.14. Matriz de doblado junto con el punzón respectivamente empleados en el Equipo Galdabini para el ensayo de doblado.
En este ensayo se utilizaron 3 probetas por cada temperatura de
precalentamiento, es decir, 9 probetas en total. Las probetas se elaboraron
según la norma ASTM E-190, como se observa en la figura 3.15. El ensayo se
detiene al momento que la probeta ensayada toma la forma del punzo, es
decir, el momento antes de la fractura, pero en nuestro caso la probeta no
tomo la forma del punzón por ser un material frágil, sino que fracturo de
inmediato, por lo tanto se detuvo el ensayo al momento que la probeta formo
un modo de fractura denominado clivaje.
Figura 3.15. Probeta de doblado según norma ASTM E-190. Medidas en milímetros. Fuente: Norma ASTME-190.
62 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
33..99..33 MMaaccrroossccooppííaa
Para la preparación de las probetas se siguieron los siguientes pasos:
1. Se cortaron cada una de las probetas.
2. Se realizó el desbaste con la lija de banda hasta que se eliminaron las
líneas de corte.
3. Se realizó el desbaste del corte con papel de lija con un tamaño de
grano 120 para aplanar la superficie de la pieza.
4. Se continuó el proceso de lijado, utilizando para los mismos papeles de
lija de tamaño de grano: 240, 320, 400, 600 y 1200.
5. Luego del proceso de lijado se realizó el ataque químico a la cara a
estudiar con Nital y ácido clorhídrico.
6. Se lavo con agua corriente, se le aplico etanol y se seco con aire
caliente.
7. Por último la muestra quedo lista para ser observada, donde se pudo
distinguir el metal base y el cordón de soldadura macroscópicamente
con la ayuda de una lupa.
33..99..44 MMiiccrroossccooppííaa
Las probetas fueron sometidas a un proceso de desbaste con papeles
de lijas 120, 240, 320, 400, 600 y 1200. Después de ser pasadas por los
papeles de lija las probetas fueron pulidas en el banco de pulido con un paño
grueso y fino respectivamente, utilizando para ello la alúmina gruesa y fina en
orden. Luego de obtener una superficie especular, las probetas fueron
atacadas con Nital al 2% de concentración para facilitar la visualización en el
Capítulo 3. Marco Metodológico 63
microscopio de la microestructura obtenida. Para los ácidos de ataque
metalográfico se guio por los Fundamentos de la Practica Metalográfica.
El Nital se caracteriza por tener una composición de 2 a 5 % de acido
nítrico en alcohol metálico. Obscurece la perlita en los aceros la carbono.
Diferencia la perlita de la Martensita (revela los límites de grano de la ferrita).
(Kehl, 1949)
33..99..55 EEnnssaayyoo ddee VVaarreessttrraaiinntt
El agrietamiento en caliente se llevo a cabo por medio de este ensayo,
el cual permite provocar fisuras o grietas en caliente a las probetas. Las
probetas utilizadas en dicho ensayo tienen las siguientes dimensiones:
(AWS Vol. 1, Fundamentals of welding,
pág. #143). Para cada grupo de 8 probetas, a cada 4 probetas se le
aplico un nivel de intensidad de corriente (I) de 100 A (seleccionada de
la evaluación de los cupones de prueba para determinar dicho
parámetro), temperatura de precalentamiento de 200ºC, así como un
radio de curvatura R1 listados en la tabla 3.5. De igual forma se aplico
el mismo procedimiento para el segundo grupo de 4 probetas variando
el radio de curvatura R2. De esta misma forma se repitió el
procedimiento para las otras dos temperaturas de precalentamiento
250ºC y 300ºC respectivamente.
Tabla 3.5. Radios de curvatura del dispositivo de Varestraint (Fuente: Propia)
R1 (mm) R2 (mm)
40 32
Para la selección de las temperaturas de precalentamiento (Tp [ºC]), se
empleo varias referencias bibliográficas (ver tabla 3.6), las cuales
recomiendan ciertas temperaturas de precalentamiento de acuerdo al tipo de
acero.
64 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
Tabla 3.6. Temperaturas de precalentamiento recomendadas de acuerdo a la composición
del acero y a su espesor.
Fuente: Quesada y Zalazar, (1998).
Estas probetas fueron fijadas en un extremo en voladizo; donde ya
establecidos todos los parámetros a seguir, se procedió a realizar el cordón de
soldadura para cada muestra en particular utilizando el proceso de soldadura
GMAW, comenzando por el extremo libre de la probeta en dirección
longitudinal hacia el extremo fijo. Cuando el electrodo recorrió
aproximadamente la mitad de la probeta, estas fueron dobladas bruscamente
con una fuerza a flexión amoldándolas al radio de curvatura de la superficie
circular removible, como se muestra en la figura 3.16.
Figura 3.16. Esquema de montaje del ensayo Varestraint.
SAE C Mn Si Cr Mo 2,5 5 10 25 50 250
4119 0,17-0,22 0,70-0,90 0,20-0,35 0,40-0,60 0,20-0,30 - - 150°C 250°C 280°C 300°C
4125 0,23-0,28 0,70-0,90 0,20-0,35 0,40-0,60 0,20-0,30 - 110°C 210°C 280°C 300°C 320°C
4130 0,28-0,33 0,40-0,60 0,20-0,35 0,80-1,10 0,15-0,25 - 110°C 250°C 290°C 310°C 330°C
4137 0,35-0,40 0,70-0,90 0,20-0,35 0,80-1,10 0,15-0,25 150°C 280°C 330°C 360°C 370°C 380°C
4140 0,38-0,43 0,75-1,00 0,20-0,35 0,80-1,10 0,15-0,25 250°C 330°C 360°C 390°C 400°C 420°C
4145 0,43-0,48 0,75-1,00 0,20-0,35 0,80-1,10 0,15-0,25 310°C 370°C 390°C 420°C 430°C 440°C
4150 0,48-0,53 0,75-1,00 0,20-0,35 0,80-1,10 0,15-0,25 350°C 400°C 420°C 450°C 460°C 470°C
Composición en peso (%) Espesor de las piezas a soldar (mm)
Capítulo 3. Marco Metodológico 65
Esta fuerza de doblado permitió producir una deformación aumentada
en el cordón de soldadura contenido en la probeta. El valor nominal del
aumento en la deformación, debido a la geometría del dispositivo, estuvo
regida por la siguiente expresión:
(3.1)
Donde:
e: aumento en la deformación
t: espesor de la probeta (mm)
Ri: radio de curvatura de la superficie circular (mm)
La deformación impuesta al cordón de soldadura por la acción de la
tensión, dentro de un rango critico de temperatura, permitió obtener el
agrietamiento, el cual fue independiente de los parámetros de soldadura y el
precalentamiento previo al metal, debido a que el precalentamiento contribuyo
a disminuir la velocidad de enfriamiento de la ZAC y del metal de soldadura.
Después de ejecutar el cordón de soldadura y la deformación que
propicio la propagación de grietas o microgrietas, por medio del dispositivo de
Varestraint, se dejo a la probeta enfriarse al aire tranquilo por 24 horas, luego
fue examinado (una vez preparadas las muestras), a través de un microscopio
óptico, para evidenciar el agrietamiento en caliente en la microestructura del
cordón de soldadura fundido en el metal base.
