CAPÍTULO 15.- Discontinuidades y Defectos en Soldadura

CAPÍTULO 15 DISCONTINUIDADES Y DEFECTOS EN LA SOLDADURA

DISCONTINUIDADES Y DEFECTOS EN LA SOLDADURA Las discontinuidades son interrupciones en la estructura física deseable de la soldadura. Se considera que la discontinuidad es un defecto cuando la misma constituye un peligro para el funcionamiento idóneo de la soldadura. Por definición, un defecto es una condición que debe ser removida o corregida. La palabra “defecto” debería ser cuidadosamente usada, ya que implica que la soldadura es defectuosa y requiere medidas correctivas o su rechazo. De este modo, algunas reparaciones pueden ser hechas innecesariamente sin un criterio ingeniero válido que las sostenga. Consecuentemente, en ingeniería se utiliza el término discontinuidad o imperfección en lugar de defecto. La significancia de la discontinuidad en la soldadura debe ser vista bajo el contexto de la idoneidad para el propósito que debe cumplir la soldadura o ensamble soldado; siendo esta idoneidad un balance entre la calidad, confiabilidad y economía del procedimiento de soldadura. Existen normas y códigos de aceptación que son usados cuando una discontinuidad ha sido claramente localizada, identificada, medida, determinada su orientación y su significancia estructural cuestionada. Se considera que una discontinuidad es aceptable cuando la misma no sacrifica la confiabilidad de la soldadura o ensamble soldado.

DISCONTINUIDADES GENERADAS EN SOLDADURA GMAW Las discontinuidades en soldadura se dividen en tres grupos: relacionadas al diseño, al proceso de soldadura y a los aspectos Metalúrgicos, siendo las más comunes en el proceso de soldadura GMAW los poros, las grietas, la falta de fusión y penetración, entre otras.

POROS Son cavidades que se forman en el metal depositado ocasionadas por el gas atrapado durante la solidificación. Elementos tales como el azufre, plomo y selenio en el metal base y contaminantes externos tales como aceite, grasa, pintura, herrumbre y humedad en el área a soldar pueden incrementar la porosidad en el cordón. La mayoría de los poros no son visibles y estos en abundancia pueden debilitar la unión soldada. Los poros pueden tener distintas formas y medidas con constricciones o expansiones. La distribución de la porosidad en la soldadura puede ser alineadas, agrupadas, o uniformemente distribuidas (Figura 1).

Figura 1.- Poros y cavidades en los cordones de soldadura.

Los factores que se deben considerar para minimizar la porosidad son: 1. La eliminación de la herrumbre, pintura, grasa, aceite, humedad de la superficie a soldar. 2. El control de la longitud del arco eléctrico. 418

FALTA DE FUSIÓN Y DE PENETRACIÓN Es una coalescencia incompleta de alguna porción entre el metal depositado y el metal base ó entre dos capas contiguas de metal depositado. Es casi siempre visible debido a que cuando se produce aparecer depresiones entre las superficies del cordón y el metal base (Figura 2 y 3).

Figura 2.- Falta de fusión.

Figura 3.- Falta de penetración.

Estos defectos ocurren cuando es insuficiente el calor absorbido por el metal adyacente a la soldadura, causando una fusión incompleta en las interfaces metal base metal de aporte, o entre pases sucesivos. La falta de fusión usualmente es alargada en la dirección de la soldadura, con bordes agudos o redondeados, dependiendo de las condiciones de formación.

SOCAVADURA Falta de metal en los bordes de la soldadura en forma de surco de longitud variable (Figura 4). Es una garganta localizada en el borde de la soldadura, que ocurre cuando el metal depositado no llena completamente la abertura en la superficie de la junta para formar un empalme liso en los bordes del cordón.

Figura 4.- Socavaduras.

Las socavaduras son algunas veces molestas porque producen una elevación en los esfuerzos que pueden crear problemas cuando se encuentran sometidas a impacto, fatiga y servicio a baja temperatura. Para minimizar la aparición de socavaduras se debe: 1. Disminuir la corriente, velocidad de avance y diámetro del electrodo, con lo cual se controla el tamaño de metal fundido. 2. Mantener una velocidad de avance constante, evitando vaivenes excesivos. 3. Cambiar el ángulo del electrodo para que la fuerza del arco mantenga el metal depositado en las esquinas. 419

HUNDIMIENTO Depresión que se presenta en la cara o raíz del cordón de soldadura; el metal depositado se ubica por debajo de la superficie del metal adyacente (Figura 5). Esta discontinuidad reduce el área de la sección transversal de la soldadura por debajo del valor de diseño, por lo tanto, es un punto de mayor debilidad y potencialmente incrementa los esfuerzos siendo el inicio de una posible falla. Para minimizar el hundimiento, el voltaje, velocidad de avance y abertura de la raíz deben ser reducidas.

DESBORDAMIENTO Exceso de metal depositado que se solapa en la superficie del metal base, sin unión íntima con este (Figura 6). Este defecto origina una muesca que puede conducir al inicio de una grieta. Para minimizar el desbordamiento se debe seguir los siguientes pasos: utilizar una alta velocidad de avance y una alta intensidad de corriente; reducir la cantidad de metal de aporte añadido; y cambiar el ángulo del electrodo, de tal manera que la fuerza del arco eléctrico no arroje metal fundido sobre secciones sin fundir del metal base.

EXCESO DE PENETRACIÓN Es el exceso de metal en la raíz de una soldadura ejecutada por un solo lado, en una o varías pasadas (Figura 7). Para prevenir esta discontinuidad la intensidad de corriente y el ancho de la abertura de la raíz deben ser reducidos y la velocidad de avance debe ser aumentada.

Figura 5.- Hundimiento.

Figura 6.- Desbordamiento.

Figura 7.- Exceso de penetración.

SALPICADURAS Son pequeñas gotas del metal despedidas del arco. Producen focos calientes sobre el metal base, pero como su tamaño es pequeño y no suelen originar grietas, no afectan la resistencia del cordón, pero producen un aspecto indeseable del mismo. Sin embargo deben eliminarse cuando el aspecto del cordón representa una exigencia en la unión soldada. Para controlar las salpicaduras se debe: 1. Bajar la corriente o asegurarse de que está dentro de las recomendaciones para el tipo y tamaño de electrodo utilizado. 2. Asegurar que la polaridad es la correcta de acuerdo con el electrodo utilizado. 3. Bajar la longitud del arco. 4. Cambiar el ángulo del electrodo. 5. Prestar atención a las explosiones o ruido del arco. 6. Verificar que el electrodo no esté húmedo.

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DISCONTINUIDADES METALÚRGICAS Se incluyen las grietas en frío inducido por hidrógeno grietas en caliente, microfisuras, desgarre laminar, corrosión bajo tensiones, grafitización, y ojo de pescado.

GRIETAS Es una discontinuidad producida por una rotura local, que puede ser provocada por enfriamiento o tensiones. Algunas grietas pueden ser observadas y otras no. Todas las grietas son peligrosas debido a que pueden generar una falla completa de la soldadura. Para evitar los agrietamientos se pueden seguir las siguientes sugerencias: Utilizar electrodos de bajo hidrógeno. Utilizar un precalentamiento para espesores muy gruesos y juntas muy rígidas. Reducir la penetración, utilizando bajas corrientes y electrodos de menor diámetro. Son las discontinuidades más peligrosas en la soldadura debido a que reducen enormemente la resistencia de la misma.

DESGARRE LAMINAR Cuando se desarrollan esfuerzos en el sentido del espesor de las piezas puede producirse el fenómeno denominado “desgarre laminar”, que consiste en la separación del material paralelamente a la superficie por el lugar que señala la flecha ver Figura 8.

Figura 8.- Desgarre Laminar.

En la mayoría de las ocasiones, este fenómeno se debe a la existencia de inclusiones lineales en las chapas o perfiles laminados, por lo que su desarrollo se debe fundamentalmente al grado de limpieza del acero.

CORROSIÓN BAJO TENSIONES Este tipo de agrietamiento toma lugar cuando soluciones cáusticas concentradas y calientes, están en contacto con un acero que está sometido a altos niveles de esfuerzo tensionales. Estos esfuerzos pueden ser creados por cargas externas o por altos esfuerzos residuales. Este problema puede ser controlado reduciendo los niveles de esfuerzo y/o reduciendo la concentración de la solución cáustica.

GRAFITIZACIÓN Este fenómeno ocurre en los aceros cuando se les expone durante su vida de servicio a ciclos térmicos ó repetidos calentamiento y enfriamientos. Consiste en la descomposición de la cementita en sus componentes primarios; el carbono procedente del carburo se sitúa en los límites de grano en forma de grafito, comenzando el proceso en torno a los 430°C. Las consecuencias de este efecto se traducen en una perdida de propiedades mecánicas. 421

OJO DE PESCADO Son grietas llamadas también “hojuelas”, “ampollas” o “aureolas”, que se encuentran alrededor de porosidades o inclusiones de escoria en la soldadura; son una forma de agrietamiento por fragilización de hidrógeno causado por la presencia de hidrógeno acumulado en estas localidades. Se forman mayormente en aceros ferríticos soldados con electrodos de alto hidrógeno. Los factores que ayudan a prevenirlo son: altos precalentamientos, buen diseño de junta, electrodos de bajo hidrógeno y reducir las restricciones de la junta.

CLASIFICACIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES SEGÚN EL IIW I) II) III) IV) V)

GRIETAS POROSIDADES INCLUSIONES DE ÓXIDOS Y ESCORIAS FALTA DE FUSIÓN y/o FALTA DE PENETRACIÓN DEFECTOS O FALTA DE FORMA

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DEFECTOLOGIA DE LAS UNIONES SOLDADAS GRUPO 1: AGRIETAMIENTO (FISURA S O GRIETAS) AGRIETAMIENTO. El agrietamiento de las juntas soldadas ocurre por la presencia de esfuerzos multidireccionales localizados, que en algún punto rebasan la resistencia máxima del metal. Cuando se abren grietas durante la soldadura o como resultado de ésta, generalmente se observa una ligera deformación de la pieza de trabajo. Al soldar dos placas, la raíz de la soldadura queda sujeta a esfuerzo de tracción, al depositarse las capas sucesivas, produce una raíz parcialmente fundida facilitando que se inicie una grieta que puede progresar a través de todo el espesor de la soldadura. Una zona sin fundir en la raíz de una soldadura puede dar lugar a grietas sin deformación apreciable, si dicha zona se somete a esfuerzo de tracción. Después de que se ha enfriado una junta soldada, hay más probabilidades de que ocurra agrietamiento cuando el metal es duro o frágil. Un material dúctil soporta mayores esfuerzos que un material frágil. AGRIETAMIENTO "EN EL METAL APORTADO (CORDÓN). La capacidad del depósito para permanecer intacto bajo un sistema de esfuerzo impuesto durante la aplicación de la soldadura es función de la composición y la estructura del metal de la soldadura. El agrietamiento del metal de la soldadura tiene más probabilidades de ocurrir en el primer pase que en pases de relleno, y de no repararse continuará pasando a las demás capas. Cuando se encuentra el problema de agrietamiento de la primera capa de metal de la soldadura, pueden lograrse mejoras aplicando uno o más de las siguientes modificaciones. 1.- Modificar la manipulación del electrodo o las condiciones eléctricas, lo que cambiará el contorno o la composición del depósito. 2.- Disminuir la rapidez de avance, para aumentar el espesor del depósito, aportando con ello más metal de soldadura. 3.- Auxiliarse con precalentamiento, para evitar el choque térmico y disminuir la velocidad de enfriamiento.

En el metal de soldadura pueden presentarse tres tipos diferentes de grietas, las cuales se ilustran en la figura 1.

Figura 1.- Tres clases básicas de grietas de soldadura. (Ilustración autorizada por AWS).

