IWC203 MODULO II Materiales Metálicos IWC203 MODULO II Materiales Metálicos

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IWC203 MODULO II

Materiales Metálicos

IWC203 MODULO II

Materiales Metálicos

SOLDABILIDAD DE ACEROS

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INTRODUCCION

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(6)

Algunos Procesos de Soldadura al Arco

(que producen fusión de metal base)

SMAW Shielded Metal Arc Welding

ARCO MANUAL

GMAW Gas Metal Arc Welding

MIG

GTAW Gas Tungsten Arc Welding

TIG

SAW Submerged Arc Welding

ARCO SUMERGIDO

FCAW Flux cored Arc Welding

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SMAW: Soldadura por Arco Metálico Protegido

Núcleo metálico

Revestimiento sólido Protección gaseosa

Escoria protectora

Metal depositado Pileta líquida Cráter

Penetración

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GMAW: (MIG)

Metal depositado

Pileta líquida Electrodo (alambre)

Tobera de gas

Tubo Conductor

Arco

Protección gaseosa

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GTAW: Soldadura por arco de tungsteno y gas

Protección gaseosa

Metal

depositado Pileta líquida

Metal de aporte externo

Electrodo de tungsteno

Conductor eléctrico

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SAW: soldadura por arco sumergido

Fundente sólido particulado Metal

depositado

Escoria sólida

Metal de aporte externo (alambre)

Alimentación de fundente

A fuente de poder

Metal de aporte

(alambre) Metal base

A depósito de fundente

Contacto eléctrico

Conexión a tierra

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FCAW Electrodo tubular

Arco abierto

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DEFECTOS EN UNIONES SOLDADAS

• Defectos en el cordón

– Porosidad, Escoria atrapada, …..

• Defectos Geométricos

– Sobremonta, Falta de penetración, Falta de fusión, ….

• Grietas “en caliente”

– Producidas en cordón y ZPF, durante el soldeo

• Grietas “en frío”

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DEFECTOS EN UNIONES SOLDADAS

POROSIDAD

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DEFECTOS EN UNIONES SOLDADAS

FALTA DE FUSION

SOCAVACION

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DEFECTOS EN UNIONES SOLDADAS

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DEFECTOS EN UNIONES SOLDADAS

GRIETAS EN FRÍO

Asociadas a la presencia de MARTENSITA en

la zona afectada térmicamente (ZAT)

Esta, responde a 2 grupos de variables:

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ZONAS DE UNION SOLDADA

• ZONA FUNDIDA (ZF) - CORDON

• ZONA PARCIALMENTE FUNDIDA (ZPF)

• ZONA AFECTADA TERMICAMENTE (ZAT) • METAL BASE NO AFECTADO

A B C D

19

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A B

C _D

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Distribución de temperaturas en el tiempo

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Ciclo térmico en la ZAT: velocidad de enfriamiento Ciclo térmico en la ZAT: velocidad de enfriamiento

(23)

23

Ciclo Térmico en ZAT : Tmax

T

y Tf

A1 A3

Tmax en la ZAT

1/(Tm-To)=1/(Tf-To) + (4,13 BρC/Hn)* y

Aporte calórico

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24

VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO ZAT

(A) Condición de plancha gruesa (3d)

dT/dt = (2πk / Hn ) ( T – To)2 _{[ºC / s]}

(B) Condición de plancha delgada (2d)

dT/dt = 2πk ρC (B / Hn)2 _{(T – To)}3 _[ºC/s]

Discriminación entre condiciones A y B

τ = B [ρC(T – To)/Hn] ½

τ < 0,75 Î Plancha delgada

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VARIABLES TERMICAS

f = eficiencia térmica del proceso de soldadura v = velocidad de depósito (mm/s)

To, Tm = Temperaturas, inicial y máxima en ZAT (ºC) Tf = Temperatura de fusión (aceros Tf = 1540ºC) B = espesor del material base (mm)

ρ = densidad, C = Calor específico, (ρ*C aceros = 0,0044 (J / mm3 ºC))

y = distancia desde borde de fusión (mm)

k = conductiv. térmica (aceros k=0,028 (J/mm s ºC)

(26)

26

VARIABLES

DETERMINANTES DE LA

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Endurecimiento de la ZAT

27

Acero HT 52(20mm) (0.2 C, 1.38 Mn, 0.23Si)

(Acero de Templabilidad Media) 170A, 25V, 150mm/min.

Aporte calórico H_n=η(I•V/v) (J/mm)

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Agrietamiento en frío: fenómeno dependiente del tiempo. Generalmente demora 24 a 72 hrs. en manifestarse.

Agrietamiento en fr

Agrietamiento en fríío: feno: fenóómeno dependiente del tiempo. meno dependiente del tiempo. Generalmente demora 24 a 72 hrs. en manifestarse.

Generalmente demora 24 a 72 hrs. en manifestarse.

1 bajo-cordón 2 de raíz

3 de borde 4 transversal

Unión de filete

Grietas f(t)

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AGRIETAMIENTO EN FRÍO

TRES CAUSAS CONCURRENTES

TRES CAUSAS CONCURRENTES:

1. Alta dureza en la ZAT. Efecto creciente, sobre 35 HRc. Dureza es función del contenido de carbono y templabilidad (Ceq) del acero base y de la velocidad de enfriamiento impuesta.