Para el caso de la evaluación de las muestras, se examino visualmente
los cordones de soldadura de cada probeta, en busca de grietas de
solidificación en su microestructura con la ayuda de un microscopio óptico con
proyector de imagen, utilizando los aumentos específicos de 100X, 200X,
66 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
400X o 1000X, donde se observó la microestructura del cordón de soldadura y
posteriormente la micrografía, esto con la ayuda de un microscopio de barrido,
el cual permitió determinar el tamaño de la longitud de las grietas (µm) o
microgrietas y el número de grietas en el referido cordón de cada probeta
ensayada. Estas mediciones se hicieron en la empresa ALCAVE C.A.
Para evaluar los resultados del ensayo se aplicaron 3 criterios:
Limite de agrietamiento: corresponde al nivel de deformación o radio de
la superficie circular donde debe comenzar a aparecer las grietas.
Longitud total o promedio de grietas: es el promedio aritmético de la
longitud de todas las grietas en un ensayo particular para un nivel de
deformación en específico.
Porcentaje de aumento de deformación: está referido al valor de la
deformación, calculado para un radio de superficie circular en
particular.
Estos criterios se reflejaron en graficas, lo que permitió realizar la
evaluación de la sensibilidad al agrietamiento en caliente de la soldadura.
Los datos requeridos para construir las graficas de la línea de
tendencia de longitud promedio de grieta contra el porcentaje de deformación,
fue realizado en varios ensayos, para los cuales se vario el radio de curvatura
en la superficie circular donde estuvo apoyada la probeta, así como el
precalentamiento a temperatura variable, contenida homogéneamente a lo
largo de la probeta a ensayar.
Capítulo 3. Marco Metodológico 67
33..99..55..11 EEvvaalluuaacciióónn ddee llaass ggrriieettaass
La evaluación de las grietas se enfocó en la zona más esforzada
después de ser aplicado el ensayo de Varestraint y una vez localizada esa
zona, se procedió a cortar la probeta de forma lineal, con una cizalla de
palanca manual, a una dimensión de 1 plg2, la cual fue la más apropiada para
el manejo en la evaluación del cordón de soldadura y de la probeta. Esta
evaluación se aplico en dos pasos: la primera una evaluación de la
micrografía de manera microscópica, en el que se reparó la superficie soldada
utilizando la técnica de pulido metalográfico, donde inicialmente se fresó el
espesor del cordón de soldadura, con ayuda de una fresadora, a velocidad de
giro constante y avance de penetración controlado, hasta que dicho cordón
quedó aproximadamente al mismo nivel del metal base, luego se lijó la
superficie rebajada con lija de granos numero 120, 240, 320, 400, 600 y 1200,
con el fin de obtener una superficie del cordón pulida, tipo especular y libre de
huellas, facilitando así la visualización y evaluación de grietas, en la que se
obtuvo la longitud de las microgrietas con una escala.
La segunda parte de la evaluación, correspondió a una visualización
microscópica de la microestructura del cordón de soldadura en la probeta,
donde se realizó un ataque químico, al que se le aplicó un reactivo sobre la
superficie soldada, que luego se dejó un tiempo expuesto para la penetración
e impregnación del reactivo sobre el cordón y enseguida se removió el mismo
con abundante agua y Etanol, que inmediatamente se seco con ayuda de un
secador de aire eléctrico, cuyo tiempo de secado estuvo sujeto a la
eliminación completa de la humedad en la zona de estudio. Luego se
inspeccionó las posibles indicaciones lineales, referidas a las grietas, por
medio del microscopio óptico, con un aumento del lente, el cual vario de 100X
hasta 1000X, lo que permitió observar la disposición de las grietas.
CCAAPPÍÍTTUULLOO 44
RReessuullttaaddooss yy AAnnáálliissiiss
4.1 Resultados de los Ensayos de Tracción:
Una vez realizados los ensayos de tracción se obtuvieron las curvas
de Esfuerzo vs. Deformación para cada una de las probetas ensayadas, en
donde se expresan las propiedades mecánicas a estudiar, como lo son: el
esfuerzo máximo y la deformación elástica. Luego se procedió a realizar la
curva de caracterización del material sin soldar ni precalentar (material base),
y por último la curva para cada temperatura de precalentamiento del material
en estudio. Una vez extraídos todos los datos de las gráficas, se procedió a
tabular los resultados obtenidos (Tabla 4.1).
En la figura 4.1 se muestra la curva Esfuerzo vs. Deformación para el
material base AISI 4140, la cual se tomó como punto de referencia para la
elaboración de los análisis pertinentes en la influencia de cada uno de los
tipos de precalentamiento respectivos.
En las figura 4.2 se muestra la curva Esfuerzo vs. Deformación para
juntas soldadas con precalentamiento de 200°C, en la figura 4.3 se muestra
la curva Esfuerzo vs. Deformación para juntas soldadas con
precalentamiento de 250°C y en la figura 4.4 se muestra la curva Esfuerzo
69 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW. vs. Deformación para juntas soldadas con precalentamiento de 300°C
respectivamente.
Figura 4.1. Curva Esfuerzo vs. Deformación para material base sin precalentamiento y soldadura.
Figura 4.2. Curva Esfuerzo vs. Deformación para junta soldada con
precalentamiento a 200°C.
0
100
200
300
400
500
600
700
0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025
Esfu
erz
o (
MP
a)
Deformación ε
AISI 4140
0
100
200
300
400
500
600
700
0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025
Esfu
erz
o (
MP
a)
Deformación ε
AISI 4140
Curva Esfuerzo vs Deformación para el material base AISI 4140
Curva Esfuerzo vs Deformación para junta soldada con precalentamiento de 200°C al AISI 4140
Capitulo 4. Análisis de Resultado. 70
Figura 4.3. Curva Esfuerzo vs. Deformación para junta soldada con precalentamiento a
250°C.
Figura 4.4. Curva Esfuerzo vs. Deformación para junta soldada con precalentamiento a
300°C.
0
100
200
300
400
500
600
700
0 0,01 0,02
Esfu
erz
o (
MP
a)
Deformación ε
AISI 4140
0
100
200
300
400
500
600
700
0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025
Esfu
erz
o (
MP
a)
Deformación ε
AISI 4140
Curva Esfuerzo vs Deformación para junta soldada con precalentamiento de 250°C.
Curva Esfuerzo vs Deformación para junta soldada con precalentamiento de 300°C
71 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW.
Figura 4.5. Esfuerzo máximo vs. Material base y juntas soldadas con precalentamiento a 200°C, 250°C y 300°C respectivamente.
Tabla 4.1 Resultados del ensayo de tracción de probetas soldadas por GMAW según modo
de ensayo
Modo de Ensayo Esfuerzo de Máximo
(MPa) Ductilidad
Material Base sin precalentar
678.568 N/A
Precalentamiento a 200°C 664.012 N/A
Precalentamiento a 250°C 656.875 N/A
Precalentamiento a 300°C 647.792 N/A
Nota: La Ductilidad no aplica para este tipo de material puesto que resulto ser frágil ocurriendo la fractura al momento de la tensión sin reducción de área.
4.2 Análisis del Ensayo de Tracción
Se observa en la figura 4.1 que el comportamiento que describe la
curva es indicativo y característico de un material frágil, una de las razones
es que no se atribuye exclusivamente a dúctiles, es decir, sólo posee
deformación elástica, no posee elongación de material por ende no aplica
formación de cuello en la zona calibrada, ocurriendo una fractura frágil en la
630
640
650
660
670
680
690
Esfu
erz
o M
áxim
o (
MP
a)
Modo de Ensayo
Esfuerzo Máximo
Material Base Precalentado a 200 °C
Precalentado a 250 °C Precalentamiento a 300°C
Capitulo 4. Análisis de Resultado. 72
ZAC, característica de un color gris claro. El esfuerzo de ruptura tiene un
valor de 678.568 MPa se encuentra dentro de los valores estándares del
material AISI 4140. La caracterización del material base hace constar de que
el AISI 4140 es un material frágil, sin plasticidad y poca resilencia.