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Las grietas transversales son perpendiculares al eje del cordón, y en algunos casos se extienden más allá del cordón, hasta el interior del metal de la placa. Este tipo de grieta es más común en juntas que tienen alto grado de restricción. Las grietas longitudinales se presentan predominantemente dentro del metal de la soldadura, y están confinadas por lo general al centro de la misma. Pueden ocurrir como prolongaciones de las grietas de cráter que se forman en el extremo de la soldadura, así como también como grietas pasantes por las capas sucesivas, que parten de una grieta que se formó en la primera capa depositada. Si se forma una grieta en la primera capa y no se elimina o se vuelve a fundir completamente al aplicar la capa subsecuente, tiende a propasarse hacia la capa siguiente superior, y luego a la siguiente, para llegar finalmente hasta la superficie. El paso final de la grieta hasta la superficie de la soldadura puede ocurrir durante el enfriamiento de la misma, después de terminar los trabajos de aplicación. La única forma de remediar esta situación para cualquier combinación dada de metal de aporte y metal base, es cambiando todos los ajustes de la máquina de soldar. Siempre que se interrumpe la operación de soldadura, existe la tendencia a la formación de una grieta en el cráter. Las grietas de cráter tienen generalmente forma de estrella, y sólo avanzan hasta la orilla del cráter. Sin embargo, pueden servir como puntos de partida para grietas longitudinales en la soldadura, particularmente cuando se presentan en el cráter que se forma en el extremo de un cordón. Cuando se forma el cráter en otros lugares, como por ejemplo al cambiar de electrodo, por lo general se suelda la grieta al reanudar la aplicación de soldadura. Empero, no siempre ocurre tal cosa, y en ocasiones pueden observarse grietas finas, con forma de estrella, en varios lugares. En los párrafos anteriores se han estudiado los defectos que ocurren en el metal de soldadura depositado. En los párrafos que siguen se describen los defectos que pueden ocurrir en el metal base de las piezas de trabajo. AGRIETAMIENTO DEL METAL BASE. Este tipo de agrietamiento es por lo general de naturaleza longitudinal, y tiene lugar dentro de la zona afectada por el calor (ZAC) del metal que se está soldando, y casi siempre está asociado con materiales templables. La dureza y la fragilidad que hay en la ZAC en las juntas soldadas, son defectos metalúrgicos producidos por el ciclo térmico de soldadura, y se cuentan entre las causas principales del agrietamiento. La dureza y la capacidad para deformarse sin ruptura dependen del grupo de aleaciones al que pertenezca el acero (aceros de bajo y medio contenido de carbono y bajo contenido de aleantes), y del régimen de enfriamiento motivado a las temperaturas elevadas que se originan durante la aplicación de la soldadura. Dicho régimen depende de varios factores físicos: temperatura, espesor, conductividad térmica del metal base, aportación de calor por unidad de tiempo en una sección dada de la soldadura y temperatura del medio. A un régimen de enfriamiento dado, los aceros de bajo carbono se endurecen considerablemente menos que los de contenido medio de carbono. Los aceros de bajo contenido de aleación para uso en construcción, (Ej. SAE 950), tienen una variación amplia en sus características de endurecimiento, y algunos pueden comportarse como el acero de bajo carbono. Los aceros inoxidables austeníticos, ferríticos y martensíticos se comportan similar a los aceros de contenido medio de carbono y de bajo contenido de aleantes, con la excepción de que se endurecen a un mayor grado para un régimen de enfriamiento dado. Ni los aceros austeníticos (Ej. 18%Cr y 8%Ni), ni los ferríticos, 425

son ejemplos de los que se endurecen al enfriarlos rápidamente. Sin embargo, los inoxidables ferríticos se vuelven generalmente frágiles (no duros) al soldarlos. La ductilidad disminuye generalmente al aumentar la dureza, el agrietamiento del metal base se ha asociado a la falta de ductilidad en la ZAC. Las características del recubrimiento del electrodo también tienen un efecto considerable en la tendencia al agrietamiento de la ZAC. Los aceros que admiten temple son por lo general más difíciles de soldar, por las razones siguientes: 1.- Variaciones en la estructura metalográfica de la ZAC, que pueden ocurrir al variar el régimen de enfriamiento, y conducen a diferencias en las propiedades mecánicas. 2.- Se usan tales aceros por sus mejores propiedades a la tracción, y por tanto pueden compararse con el aumento de espesor en un acero común. En estos aceros (templables) el agrietamiento del metal base puede ocurrir transversalmente y longitudinalmente. Pueden reducirse al mínimo cuando se emplee un precalentamiento adecuado, se incremente el aporte de calor y se seleccione el metal de aporte adecuado. Las grietas transversales que se forman en el metal base son cruzadas respecto a la dirección de la soldadura. Por lo general, se presentan en las soldaduras de filete, en aceros de gran aptitud al temple, en los que la distancia, entre la orilla de la soldadura y el borde expuesto de una placa es relativamente pequeña. Tales grietas no pueden detectarse, por lo general, sino hasta que el conjunto soldado se ha enfriado a la temperatura ambiente. Las grietas longitudinales del metal base son paralelas a la soldadura y están en el metal base. Pueden ser prolongaciones de las grietas de la zona de fusión. Para los cordones de filete, las grietas longitudinales del metal base pueden dividirse en dos tipos. 1.- Grietas de la punta, las que avanzan desde la punta u orilla del cordón de filete y cruzan el metal base, partiendo a menudo de las socavaciones. 2.- Grietas de raíz, las que avanzan desde la raíz del cordón de filete y pasan a través del metal base. Estas grietas son por lo general, evidentes en el lado opuesto de la placa. En el caso de las soldaduras de ranura, las mayores probabilidades de formación de grietas en la ZAC adyacente a la soldadura. También pueden formarse grietas en la orilla de la soldadura, en la zona de fusión comprendida entre el cordón y los metales base.

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DEFECTOS DE SOLDADURA DEFECTO: Rotura, Fractura o Grieta SIMBOLO: SR (soldadura rota) SERIE: 100 Definición: Una o más discontinuidades en la soldadura o entre la soldadura y el metal base. Registro radiográfico: Líneas obscuras con orillas ásperas; se presentan generalmente en el primer cordón aunque también aparecen en los otros cordones y aun en las paredes soldadas (como en los casos 5 y 6). La proyección del haz de rayos X o Gamma debe ser transversal y en ángulo determinado para detectar las fracturas. Tipos de roturas o fracturas: 1.- Fractura de cráter longitudinal 2.- Fractura de cráter transversal 3.- Fractura de cráter en estrella 4.- Fractura longitudinal 5.- Fractura transversal 6.- Fracturas salteadas. Códigos:

API: No admite ninguna grieta, rotura o fractura ASME: No admite ninguna grieta, rotura o fractura.

NOTA: Ningún código tiene aceptabilidad en grietas, roturas o fracturas. Causas del defecto

Corrección

Electrodo incorrecto (Responsabilidad del supervisor y del soldador).

Utilice electrodo correcto, en tamaño y que sea acorde a la aleación del metal base. Cambie la secuencia de la soldadura; use electrodos más dúctiles y reduzca la rigidez del metal base. Use precalentamiento o aplíquelo en interpasos, para aumentar el tiempo de enfriamiento. Soldar con electrodo mayor; utilice más corriente y aplique precalentamiento. Corrija el bisel, dé pasadas más cortas con precalentamiento y postcalentamiento.

Escasa separación de la raíz (Responsabilidad del taller y del soldador). Enfriamiento rápido de la soldadura. (Responsabilidad del soldador). Estructura-muy rígida (Responsabilidad del diseñador de la estructura). Mala preparación del bisel (Responsabilidad del taller).

NOTA: Una causa muy frecuente en las fracturas es la técnica deficiente del soldador al carecer de práctica y realizar su trabajo demasiado rápido. Tabla de temperaturas de precalentamiento Contenido de %C y %Mn

Electrodo

C: hasta 0.30 y Mn: hasta 0.60

Cualquiera

C: 0.31 a 0.35 y Mn: hasta 0.90

de bajo hidrógeno

Tratamiento Térmico Si el ambiente es frío (menor a 10°C) precalentar a 45 ºC Precalentar de 45 °C a 50 ºC

C: 0.36 a 0.40 y Mn: hasta 1.30

de bajo hidrógeno

Precalentar a 100 ºC

C: más de 0.41 Mn: Cualquier rango

de bajo hidrógeno

Precalentar a 200 ºC

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DISCONTINUIDADES EN SOLDADURA GRIETAS DE SOLIDIFICACIÓN GRIETAS DE SOLIDIFICACIÓN (solidification Cracking) Una grieta puede ser definida como una discontinuidad local producida por una fractura que puede surgir de los esfuerzos generados al enfriar, o de cualquier otro esfuerzo que pueda actuar sobre la estructura. Es el tipo de imperfección más seria que se puede hallar en una soldadura, y debe ser removida. Las grietas no sólo reducen la resistencia de la soldadura mediante la reducción en el espesor de una sección, sino que también se pueden propagar mediante concentración de tensiones en su punta, en especial bajo carga de impacto o durante el servicio a bajas temperaturas.

IDENTIFICACIÓN Apariencia Visual Las grietas originadas durante la solidificación, son normalmente diferenciables de otros tipos de grietas gracias a los siguientes factores característicos: Sólo ocurren en el metal de soldadura. Normalmente aparecen como líneas rectas a lo largo del centro del cordón de soldadura (Fig. 1), pero en ocasiones aparecen como grietas transversales dependiendo de la estructura originada durante la solidificación. Fig. 1 Grieta por solidificación a lo largo del centro del cordón.

Las grietas de solidificación pueden tener una apariencia ramificada una vez que se haya formado un cráter. Las grietas son abiertas y fácilmente visibles a simple vista. Al abrir la soldadura exponiendo la superficie de la grieta, ésta tendrá una apariencia azulada y oxidada de tratarse de aceros o aleaciones de níquel, evidenciando que fueron formadas cuando el metal aún estaba caliente.

Metalografía Las grietas se forman en las fronteras de solidificación y son característicamente interdendríticas. La morfología refleja la estructura de solidificación de la soldadura y podría haber evidencia de segregación asociada con la frontera de solidificación. 428

CAUSAS La principal causa del agrietamiento por solidificación es que el cordón de soldadura en la etapa final de solidificación no tiene suficiente resistencia como para contrarrestar los esfuerzos de contracción generados a medida que el depósito fundido solidifica. Los factores que pueden aumentar el riesgo son: Tamaño insuficiente del cordón de soldadura o geometría inadecuada Soldar bajo muchas limitantes Propiedades del material como un alto contenido de impurezas o una alta tasa de encogimiento durante la solidificación. El diseño de la unión puede tener una influencia significativa sobre el nivel de esfuerzos residuales. Grandes brechas entre los elementos incrementarán el esfuerzo sobre el metal de soldadura en solidificación, en especial si hay poca penetración. Por lo tanto, los cordones de soldadura que tengan poca relación entre la profundidad y el ancho como por ejemplo la que se forma al hacer un puente para salvar una gran brecha mediante un cordón ancho y delgado, resultando en una mayor susceptibilidad al agrietamiento por solidificación (Fig. 2). En este caso, el centro de la soldadura, que es la última parte que solidifica, es una delgada zona con una resistencia despreciable al agrietamiento. La segregación de impurezas hacia el centro de la soldadura, también estimula el agrietamiento. La concentración de impurezas delante del frente de solidificación de la soldadura forma una película líquida de bajo punto de solidificación, que al solidificar produce una zona susceptible. A medida que procede la solidificación, esta zona tenderá a agrietarse a medida que se acumulan esfuerzos gracias a la contracción normal por solidificación. Un depósito fundido de forma elíptica es preferible a uno con forma de gota. El soldar con contaminantes tales como lubricantes de corte sobre la superficie a soldar, también incrementará la formación de impurezas en el depósito fundido, y en consecuencia el agrietamiento. Debido a que las composiciones del metal de aporte y del metal base determinan la composición de la soldadura, tendrán una influencia substancial en la susceptibilidad al agrietamiento del material.

Fig. 2.- Penetración demasiado pequeña del cordón de soldadura.

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ACEROS El agrietamiento está asociado a las impurezas, en particular azufre y fósforo, y es promovido por el carbón, mientras que el manganeso y el silicio pueden reducir el riesgo. Para minimizar el riesgo de agrietamiento, se prefiere material de aporte con un bajo contenido de carbono e impurezas y un contenido de manganeso relativamente alto. Como regla general, para los aceros al carbono-manganeso, el contenido total de azufre y fósforo no debería exceder el 0,06%. La composición del metal de soldadura está gobernada por el consumible, y debido a que el metal de aporte es normalmente más limpio que el metal a soldar, el agrietamiento es menos probable con procesos de baja disolución como MMA y MIG. La composición de las láminas asume una mayor importancia en situaciones de alta disolución como al soldar la raíz en soldaduras a tope mediante una técnica autógena como la soldadura TIG, o en un proceso de alta disolución como la soldadura de arco sumergido. En soldaduras al arco sumergido, como se describe en BS 5135 (Apéndice F), el riesgo de agrietamiento puede ser conocido mediante cálculos en Unidades de Susceptibilidad de Agrietamiento (UCS) a partir de la composición química del metal de soldadura (%peso).

UCS = 230C* + 190S + 75P + 45Nb + 12,3Si - 5,4Mn - 1 C* = Contenido de Carbono ó 0,08 (el que sea mayor) Aunque se trate de unidades arbitrarias, un valor UCS<10 indica una elevada resistencia al agrietamiento, mientras que UCS >30 indica una baja resistencia. Dentro de este rango, el riesgo será mayor en una soldadura con una mayor relación de profundidad con respecto al ancho, hecha a altas velocidades de soldadura o donde la geometría de la unión sea pobre. Para soldaduras a filete, los pases que tengan una relación de profundidad con respecto al ancho de aproximadamente 1, los valores UCS de 20 ó más indicarán un riesgo de agrietamiento. Para una soldadura a tope, los valores cercanos a 25 UCS son críticos. Si la relación de profundidad respecto al ancho es reducida de 1 a 0,8 el UCS permisible se incrementa en un factor de 9. Sin embargo bajas relaciones de profundidad respecto al ancho (como la que se obtiene cuando no se logra penetración hacia la raíz) también promueven el agrietamiento.

ALUMINIO: La alta expansión térmica (aproximadamente el doble de la del acero) y una substancial contracción al solidificar (un 5% más que en una soldadura equivalente en acero) significa que las aleaciones de aluminio son más prestas al agrietamiento. El riesgo se puede reducir utilizando un material de aporte resistente al agrietamiento (usualmente de las aleaciones de las series 4xxx y 5xxx) pero la desventaja es que el metal de soldadura resultante tiene tendencia a divergir en cuanto a propiedades (como menor resistencia) con respecto al metal base.