2. Tensiones residuales. Inevitables. Intensidad depende de grado de empotramiento y aporte calórico en la unión.

3. Presencia de Hidrógeno. Proviene de algunos revestimientos de electrodo, de humedad absorbida y de contaminantes orgánicos

Ceq = C + Mn/6 +(Cu+Ni)/15+ (Cr+V+Mo)/5

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g

Ejemplo de agrietamiento por H

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31

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Materiales Metálicos

IWC203 MODULO II

Materiales Metálicos

ACEROS INOXIDABLES

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OXIDACION - CORROSION

Deterioro por reacción química entre el material metálico y los componentes de su entorno de servicio.

OXIDACION : Reacción en ambiente seco y altas temperaturas (álabes de turbina; elementos calefactores, )

CORROSION : Reacción en ambiente húmedo y/o agresivo (agua de mar; suelos ácidos; etc.)

Fenómenos de naturaleza electroquímica que afectan al material a partir de su superficie.

Gran impacto económico : Países desarrollados gastan el 5% de su ingreso anual, en prevención, reparación o reemplazo de materiales afectados por corrosión.

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FENOMENO ELECTROQUÍMICO

Dos reacciones complementarias: OXIDACION : M Æ Mn+ _{+ ne}

-Ocurre en el ANODO, el cual se deteriora Ej. Fe Æ Fe2+ _{+ 2e}

-REDUCCION : existen varias alternativas Ocurre en el CATODO, el cual se protege * soluciones ácidas : 2H+ _+2e- _Æ _H

2

* sol ácida con oxígeno dis : O2 + 4H+ + 4e- Æ2H2O

* sol neutra con oxígeno dis : O2 + 2H2O + 4e- Æ4(OH-)

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Ejemplo : Zn en solución ácida

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36

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Factores que afectan la velocidad de corrosión

• Temperatura

• Concentración de iones M+ • Concentración de iones H+

• Concentración de oxígeno disuelto • Relación de áreas Cátodo-Anodo • Contacto entre metales disímiles • Esfuerzo aplicados o residuales

• Estado de deformación plástica en frío • Etc.

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Formas de corrosión

• Ataque uniforme (benigno)

• Corrosión galvánica (metales disímiles) • Corrosión en rendijas (empaquetaduras) • Corrosión por picado (agua de mar)

• Corrosión intergranular (aceros sensibilizados) • Lixiviación selectiva (descincificación de latones) • Corrosión bajo tensiones (latones)

• Corrosión-Fatiga (piezas mecánicas)

• Corrosión-Erosión (codos y cambios de sección)

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Corrosión galvánica, ejemplo

Remaches de acero en plancha de cobre

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Protección de aceros

40

Galvanizado

Anodo de sacrificio

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CONTROL DE LA CORROSION

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Aceros inoxidables

42 • Aleaciones ferrosas con contenidos de Cr sobre 12% • Cr es el elemento que hace posible la “baja

oxidabilidad” de la aleación

• Aleaciones Fe-Cr (12, a 30%), con C < 0,12%, son BCC, y no son tratables térmicamente: son los aceros

inoxidables ferríticos (son ferromagnéticos)

(43)

• Aleaciones ternarias Fe-Cr-Ni, con poco C; 15<Cr<26%, y Ni<35%, dan lugar a los inoxidables austeníticos. La fase FCC es estable hasta T ambiente, y no son

endurecibles por TT, pero sí por deformación. No son ferromagnéticos.

Medio oxidante

Capa de óxido de CROMO

Acero inoxidable

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Corrosión en aleaciones Hierro-Cromo

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Diagrama de fases Fe-Cr

Diagrama de fases Fe

-

Cr

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Composición nominal AISI

C Mn Cr Ni Otros

Martensíticos

410 0.15 1.0 11.5-13 420 0.15 1.0 12-14

431 0.2 1.0 15-17 1.2-2.5

440A 0.6-0.75 1.0 16-18 0.75% Mo

Ferríticos 405 409 0.08 0.08 1.0 13 11 0.20% Al 0.75 Ti 430 0.15 1.0 14-18

446 0.2 1.5 23-27

Aceros Inoxidables

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47

Diagrama

de

Fases

Fe-Ni

Diagrama

de

Fases

Fe

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48

Composición nominal AISI

C Mn Cr Ni Otros

Austeníticos

301 0.15 2.0 16-18 6-8 304 0.08 2.0 18-20 8-12 304L 0.03 2.0 18-20 8-12 309 0.2 2.0 22-24 12-15 310 0.25 2.0 24-26 19-22

(49)

49

Propiedades Mecánicas

AISI UNS Condición

σ_máx.

[Mpa]

σ_f

[Mpa]

Ductilidad %El en 2 [in]

Ferrítico

405 S40500 Recocido 448 275 25

446 S44600 Recocido 552 345 20

Austenítico

304 S30400 Recocido 586 240 55

316L S31603 Recocido 552 240 50

Martensítico

Temp y Rev 965 690 23 410 S41000

Recocido 483 275 30

Temp y Rev 1790 1655 5 440A S44002

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Pseudobinario (Fe12Cr)-C

Pseudobinario

(

Fe12Cr

)

-

C

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51 1200ºC 800ºC

Sección de

Cuaternario

Fe18Cr8Ni-C

Secci

ó

n de

Cuaternario

Fe18Cr8Ni

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Sensibilización en soldadura

Sensibilizaci

ó

n en soldadura

(53)

Cinética de sensibilización

Cin

é

tica de sensibilizaci

ó

n

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