Se observa en la figura 4.2 que el AISI 4140 precalentado a 200 °C
no posee plasticidad, la fractura del material es de color gris claro, indicativo
de un material frágil en la ZAC. Debido al precalentamiento se nota que el
material se endureció y el esfuerzo de ruptura se ve afectado y disminuye
levemente su valor a 664.012 MPa. Detalla una curva con pendiente
inclinada propia de un elevado modulo de elasticidad (E) que es proporcional
a la dureza del material.
Se muestra en la figura 4.3 que al comportamiento de las juntas
soldadas con precalentamiento a 250°C disminuye su valor de esfuerzo
ligeramente en comparación a las juntas soldadas con precalentamiento a
200°C hasta obtener un esfuerzo de 656.875 MPa, indicativo que la dureza
del material es proporcional con el aumento de temperatura de
precalentamiento. La curva describe la misma tendencia anterior
característica de un material frágil, solo que con un ligero aumento de su
deformación.
Se observa en la figura 4.4 el comportamiento que al igual que el
anterior obedece a un material frágil netamente elástico, pero en las probetas
precalentadas a 300°C se consta con mayor evidencia la poca resistencia a
la tensión o tracción que posee el material al aplicar un precalentamiento de
300°C con un esfuerzo de ruptura de 647.792 MPa y aumento de la
resilencia. La curva define una pendiente con menor inclinación con respecto
a los ensayos con probetas precalentadas a 200°C y 250°C, haciendo
énfasis en que al poseer una menor pendiente de curva, se ve directamente
influenciado en una disminución en el Modulo de Elasticidad (E), que por
73 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW. consiguiente el material tendrá una menor rigidez y/o dureza pero mayor
elasticidad.
Se hace evidencia en la figura 4.2 que se obtiene un mayor esfuerzo
de ruptura en las probetas precalentadas a 200°C en comparación con el
material base sin precalentamiento y las juntas soldadas a 250°C y 300°C.
Las probetas precalentadas a 200°C poseen mayor ductilidad pero
tienen menor resilencia que las probetas a ensayas a 250°C y 300°C. Ambos
lineamientos de ensayos no aportan información sobre la deformación
plástica ya que las características del material son propias de un material
frágil y al aplicar un precalentamiento se modifican sus propiedades
mecánicas y microconstituyentes de tal forma que se endurece de la misma
forma que se vuelve frágil. Las deformaciones son de un valor bajo y son
distribuidas en todo el material, comportamiento fundamental de una
deformación netamente elástica.
4.3 Resultados del Ensayo de Doblado.
Se presentan las figuras 4.6, 4.7, 4.8 y 4.9 donde se muestran las
curvas de Esfuerzo vs. Deformación para las probetas ensayadas de la
siguiente forma: Material Base sin precalentamiento y sin junta soldada,
material base con junta soldada con precalentamiento de 200ºC, material
base con junta soldada con precalentamiento de 250ºC y material base con
junta soldada con precalentamiento a 300ºC respectivamente. Se construyo
la curva Esfuerzo vs. Deformación del material base sin precalentamiento y
sin junta soldada como un promedio de las probetas ensayadas para esta
condición; de igual forma se conforman las curvas para las juntas soldadas
con precalentamiento a 200°C, 250ºC y 300°C respectivamente.
Capitulo 4. Análisis de Resultado. 74
Figura 4.6 Curva de Esfuerzo vs. Deformación para material base sin precalentamiento ni junta soldada.
Figura 4.7 Curva de Esfuerzo vs. Deformación para juntas soldadas con precalentamiento a
200ºC.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 0,005 0,01 0,015 0,02
Esfu
erz
o (
MP
a)
Deformación
Esfuerzo Vs DeformaciónMaterial Base
Curva Característica
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 0,005 0,01 0,015 0,02
Esfu
erz
o (
MP
a)
Deformación
Esfuerzo Vs Deformación Precalentamiento a 200ºC
Curva Característica
75 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW.
Figura 4.8 Curva de Esfuerzo vs. Deformación para juntas soldadas con precalentamiento a
250ºC.
Figura 4.9 Curva de Esfuerzo vs. Deformación para juntas soldadas con precalentamiento a
300ºC.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 0,005 0,01 0,015 0,02
Esfu
erz
o (
MP
a)
Deformación
Esfuerzo Vs Deformación Precalentamiento a 250ºC
Curva Característica
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 0,005 0,01 0,015 0,02
Esfu
erz
o (
MP
a)
Deformación
Esfuerzo Vs Deformación Precalentamiento a 300ºC
Curva Característica
Capitulo 4. Análisis de Resultado. 76
A continuación se presentan las tablas 4.2; 4.3; 4.4 y 4.5 donde se
muestran imágenes de las probetas a las cuales se les realizaron los
ensayos de doblado.
Tabla 4.2 Observaciones del ensayo de doblado para probetas del material base sin soldadura ni precalentamiento
Observaciones de probetas del material base
Imágenes de las probetas
Ensayadas
P1 sin fractura visible.
P2 sin fractura visible.
P3 sin fractura visible.
Tabla 4.3 Observaciones del ensayo de doblado para probetas soldadas con precalentamiento a 200ºC.
Observaciones de probetas soldadas con precalentamiento a 200ºC
Imágenes de las probetas
ensayadas
P1 Cordón de soldadura Centrado,
Con agrietamiento visible entre la ZAC y el cordón de soldadura.
77 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW.
P2 Cordón de soldadura centrado, sin agrietamiento visible
P3 Cordón de soldadura Centrado, Sin agrietamiento visible.
Tabla 4.4 Observaciones del ensayo de doblado para probetas soldadas con precalentamiento a 250ºC.
Observaciones de probetas soldadas con precalentamiento a 200ºC
Imágenes de las probetas
ensayadas
P1 Cordón de soldadura Centrado,
Sin agrietamiento visible.
P2 Cordón de soldadura centrado, sin agrietamiento visible
P3 Cordón de soldadura Centrado, Sin agrietamiento visible.
Capitulo 4. Análisis de Resultado. 78
Tabla 4.5 Observaciones del ensayo de doblado para probetas soldadas con precalentamiento a 300ºC.
Observaciones de probetas soldadas con precalentamiento a 300ºC
Imágenes de las probetas
Ensayadas
P1 Cordón de soldadura Centrado,
Sin agrietamiento visible.
P2 Cordón de soldadura centrado, sin agrietamiento visible
P3 Cordón de soldadura Centrado, Sin agrietamiento visible.
4.4 Análisis del Ensayo de Doblado
Se observa en la tabla 4.2 para las probetas ensayadas sin soldadura
ni precalentamiento (material base) que muestran buen resultado, ya que no
existe fractura y se observa una buena ductilidad del material, obteniendo un
valor de esfuerzo máximo de 1220,33 MPa.
Para las probetas ensayadas mediante el precalentamiento a 200ºC,
se muestra un ligero agrietamiento en una de las probetas entre el cordón de
soldadura y la ZAC (véase Tabla 4.3), que se ocasionó por efecto del desvío
del punzón con el que se realizó el ensayo. Estas probetas ensayadas
alcanzaron un valor de esfuerzo máximo de 1157,83MPa. Se puede decir
que las muestras poseen buena ductilidad a pesar del agrietamiento
presente en una de las probetas.