ACERO INOXIDABLE AUSTENÍTICO: Una soldadura de acero inoxidable totalmente autentico tiene más tendencia a agrietarse que una que contenga entre un 5 y un 10% de ferrita. El efecto beneficioso de ola ferrita es atribuido a su capacidad de disolver impurezas nocivas que de otro modo darían lugar a la formación de segregados de bajo punto de fusión y en consecuencia a grietas interdendríticas. Por lo tanto, la elección del material de aporte 430

es importante para suprimir el agrietamiento, por lo que un material de aporte tipo 308 es empleado para soldar acero inoxidable de tipo 304. PRÁCTICAS PARA EVITAR EL AGRIETAMIENTO POR SOLIDIFICACIÓN Aparte de la elección de los materiales, las principales técnicas para minimizar el riesgo de agrietamiento por solidificación en soldadura son: Controlar la unión de las piezas a soldar a fin de reducir brechas. Antes de soldar, limpiar los contaminantes del material. Asegurarse de que la secuencia de soldadura no provocará una acumulación de tensiones inducidas térmicamente. Seleccionar los parámetros de soldadura y la técnica a emplear, a fin de producir un cordón de soldadura que tenga una adecuada relación de profundidad respecto al ancho, o con suficiente espesor (soldadura a filete) para asegurar que el cordón de soldadura tenga suficiente resistencia a las tensiones de solidificación (una relación de profundidad respecto al ancho de 0,5:1 es recomendable). Evitar la producción de una alta relación de profundidad respecto al ancho, lo que promueve la segregación y esfuerzos transversales. Como regla general, los cordones de soldadura cuya relación de profundidad respecto al ancho excede 2:1 serán susceptibles al agrietamiento por solidificación. Evitar altas velocidades de soldadura (a altos niveles de corriente) las que incrementan la cantidad de segregación y el nivel de esfuerzo a través del cordón de soldadura. Al terminar cada pase, asegurar un llenado adecuado del cráter para evitar una forma cóncava desfavorable de éste.

ESTÁNDARES DE ACEPTACIÓN Debido a que las grietas de solidificación son imperfecciones lineales con bordes agudos, no son permisibles para soldaduras que exijan los niveles de calidad B, C y D, de acuerdo con los requerimientos de BS EN 25817 (ISO 5817). Las grietas de cráter son permisibles para el nivel de calidad D.

DETECCIÓN Y REMEDIO Las grietas de solidificación que interrumpan la continuidad superficial, pueden ser detectadas mediante inspección visual, aplicación de penetrantes líquidos o por técnicas de prueba con partículas magnéticas. Las grietas internas requieren técnicas radiográficas o de ultrasonido. Muchos códigos especificarán que todas las grietas deben ser removidas. Un componente agrietado debe ser reparado removiendo las grietas con un margen de seguridad de unos 5mm más allá del límite visible de las grietas. La excavación es luego vuelta a soldar con un material de aporte que no producirá un depósito sensible al agrietamiento.

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DISCONTINUIDADES EN SOLDADURA GRIETAS POR HIDRÓGENO EN LOS ACEROS GRIETAS POR HIDRÓGENO EN LOS ACEROS El agrietamiento por hidrógeno también puede llamarse agrietamiento en frío o agrietamiento retardado. La característica principal que distingue este tipo de grietas es el hecho de que ocurre en aceros ferríticos, usualmente de forma inmediata durante la soldadura o poco después de haber finalizado la misma. A continuación se describen las características y las principales causas de las grietas por hidrógeno.

Fig. 1 Grietas por hidrógeno originadas en la HAZ (no se esperaría que los tipos de grieta mostrados se formaran en la misma soldadura).

APARIENCIA VISUAL Las grietas por hidrógeno normalmente pueden ser distinguidas gracias a alguna de las siguientes características: En los aceros C-Mn, la grieta normalmente se originará en la zona afectada por calor (HAZ) pero podría extenderse dentro del metal de soldadura (Fig. 1). Las grietas también pueden ocurrir en el cordón de soldadura, normalmente transversales a la dirección de soldadura, a un ángulo de 45° con respecto a la superficie soldada. Son esencialmente derechas o siguen un camino preestablecido, pero no se bifurcan. En aceros de baja aleación, las grietas pueden ser transversales a la soldadura, perpendiculares a la superficie soldada, pero no bifurcadas y esencialmente planares. Al abrir la soldadura (antes de hacer cualquier tratamiento térmico), la superficie de las grietas normalmente no estará oxidada, aún interrumpiendo la continuidad superficial, indicando que fueron formadas cuando la soldadura se hallaba a temperatura ambiente. Un ligero tono azulado puede ser observado por los efectos del precalentamiento o del calor de la soldadura. 432

METALOGRAFÍA Las grietas que se originan en la HAZ están normalmente asociadas a la región de grano grueso (Fig. 2). Las grietas pueden ser intergranulares, transgranulares o una mezcla de ambas. Las grietas intergranulares son más dadas a ocurrir en las estructuras HAZ más duras formadas en aceros de baja aleación y alto carbono. El agrietamiento transgranular es más común en estructuras de acero C-Mn. En soldaduras a filete, las grietas en la HAZ se encuentran normalmente asociadas a la raíz de la soldadura y son paralelas a la soldadura. En soldaduras a tope, las grietas de la HAZ normalmente se encuentran orientadas paralelamente al cordón de soldadura.

Fig. 3 Grieta a lo largo de la estructura de grano grueso de la HAZ.

CAUSAS Hay tres factores que se combinan para producir agrietamiento: El hidrógeno generado por el proceso de soldadura. Una estructura dura y frágil susceptible de agrietarse. Esfuerzos tensiles residuales que actúan sobre la unión soldada. El agrietamiento es causado por la difusión de hidrógeno hacia la parte endurecida y más sometida a esfuerzos de la soldadura. En los aceros C-Mn, gracias a que existe un mayor riesgo de formación de una microestructura frágil en la HAZ, muchas de las grietas por hidrógeno se hallarán en el metal base. Con la correcta elección de electrodos, el metal de soldadura tendrá un menor contenido de carbono que el metal base, y por tanto un menor equivalente de carbono (CE). Sin embargo, las grietas transversales del metal de soldadura pueden ocurrir especialmente al soldar componentes de sección gruesa. En aceros de baja aleación, debido a que la estructura del metal de soldadura es más susceptible de agrietarse que la HAZ, se podría hallar agrietamiento en el cordón de soldadura. Los efectos de factores específicos sobre el riesgo de agrietamiento son: Hidrógeno del metal de soldadura. Composición del metal base. Espesor del metal base. Esfuerzos que actúan sobre la soldadura. Inducción de calor. CONTENIDO DE HIDRÓGENO DEL METAL DE SOLDADURA La principal fuente de hidrógeno es la humedad contenida en el fundente en el recubrimiento de los electrodos MMA, el fundente en alambres con núcleo y el fundente empleado en soldadura de arco sumergido. La cantidad de hidrógeno generado es determinado principalmente por el tipo de electrodo. Los electrodos básicos 433

normalmente generan menos hidrógeno que los electrodos de rutilo o los celulósicos. Es importante notar que puede haber otras fuentes significativas de hidrógeno como la humedad atmosférica, materiales relacionados con el procesamiento o la historia de servicio que hayan podido dejar al acero con un significativo contenido de hidrógeno. El hidrógeno también podría provenir de la superficie del material o del consumible. Entre las fuentes de hidrógeno estarán: Aceite, grasa y polvo. Óxido. Pintura y recubrimientos. Fluidos de limpieza. COMPOSICIÓN DEL METAL BASE Esto tendría una mayor influencia sobre el endurecimiento y, con altas tasas de enfriamiento, el riesgo de originar una estructura frágil y dura en la HAZ. La capacidad de endurecimiento de un material normalmente se expresa en términos de su contenido de carbono, o de tomar en cuenta otros elementos, su valor equivalente de carbono (CE).

CE = %C + (%Mn/6) + [(%Cr + %Mo + %V)/5] + [(%Ni + %Cu)/15] Mientras mayor sea el valor CE, mayor será el riesgo de agrietamiento por hidrógeno. Por lo general, los aceros que tienen un valor de CE < 0,4 no son susceptibles de agrietamiento en la HAZ por hidrógeno en la medida que se estén empleando consumibles o procesos para soldadura de bajo hidrógeno. GROSOR DEL MATERIAL BASE El grosor del material influenciará la tasa de enfriamiento y por tanto, el nivel de dureza, la microestructura producida en la HAZ y el nivel de hidrógeno retenido en la soldadura. El “espesor combinado” de la unión, es la suma de los grosores de los materiales que se hallan en la línea de unión, y determinará con la geometría de la unión, la tasa de enfriamiento de la HAZ y su dureza. Consecuentemente, como se muestra en la Fig. 3, una soldadura a filete tendrá un mayor riesgo que una soldadura a tope con el mismo grosor de material. ESFUERZOS QUE ACTÚAN SOBRE LA SOLDADURA Los esfuerzos generados en la unión soldada a medida que se contrae estarán influenciados en gran parte por restricciones externas, grosor del material, geometría de la unión y qué tan bien encajan las piezas. Las áreas de concentración de esfuerzos originarán una grieta más probablemente en el talón y en la raíz de la soldadura. El que las piezas encajen mal, incrementa el riesgo de agrietamiento en soldaduras a filete. El grado de restricción que actúa sobre una unión, generalmente se incrementará a medida que progresa la soldadura gracias al nivel de rigidez durante la fabricación.

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INDUCCIÓN DE CALOR La inducción de calor en el material a partir del proceso de soldadura, junto con el grosor del material y la temperatura de precalentamiento, determinará el ciclo térmico, la microestructura y la dureza resultantes tanto de la HAZ como del metal de soldadura. Una alta inducción de calor reducirá el nivel de dureza. La inducción de calor por unidad de longitud se calcula multiplicando la energía del arco por un factor de eficiencia del arco de acuerdo a la siguiente fórmula:

Q = [(UxAx60xK)/(1000xVs)] Q = U = A = Vs = K =

(kJ/mm)

Calor generado en el arco (Kj/mm) Voltaje del arco (V) Corriente de soldadura (A) Velocidad de soldadura (mm/min) Factor de eficiencia térmica

Al calcular la inducción de calor, debe tomarse en consideración la eficiencia del arco. Los factores de eficiencia del arco mostrados en BS EN 1011-1: 1998 para los principales procesos de soldadura al arco son: Arco sumergido (alambre único) SMAW MIG/MAG y alambre con núcleo de fundente TIG y Plasma

1,0 0,8 0,8 0,6

En la soldadura SMAW, la inducción de calor es normalmente controlada por la longitud de la carrera de cada electrodo, que es proporcional a la inducción de calor. Debido a que la longitud de la carrera es la longitud de la soldadura depositada por un electrodo, dependerá de la técnica de soldadura y de la relación entre el espesor del entramado con respecto a la pausa.

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DISCONTINUIDADES EN SOLDADURA POROSIDAD Las características y las principales causas de los defectos relacionados con la porosidad están ya identificadas. Asimismo, se dan los mejores lineamientos de práctica para que los soldadores puedan minimizar el riesgo de porosidad durante la fabricación.

IDENTIFICACIÓN La porosidad es la presencia de cavidades en el metal de soldadura provocada por el enfriamiento del gas emitido por el depósito fundido durante su solidificación. La porosidad puede tomar varias formas: Distribuida o de dispersión uniforme. Poros de interrupción superficial. Porosidad tubular. Cráteres.

Fig. 1.- Porosidad uniformemente distribuida.

Fig. 2.- Poros superficiales en soldadura a filete.

CAUSAS Y PREVENCIÓN DE LAS POROSIDADES POROSIDAD DISTRIBUIDA Y POROS SUPERFICIALES La porosidad distribuida (Fig. 1) se encuentra normalmente como finos poros a lo largo y ancho del cordón de soldadura. Los poros de interrupción superficial (Fig. 2) por lo general indican una gran cantidad de porosidad distribuida. 436

CAUSAS La porosidad es provocada por la absorción de nitrógeno, oxígeno e hidrógeno en el depósito fundido, para luego ser liberados en forma gaseosa durante la solidificación y quedar atrapados como burbujas en el metal de soldadura. La absorción de nitrógeno y de oxígeno en el depósito fundido se origina usualmente a partir de una insuficiente protección gaseosa. Si al menos un 1% de aire logra colarse por el gas protector, provocará porosidad distribuida, pero si supera el 1,5% resultaría en una notable porosidad superficial. Escapes en los conductos de gas, irregularidades en el flujo y turbulencia son causas frecuentes de porosidad. El hidrógeno puede originarse a partir de varias fuentes, entre las que se encuentran humedad por electrodos secados inadecuadamente, fundentes o la pieza a trabajar; así como grasa o aceite en las inmediaciones de la pieza o en los instrumentos de trabajo. Recubrimientos superficiales como pinturas, barnices y baños de zinc, podrían generar copiosas cantidades de vapor durante la soldadura. El riesgo de atrapar el gas producido será mayor en uniones en T que en uniones a tope, en especial al soldar a filete en ambos lados (Fig. 2). Especial mención merecen los recubrimientos susceptibles de ser soldados bajos en zinc. No debería haber necesidad de remover el recubrimiento, pero si este excede el espesor recomendado por el fabricante, podría resultar porosidad, en especial al utilizar otros procesos de soldadura que no sean SMAW. PREVENCIÓN La fuente de gas debe identificarse y ser removida como sigue: Entrada de aire: Sellar cualquier entrada de aire. Evitar turbulencia en el depósito fundido. Utilizar metal de aporte con un adecuado nivel de antioxidantes. Reducir el flujo excesivo de gas. Evitar corrientes de aire. Hidrógeno: Secar el electrodo y el fundente. Limpiar y desengrasar la superficie a trabajar. Recubrimientos superficiales: Limpiar los bordes de la unión inmediatamente antes de soldar. Observar si el recubrimiento está por debajo del espesor máximo recomendado.

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POROS TUBULARES De manera característica, los poros tubulares son alargados (Fig. 3) y producen una apariencia de estrías en la radiografía.

