Ensayo de Tracción de Soldaduras

Pontificia Universidad Católica del Perú

Unidad Ingeniería de Soldadura

ENSAYO DE TRACCIÓN DE SOLDADURAS (Tensile Test) 1

Propósito

1.1

Los ensayos ensayos de tracción son usados para determinar la resistencia resistencia a la tracción tracción de las juntas soldadas “de canal” a temperatura ambiente.

1.2

Cuando se especifique este ensayo para la calificación de una estructura estructura soldada debe acompañar la siguiente información: 1) El tipo específico y número de probetas probetas requeridas. requeridas. 2) Indentificación / especificación especificación del del metal base. 3) Identificación / especificación especificación del metal metal de aporte. 4) Los valores valores de las propiedades anticipadamente anticipadamente y si si son requerimientos máximos o mínimos. 5) Ubicación y orientación orientación de las las probetas. probetas. 6) Formato de de reporte reporte cuando cuando sean requeridos. 7) Tratamiento térmico o mecánico post post soldadura, soldadura, cuando sea sea requerido.

1.3

Este ensayo (estandarizado) se puede aplicar, cuando sea especificado a: 1) Calificación de materiales materiales y procedimientos de soldadura soldadura donde propiedades propiedades mecánicas mecánicas especificadas son requeridas. 2) Como Información, base para aceptación aceptación y control de calidad calidad de fabricación fabricación cuando son solicitadas determinadas propiedades mecánicas. 3) Investigación y desarrollo.

2 2.1

Comentarios Importantes Datos

Los ensayos de tracción proveen información de la resistencia, ductilidad, diseño de junta de las juntas soldadas bajo bajo esfuerzos de tracción axiales. axiales. Los datos obtenidos obtenidos pueden incluir: incluir: (1) Resistencia a la tracción. (2) Resistencia a la fluencia (3) Punto de fluencia fluencia (si ocurre) (4) Porcentaje de alargamiento alargamiento (5) Porcentaje de reducción reducción de área (6) Diagrama Esfuerzo deformación. (7) Ubicación y modo modo de la fractura.

2.2

Los datos cuantitativos

Los datos cuantitativos obtenidos pueden ser analizados para ser usados en el diseño y análisis de estructuras soldadas. La superficie de fractura puede proveer información de la presencia y efecto de discontinuidades como fusión incompleta, penetración incompleta, porosidad, inclusiones y fisuras. 1


2.3


Maquinas de Ensayo.

Los ensayos serán realizados en una maquina de ensayo en conformidad con los requerimientos de la norma ASTM E 8. La maquina debe estar calibrada de acuerdo con ASTM E 4.

2.4

Probetas

Las probetas deben ser especificadas por el código de aplicación, especificación o documento de contrato. Se recomienda que las probetas tengan la sección transversal más grande dentro de la capacidad del equipo de ensayo.

2.5

Procedimiento

El procedimiento de ensayo de las probetas soldadas debe ser como se especifica en la norma ASTM E8 y específicamente la ASTM A 370 para probetas y soldaduras de acero.

….(Extracto de la ASTM A 370). Sobre la velocidad de ensayo: 7.4.1 Puede usarse cualquier velocidad conveniente hasta la mitad del valor del punto de fluencia o resistencia a la fluencia especificada. Cuando se alcanza este punto, la separación de libre movimiento de los cabezales será ajustado para que no exceda 1/16” por minuto por pulgada de la sección reducida ó la distancia entre mordazas de probetas que no tengan sección reducida. Esta velocidad será mantenida a través del punto de fluencia o resistencia a la fluencia. En la determinación de la resistencia a la tracción, la velocidad no excederá la 1/2” por minuto por pulgada de distancia calibrada, o las distancias entre mordazas para probetas que no tengan sección reducida. En cualquier eventualidad la velocidad de ensayo no será, menor al 1/10 de la velocidad máxima especificada para determinar el punto de fluencia o la resistencia a la fluencia.

2.6

Cálculos:

Para el caso de probetas de sección circular, el menor diámetro debe ser usado para todos los cálculos

3 3.1

(…)

PRINCIPALES CODIGOS / NORMAS CODIGO API 1104 SOLDADURA DE TUBERÍAS E INSTALACIONES RELÑACIONADAS - AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE CAPITULO 5 - Calificación de Procedimientos de soldadura para juntas conteniendo Material de Aporte.

5.6 Ensayo de Juntas Soldadas - Soldaduras a Tope... 5.6.2 Ensayo de Tracción 5.6.2.1 Preparación Los especimenes para el ensayo de tracción (ver Figura 4) deben ser de aproximadamente 9” (230 mm) de longitud y aproximadamente 1” (25 mm) de ancho. Ellos pueden ser maquinados o cortados con oxígeno y no es necesaria otra preparación a menos que los lados estén muescados o no sean paralelos. En ese caso, necesariamente, los especimenes deben ser maquinados hasta que los lados estén lisos y paralelos.