79 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW.
Las juntas soldadas con precalentamiento a 250ºC, presentaron
buenos resultados (ver Tabla 4.4), no se observan grietas en el cordón de
soldadura presentando buena ductilidad, alcanzando un valor de esfuerzo
máximo de 1183,66MPa.
Las juntas soldadas mediante el precalentamiento a 300ºC,
presentaron buenos resultados (ver Tabla 4.5) al igual que el anterior, no se
observan grietas en el cordón de soldadura de las probetas ensayadas y
presentan buena ductilidad, alcanzando un valor de esfuerzo máximo de
1201,16MPa, sobrepasando al esfuerzo máximo de las probetas soldadas
con precalentamiento a 200ºC en un 3,61% y en un 1,46% a las probetas
precalentadas a 250ºC.
Según los resultados obtenidos se observa que los valores de
esfuerzo máximo se alcanzan para las juntas soldadas con precalentamiento
a 300ºC, siguiendo las juntas soldadas con precalentamiento a 250ºC y por
último las precalentadas a 200ºC, aunque estas últimas pueden presentar
agrietamiento en la zona entre la soldadura y la zona afectada por el cordón
debido a que a bajos precalentamientos el tamaño del grano es pequeño.
Debido a los resultados obtenidos, se puede inferir que a medida que
se aumentan los valores de temperatura de precalentamiento, aumenta el
valor de resistencia a la compresión y ductilidad de la junta soldada. Esto se
debe a que los granos grandes producen baja dureza, y los granos pequeños
proporcionan mayor dureza a un metal. Recordemos que la dureza es
directamente proporcional al esfuerzo último, e inversamente proporcional a
la ductilidad. Por tanto, la zona con granos grandes tendrá poca resistencia a
los esfuerzos de tensión y elevada ductilidad, mientras que la zona con
granos pequeños tendrá elevada resistencia a los esfuerzos de tensión, y al
mismo tiempo elevada fragilidad.
Capitulo 4. Análisis de Resultado. 80
El AISI 4140 por precalentarse a baja temperatura, se deforma
elásticamente hasta un punto anterior a la fractura (clivaje). (Groover y
Grossman, 2007)
4.5 Estudio de Macroscopía
Para el ensayo de macroscopía se pueden observar las probetas, las
cuales fueron sometidas a un ataque químico, el cual consistió en atacar por
5 minutos con Nital al 2% y luego 1 segundo con Acido Clorhídrico al 50%
para así poder observar las penetraciones de los cordones de soldadura en
las probetas.
Figura 4.10 Macroscopía de la probeta soldada con precalentamiento de 200ºC.
OObbsseerrvvaacciioonneess::
Existe buena penetración del material de aporte, el cordón es uniforme
y no presenta grietas a lo largo del mismo, carece de óxido superficial,
presenta una grieta ubicada en la parte inferior izquierda de la soldadura.
Figura 4.11 Macroscopía de la probeta soldada con precalentamiento de 250ºC.
81 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW. OObbsseerrvvaacciioonneess::
Esta muestra presenta una adecuada penetración del material de
aporte, carece de oxido superficial, el cordón se observa uniforme, presenta
una porosidad en la parte media de la soldadura. Cordón delgado.
Figura 4.12 Macroscopía de la probeta soldada con precalentamiento de 300ºC.
OObbsseerrvvaacciioonneess::
Esta muestra presenta una excelente penetración del material de
aporte, carece de oxido superficial, el cordón se observa uniforme; presenta
una porosidad en la parte superior media de la soldadura. Cordón ubicado en
su centro.
4.6 Análisis de Macroscopía.
Con dicho análisis macroscópico no se hace notable entre las
probetas ensayadas diferencias a gran escala en el cordón de la soldadura,
puesto que hubo buena penetración del material de aporte y uniformidad del
cordón de soldadura, quedando este bien distribuido sobre el material base,
debido a que los parámetros de soldadura se encuentran bien definidos lo
cual permite un mayor control al momento de realizar el cordón de soldadura.
La grieta observada en la probeta con precalentamiento a 200°C, es
producto del enfriamiento paulatino del cordón de soldadura hasta la
Capitulo 4. Análisis de Resultado. 82
Martensita Revenida
temperatura ambiente y la baja ductilidad que se genera en la junta soldada
en comparación con el precalentamiento a 250ºC y 300°C. Las porosidades
observadas en las juntas precalentadas a 250ºC y 300ºC son producto de la
contaminación de la superficie del metal base por óxidos al momento de
realizar la soldadura.
4.7 Estudio de Microscopía.
CCaarraacctteerriizzaacciióónn ddeell MMaatteerriiaall BBaassee
Figura 4.13 Microestructura del material base con aumento a 100X.
Figura 4.14 Microestructura del material base con aumento a 200X.
200X
200X
100µm
50µm
Carburos sin disolver
83 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW. OObbsseerrvvaacciioonneess
En las figuras 4.13 y 4.14, se observan las probetas ensayadas del
material base sin soldadura ni precalentamiento, donde se evidencia
únicamente la presencia de una microestructura Martensita Revenida con
poca definición los bordes de grano son poco visibles y algunos carburos sin
disolver (zonas obscuras), debido al origen del material que viene de un
tratamiento térmico de Temple y Revenido “Bonificado”, en la superficie
pocas zonas mantienen la forma entera del grano poligonal.
PPrreeccaalleennttaammiieennttoo ddee 220000ººCC
Figura 4.15. Microestructura de la probeta soldada con precalentamiento de 200ºC.
MB
ZA
CS
ZA
MB
50µm 50µm
100µm
50µm
200X
Ferrita
Perlita
Carburos gruesos
Martensita Martensita revenida
Capitulo 4. Análisis de Resultado. 84
OObbsseerrvvaacciioonneess::
En el cordón de soldadura (CS) se observa microestructura de Ferrita
(con tonalidad clara) con incrustaciones de Perlita (obscura) característica de
un acero inoxidable (material de aporte), con granos de mediano tamaño y
bien definidos por su borde. En la ZAC se observa la formación de la
microestructura Martensita con mayor definición y carburos gruesos (zonas
oscuras) en baja cantidad; como la temperatura de precalentamiento fue baja
y enfriamiento lento se origina esta microestructura. En el metal base se
sigue apreciando sólo la microestructura de Martensita Revenida debido a
que no hubo cambio de fase, aunque no se alcanzó la temperatura de
tratamiento térmico su microestructura se nota con mayor definición.
PPrreeccaalleennttaammiieennttoo aa 225500ººCC
Figura 4.16. Microestructura de la probeta soldada con precalentamiento de 250ºC.
MB
ZA
CS
ZA
MB
100µm
25µm
100µm
100µm
Ferrita
Perlita
Carburos gruesos
Martensita Martensita revenida
85 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW. OObbsseerrvvaacciioonneess::
En el CS se observa la microestructura de Ferrita (con tonalidad clara)
con algunas incrustaciones de Perlita (obscura), característica del acero
inoxidable, los granos aumentan de tamaño en comparación al
precalentamiento anterior, mejor definidos en su borde. En la ZAC se
observa la formación de Martensita y carburos gruesos debido al aumento
del precalentamiento. En el metal base se aprecia solo la microestructura de
Martensita Revenida con buena definición y algunos carburos (zonas
obscuras), de igual manera no sé alcanzo la temperatura de tratamiento
térmico por lo que su microestructura no se altera en mayor magnitud.