CAUSA Los poros alargados son un indicativo de que una gran cantidad de gas está formándose y siendo atrapado en el metal en solidificación. Un exceso de gas se formará si la superficie a trabajar está muy contaminada o gracias a un recubrimiento muy espeso. El lugar más factible para que el gas quede atrapado son fisuras como aquellas que quedan entre los elementos de una unión en T con soldaduras a filete en ambos lados. Al soldar uniones T con placas recubiertas es esencial que el espesor del recubrimiento en el borde del elemento vertical no exceda el recomendado por el fabricante (unas 20 ). PREVENCIÓN El eliminar el gas y las cavidades elimina poros tubulares. Generación de gases: Limpiar las superficies de las piezas a trabajar. Remover cualquier recubrimiento del área de unión. Observar si el espesor del recubrimiento se encuentra por debajo del recomendado por el fabricante. Geometría de la unión: Evitar geometrías que podrían crear cavidades.

CRÁTERES Un cráter se forma en el depósito fundido final ya sólido, y por lo general se le asocia con algo de porosidad. CAUSA Esta imperfección resulta del encogimiento durante la solidificación del depósito fundido. Consecuentemente, condiciones que exageren el cambio volumétrico del estado líquido al sólido, estimularán su formación. El apagar la corriente de soldadura resultará en una rápida solidificación de un gran depósito fundido. En la soldadura TIG, técnicas autógenas, o el detener el alambre antes de apagar la corriente, causará la formación de un cráter. 438

PREVENCIÓN La formación de un cráter puede ser evitada eliminando la detención del alambre, o corrigiendo la técnica del soldador. Remoción de la detención del alambre: Emplear el botón de encendido en soldaduras a tope. Esmerilar la zona de pausa al cambiar de electrodo o antes de depositar el siguiente pase. Técnica del soldador. Reducir progresivamente la corriente de soldadura para reducir el tamaño del depósito fundido. Añadir material de aporte (TIG) para compensar el encogimiento del depósito fundido.

Susceptibilidad de los Materiales a la Porosidad Los gases que podrían causar porosidad en la gama de materiales empleados comúnmente se muestran en la siguiente tabla: Material

Gas

Limpieza

Acero C-Mn Acero inoxidable Al y sus aleaciones Cu y sus aleaciones Ni y sus aleaciones

H, N, O H H H, N N

Esmerilar para remover el recubrimiento Desengrasar, cepillar y nuevamente desengrasar Limpieza química, cepillado, desengrase, raer Desengrasar, cepillar y nuevamente desengrasar Desengrasar, cepillar y nuevamente desengrasar

Detección y Remedio Si las imperfecciones interrumpen la continuidad de la superficie, se pueden detectar mediante un penetrante o una técnica de inspección por partículas magnéticas. Las imperfecciones por debajo de la superficie pueden detectarse mediante radiografía o inspección ultrasónica. La radiografía es normalmente más efectiva para detectar y caracterizar imperfecciones relacionadas con la porosidad. Sin embargo, la detección de pequeños poros es difícil, en especial en secciones anchas. Para remediar esto, normalmente se requiere la remoción mediante un formón o esmerilado; pero si la porosidad es extendida, debería removerse toda la soldadura. La unión debería ser nuevamente preparada y vuelta a soldar según el procedimiento convenido.

CAUSAS Y SOLUCIONES DE LA POROSIDAD Entendemos por porosidad una discontinuidad en forma de cavidad que se forma cuando el gas se queda atrapado en el metal base que se está solidificando. Las discontinuidades suelen ser esféricas pero también se presentan alargadas. Algunos tipos de porosidades serian:

Porosidad alineada: Está formada por un conjunto de poros alargados o esféricos orientados linealmente.

Porosidad agrupadas: Grupo de poros o sopladuras distribuidas al azar. 439

Rechupe de cráter: Cavidad en el final del cordón de soldadura no eliminada al término de la asada o en las siguientes.

CAUSAS Excesivo hidrógeno, nitrógeno u oxígeno en la atmósfera de soldeo. Alta velocidad de solidificación.

SOLUCIONES Utiliza electrodos de bajo contenido en hidrógeno. Utiliza metales con altos contenido en desoxidante. Incrementar el flujo de gas protector, estudiar las condiciones de humedad y de grasa en el área a soldar y en el alambre de soldeo. Usar precalentamiento, aumentar el aporte térmico.

Metal base sucio.

Limpiar la superficie de unión y superficies adyacentes.

Alambre de soldeo sucio.

Utilizar limpiadores y alambres empaquetados adecuadamente, almacenar en áreas limpias y secas.

Longitud de arco inadecuado, corriente de soldeo o manipulación del electrodo incorrecto.

Ajustar adecuadamente.

Volatilización del Zn del latón.

Utilizar metal de aporte cobre-silicio; reducir el aporte térmico.

Acero galvanizado.

Utilizar electrodos 6010, si es posible, y manipular el arco para volatilizar el Zn, más allá de la zona de metal fundido; eliminar el Zn del área soldada.

Excesiva humedad en el revestimiento del electrodo.

Utilizar procedimientos recomendados para el almacenamiento de electrodos.

Metal base con alto contenido de azufre.

Utilizar electrodos que produzcan reacciones de carácter básico en la escoria.

DEFECTO: POROSIDAD SIMBOLO: P SERIE: 200 Definición: Cavidades esféricas u ovaladas, semicírculos irregulares que son discontinuidades en la estructura de los cordones de soldadura provocadas por atrapamiento de gases durante el estado de solidificación. Registro radiográfico: Manchas de formas esféricas irregulares con variaciones de densidad que se presentan aisladas, salteadas y agrupadas con intensidad obscura de mayor o menor diámetro. Tipo de porosidades: 1.- Porosidades salteadas con formas irregulares semiesféricas de diámetros de 3/16'' y 1/8" en el primer cordón de soldadura. 440

2.- Porosidades aisladas con formas semiesféricas de diámetros de 1/16" y 3/32" en el segundo cordón de soldadura. 3.- Porosidades agrupadas con formas semiesféricas y con diámetros menores de 1/11" en el primero y segundo cordón de soldadura. 4.- Porosidades en línea y muy próximas unas a otras. Códigos: Los códigos API (carta 1104), ASME y la gráfica estructural de AWS, presentan aceptabilidad en este defecto (consulte el anexo). Se rechazan poros de tamaño superior a los indicados en los grados de aceptabilidad y que por su colocación puedan dar lugar a una fractura (por ejemplo, poros demasiado juntos y en línea o líneas continuas), así como el defecto de poro de aguja, que es totalmente condenable. Causas del defecto

Corrección

Tipos 2 y 3. Soldar con metales mal limpiados, y que contienen óxidos, aceites, grasa, pintura, o suciedades.

Verificar que las superficies de los biseles se encuentren limpias así como las áreas adyacentes. Remover la soldadura porosa y volver a depositar cordones de soldadura.

Tipos 2 y 4. Soldar con electrodos con el fundente contaminado ya sea de humedad, aceites o suciedad; o bien, usar electrodos muy viejos. Tipos 1, 2, 3 y 4. Metal base inadecuado con contaminación en el maquinado o con alto contenido de azufre. Porosidades diversas en sistemas con gases protectores como Argón, Bióxido de Carbono. Los gases están contaminados o no funcionan en la proporción correcta por falta de flujo. Porosidades en el sistema de arco sumergido causadas por un fundente húmedo, superficie contaminada, alambre del electrodo, sucio y oxidado o bien el uso de un fundente de textura muy fina.

Utilizar electrodos secos, limpios y nuevos. Verificar el metal base y su preparación. Cuidar que los electrodos liguen y efectuar la acción de limpieza. Verifique los gases, los sistemas, mangueras, flujómetros y mezclas de gases. Utilice fundente seco y limpio; verifique la limpieza y buena preparación del metal base; el electrodo debe ser nuevo, estar limpio y tener la altura y velocidad apropiada. Verifique que el fundente tenga la granulación correcta y corresponda al tipo de metales, verifique distancia de las boquillas y que estén limpias.

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DISCONTINUIDADES EN SOLDADURAS INCLUSIONES DE ESCORIA

Prevención de inclusiones de escoria mediante esmerilado entre pases

IDENTIFICACIÓN La escoria, normalmente se ve como líneas de material alargado, continuas o discontinuas a lo largo de la soldadura. Esto se puede identificar mediante radiografía, Figura 1. Las inclusiones de escoria están usualmente asociadas a los procesos de flujo, SMAW, FCAW y arco sumergido o SAW, pero también (raras veces) pueden ocurrir en soldaduras MIG.

Figura 1.- Radiografía indicando la presencia de inclusiones de escoria.

CAUSAS Una escoria es el residuo del recubrimiento del fundente, es principalmente un producto de la desoxidación por la reacción entre el fundente, aire y óxidos superficiales. La escoria es atrapada en la soldadura cuando dos cordones de soldadura adyacentes son depositados y yuxtapuestos inadecuadamente, formándose así una cavidad. Al depositarse la siguiente capa, la escoria atrapada no se funde ni es eliminada. La escoria también puede ser atrapada en cavidades en soldaduras de múltiples pases mediante una excesiva socavadura del talón de soldadura o gracias al perfil irregular de la superficie conferido por las marcas de la soldadura anterior, Figura 2. Gracias a que ambos tienen un efecto sobre la facilidad de remoción de la escoria, el riesgo de imperfecciones por escoria está influenciado por: El tipo de fundente. La técnica del soldador. El tipo y la configuración de la unión, la posición de soldadura y las restricciones de acceso, influyen en el riesgo de imperfecciones por escoria. 442

a) Perfil pobre de cordón de soldadura (convexo) dando como resultado escamas de soldadura atrapadas entre los pases.

b) Perfil suave de cordón de soldadura que permite la remoción de escoria entre pases.

Figura 2.- Influencia de la técnica del soldador sobre el riesgo de inclusiones de escoria al soldar con un electrodo básico E-7018 con el proceso SMAW.

TIPO DE FUNDENTE Una de las principales funciones del recubrimiento del fundente en la soldadura es producir una escoria que fluirá libremente sobre la superficie del depósito fundido para protegerlo de la oxidación. Debido a que la escoria afecta las características de manejo del electrodo SMAW, su tensión superficial y la tasa de enfriamiento pueden ser propiedades igualmente importantes. Para soldar en las posiciones horizontal y vertical planas, se prefiere una escoria relativamente viscosa, ya que produce un perfil suave del cordón de soldadura, es menos probable que quede atrapado, y al solidificar es normalmente más fácil de remover. Para la soldadura vertical, la escoria debe ser más fluida, para que fluya fuera de la superficie del depósito fundido, pero debe tener una mayor tensión superficial para proporcionar un soporte para el depósito fundido y tener un enfriamiento rápido. La composición del recubrimiento del fundente también juega un papel importante en el riesgo de inclusiones por escoria a través de su efecto sobre la forma del cordón de soldadura y la facilidad con que la escoria puede ser removida. Un depósito fundido con un bajo contenido de oxígeno tendrá una elevada tensión superficial produciendo un cordón de soldadura convexo produciendo poco mojado del metal matriz. Entonces un fundente oxidante que contiene por ejemplo oxido de hierro, producirá un baja tensión superficial, con un cordón de soldadura con un perfil mas cóncavo, y promueve el mojado de la matriz. Un fundente con alto contenido de silicato produce una escoria vítrea que usualmente se despega por si sola. Fundentes con alto contenido de carbonato de calcio producen una escoria adherente que es difícil de remover. La facilidad de remoción de escoria para los principales tipos de fundente es: Rutilo o fundentes Ácidos: Grandes cantidades de oxido de titanio (rutilo) con algunos silicatos. El nivel de oxigeno del deposito fundido es suficientemente alto como para dar un cordón de soldadura plano o ligeramente convexo. La fluidez de la escoria esta determinada por el contenido del fluoruro de calcio. Los recubrimientos libre de fluoruro diseñados para soldar en posición plana produce un cordón de soldadura de perfile suave y una escoria fácil de remover. La escoria de fluoruro más fluida, diseñada para soldadura posicional es más difícil de remover. 443

Fundentes Básicos: la alta proporción de carbonato de calcio y de fluoruro de calcio en el fundente reduce el contenido de oxigeno del deposito fundido y por tanto su tensión superficial. La escoria es más fluida que aquella producida con el recubrimiento de rutilo. El enfriamiento rápido también asiste a la soldadura en las posiciones vertical y sobre la cabeza pero la escoria es más difícil de remover. El riesgo de inclusiones de escoria es mayor al emplear fundentes básicos. El perfil convexo del cordón de soldadura dificulta la remover la escoria de los talones de la soldadura, especialmente en soldadura de múltiples pases.

TÉCNICA DEL SOLDADOR La técnica de soldadura juega un papel importante en la prevención de inclusiones de escoria. La manipulación de electrodos debería asegurar un forma y un grado de superposición adecuados de los cordones de soldadura, a fin de evitar la formación de escamas que puedan atrapar la escoria. Por tanto, el tamaño correcto del electrodo, y el ángulo correcto permiten obtener una buena penetración y un perfil suave del cordón de soldadura, esenciales para prevenir la inclusión de escoria. En la soldadura vertical de múltiples pases, especialmente al utilizar electrodos básicos, se debe tener cuidado de fundir cualquier escama de escoria y minimizar la socavadura. Una ligera pausa en los bordes de la costura asistirá la fusión de las paredes laterales dando como resultado un perfil más plano de cordón de soldadura. Una alta corriente y una alta velocidad de soldadura también causaran socavadura de las paredes laterales lo que hace la remoción de escoria una tarea difícil. Es crucial remover toda de escoria antes de realizar el siguiente pase. Esto puede hacerse entre pases mediante esmerilado, desconchado o cepillado. Los utensilios de limpieza deber ser identificados para diferentes materiales (aceros, aceros inoxidables, etc.). Al soldar con electrodos difíciles, en estrechas uniones a tope con bisel o cuando la escoria es atrapada mediante socavadura, podría ser necesario esmerilar la superficie de la soldadura entre pases a fin de asegurar la total remoción de la escoria.