5.6.2.2 Método Los especimenes de ensayo de tracción deben romperse bajo carga de tracción usando un equipo capaz de medir la carga a la cual ocurra la falla. El esfuerzo de tracción debe ser calculado dividiendo la máxima carga de falla entre la menor sección transversal del espécimen medida antes de aplicar la carga.

2



5.6.2.3 Requerimientos La resistencia a la tracción de la soldadura, incluyendo la zona de fusión de cada espécimen, debe ser mayor o igual a la mínima resistencia a la tracción especificada del material de la tubería pero no necesita ser mayor o igual a la resistencia a la tracción real del material. Si el espécimen rompe fuera de la soldadura y de la zona de fusión (es decir en el material base de la tubería) y consigue el mínimo requerimiento de resistencia a la tracción de la especificación, la soldadura debe ser aceptada cumpliendo los requerimientos. Si el espécimen rompe en la soldadura o zona de fusión y la resistencia observada es mayor o igual al valor mínimo de resistencia a la tracción especificado del material de la tubería y consigue los requerimientos de sanidad de 5.6.3.3 la soldadura debe ser aceptada cumpliendo los requerimientos. Si el espécimen rompe debajo del valor mínimo de resistencia a la tracción especificado del material de la tubería, la soldadura debe ser rechazada y un nuevo cupón debe ser hecho.

3.2

SECCION IX del CODIGO ASME PARA CALDEROS Y RECIPIENTES A PRESION (BOILER & PRESSURE VESSEL ASME CODE)

Articulo I (…) QW-140 TIPOS Y PROPOSITO DE LOS ENSAYOS Y EXAMENES. QW-141 Ensayos Mecánicos Los ensayos mecánicos usados en la calificación de procedimientos o de desempeño son los siguientes.

QW-141.1 Ensayos de Tracción. Los ensayos de tracción como se describen en QW-150 son usados para determinar la resistencia a la tracción de las juntas soldadas “de canal (groove)”….

QW-150 ENSAYOS DE TRACCION QW-151 Probetas Las probetas para el ensayo de tracción deberán coincidir con una de los tipos ilustrados en QW462.1 y deberán cumplir los requisitos de QW-153. 3



QW-151.1 Probetas de plancha - Sección Reducida. Las probetas de sección reducida de acuerdo a los requerimientos dados en QW-462.1(a) pueden ser usadas para ensayos de tracción para todos los espesores de plancha. (a) Para espesores de hasta e incluyendo 1 pulgada, ser usará una probeta con el espesor completo por cada ensayo de tracción requerido. (b) Para planchas de espesores mayores que 1 pulgada pueden ser usadas probetas de espesor completo o múltiples probetas, previendo que sean cumplidas QW-151.1(c) y QW-151.1(d). (c) Cuando se usan múltiples probetas en vez del espesor completo, cada juego representará un ensayo de tracción simple del espesor completo de la plancha. Colectivamente, todas las probetas requeridas para representar el espesor total de la soldadura en una posición conformarán un juego (set). (d) Cuando son necesario múltiples probetas, el espesor entero será cortado mecánicamente en un mínimo número de tiras aproximadamente iguales a un tamaño que pueda ser ensayado en el equipo disponible. Cada probeta del juego será ensayada y cumplirá los requisitos de QW153.

QW-151.2 Sección Reducida- Tubo (Producto Tubular). Las probetas de sección reducida de acuerdo a los requerimientos dados en QW-462.1(b) pueden ser usadas para ensayos de tracción de todos los espesores de tubo teniendo un diámetro externo mas grande que 3 pulgadas. (a) Para espesores de hasta e incluyendo 1 pulgada, será usada una probeta de espesor completo para cada ensayo de tracción requerido. (b) Para espesores de tubo mayores que 1 pulgada pueden ser usadas probetas de espesor completo o múltiples probetas, previendo que sea cumplido QW-151.2(c) y QW -151.2(d). (c) Cuando sean usadas múltiples probetas en vez del espesor completo, cada juego deberá representar un ensayo de tracción simple del espesor completo del tubo. Colectivamente, todas las probetas requeridas para representar el espesor total de la soldadura en una posición conformarán un juego. (d) Cuando sean necesarias múltiples probetas, el espesor entero será cortado mecánicamente en un mínimo número de tiras aproximadamente iguales, a un tamaño que pueda ser ensayado en el equipo disponible. Cada probeta del juego será ensayada y cumplirá los requisitos de QW153.

4



Para tubos que tienen un diámetro externo de 3 pulgadas o menos, pueden usarse las probetas de sección reducida conforme a los requerimientos dados en QW-462.1(c) para ensayos de tracción.