PPrreeccaalleennttaammiieennttoo aa 330000ººCC
Figura 4.17. Microestructura de la probeta soldada con precalentamiento de 300ºC.
MB
ZA
CS
ZA
MB
100µm 100µm
100µm
50µm
200X
Ferrita
Perlita
Martensita revenida
Carburos gruesos
Martensita
Capitulo 4. Análisis de Resultado. 86
OObbsseerrvvaacciioonneess
Al igual que en las probetas anteriores se observa en el CS una
microestructura de Ferrita (tonalidad clara) con incrustaciones de Perlita
(0bscura), pero con un tamaño de grano más amplio y menor cantidad de
incrustaciones de perlita. Se puede apreciar claramente en la ZAC por el
calor la presencia de la microestructura de Martensita y carburos gruesos
aumentando su proporción en comparación con el precalentamiento a 250°C.
En el metal base se observa Martensita Revenida con mayor nitidez y
algunos carburos sin disolver (zona obscura), comportamiento descrito por el
aumento del precalentamiento y de esta forma acercándose a las
temperaturas de tratamiento térmico de este acero.
4.8 Análisis de Microscopia
Se indica en las figuras 4.13 y 4.14 la caracterización microestructural
del material base, posee una composición netamente compuesta con
microestructuras de Martensita Revenida y algunos carburos que no fueron
disueltos, debido a su tratamiento de bonificado, pocamente definido su
grano poligonal en toda su superficie pero característico de los aceros con
0.4% C, sin presencia de porosidades o indicativo de grietas.
En la figura 4.15 se muestra en el cordón de soldadura una buena
definición del grano de Ferrita con pocas incrustaciones de perlita en
comparación con la proporción de Ferrita, comportamiento descrito debido al
material de aporte, un acero inoxidable E308-L ideal para soldaduras GMAW
o TIG con gas de protección argón. Se observa en la ZAC la aparición de la
microestructura Martensita, característica que le aporta fragilidad al material
reduciendo su dureza y resistencia pero aumentando su tenacidad y
ductilidad, debido a su ocurrencia hace más difícil que las grietas se
propaguen una vez formadas. Las incrustaciones de carburos gruesos son
87 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW. producto de la afinidad del sulfuro con el manganeso para formar
precipitaciones con precalentamientos del material actuando de manera de
control de porosidades al no permitir que se desprendan gases cuando se
endurece el material y disminuyendo la sensibilidad al agrietamiento con el
aumento del precalentamiento. En el material base se continúa obteniendo
microestructura Martensita Revenida pero con mayor nitidez en comparación
a la caracterización del material, debido a que los precalentamientos son
bajos y no alcanzan a producir cambio de fase en la microestructura.
En la figura 4.16 se observa buena definición del grano de Ferrita con
pocas incrustaciones de perlita en el cordón de soldadura, su tamaño
aumenta un poco. Se observa de igual manera en la ZAC la aparición de la
microestructura Martensita la cual le aporta fragilidad al material reduciendo
su dureza y existencia de carburos gruesos. En el material base se sigue
observando la microestructura Martensita Revenida con algunos carburos sin
disolver (zona obscura) adquiriendo mejor definición.
En la figura 4.17 se obtiene una situación parecida a la anterior
expuesta, ya que los granos de ferrita en el cordón de soldadura se
encuentran mejor definidos y con mayor tamaño respecto a los dos
precalentamientos anteriores, debido al aumento del precalentamiento estos
tienden a expandir su tamaño. En la ZAC la presencia de Martensita se ve
reducida, indicativo de que el material está sufriendo un cambio de fase en
esa zona, así mismo se infiere un aumento de su ductilidad y reducción en la
fragilidad por la poca presencia de este microestructura y aumento de la
presencia de carburos gruesos. En el metal base se continúa presentando la
microestructura de Martensita Revenida con mayor uniformidad en su sentido
de orientación en comparación con los precalentamientos anteriores.
Se infiere que a medida que se va aumentando la temperatura de
precalentamiento se disminuye la dureza pero mejora la tenacidad del
Capitulo 4. Análisis de Resultado. 88
material en la ZAC, el cordón de soldadura tiende a expandir el tamaño del
grano microestructural y si se logran alcanzar temperatura de tratamiento
térmico para el AISI 4140 la composición de su microestructura cambiaria en
el metal base, de caso contrario se mantendrá la proporción en la formación
de microestructuras uniformes con el aumento de temperatura.
4.9 Resultados del Ensayo de Varestraint
El procedimiento realizado en el ensayo estuvo referido a las variables
involucradas en la investigación, mostrada en la figura 3.15 del capítulo 3,
como lo son: la intensidad de corriente generada por el equipo de soldadura,
la temperatura de precalentamiento cedida por un soplete con llama a gas, la
variación de los anillos de curvatura correspondiente al equipo de Varestraint
y el material de aporte utilizado en la formación del cordón de soldadura
sobre la superficie de la probeta.
Esto permitió la inspección de cada variable y cada probeta ensayada
y a su vez proporciono un control en la ejecución del ensayo (dispositivo con
probeta y anillo de doblado, precalentamiento, medición de temperatura,
soldadura y doblado), pero antes fue necesario conocer las características de
los equipos a utilizar en el ensayo, las cuales son:
Equipo de Doblado
Dispositivo de doblado Varestraint, el cual consta de una estructura de
acero, cuatro anillos de acero de diámetros variables unidos a una base de
madera, que acopla a la estructura de acero y un perno M10 sujetador de
probeta. (Dispositivo diseñado y construido por el Ing. Oswaldo Urbano, en
base a los estudios de Savage y Luding).
89 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW.
Figura 4.18. Equipo de Doblado Varestraint.
Equipo de Calentamiento
Soplete con llama a gas, OXICORTE, cuyos elementos son: tanque
cilíndrico de Oxígeno, tanque cilíndrico de Gas, regulador de Oxígeno y gas,
mangueras, soplete de cobre con boquilla, llave y encendedor de chispa para
la llama. La presión de trabajo del Oxígeno fue de 40psi.
Figura 4.19. Equipo de Calentamiento OXICORTE.
Medición de temperatura
Esta medición se realizó sobre la superficie de la probeta, luego de
aplicar el calentamiento por llama antes de la soldadura. El instrumento
Capitulo 4. Análisis de Resultado. 90
utilizado fueron lápices térmicos (TEMPILSTIK) de 101ºC, 184ºC y 215°C
cuya medición se efectúa aplicando sobre la superficie a tratar, y al alcanzar
la temperatura indicada una marca liquida aparece. A estas mediciones se le
suma la temperatura agregada por el electrodo al momento de soldar la
junta, esta temperatura por cupones de prueba se encuentra en un rango de
70 – 80 °C.
Figura 4.20. Lápices Térmicos para la medición de Temperatura de precalentamiento
Máquina de Soldar
Equipo de soldadura Lincoln Electric Precisión MIG 225 por arco
metálico con protección gaseosa GMAW. Control de intensidad de corriente
manual que permitió seleccionar el calor exacto para cada soldadura.
Figura 4.21. Máquina de Soldar Lincoln Electric.
91 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW. 4.10 Pruebas realizadas a las probetas utilizando precalentamiento,
soldadura y doblado del espécimen.
A continuación se muestran una serie de imágenes correspondientes
al procedimiento seguido paso a paso, en la realización del ensayo de
doblado Varestraint con precalentamiento.
Figura 4.22. Dispositivo Varestraint con probeta fijada a un extremo.