ESTÁNDARES DE ACEPTACIÓN Las inclusiones de escoria y de fundente son defectos lineales por no tener bordes agudos si las comparamos con las grietas; podrían estar permitidas por algunos estándares y códigos específicos. Los límites en los aceros están especificados en BE EN 25817 (ISO 5817) para los tres niveles de calidad. No se permiten imperfecciones alargadas de escoria en la soldadura a tope o en filete para los niveles de calidad B (estricto) y C (moderado). Para el nivel de calidad D, las soldaduras a tope pueden tener imperfecciones de acuerdo con su tamaño, de ser inferior a la mitad del grosor nominal de la soldadura. Las imperfecciones relacionadas con la escoria corta son permitidas en los tres niveles de calidad con limitantes en cuanto a su tamaño relativo con respecto al grosor de la soldadura a tope o el espesor nominal del filete.

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DISCONTINUIDADES EN SOLDADURA FUSIÓN INCOMPLETA O FALTA DE PENETRACIÓN Se describen las características y las principales causas de la fusión incompleta de la raíz. Se suministran guías generales acerca de la mejor práctica, para que los soldadores puedan minimizar el riesgo de introducir imperfecciones durante la fabricación. FABRICACIÓN Y SERVICIO, DEFECTOS Y DISCONTINUIDADES Debido a que la presencia de imperfecciones en una unión soldada podría no hacerla inadecuada para la aplicación para la que fue destinada, el término preferido es “imperfección” más que “defecto”. Por esta razón, la calidad de producción para un componente, se define en términos de un nivel de calidad en el que los límites para las imperfecciones están claramente definidos. Por ejemplo, el Nivel B, C o D de acuerdo con los requerimientos de EN 25817. Para los estándares americanos ASME X1 y AWS D1.1, los niveles de aceptación están contenidos en los estándares. El código de aplicación especificará los niveles de calidad a ser obtenidos para las varias uniones. Las imperfecciones se pueden clasificar de forma general, en aquellas producidas durante la fabricación del componente o de la estructura, y aquellas formadas como resultado de condiciones adversas durante servicio. Los principales tipos de imperfecciones son:

Fabricación: Falta de fusión o de penetración. Grietas. Porosidad. Inclusiones de escorias. Forma y tamaño inadecuados de los refuerzo de la soldadura.

Servicio: Fractura frágil. Agrietamiento por corrosión y esfuerzo. Falla por fatiga.

El procedimiento de soldadura y la técnica del soldador tendrán un efecto directo sobre las imperfecciones de fabricación. Un procedimiento incorrecto o una técnica pobre podrían producir imperfecciones que resultarían en fallas prematuras durante el servicio. Se describen las características y las principales causas de la fusión incompleta de la raíz. Se suministran guías acerca de la mejor práctica, para que los soldadores puedan minimizar el riesgo de generar discontinuidades durante la fabricación. Procedimientos de soldadura y técnicas de soldadores van a tener un efecto en las discontinuidades de soldadura. Procedimientos o técnicas incorrectas pueden producir discontinuidades que generan fallas prematuras en servicio.

FUSIÓN INCOMPLETA O FALTA DE PENETRACIÓN (Raíz) Se llama fusión incompleta de la raíz al fenómeno ocurrido cuando la soldadura no se funde de un lado de la unión en la raíz. Falta de penetración en la raíz ocurre cuando ambos lados de la unión permanecen sin fundir. Imperfecciones típicas pueden ocurrir en las siguientes situaciones: Una cara de la raíz excesivamente gruesa en una soldadura a tope (Fig. 1a). 445

Una brecha de raíz demasiado pequeña (Fig. 1b). Soldaduras mal colocadas (Fig. 1c). Falta de remoción de suficiente metal de fondo en una soldadura a dos caras (Fig. 1d). Fusión incompleta de raíz al emplear una energía de arco demasiado baja (Fig. 1e). Ángulo de bisel demasiado bajo. Un electrodo demasiado grande en soldadura SMAW. (Fig. 2)

b)

a) )

e)

d)

c)

Fig. 1 Causas de fusión incompleta. a) Cara de la raíz demasiado gruesa, b) Brecha de raíz demasiado pequeña, c) Soldaduras mal colocadas, d) Potencia demasiado baja, e) Inducción de calor. demasiado baja.

Fig. 2 Efecto del tamaño del electrodo en la fusión en la raíz.

CAUSAS Estos tipos de imperfección son más probables en procesos con electrodos consumibles (MIG, MMA y soldadura de arco sumergido) en los que el metal de soldadura es “automáticamente” depositado a medida que el arco consume el alambre o varilla del electrodo. El soldador tiene un limitado control de la penetración del depósito fundido, independiente de la deposición del metal de soldadura. Por tanto, el proceso TIG de electrodo no consumible, en el que el soldador controla la cantidad de metal de aporte, independiente de la penetración, es menos propenso a este tipo de defecto. En la soldadura SMAW, el riesgo de fusión incompleta en la raíz se puede reducir mediante el uso de los parámetros de soldadura y el tamaño de electrodo correctos a fin de proporción una adecuada inducción de energía de arco y una profunda penetración. El tamaño del electrodo también es importante en el sentido de que debería ser lo suficientemente pequeño como para permitir un adecuado acceso a la raíz, en especial al emplear un ángulo de bisel pequeño (Fig. 2). Es práctica común emplear un electrodo de 4mm de diámetro para la raíz, de forma que el soldador pueda manipular el electrodo para la penetración y el control del depósito fundido. Pero, para aquellos pases para los que los requerimientos en cuanto a penetración son menos críticos, se emplea un electrodo de 5mm de diámetro para obtener una mayor tasa de deposición. En la soldadura MIG, los correctos parámetros de soldadura para el grosor 446

del material y una corta longitud de arco, deberían proporcionar una adecuada penetración del cordón de soldadura. Un nivel de corriente demasiado bajo para el tamaño de la cara de la raíz, producirá una inadecuada penetración de la soldadura. En cambio, un nivel demasiado alto, hará que el soldador tenga que moverse de forma demasiado rápida, provocando que el depósito fundido forme un puente sobre la raíz sin obtener una adecuada penetración. También es esencial que se utilice un correcto tamaño de cara de la raíz, ángulos correctos de bisel y que la brecha de la unión sea arreglada con precisión. A fin de prevenir que se cierre la brecha, se requerirá una adecuada soldadura por puntos. LA MEJOR PRÁCTICA A LA HORA DE PREVENIR Las siguientes técnicas pueden emplearse para prevenir una falta de fusión en la raíz: En la soldadura TIG, no se debe emplear una cara de raíz demasiado grande, y hay que asegurarse de que la corriente de soldadura sea suficiente para que el depósito fundido penetre completamente la raíz. En la soldadura MMA, hay que emplear el nivel de corriente correcto y no se debe usar un tamaño de electrodo demasiado grande para la raíz. En la soldadura MIG, se debe emplear un nivel de corriente lo suficientemente alto, pero se debe ajustar el voltaje del arco para mantener una longitud de arco pequeña. Al utilizar una configuración de unión que dispone de una brecha, hay que asegurarse de que sea de un tamaño adecuado y que no se cierre durante la soldadura. No se debe emplear un nivel de corriente demasiado elevado pues causaría que el depósito forme un puente sobre la brecha sin penetrar completamente en la raíz. ESTÁNDARES DE ACEPTACIÓN Los límites para la falta de penetración se especifican en BS EN 25817 (ISO 5817) para los tres niveles de calidad. La falta de penetración en la raíz no está permitida para el Nivel de Calidad B (estricto). Para los Niveles de Calidad C (intermedio) y D (moderado) no se permiten imperfecciones largas por falta de penetración, más sí imperfecciones cortas. Una penetración incompleta de la raíz no está permitida en la manufactura de envases y contenedores a presión, mas sí es permisible en la manufactura de tuberías dependiendo del material y del espesor de las paredes. DETECCIÓN Y REMEDIO Si la raíz no puede ser directamente inspeccionada (por ejemplo mediante el empleo de un penetrante o una técnica de inspección por partículas magnéticas) la detección se hará mediante radiografía o con ultrasonido. El remediar la situación, normalmente requerirá la remoción de metal mediante esmerilado o con formón, seguido de una nueva soldadura en conformidad con el proceso original. ESTÁNDARES RELEVANTES EN 25817: 1992 (ISO 5817). Uniones en acero mediante soldadura al arco. Guía acerca de los niveles de calidad para imperfecciones. EN 30042: 1994. Uniones en aluminio y sus aleaciones susceptibles de ser soldadas mediante soldadura al arco. Guía acerca de los niveles de calidad para imperfecciones.

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DISCONTINUIDADES EN SOLDADURA FALTA DE FUSIÓN EN PAREDES LATERALES Y ENTRE PASES Este artículo describe las características y las principales causas de la falta de fusión en paredes laterales y entre pases. Se da una guía general acerca de la mejor práctica para que los soldadores puedan minimizar el riesgo de imperfecciones durante la fabricación. IDENTIFICACIÓN Las imperfecciones por falta de fusión pueden ocurrir cuando el metal de soldadura falla en cuanto a: Fundirse completamente con la pared lateral de la unión (Fig. 1). Penetrar adecuadamente el cordón de soldadura previo (Fig. 2).

Fig. 1 Falta de fusión en las paredes laterales.

Fig. 2 Falta de penetración entre cordones.

CAUSAS Las principales causas son: una preparación demasiado angosta de la unión, establecimiento de los parámetros de soldadura incorrectos, técnica de soldadura pobre y alteración magnética del arco. Una limpieza insuficiente de las superficies aceitosas o con escamas también puede contribuir con la falta de fusión. Este tipo de imperfecciones son más dadas a ocurrir al soldar en la posición vertical. PREPARACIÓN DE LA UNIÓN Una preparación demasiado angosta de la unión normalmente causa que el arco sea atraído hacia una de las paredes laterales provocando una falta de fusión en la pared lateral del otro lado de la unión, o una inadecuada penetración en el cordón de soldadura depositado previamente. Una longitud de arco demasiado grande, también podría incrementar el riesgo de una fusión preferencial a lo largo de un lado de la unión, provocando poca penetración. Adicionalmente, una angosta preparación de la unión podría prevenir un acceso adecuado a la misma. Por ejemplo, esto ocurre en la soldadura MMA al emplear un electrodo de gran diámetro, o en la soldadura MIG en la que debería hacerse permisible el empleo de este tipo de picos.

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PARÁMETROS DE SOLDADURA Es importante utilizar una corriente lo suficientemente alta para que el arco penetre en la pared lateral de la unión. Consecuentemente, una velocidad de soldadura demasiado elevada para la corriente de soldadura incrementará el riesgo de estas imperfecciones. Sin embargo, una corriente demasiado elevada o una velocidad de soldadura demasiado baja causarán un anegamiento del depósito fundido frente al arco, resultando en una penetración pobre o no uniforme. TÉCNICA DEL SOLDADOR Una técnica pobre en soldadura, tal como un ángulo o una manipulación incorrectos del electrodo o de la pistola de soldadura, evitarán una adecuada fusión en la pared lateral de la unión. El entramado, en especial al hacer pausas en las paredes laterales de la unión, permitirá que el depósito fundido interactúe bien con el metal base, mejorando ingentemente la fusión en las paredes laterales. Cabe destacar que la cantidad de trama podría estar restringida por las especificaciones del procedimiento de soldadura en cuanto al límite de entrada de energía, en particular al soldar aceros aleados o de alta tenacidad. ALTERACIÓN MAGNÉTICA DEL ARCO Al soldar aceros ferromagnéticos, las imperfecciones por falta de fusión pueden ser provocadas mediante una deflexión no controlada del arco (alteración del arco). La alteración del arco puede ser provocada por una distorsión del campo magnético generado por la corriente del mismo (Fig. 3) mediante: Magnetismo residual en el material por el uso de imanes para su manipulación El campo magnético terrestre; por ejemplo, al soldar tuberías Posición del retorno de la corriente. El efecto de cruzar el cable de retorno de corriente al soldar se muestra en la Fig. 4. La interacción del campo magnético que rodea al arco y generado por el flujo de corriente en la placa hacia el cable de retorno, es suficiente como para alterar el cordón. La distorsión del campo magnético de la corriente del arco se puede reducir colocando el retorno de manera que la soldadura siempre apunte hacia la mordaza o hacia el lado opuesto de la misma; y en el caso de que se esté trabajando con soldadura MMA, empleando corriente alterna en lugar de corriente directa. Usualmente el único método efectivo es desmagnetizar el acero antes de soldar.

Fig. 3 Interacción de las fuerzas magnéticas causando flexión del arco.

Fig. 4 Flexión del cordón de soldadura en MMA con DC provocado por soldar transversalmente a la conexión de retorno de la corriente.