Figura 4.23. Precalentamiento de la probeta con Soplete OXICORTE.
Capitulo 4. Análisis de Resultado. 92
Figura 4.24. Medición de la temperatura de precalentamiento.
Figura 4.25. Cordón de soldadura finalizado hasta el centro del radio de curvatura.
Figura 4.26. Doblado en el extremo libre de la probeta.
93 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW.
Figura 4.27. Probetas dobladas enfriadas al aire libre.
4.11 Valores nominales de deformación
La deformación ocurrida en la superficie frontal de la probeta (figura
4.26), fue provocada por el anillo de curvatura del dispositivo de doblado
Varestraint, al momento de ejercerle la fuerza de flexión en su extremo libre.
Por ello se calculo los valores de deformaciones (ver tabla 4.6) que
permitieron junto con las variables: intensidad de corriente, temperatura de
precalentamiento y radio de dobles, determinar el comportamiento de las
grietas a partir de una curva, cuya función estuvo dada por:
Figura 4.28. Deformación por flexión en la probeta.
Capitulo 4. Análisis de Resultado. 94
A partir de la ecuación 3.1 del capítulo 3, se pudo determinar las
deformaciones ocurridas en cada una de las probetas (ver tabla 4.6), que
fueron sometidas a la curvatura variable de los anillos del dispositivo de
doblado, aplicándole la fuerza. Es de hacer notar, que a cada radio de
curvatura se le realizo 4 probetas de ensayo por cada temperatura de
precalentamiento, por lo que R1 y R2 en conjunto aportaron 24 probetas
deformadas. Utilizando la ecuación 3.1 se obtuvo:
Tabla 4.6. Deformaciones ocurridas en cada una de las probetas de acuerdo al radio de curvatura.
Posición i 1 2
Radio Ri (mm) 40 32
Deformación e (%) 3.97 4.96
Se tomó una muestra arbitraria como forma de mostrar los cálculos
(ver figura 4.29 y 4.30), la muestra es una probeta ensaya con
precalentamiento a 200°C con un radio de curvatura R1 = 40mm, cuyas
grietas fueron examinadas en un microscopio de barrido y cuantificadas en
una cantidad de 5 grietas en su superficie con un valor de longitud que se
muestra a continuación:
Figura 4.29. Micrografía en la superficie del cordón en la muestra N°1 con precalentamiento
a 200°C a 200X.
50µm
95 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW.
Figura 4.30. Micrografía en la superficie del cordón en la muestra N°1 con precalentamiento
a 200°C a 400X.
Nota: 1 µm = 0,001 mm
Muestra:
Tabla 4.7 Número de grietas y tamaño de grietas con radios R1 y R2 de ensayo con un precalentamiento a 200°C
Radios (mm) Longitud de Grietas Promedio (mm) Deformación
e (%)
40 0.424 0.407 0.443 0.425 3.97
32 0.498 0.54 0.523 0.516 4.96
Tabla 4.8 Número de grietas y tamaño de grietas con radios R1 y R2 de ensayo con un precalentamiento a 250°C
Radios (mm) Longitud de Grietas Promedio (mm) Deformación
e (%)
40 0.398 0.375 0.4015 0.362 3.97
32 0.4535 0.476 0.462 0.473 4.96
Tabla 4.9 Número de grietas y tamaño de grietas con radios R1 y R2 de ensayo con un precalentamiento a 300°C.
Radios (mm) Longitud de Grietas Promedio (mm) Deformación
e (%)
40 0.352 0.323 0.34 0.319 3.97
32 0.389 0.392 0.42 0.41 4.96
25µm
Capitulo 4. Análisis de Resultado. 96
En la figura 4.31, 4.32 y 4.33 se muestran las gráficas de las
diferentes longitudes de grietas promedio (mm) en función de la deformación
e (%), de acuerdo al ensayo de varestraint con un precalentamiento del
material base a 200°C, 250°C y 300°C respectivamente; para realizar luego
su posterior evaluación.
En la figura 4.34 se muestra la gráfica comparativa de las diferentes
longitudes de grietas promedio (mm) en función de la deformación e (%) para
el ensayo de Varestraint con precalentamientos de 200°C y 300°C.
Figura 4.31. Curva de longitud de grietas promedio (mm) vs Deformación e (%) para metal
base con un precalentamiento de 200°C.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 2 4
Lo
ng
itu
d d
e g
rieta
s p
rom
ed
ios (
mm
)
Deformación e (%)
Precalentamiento a 200°C
AISI 4140
3.97 4.96
97 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW.
Figura 4.32. Curva de longitud de grietas promedio (mm) vs Deformación e (%) para metal
base con un precalentamiento de 250°C.
Figura 4.33. Curva de longitud de grietas promedio (mm) vs Deformación e (%) para metal
base con un precalentamiento de 300°C.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0 2 4
Lo
ng
itu
d d
e G
rieta
s P
rom
ed
io (
mm
)
Deformación e(%)
Precalentamiento a 250°C
AISI 4140
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0 2 4
Lo
ng
itu
d d
e G
rieta
s P
rom
ed
io (
mm
)
Deformación e(%)
Precalentamiento a 300°C
AISI 4140
3.97 4.96
4.96 3.97
Capitulo 4. Análisis de Resultado. 98
Figura 4.34. Curva comparativa longitud de grietas promedio (mm) vs Deformación e (%)
para metal base con un precalentamiento de 200°C, 250°C y 300°C.
Con los resultados expresados en las figuras 4.31, 4.32 y 4.33, se
pueden obtener las variaciones en porcentaje de la longitud promedio de
grietas presente en cada uno de los ensayos elaborados, realizando una
comparación con los precalentamientos a 200°C, 250°C y 300°C de acuerdo
a los radios de curvatura respectivos, expresándolos en las siguientes tablas:
Tabla 4.10. Variación en la longitud promedio de grietas (ΔLPG) para los precalentamientos
de 200°C y 300°C con un radio de curvatura R1.
Radio de Curvatura R1 (mm)
Probeta N° 1 2 3 4
LPG(mm) Temp = 200°C 0.4244 0.407 0.443 0.425
LPG(mm) Temp = 300°C 0.352 0.323 0.34 0.319
16.98 20.638 23.25 23.94
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 2 4
Lon
gitu
d d
e G
rie
tas
Pro
me
dio
(m
m)
Deformación e(%)
AISI 4140
4.96 3.97
99 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW. Tabla 4.11. Variación en la longitud promedio de grietas (ΔLPG) para los precalentamientos
de 200°C y 300°C con un radio de curvatura R2.
Radio de Curvatura R2 (mm)
Probeta N° 1 2 3 4
LPG(mm) Temp = 200°C 0.498 0.54 0.523 0.516
LPG(mm) Temp = 300°C 0.389 0.392 0.42 0.41
21.887 27.407 19.694 20.543
Tabla 4.12. Variación en la longitud promedio de grietas (ΔLPG) para los precalentamientos
de 200°C y 250°C con un radio de curvatura R1.
Radio de Curvatura R1 (mm)
Probeta N° 1 2 3 4
LPG(mm) Temp = 200°C 0.4244 0.407 0.443 0.425
LPG(mm) Temp = 250°C 0.398 0.375 0.401 0.362
6.22 7.862 9.481 14.823
Tabla 4.13. Variación en la longitud promedio de grietas (ΔLPG) para los precalentamientos
de 200°C y 250°C con un radio de curvatura R2.