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LA MEJOR PRÁCTICA A LA HORA DE PREVENIR Las siguientes técnicas de fabricación pueden emplearse para prevenir la formación de imperfecciones por falta de fusión en las paredes laterales: Emplear una preparación de unión lo suficientemente ancha. Seleccionar los parámetros de soldadura (alto nivel de corriente, pequeña longitud de arco, una velocidad de soldadura no demasiado elevada) de forma que la penetración en la pared lateral de la unión sea estimulada sin provocar anegamiento. Asegurarse de que el ángulo del electrodo y de la pistola, y la técnica de manipulación originarán una adecuada fusión en las paredes laterales. Emplear el entramado con sus respectivas pausas para mejorar la fusión en las paredes laterales asumiendo que no haya restricciones en cuanto al calor. De ocurrir una alteración en el arco, reubicar el retorno de corriente, emplear AC (en soldadura SMAW) o desmagnetizar el acero. ESTÁNDARES DE ACEPTACIÓN Los límites para imperfecciones por fusión incompleta un uniones soldadas al arco en acero se especifican en BS EN 25817 (ISO 5817) para los tres niveles de calidad (ver tabla), estos tipos de imperfección no están permitidos para el Nivel de Calidad B (estricto) y C (intermedio). Para el Nivel de Calidad D (moderado), están permitidos solamente si estos son intermitentes y si no interrumpen la continuidad superficial. Para las uniones al arco en aluminio, no se permiten imperfecciones largas para ninguno de los tres niveles de calidad. Sin embargo, para los Niveles de Calidad C y D, se permiten imperfecciones cortas pero limitando la longitud total de las mismas dependiendo del espesor de la soldadura a tope o filete. Límites de aceptación para estándares de aplicación y códigos específicos

Aplicación

Código/Estándar

Acero

ISO 5817: 1992

Aluminio

ISO 10042: 1992

Contenedores a Presión Tanques de Almacenamiento

Límite de Aceptación Niveles B y C no permitidos. Nivel D intermitente sin interrumpir la continuidad superficial. Niveles B, C y D: imperfecciones largas no permitidas. Niveles C y D: imperfecciones cortas permitidas.

BS 5500: 1997

No permisible.

BS 2654: 1989

No permisible.

Tubería

BS 2633: 1987

Tubería de Línea

API 1104:1983

„1‟ no superior a 15mm (dependiendo del grosor de las paredes). „1‟ no superior a 25mm (menos que esto si la longitud de la soldadura <300mm).

DETECCIÓN Y REMEDIO Si las imperfecciones interrumpen la continuidad de la superficie, pueden detectarse mediante un penetrante o una técnica de inspección mediante partículas magnéticas. Para las imperfecciones por debajo de la superficie, la detección se hace mediante radiografía o ultrasonido. La inspección por ultrasonido es por lo general más efectiva 450

que la radiografía al detectar imperfecciones por falta de fusión entre pases. La corrección normalmente requeriría su remoción mediante esmerilado, seguido de una nueva soldadura según el procedimiento especificado. Si la falta de fusión es un problema persistente, y no es provocada por alteraciones magnéticas del arco, los procedimientos de soldadura deben ser corregidos o los soldadores deben ser nuevamente entrenados.

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CÓMO EVITAR DEFECTOS EN SOLDADURA MIG/MAG Resumen El proceso de soldadura MIG/MAG ha incrementado su participación entre los procesos más comunes en la producción industrial en Europa Occidental, principalmente debido a su eficiencia y facilidad para automatizarlo. Defectos en la soldadura aparecen en todos los procesos; en la soldadura MIG/MAG pueden aparecer defectos como: porosidad, mordeduras y falta de fusión. Un correcto ajuste de los parámetros, y una buena planificación en el mantenimiento preventivo del equipo, pueden evitarlos.

TENDENCIAS EN LA PRODUCCIÓN INDUSTRIAL Los procesos de soldadura más utilizados actualmente en la producción industrial son: MMA (Manual Metal Arc) o SMAW (Shelding Metal Arc Welding), SAW (Sumerged Arc Welding), TIG (Tungsten lnert Gas) o GTAW (Gas Tungsten Arc Welding), MIG/MAG (Metal lnert Gas/Metal Active Gas) o GMAW (Gas Metal Arc Welding) y FCAW (Flux Cored Arc Welding). La participación relativa de uso entre estos procesos ha cambiado en el mundo occidental en los últimos 30 años. El proceso MIG/MAG, usando alambre de aportación sólido, es el que más ha aumentado en perjuicio del método MMA, el FCAW también está incrementando su participación. La razón principal es la economía; debido a la dura competencia entre los fabricantes, el coste de producción está siempre presente y unos eficientes procesos de soldadura son una parte importante en la reducción de costes. La industria fue durante mucho tiempo escéptica a la soldadura MIG/MAG, tras su introducción, ya que podía producir defectos por un inadecuado uso o ajuste del equipo. Sin embargo, el proceso ha tenido durante las dos últimas décadas un destacable desarrollo y, en cada nueva generación de equipos, se ha hecho más y más fiable en ambos usos: en el manual y en el altamente automatizado. Otras dos áreas que han mejorado este método son los alambres de aportación, con mejores propiedades para la soldadura y su alimentación, así como el desarrollo de nuevos y mejores gases protectores. El proceso MIG/MAG ha tenido durante las dos últimas décadas un destacable desarrollo y se ha hecho más y más fiable en ambos usos: el manual y el altamente automatizado.

DEFECTOS EN LA SOLDADURA Los tres defectos más frecuentes que pueden ocurrir en el proceso MIG/MAG son:

• Porosidad • Mordeduras • Falta de fusión POROSIDAD: Un poro es un defecto que en general es aceptado debido a su geometría redonda. Ello no causa altas concentraciones de tensiones a carga estática o dinámica, y puede además ser aceptado en cantidades relativamente grandes. La porosidad está usualmente escondida dentro del cordón y como mejor se detecta es por ensayo radiográfico. 452

Causas 1.- Presencia de humedad, aceite, grasa suciedad o pintura en las juntas. 2.- Impurezas en la superficie del alambre de aportación. 3.- Plancha con recubrimiento metálico. 4.- Protección de gas incompleta causada por un insuficiente caudal de gas o presión, o un exceso del caudal de gas, que inyectará aire. Medidas 1.- Mejor limpieza del área de unión antes de soldar. 2.- Cambio del alambre. 3.- Debe eliminarse cuidadosamente. 4. Usar fluxómetro para controlar el caudal de gas. Comprobar que los conductos y conexiones ajustan. Eliminar presiones eventuales.

Figura 1.- Poros generados en soldadura MIG.

Figura 2.- Mordedura en soldadura MIG/MAG.

MORDEDURAS: Este defecto puede ser aceptado en diferente grado, dependiendo de lo solicitado. Si causa una profunda transición entre el cordón de soldadura y el material base, no suele aceptarse. Especialmente si la construcción está expuesta a tensiones dinámicas. Un ajuste cuidadoso del equipo y una buena técnica de soldadura es importante para evitar esta discontinuidad. Causas 1.- Excesivo voltaje en el arco en relación con la corriente. 2.- Ángulo o posición errónea de la pistola. 3.- Velocidad de avance demasiado alta. Medidas 1.- Disminuir el voltaje. 2.- Corregir la posición de la pistola. 3.- Disminuir la velocidad de avance.

FALTA DE FUSIÓN: Puede ocurrir en la soldadura MIG/MAG cuando no se respetan ciertas condiciones. Es un defecto grave y en muchos casos no se acepta. Era más frecuente al principio, porque con el desarrollo de los nuevos equipos, con posibilidades de arco pulsado, este problema está actualmente mejor controlado. 453

Los factores con más influencia en la falta de fusión son: • Posición de la soldadura. • Ángulo de la pistola. • Técnica del soldador. • Parámetros de soldadura, ajustes. Un incremento en el voltaje produce: - Arco más largo. - Cordón más ancho. - Baño de fusión más fluido. - Incremento de la quema de elementos de aleación. Un incremento en la corriente produce: - Un arco más corto. - Incrementa la tasa de fusión. - Aumenta la penetración. - Cordón más estrecho. - Cordón más alto. - Reduce la quema de elementos de aleación. Cuando se incrementa la corriente, también la tasa de fusión es superior. Ello producirá un baño fundido mayor y si se mantiene la misma velocidad de avance, el material fundido correrá por delante ocasionando falta de fusión. Para evitar falta de fusión un aumento de corriente debe ser compensado con un incremento de la velocidad de avance. Si la velocidad de avance se incrementa, manteniendo constante la corriente, el calor aplicado será muy bajo y alcanzará el punto cuando las caras de la junta aún no estén fundidas. Esto también producirá una falta de fusión. La corriente y la velocidad de avance deben equilibrarse dentro de ciertos límites para obtener una soldadura en buenas condiciones. La falta de fusión puede ocurrir en cualquier posición si la soldadura MIG/MAG se efectúa de forma errónea. La posición más difícil es, sin embargo, vertical descendente, cuando existe un alto riesgo de que la fusión corra por delante. El ángulo de la antorcha es un factor importante. Para evitar falta de fusión cuando se suelda vertical descendente, la posición de la antorcha debería estar perpendicular o con un ligero ángulo de arrastre. Las figuras 5, 6 y 7 muestran el ángulo correcto y erróneo para tres diferentes tipos de uniones. Como se mencionó anteriormente, el desarrollo de los equipos con la posibilidad de soldadura MIG/MAG con arco pulsado ha hecho que el proceso sea menos sensible a la falta de fusión. El arco pulsa do proporciona un cordón más ancho con una mejor penetración en los lados, lo cual es positivo. La técnica del soldador, no obstante, es todavía esencial para obtener una soldadura correcta al 100%.

Figura 3.- Falta de fusión en una soldadura MIG/MAG.

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Figura 4.- Relación entre la velocidad de avance y el ritmo de fusión en la soldadura MIG.

Figura 6.- Ángulo recomendado para una soldadura de penetración usando soldadura MIG.

Figura 5.- Ángulo recomendado para una unión en V en una soldadura MIG/MAG.

Figura 7.- Ángulo recomendado para una unión en I en una soldadura MIG/MAG.

EL EQUIPO DE SOLDADURA MIG/MAG Para evitar defectos en las soldaduras y obtener un manejo lo más fiable posible, el equipo debe mantenerse en buen estado. Los rodillos de alimentación del alambre desgastados así como unos conductos des gastados o sucios darán un pobre resultado. Las más importantes áreas a vigilar se muestran en la figura 8 y consisten en: 1.- Unidad de alimentación • Rodillos de arrastre. • Tubos guía. • Freno del carrete.

2.- Tubo

3.- Pistola • Boquilla

Figura 8.- Áreas importantes del equipo MIG/MAG.

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Los rodillos de arrastre recomendados para los alambres sólidos de acero inoxidable son rodillos con ranuras en V, éstos dan 4 áreas de contacto con el alambre (figura 9).

Figura 9.- Rodillos de arrastre con ranura en V.

Figura 10.- Tubos guías del alambre.

Si la ranura en y se hace con un ángulo reducido, los mismos rodillos pueden ser utilizados para una cierta gama de diámetros de alambre. El desgaste de los rodillos depende de la dureza de su material, la presión entre los rodillos y la dureza del alambre. La presión de los rodillos no debe ser tan alta que llegue a deformar el alambre, y desde luego no tan baja que permita que éstos resbalen. Cuando están demasiado apretados o resbalan pueden causar des prendimiento de partículas del alambre y acumularlas en la boquilla. La presión estará ajustada correctamente cuando se consigue la alimentación y el alambre no puede hacerse retroceder a mano. Entonces se gira el tornillo otro 1/2 - 1/4 de vuelta y estarán ajustados a su presión correcta. Los rodillos de arrastre se limpian con aire comprimido cada cambio de carrete. El desgaste de las ranuras en y debe ser comprobado semanalmente. El cambio de los rodillos depende de la utilización del equipo y la resistencia al desgaste de su material, y debe realizarse antes de que el desgaste de las ranuras cause interrupciones al soldar. Los tubos que guían al alambre a la entrada y salida de los rodillos de arrastre deben situarse tan cerca de éstos como sea posible para prevenir el efecto “nido de pájaro” (figura 10). El diámetro interior del tubo guía debe ser adaptado al diámetro del alambre y puesto en línea con las ranuras en y para obtener la mínima fricción posible. Los tubos guía deben controlarse en cada cambio de carrete de alambre y cambiados cuando se aprecie un desgaste excesivo. El freno para el carrete, cuando los rodillos dejan de arrastrar, previene de un excesivo desencarretado que puede causar problemas de bloqueo del alambre (figura 11).

Figura 11.- Carrete de alambre para la soldadura MIG/MAG.

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Si el freno aprieta demasiado puede hacer que resbalen los rodillos de arrastre. Debería comprobarse cada vez que se cambia el carrete y ajustarse si fuese necesario. El tubo guía el alambre entre los rodillos y la pistola (figura 12). El tubo produce la mayor parte de la fuerza de fricción que soporta el hilo durante la alimentación en máquina y, por consiguiente, es importante tener un tubo de: • Dimensión adecuada. El diámetro interior del conducto debe ser aproximadamente 1,5 veces el diámetro del electrodo. • Buena calidad. El tubo debe ser rígido. Algunos están recubiertos de plástico, lo cual dificulta su limpieza. El tubo debe estar bien centrado con los tubos guía en ambos extremos. Un centrado deficiente causa un exceso de fricción. Pequeños fragmentos de metal del alambre y polvo del taller pueden adherirse al hilo y acumularse en el tubo y en la boquilla. Una vez por semana, y, si es necesario, antes, el tubo debe extraerse, limpiarse con un detergente adecuado e inspeccionarse su desgaste. A mayor deterioro del tubo, mayor fricción causará. La función principal de la pistola es transferir la corriente al alambre y dirigir el flujo de gas protector y el arco hacia la pieza de trabajo. La boquilla de la pistola es, además del tubo, un área donde se produce la fuerza de fricción y resistencia a la alimentación (figura 13). Se recomienda que el diámetro interior de la boquilla sea aproximadamente 0,5 mm mayor que el diámetro del alambre. Las boquillas de cobre puro proporcionan la mejor transmisión de corriente, pero el cobre es blando y sufre un rápido desgaste. Para la soldadura en continuo, otras boquillas más duras son, a menudo, una mejor opción. La zona de transición entre el conducto y la punta de contacto debe estar lo más centrada posible, a fin de crear la menor fricción y desgaste posibles.