Radio de Curvatura R2 (mm)
Probeta N° 1 2 3 4
LPG(mm) Temp = 200°C 0.498 0.54 0.523 0.516
LPG(mm) Temp = 250°C 0.4535 0.476 0.462 0.473
8.935 11.851 13.20 8.333
Tabla 4.14. Variación en la longitud promedio de grietas (ΔLPG) para los precalentamientos
de 250°C y 300°C con un radio de curvatura R1.
Radio de Curvatura R1 (mm)
Probeta N° 1 2 3 4
LPG(mm) Temp = 250°C 0.398 0.375 0.401 0.362
LPG(mm) Temp = 300°C 0.352 0.323 0.34 0.319
11.55 16.10 15.21 11.87
Capitulo 4. Análisis de Resultado. 100
Tabla 4.15. Variación en la longitud promedio de grietas (ΔLPG) para los precalentamientos
de 250°C y 300°C con un radio de curvatura R2.
Radio de Curvatura R2 (mm)
Probeta N° 1 2 3 4
LPG(mm) Temp = 250°C 0.4535 0.476 0.462 0.473
LPG(mm) Temp = 300°C 0.389 0.392 0.42 0.41
14.22 17.65 9.11 13.32
4.12 Análisis del Ensayo de Varestraint.
En las figuras 4.30, 4.31 y 4.32 se observa que la longitud promedio
de grietas para el ensayo realizado con los distintos radios de curvatura y
precalentamientos y realizando la soldadura con el material AWS E308-L no
superan un (1) milímetro de longitud, específicamente influenciado por las
características del material de aporte, con una composición química 18 % de
Cromo y 8 % de Níquel (18Cr-8Ni), el níquel es el principal componente en
afectar el desarrollo de la ferrita en la microestructura, por ende tener un
material con menor sensibilidad al agrietamiento y mejores propiedades para
su trabajo en caliente.
En la figura 4.33 se evidencia que al aumentar la temperatura de
precalentamiento y mantener constante la intensidad en 100 A utilizando el
electrodo AWS E308-L, se evidencia la disminución de la longitud de grietas
en el cordón de soldadura en referencia a el precalentamiento a 200°C y
250°C, esto se cumple para las deformaciones (e) ensayadas.
Se obtiene de acuerdo a la tabla 4.10 y 4.11 una reducción de longitud
promedio de grieta de un 21,202 % y 22.382 %, al aumentar la temperatura
de precalentamiento con una variación de temperatura de 100°C; es decir el
aumento de la temperatura de precalentamiento es proporcional al aumento
del efecto sobre la sensibilidad al agrietamiento de manera positiva.
101 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW. De acuerdo a lo anterior para las tablas 4.12 y 4.13 se tiene un
gradiente de temperatura de 50°C, obteniendo una reducción de área con un
valor de 9.60 % y 10.58 % correspondientemente, esto infiere que a medida
que el gradiente de temperatura de comparación sea menor, la reducción de
área también será menor.
Por consiguiente para las tablas 4.14 y 4.15 de igual forma tenemos
un gradiente de temperatura de 50°C, consiguiendo una reducción de área
con valor de 13.68 % y 13.57 % respectivamente, se deriva que al tener una
diferencia baja entre las temperaturas de precalentamientos se obtiene una
reducción de área baja, pero apoyado con los datos anteriores se consta que
al aumentar las temperaturas de precalentamiento y sin importar que la
diferencias entre estas temperaturas sea baja, la reducción de área va
aumentar de forma progresiva al igual que aumenten estas temperaturas.
Se entiende que a medida que el radio de curvatura sea menor o en
su defecto la deformación (e) aumente, se obtendrá un valor mayor de
longitud de grieta promedio, debido a que se aplica mayor esfuerzo al cordón
de soldadura por la poca área de acción del radio de curvatura.
CCAAPPÍÍTTUULLOO 55
CCoonncclluussiioonneess yy RReeccoommeennddaacciioonneess
5.1 Conclusiones
El material base ensayado AISI/SAE 4140 y el material de aporte
cumplen con los valores de la composición química teórica, lo cual
corresponde a su naturaleza.
Los parámetros de soldadura produjeron un aspecto limpio y uniforme
del cordón y a su vez se encuentran dentro del rango de los valores
teóricos recomendados para el modo de transferencia del material de
aporte.
De acuerdo al ensayo de tracción, el comportamiento del material
AISI/SAE 4140 resultó ser frágil, por no poseer zona plástica en la
curva de Esfuerzo vs. Deformación.
La resistencia a la tracción de las juntas soldadas con el
precalentamiento de 200ºC fue mayor a las juntas soldadas con
precalentamiento a 250ºC y 300ºC, debido a que por el
precalentamiento bajo (granos pequeños) produce mayor resistencia a
la tensión.
103 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW.
Las juntas soldadas precalentadas a 300ºC resultaron más resistentes
a la flexión que las precalentadas a 250ºC y 200ºC, debido a que a
mayor temperatura de precalentamiento (granos grandes) presenta
mayor ductilidad.
En el ensayo de doblado, el material AISI 4140 adopto un modo de
fractura asociada con cerámicos y metales, el cual se le conoce con el
nombre de clivaje.
Con el AISI 4140 precalentado y enfriado al aire libre se obtuvo la
formación de estructuras propias de un acero autotemplable, como
Martensita Revenida.
La temperatura de precalentamiento a medida que se aumenta se
obtiene valor bajo de grietas al igual que su longitud, debido al
aumento de la ductilidad del cordón de soldadura proporcional al
aumento de la temperatura, esto originado por un aumento del tamaño
de los granos que es proporcional a la ductilidad del material.
La microestructura se evidencia mejor definida con el aumento de la
temperatura de precalentamiento sin cambios de fase en la
microestructura, solo con la aparición de microconstituyentes
intermedios propios de las temperaturas intermedias de
precalentamientos usadas.
Se determina que las juntas soldadas con material de aporte AWS
E308-L, se agrietan con menor facilidad en el cordón de soldadura con
precalentamiento de 300°C.
Capítulo 5. Conclusiones y Recomendaciones 104
5.2 Recomendaciones
Se recomienda para estudios posteriores tomar en cuenta la variación
de otros parámetros, tales como el espesor de la lámina y el gas de
protección a utilizar para así poder obtener mayor información acerca
del comportamiento del acero AISI/SAE 4140.
Se recomienda que el precalentamiento de las juntas soldadas se
realice lo más uniforme posible, ya que si no lo es, puede generar
problemas de esfuerzos residuales en la zona cercana al cordón de
soldadura, lo cual podría afectar la resistencia estructural de la unión.
Se recomienda limpiar adecuadamente el metal base y remover la
humedad de las superficies a soldar, para evitar la formación de
porosidades en la soldadura.
Se recomienda dejar cierta holgura entre las juntas a soldar para
compensar la contracción térmica lo cual originaría esfuerzos
residuales y posteriormente grietas.
Se recomienda evitar todo precalentamiento innecesario, ya que
consume tiempo y energía, debido a que las temperaturas de
precalentamiento excesivas no justifican el costo y podrían degradar
las propiedades y la calidad de la unión.
RReeffeerreenncciiaass BBiibblliiooggrrááffiiccaass
American Welding Society (1996). Manual de Soldadura. Octava Edición. Tomo I. Pág. 110 - 139
American Welding Society. Vol. One. Chapter 4. Fundamentals of welding. Weldability testing. Pág. 143.