Figura 12.- Tubos

Figura 13.- Tubos

CONCLUSIONES El proceso de soldadura MIG/MAG está ganando aplicaciones a otros procesos de arco utilizados actualmente en la producción industrial. Este proceso tuvo al principio fama de causar más defectos de soldadura con relación a otros. Sin embargo, el desarrollo de los equipos de soldadura con posibilidad de soldar con corriente pulsada, han hecho del MIG/MAG un proceso muy fiable. Soldaduras sin defectos son efectuadas con facilidad una vez se establecen los adecuados parámetros. Sin olvidar que un buen mantenimiento del equipo de soldadura, y en particular de la unidad de alimentación, son imprescindibles para su buen funcionamiento. El arco pulsado proporciona un cordón más ancho con una mejor penetración en los lados, lo cual es positivo. 457

DEFECTOS QUE SE PRODUCEN EN SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO “SAW”

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DISCONTINUIDADES GENERADAS EN SOLDADURA SMAW

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DEFECTOS EN SOLDADURA - CAUSAS Y SOLUCIONES A. GRIETAS EN LAS JUNTAS CAUSAS

SOLUCIONES

1.- Alta rigidez en la junta

1.- Precalentamiento: Usar golpeteo; cambie la sucesión de la soldadura por retroceso o aumente la sección transversal del cordón. 2.- Vea porosidades o inclusiones. 3.- Cambie electrodos, controle la humedad por buen almacenamiento

2.- Soldadura defectuosa 3.- Electrodos defectuosos (humedad en el revestimiento, excentricidad, núcleo de alambre pobre) 4.- Dilución pobre 5. Cordón de escasa profundidad, a ancho 6.- Excesivo carbón o aleación tomado del metal de base 7.- Distorsión angular, causando tensión a la raíz del cordón 8.- Excesivo azufre en el metal base 9.- Grietas en el cráter.

4.- Reduzca la separación de raíz 5.- Aumenta la sección transversal profundidad o ancho del cordón, cambien tipo de electrodo. 6.- Reduzca penetración bajando la corriente y la velocidad de avance, cambie el tipo de electrodo 7.- Compense la soldadura en ambos lados. Use martilleo o golpeteo, precalentamiento 8.- Use E XX15 16 electrodos 9.- Rellene el cráter. Retroceda si es necesario retire lentamente el electrodo

B. GRIETAS EN EL METAL BASE CAUSAS

SOLUCIONES

1. Hidrógeno en la atmósfera del arco

1. Use condiciones libres de hidrógeno. Use E XX15 16; arco sumergido o gas inerte o proceso de arco protegido; precalentamiento después de soldado haga un envejecimiento o recocido.

2. Alta dureza (Aceros)

2. Precalentamiento, aumente el calor absorbido en la soldadura, postcalentamiento sin enfriar, después de soldada, suelde con electrodo austenítico. 3. Use metal recocido o normal.

3. Alta resistencia, con baja ductilidad 4. Alta temperatura de transmisión

4. Prioridad de tratamiento térmico para soldar dentro de sus condiciones de dureza o diferentes aleaciones.

5. Fases frágiles

5. Tratamiento térmico antes de soldar para poner las fases frágiles en solución

6. Excesivo esfuerzo

6. Rediseñe, cambie la sucesión o use recocidos intermedios. 466

C. POROSIDAD CAUSAS

SOLUCIONES

1. Excesivo H2, O2, N2 o humedad en 1. Cambie el electrodo a E XX15 16 o use la atmósfera proceso de gas. Bajo hidrógeno MIG-TIG (arco sumergido). 2. Alta velocidad de enfriamiento de soldadura

2. Aumente el calor absorbido, precalentamiento

3. Mucho azufre en el metal base

3. Use E XX15 16 acero bajo en azufre

4. Aceite, pintura o herrumbre en el acero 5. Longitud del arco inadecuada corriente o manipulación 6. Use electrodos y materiales secos.

4. Limpie la superficie de las juntas

7. Revestimientos galvanizados.

5. Use arco adecuado, controle la técnica de soldar 6. Excesiva humedad en el electrodo o en la junta. 7. Use E-6010 para remover el Zn.

D. INCLUSIONES CAUSAS

SOLUCIONES

1. Fracaso al remover la escoria de los depósitos previos. 2. Atmósfera oxidante en la soldadura. 3. Deficiente diseño de junta.

1. Limpie las superficies y los cordones previos, prolijamente. 2. Regule la llama de gas a neutra.

4. Insuficiente protección de arco.

4. Provea la correcta protección y cubrimiento.

3. Observe correcta la longitud de acero y su manipulación.

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DISCONTINUIDADES, DEFECTOS, APLICACIÓN DE NORMAS NOTA: este material ha sido en parte extraído de un curso interno de ANCAP, por lo cual muchas de las referencias que se hacen son a normas y criterios utilizados en dicha empresa, en particular en la División Industrialización Combustibles y Lubricantes. Como inicio del capítulo relacionado con los defectos veamos algunos elementos genéricos presentes en las soldaduras: comenzamos con un croquis del metal de soldadura y su ZAC, seguimos con la nomenclatura de las soldaduras a tope y la nomenclatura de las soldaduras tipo filete, y terminamos con las dimensiones de las soldaduras filete. Toda soldadura tiene una zona crítica que es la raíz de la soldadura, de manera que aquí se adjuntan unas figuras con raíces de soldaduras a tope y filete. Para introducir el tema “defectos en las soldaduras” es necesario, a los efectos de evitar errores de interpretación, comenzar definiendo términos tales como discontinuidad, defecto, indicación, método de ensayo, evaluación de indicaciones, etc.: Discontinuidad - Falta de continuidad; falta de cohesión (de unión); interrupción en la estructura física normal del material o producto. Defecto - Discontinuidad cuyo tamaño, forma, orientación, ubicación o propiedades son inadmisibles para alguna norma específica. En particular, al realizar un ensayo no destructivo (END) se cataloga como defecto a toda discontinuidad o grupo de discontinuidades cuyas indicaciones no se encuentran dentro de los criterios de aceptación especificados por la norma aplicable. Indicación - Respuesta o evidencia de una discontinuidad resultante de la aplicación de un END. Evaluación de Indicaciones - Proceso en el cual se decide la severidad del estado de la parte o pieza, luego de que la indicación ha sido interpretada. De la interpretación surgirá que la indicación es irrelevante o es una discontinuidad, y en este último caso surgirá que es un defecto o no. Dicha evaluación lleva a decidir, entonces, si la parte o pieza debe ser rechazada, reparada o aceptada para su uso. Indicaciones Irrelevantes - Las condiciones que las causan están presentes por diseño, por accidente, o por otras características de la pieza que no tienen relación con el defecto que está siendo investigado, por lo tanto se desprecian. Por ejemplo: a) indicaciones producidas por campos de fuga (campos magnéticos que abandonan o entran a la superficie de la pieza en una discontinuidad en las propiedades magnéticas o en un cambio de sección de un circuito magnético) en MT. b) indicaciones producidas por una raya en la película radiográfica en RT. Método de Ensayo - Utilización de un principio físico en un END, como ser: RT - Radiografía (Radiographic testing) UT - Ultrasonido (Ultrasonic testing) MT - Partículas magnetizables (Magnetic testing) PT - Líquidos penetrantes (Penetrant liquids testing) VT - Evaluación visual (Visual testing) 468

LT - Ensayo de estanqueidad (Leak testing) ET - Corrientes parásitas (Eddy‟s current testing) AE - Emisión acústica (Acustic emission) Procedimiento en END - Es el seguimiento metódico de las reglas que describen cómo la técnica específica será aplicada. Técnica en END - Es la manera específica de utilización de un método en particular en END. Cada técnica es especificada por al menos una variable extra que lo distinga de otras técnicas dentro del mismo método. (Por ejemplo - Método: RT - Técnica: Rayos X / Rayos Gamma) Indicaciones alargadas (linear indications) – En general se clasifican como indicaciones alargadas a todas aquellas indicaciones cuya longitud L es mayor a 3 veces su ancho A: (L > 3A). Indicaciones redondeadas (rounded indications) – En general se clasifican como indicaciones redondeadas a todas aquellas indicaciones cuya longitud L es menor o igual a 3 veces su ancho A: (L 3A ). Indicaciones alineadas (radiografía) – Tres o más indicaciones alineadas aproximadamente paralelas al eje de la soldadura, espaciadas lo suficientemente cerca entre ellas como para ser considerada discontinuidad única e intermitente. Las DISCONTINUIDADES más frecuentes que se encuentran en las soldaduras, o que están muy relacionadas con ellas, forman parte de los siguientes veinte tipos:

1) Porosidad (“Porosity”): Discontinuidad del tipo de cavidad formada por gas atrapado durante la solidificación del metal de soldadura. Se divide a su vez en cuatro tipos: a) Porosidad uniformemente dispersa Es porosidad uniformemente distribuida a lo largo de la soldadura; causada por la aplicación de una técnica de soldadura incorrecta o por materiales defectuosos. Si la soldadura se enfría lo suficientemente lento para permitir que la mayor parte del gas pase a la superficie antes de la solidificación, habrá unos pocos poros en la soldadura. Se adjunta la vista de una placa radiográfica con porosidad dispersa (NOTA: todas las placas que se adjuntan son tomadas de un catálogo de DuPont). b) Porosidad agrupada (“Cluster porosity”) Es un agrupamiento localizado de poros. Generalmente resulta por un inicio o fin inadecuado del arco de soldadura. Se adjunta una vista de una placa radiográfica con porosidad agrupada. c) Porosidad alineada (“Linear porosity”) Frecuentemente ocurre a lo largo de la interfase metal de soldadura / metal base, la interfase entre cordones de soldadura, o cerca de la raíz de soldadura, y es causada por la contaminación que provoca el gas por su evolución en esos sitios. Placa radiográfica con porosidad alineada en la raíz. 469

d) Porosidad vermicular o tipo gusanos (“Piping porosity”) Es un poro de gas alargado. Este tipo de porosidad de soldadura se extiende desde la raíz hasta la superficie de la soldadura. Cuando uno o más poros son vistos en la superficie de la soldadura, un cuidadoso descarne puede también revelar porosidad subsuperficial. De todas formas, muchas de las porosidades vermiculares encontradas en soldaduras no se extienden hasta la superficie.

2) Inclusiones (“Inclusions”) a) Inclusiones de escoria (“Slag inclusions”) Son sólidos no metálicos atrapados en el metal de soldadura o entre el metal de soldadura y el metal base. Pueden encontrarse en soldaduras hechas por cualquier proceso de arco. En general, estas inclusiones resultan por fallas en la técnica de soldadura, en el diseño de la junta tal que no permita un acceso adecuado, o en una limpieza inadecuada entre los cordones de la soldadura. Placa radiográfica mostrando inclusiones de escoria entre los cordones. Normalmente, la escoria disuelta fluirá hacia la parte superior de la soldadura, pero muescas agudas en la interfase de metal base y de soldadura, o entre los cordones de soldadura, frecuentemente provocan que la escoria quede atrapada bajo el metal de soldadura. A veces se observan inclusiones de escoria alargadas alineadas en la raíz de la soldadura, denominadas “carrileras” (“wagon tracks”); se adjunta una vista de una placa radiográfica con estas inclusiones carrileras. b) Inclusiones de Tungsteno Son partículas de Tungsteno atrapadas en el metal de soldadura y son exclusivas del proceso GTAW (TIG). En este proceso, un electrodo de Tungsteno no consumible es usado para crear el arco entre la pieza y el electrodo. Si el electrodo es sumergido en el metal, o si la corriente es fijada en un valor muy alto, se depositarán gotitas de Tungsteno, o se romperá la punta del electrodo y quedará atrapado en la soldadura. Dichas inclusiones aparecen como manchas claras en la radiografía, pues el Tungsteno es más denso que el acero y absorbe más radiación; se adjunta una vista de una placa radiográfica con inclusiones de tungsteno. Casi todas las demás discontinuidades, incluyendo las inclusiones de escoria, se muestran como áreas oscuras en las radiografías porque son menos densas que el acero.

3) Fusión incompleta (“Incomplete fusion”) (o falta de fusión) Discontinuidad bidimensional causada por la falta de unión entre los cordones de soldadura y el metal base, o entre los cordones de la soldadura. Es el resultado de técnica de soldadura, preparación del metal base, o diseño de la junta inapropiados. Entre las deficiencias que causan la fusión incompleta se destacan el insuficiente aporte de calor de soldadura, falta de acceso a todas las superficies de fusión, o ambas. l óxido fuertemente adherido interferirá con una completa fusión, siempre que haya un correcto acceso a las superficies de fusión y un adecuado aporte de calor a la soldadura. quí se muestran varios croquis de soldaduras con fusión completa y otros tantos croquis con fusión incompleta. Vista de una placa radiográfica con falta de fusión del metal base y otra con falta de fusión entre cordones. 470

4) Penetración incompleta o falta de penetración (“Incomplete joint penetration”) Ocurre cuando el metal de soldadura no se extiende a través de todo el espesor de la junta. El área no fundida ni penetrada es una discontinuidad descripta como “penetración incompleta”. Esta puede resultar de un insuficiente aporte de calor de soldadura, diseño de la junta inapropiado (por ejemplo demasiado espesor para ser penetrado por el arco, o chanfle insuficiente), o control lateral inapropiado del arco de soldadura. Algunos procesos tienen una mayor capacidad de penetración que otros. Las soldaduras en cañerías son especialmente vulnerables a este tipo de discontinuidad, dado que el lado interior es usualmente inaccesible. Los diseñadores frecuentemente emplean una planchuela de respaldo para auxiliar a los soldadores en tales casos; en ANCAP –División Industrialización se prohíben estos respaldos en cañerías. ara juntas soldadas de ambos lados, se puede especificar que se remueva el metal de soldadura y el metal base de la soldadura de raíz antes de soldar el otro lado, para asegurarse que allí no hay penetración incompleta. Este procedimiento se denomina en inglés “back gouging”. La penetración incompleta también causa una fusión incompleta, y por consiguiente en muchas circunstancias ambos conceptos se mezclan. Se adjuntan una serie de croquis con uniones soldadas mostrando penetraciones completas e incompletas: en esta figura hay penetración completa e incompleta, en esta otra figura todos los croquis muestran penetración incompleta , y finalmente estos dibujos muestran dos causas diferentes de la falta de penetración en soldaduras mecanizadas del tipo SAW (el primer caso es por excentricidad en los cordones, y el segundo caso puede ser por falta de aporte térmico). Vista de una placa radiográfica con falta de penetración, donde se observa claramente la falta de fusión de ambos bordes de la raíz.

5) Fisuras (“Cracks”) Ocurren en el metal base y en el metal de aporte, cuando las tensiones localizadas exceden la resistencia última del material. La mayor parte de las normas utilizadas en ANCAP consideran que las fisuras son, independientemente de su longitud, defectos y por lo tanto una vez detectadas deben removerse, eliminarse. as fisuras pueden clasificarse en: a) Fisuras en caliente: se desarrollan durante la solidificación y su propagación es intergranular (entre granos). b) Fisuras en frío: se desarrollan luego de la solidificación, son asociadas comúnmente con fragilización por hidrógeno. Se propagan entre y a través de los granos (inter y transgranular). Según su forma, las fisuras también se pueden clasificar en: a) Fisuras longitudinales: son paralelas al eje de la soldadura. En soldaduras de arco sumergido, son comúnmente asociadas con altas velocidades y a veces están relacionadas con problemas de porosidad, que no se muestran en la superficie. Fisuras longitudinales en pequeñas soldaduras entre grandes secciones, son frecuentemente el resultado de un alto grado de enfriamiento y de grandes restricciones. Vista de una placa radiográfica mostrando fisuras longitudinales. b) Fisuras transversales: generalmente son el resultado de esfuerzos debido a contracciones longitudinales actuando en metales de soldadura de baja ductilidad. Vista de una placa radiográfica con tres fisuras transversales. 471

c) Cráteres: ocurren cuando el arco es terminado incorrectamente. Generalmente tienen forma de estrella. Son superficiales, se forman en caliente y usualmente forman redes con forma de estrella. d) De garganta: son fisuras longitudinales ubicadas en la cara de la soldadura. Generalmente, pero no siempre, son fisuras en caliente. e) De borde: son generalmente fisuras en frío. Se inician y propagan desde el borde de la soldadura, donde se concentran los esfuerzos de contracción. Se inician perpendicularmente a la superficie del metal base. Estas fisuras son generalmente el resultado de contracciones térmicas actuando en la zona afectada térmicamente (ZAT). f) De raíz: son longitudinales, en la raíz de la soldadura o en la superficie de la misma. Pueden ser fisuras en caliente o en frío. Vista de una placa radiográfica con fisuras longitudinales de raíz. g) Fisuras bajo el cordón y fisuras en la ZAT: son generalmente fisuras en frío que se forman en la ZAT del metal base. Son generalmente cortas, pero pueden unirse para formar una fisura continua. Las que se dan bajo el cordón, pueden convertirse en un serio problema cuando están presentes: hidrógeno, microestructura poco dúctil y altos esfuerzos residuales. Ambas pueden ser fisuras en caliente o en frío. Son encontrados a intervalos regulares bajo la soldadura y también por el contorno de la ZAT donde los esfuerzos residuales son máximos. e adjunta un croquis con varios de estos tipos de fisuras que ocurren en las soldaduras.

6) Socavadura / mordedura (“Undercut”) Asociadas generalmente con técnicas inapropiadas y/o corrientes excesivas de soldadura. La socavadura es una muesca o canaleta o hendidura ubicada en los bordes de la soldadura; es un concentrador de tensiones y además disminuye el espesor de las planchas o caños, todo lo cual es perjudicial. Pueden darse en la raíz o en la cara de la soldadura. Cuando la socavadura es controlada, su longitud está dentro de los límites especificados y no constituye una muesca profunda, no es considerada un defecto de soldadura. En la siguiente lámina se observan varias discontinuidades, entre las cuales aparecen socavaduras y concavidades, que es la discontinuidad que sigue; los dos primeros croquis de esta lámina son dos de los tipos de fisuras que vimos inmediatamente antes de la socavadura. Vista de una placa radiográfica con socavadura de cara y otra con socavadura de raíz.

7) Concavidad (“Underfill”) Se produce cuando el metal de soldadura en la superficie de la cara externa, o en la superficie de la raíz interna, posee un nivel que está por debajo de la superficie adyacente del metal base. Cuando el soldador tiene acceso por ambos lados de la soldadura, o cuando se da en la cara externa, esta discontinuidad es fácilmente evitable mediante el relleno completo de la unión; por el contrario cuando la concavidad es interna (en la raíz) donde el soldador no tiene acceso (por ejemplo en soldadura de cañerías), si se tiene que eliminar debe removerse, descarnarse, por completo la soldadura en esa zona. Vista de una placa radiográfica con concavidad de cara y otra con concavidad de raíz.

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8) Garganta insuficiente (“Insuficient throat”) Puede ser debido a una depresión en la cara de la soldadura de filete, disminuyendo la garganta, cuya dimensión debe cumplir la especificación dada por el proyectista para el tamaño del filete. Las fallas del soldador pueden ser: a) no obtener fusión del metal base en la raíz de la soldadura, o b) no depositar suficiente metal de relleno en el área de garganta (en la cara del filete). En los siguientes croquis se observan las gargantas efectivas de dos soldaduras filete con problemas de diversa índole.

9) Catetos demasiado cortos (“Insuficient legs”) Es un tamaño menor que el adecuado para su uso, en los catetos de la soldadura de filete. Es de índole similar a la discontinuidad anterior.

10) Solape (“Overlap”) (Metal de soldadura apoyado sobre el metal base sin fundirlo) Es la porción que sobresale del metal de soldadura más allá del límite de la soldadura o de su raíz. Se produce un falso borde de la soldadura, estando el metal de soldadura apoyado sobre el metal base sin haberlo fundido (como que se derramó el metal fundido sobre el metal base). Puede resultar por un deficiente control del proceso de soldadura, errónea selección de los materiales, o preparación del metal base inapropiados. Si hay óxidos fuertemente adheridos al metal base, provocarán seguramente esta discontinuidad. Este metal de soldadura, que ha sido derramado sobre el metal base, es una discontinuidad superficial que forma un concentrador de tensiones similar a una fisura y, por consiguiente, casi siempre es considerada inadmisible (defecto). Esta discontinuidad se puede ver en la misma lámina mostrada anteriormente, y en este dibujo de solape en soldadura filete.

11) Sobremonta excesiva (“Weld reinforcement”) La sobremonta es un concentrador de tensiones y, además, un exceso de ésta aumenta las tensiones residuales, presentes en cualquier soldadura, debido al aporte sobrante. Por estos motivos las normas limitan el valor de R, que en general no debe exceder de 1/8” (3mm).

12) “Laminaciones” (“Laminations”) Son discontinuidades planas y alargadas en el metal base, encontrándose normalmente en la parte media del espesor de los materiales forjados (como lo son las planchas de acero utilizadas para construcción de recipientes o tanques, que se producen por laminado (rolado), el cual es un proceso de forja). Las “laminaciones” pueden ser totalmente internas y en este caso serán detectadas sólo mediante UT. Si por el contrario se extienden hasta un borde de la plancha pueden ser detectadas mediante MT o PT. Usualmente las normas establecen que no se permitan realizar soldaduras sobre bordes de planchas donde haya afloramiento de “laminaciones”, porque éstas podrían comportarse como fisuras que se propagarán por la soldadura.

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13) Fisuras laminares (“Lamellar tears”) Son fracturas en forma de terraza en el metal base, con orientación básicamente paralela a la superficie forjada. Son causadas por altos esfuerzos en la dirección del espesor que resultan del proceso de soldadura. Se pueden extender largamente, iniciándose en regiones donde el metal base tiene inclusiones no metálicas coplanares y/o en áreas del metal base sujetas a altos esfuerzos por la soldadura. La fractura usualmente se propaga desde un plano laminar a otro por corte a lo largo de líneas que son casi normales a la superficie laminada. Este tipo de fisuras se ven también en este croquis.

14) Golpes de arco / apertura de arco / arranque de arco / chisporroteo (en el material base fuera de la soldadura) (“Arc strike”) Imperfección localizada en la superficie del metal base, caracterizada por una ligera adición o falta de metal, resultante de la apertura accidental del arco eléctrico. Normalmente se depositará sobre el metal base una serie de pequeñas gotas de acero que pueden originar microfisuras; para evitar la aparición de microfisuras esas pequeñas gotas deben ser eliminadas mediante amolado de la superficie afectada. Esta discontinuidad se observa también en esta lámina.

15) Desalineación (“High – Low”) Esta discontinuidad se da cuando en las uniones soldadas a tope las superficies que deberían ser paralelas se presentan desalineadas; también puede darse cuando se sueldan dos caños que se han presentado excéntricamente, o poseen ovalizaciones. Las normas limitan esta desalineación, normalmente en función del espesor de las partes a soldar. Es frecuente que en la raíz de la soldadura esta desalineación origine un borde sin fundir. Ver nuevamente esta lámina. Vista de una placa radiográfica con desalineación, y de otra con desalineación con falta de penetración/fusión.

16) Salpicaduras (“Spatter”) Son los glóbulos de metal de aporte transferidos durante la soldadura y adheridos a la superficie del metal base, o a la zona fundida ya solidificada. Es inevitable producir cierto grado de salpicaduras, pero deben limitarse eliminándose, aunque más no sea por estética, de la superficie soldada. Las salpicaduras pueden ser origen de microfisuras (como los arranques de arco sobre el metal base), y simultáneamente son un punto de inicio de la oxidación en superficies pintadas ya que tarde o temprano estos glóbulos podrán desprenderse del metal base, llevando consigo la pintura superficial allí localizada. Ver esta otra lámina.

17) Penetración excesiva (“Excesive penetration”) En una soldadura simple desde un solo lado (típicamente soldaduras de cañerías), esta discontinuidad representa un exceso de metal aportado en la raíz de la soldadura que da lugar a descolgaduras de metal fundido. Ver nuevamente esta lámina. Vista de una placa radiográfica con penetración excesiva. 474

18) Rechupes (de cráter) Es la falta de metal de soldadura resultante de la contracción de la zona fundida, localizada en la cara de la soldadura. Ver la misma lámina anterior.

19) Porosidad alargada en la raíz (“Hollow - bead porosity (HB)”) Es definida como una porosidad alargada alineada a lo largo de la línea central de la soldadura que ocurre a lo largo del cordón de raíz de la soldadura.

20) Quemón (“Burn - Through (BT)”) Es definida como una porción del cordón de raíz donde una excesiva penetración ha causado que el metal de soldadura sea soplado hacia el interior, o puede que se descuelgue un excesivo metal fundido. Suele presentarse como una depresión no alargada, en forma de cráter, en la raíz. Vista de una placa radiográfica con un par de quemones (BT). Definidas de esta forma las diferentes discontinuidades que se pueden encontrar en las soldaduras, se pasarán a señalar los criterios de aceptación (o sea los criterios que diferencian las discontinuidades de los defectos) según las normas más usadas en la industria en el URUGUAY, y en particular en ANCAP – División Industrialización: ASME B 31, BPVC ASME (Sección I, Sección VIII Div.1 y 2 y Sección IX), API 1104, API 650, AWS D 1.1., todos ellos fundamentalmente desde el punto de vista de los ensayos radiográficos. ASME B 31 (.1, .3, .4) API 650 API 1104 BPVC de ASME Sección IX BPVC de ASME Sección I (se colocan únicamente los criterios radiográficos para indicaciones redondeadas) BPVC de ASME Sección VIII Div.1 (se incluyen aquí únicamente los criterios para recipientes 100% radiografiados, que es el punto UW-51; para recipientes con radiografía spot lo que vale es el punto UW 52, que no está incluido) BPVC de ASME Sección VIII Div.2 AWS D1.1 Estructuras de Acero Soldadas (básicamente los criterios de aceptación radiográficos para las discontinuidades en estructuras cargadas estática y dinámicamente, y de inspección visual) NOTA: en el futuro, de concretarse los proyectos industriales que han comenzado o que se anuncian (BOTNIA, ENCE, etc), a las normas antedichas se incorporarán algunas normas europeas, tales como la EN – 287-1 para la calificación de soldadores. 475