Asta, E. Efecto de la temperatura de precalentamiento en la soldabilidad de un acero ASTM A514 GR B. Simposio (2003), de http://www.materiales-sam.org.ar/sitio/biblioteca/bariloche/Trabajos/A02/0219.pdf
BOHLER. SPECIAL STEEL MANUAL. Kapfenberg – Austria. Edición 2000.
Dorta, A. (2007). Predicción de las temperaturas máximas alcanzadas en soldaduras GMAW de acero dúplex SAF-2205. 8º Congreso Iberoamericano de Ingeniería Mecánica (2007), de http://www.pucp.edu.pe/congreso/cibim8/pdf/15/15-93.pdf
Especificación de procedimiento de soldadura (2007). De, http://www.inti.gov.ar/cirsoc/pdf/304/Cap3.pdf
Fundamentos del proceso de soldadura GMAW (2003). De, http://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/6131/31/cap%201.pdf
Equipo de Planificación y Desarrollo de Recurso Humanos de Aceralia Corporación Siderúrgica. Manual Código 7-03-1025 Soldadura MIG / MAG. Segunda Edición. 2000.
FEDUPEL, (2006). Manual de Trabajos de grado de especialización y Maestría y Tesis doctorales. 2da Reimpresión. De, http://neutron.ing.ucv.ve/NormasUPEL2006.pdf
106 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
Gases para soldadura GMAW (2000). De, http://www.ar.airliquide.com/file/otherelement/pj/gases%20para%20soldadura%20mig54048.pdf
Groover, Mikell. Grossmann, Federico. Propiedades Mecánicas de los Materiales. Universidad del Bío Bío. Facultad de Ingeniería. Departamento de Mecánica. 2007.
Hernán Svoboda (2004). Metalurgia de la Soldadura. De, http://www.scribd.com/doc/2257115/METALURGIA-DE-LA-SOLDADURA-2
Infra (2005). Manual de conceptos básicos en soldadura y corte. De, http://www.infra.com.mx/servicio_atencion/libreria/eisa/documentos/manual_conceptos_basicos/Manual%20soldador-1parte.pdf
Indura S.A (Instituto Chileno del Acero). Manual de Sistemas y Materiales de Soldadura. Chile. 2007.
Kehl, George. Fundamentos de la Practica Metalográfica. Pag 404, 441. Universidad de Columbia. Aguilar S.A de Ediciones. Tercera Edición. Madrid. 1949.
Kasikci, Ilker. Effect of gap distance on the mechanical properties and cross-sectional characteristics of the mig-mag butt welds. Tesis para obtener Grado de Máster de Ciencia en Metalurgia e Ingeniería de los Materiales. The Middle East Technical University. Julio, 2003.
Lincoln Electric. Duero Soldadura. Gases de Protección, propiedades y aplicaciones. De, http://www.duerosoldadura.es/tema8.php
Lincoln Soldaduras de Venezuela C.A. Catálogo de Electrodos Lincoln Electric. 2009.
Manual de conceptos básicos en soldadura y corte. [On-Line] (2009), en: htt://www.infra.com.mx/servicio_atencion/libreria7eisa/documentos/manual_conceptos_basicos/Manual%20soldador-parte.pdf
Manual de electrodos para Soldar. De, http://www.infra.com.mx/servicio_atencion/libreria/eisa/documentos/manual_electrodos/introduccion.pdf
Referencias Bibliográficas 107
Métodos para calcular el precalentamiento de uniones soldadas. 2002, de http://fain.uncoma.edu.ar/materias/Metalurgica_de_la_soldadura/Archivos%20de%20Metsold/CUADERNO%20Temperatura%20de%20Precalentamiento.pdf
Mikell, P. y Federico, G. Propiedades Mecánicas de los materiales, de http://zeus.dci.ubiobio.cl/~caaici/Apuntes/Materiales/Capitulos%20Libros/Groover/propiedades_mecanicas_de_los_materiales.pdf
Murakami, T. La estructura de las aleaciones hierro-carbono-cromo, J. Institute de acero y hierro Jpn. Vol. 100 (No.2), 1919.
Normas ASTM (American Society for Testing and Materials).
Parras, C. (2003). Determinación de esfuerzos residuales en la soldadura GMAW de planchas de 6mm de espesor de acero ASTM-131-82-B, de http://www.fontem.com/archivos/47.pdf
Pérez R. (2004). Aplicación del Ensayo de Doblez y Ensayo de Varestraint para determinar la fisuración en soldaduras de acero inoxidable AWS 309L, AWS 316L y AWS 347. Trabajo de grado no publicado, Universidad de Carabobo, Valencia.
Payares, (2007). Predicción de las temperaturas máximas alcanzadas en soldaduras GMAW de Acero Duplex SAF-2205. De, http://congreso.pucp.edu.pe/cibim8/pdf/15/15-93.pdf
QUESADA, H. y Zalazar, M. Métodos para calcular el precalentamiento en uniones soldadas, de http://fainweb.uncoma.edu.ar/materias/Metalurgica_de_la_soldadura/Archivos%20de%20Metsold/CUADERNO%20Temperatura%20de%20Precalentamiento.pdf
Quesada H. y Zalazar M. (1998). Métodos para calcular el precalentamiento de uniones soldadas. De, http://fainweb.uncoma.edu.ar/materias/Metalurgica_de_la_soldadura/Archivos%20de%20Metsold/CUADERNO%20Temperatura%20de%20Precalentamiento.pdf
Ramírez, Rubén. (2006). Procesos de Soldadura bajo atmósfera protectora. Universidad de Castilla – La Mancha. Departamento de Mantenimiento Predictivo y Sistemas.
Rodríguez, Pedro. Manual de Soldadura (Soldadura Eléctrica, MIG y TIG). Editorial ALSINA. Primera Edición. Buenos Aires. 2001
108 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW
Seferian, Daniel (1962). Metalurgia de la Soldadura. Editorial TECNOS.
Soldadura GMAW-MIG/MAG. De, http://www.metalactual.com/10/procesos_soldadura.pdf
Soldadura por arco eléctrico. De, http://www.fe.ccoo.es/andalucia/docu/p5sd5513.pdf
Soldadura por arco eléctrico con gas de protección. Universidad de Extremadura 22 de Octubre de 2002, de http://kambry.es/Apuntes%20Web/BloqueIV-Tema3b.pdf
Svoboda, Hernán. Lorusso, Hernán. Características del acero IRAM 4140. (2002), Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería
Sumitec. Características del Acero 4140. De, http://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%204140.pdf
Simeón, J. Universidad Centroamericana UCA. Ingeniería de Manufactura I. Soldadura, de http://www.uca.edu.sv/facultad/clases/ing/m210034/doc4.pdf
William F. Smith. Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales Tercera Edición Mc-Graw-Hill. (2003) Pag. 204 a 249.
Zalazar, M. (2009). Caracterización de juntas soldadas en acero estructural de alta resistencia. De http://fain.uncoma.edu.ar/materias/metalurgica_de_la_soldadura/archivos%20de%20metsold/caracterizacion%20de%20juntas%20soldadas.pdf
Zalazar, M. (2001). Soldadura por arco con alambre continúo GAS-METAL ARC WELDING –GMAW. De, http://fainweb.uncoma.edu.ar/materias/Metalurgica_de_la_soldadura/Archivos%20de%20Metsold/CUADERNO%20GMAW.pdf.
AAnneexxooss
110 Efecto de la temperatura de precalentamiento sobre la formación de grietas en el cordón de
soldadura y sobre la microestructura en juntas soldadas de acero al molibdeno AISI 4140, utilizando el proceso de GMAW