QW-151.3 Probetas Torneadas. Las probetas torneadas conforme a los requerimientos dadas en QW-462(d) pueden ser usadas para ensayos de tracción. (a) Para espesores de hasta e incluyendo 1 pulgada, una sola probeta torneada puede ser usada por cada ensayo de tracción requerido, la cual será la probeta del diámetro D más grande posible de QW-462.1(d) para el espesor del cupón de ensayo[ver Nota (a) de QW-462.1(d)]. (b) Para espesores por encima de 1 pulgada serán cortadas múltiples probetas a través de todo el espesor de la soldadura con sus centros paralelos a la superficie del metal base y no 1 pulgada aparte. Los centros de las probetas adyacentes a la superficie del metal no excederán los 5/8 de pulgada de la superficie. (c) Cuando se usan múltiples probetas, cada juego representará un solo ensayo de tracción de los requeridos. Colectivamente, todas las probetas requeridas para representar el espesor total de la soldadura en una posición conformarán un juego. (d) Cada probeta del juego será ensayada y cumplirá los requisitos de QW -153.

QW-151.4 Probetas de Tubos de Sección completa. Probetas de tracción que están conforme a las dimensiones dadas en QW-462.1(e) pueden ser usadas para el ensayo de tubos con un diámetro externo de 3 pulgadas o menos.

5


6




QW-152 Procedimiento del ensayo de Tracción. La probeta del ensayo de tracción será rota bajo carga de tracción. La resistencia a la tracción será calculada dividiendo la carga máxima entre la menor área transversal de la probeta calculada de las medidas reales hechas antes de que sea aplicada la carga.

QW-153 Criterio de Aceptación – Ensayos de tracción. QW-153.1 Resistencia a la tracción. En orden a aprobar el ensayo de tracción, las probetas deberán tener una resistencia a la tracción que no sea menor que: (a) La resistencia a la tracción mínima especificada del metal base; o

7



(b) la resistencia a la tracción mínima del más débil de los dos, si es que son usados materiales bases de diferentes resistencias mínimas ; o (c) La resistencia a la tracción mínima del metal de soldadura cuando la Sección aplicable disponga el uso de un metal de soldadura que tenga menor resistencia a temperatura ambiente que el metal base; (d) si la probeta rompe en el metal base fuera de la soldadura o línea de fusión, la prueba será aceptada según cumpla los requerimientos, previendo que la resistencia no es mas que el 55 debajo de la mínima resistencia especificada del metal base.

3.3

CODIGO DE SOLDADURA ESTRUCTURAL DE ACERO D1.1 (Structural Welding CodeSteel) American Welding Society-AWS. 1. Calificación Parte B Especificación del Procedimiento de Soldadura (WPS )

(...) 4.4 Tipo de Ensayos de calificación

El tipo y numero de ensayos de calificación requeridos para calificar un WPS para un espesor dado, diámetro o ambos, deber estar con forme a la Tabla 4.2 (CJP), Tabla 4.3 (PJP) o la Tabla 4.4 (filete). Detalles sobre el END individuales y ensayos mecánicos requerimientos se encuentran en las subsecciones siguientes: (1) Inspección visual (ver 4.8.1) (2) Ensayos No Destructivos (ver 4.8.2) (3) Doblado de cara, raíz y de lado (ver 4.8.3.1) (4) Sección Reducida (ver 4.8.3.4) (5) Tracción de Metal de soldadura (ver 4.8.3.6) (6) Macroataque (ver 4.8.4)

4.8 Métodos de Ensayo y Criterio de Aceptación para la calificación del WPS Los cupones de ensayo de soldadura estarna conforme a 4.8.2 debe tener la probeta preparada por corte de la plancha, tubo o tubería de ensayo, como se muestra en las figuras 4.7 la que sea aplicable La probetas debe estar preparadas par el ensayo conforme con las figuras 4.12, 4.13, 4,14 y 4,18 según sea aplicable.(...)

4.8.3 Ensayos mecánicos. Los ensayos mecánicos deben ser como sigue: (...)4.8.3.4 Probetas de Tracción de Sección reducida. (ver la figura 4.14) Antes del ensayo, la menor medida del ancho y su espesor correspondiente de la sección reducida debe ser medida. La probeta debe ser rota bajo carga de tracción, y deber ser determinada la carga máxima. La sección transversal debe ser obtenida por la multiplicación del ancho por el espesor. La resistencia a la tracción debe ser obtenida por la división de la carga máxima entre el área transversal.

4.8.3.5 Criterio de Aceptación para el ensayo de Tracción de sección reducida. La resistencia a la tracción no debe ser menor de el mínimo de la resistencia a la tracción especificada del metal base usado.

4.8.3.6 Probetas de Tracción de Metal de Soldadura (ver la figura 4.18) Las probetas deben ser ensayadas de acuerdo con ASTM A 370, Ensayos Mecánicos de Productos de Acero.

8



Maquine el refuerzo de la soldadura a ras del metal base Estos extremos pueden ser cortados térmicamente

Costado del ancho más grande de la soldadura

Maquinar la mínima cantidad necesaria para obtener caras aralelas en la sección reducida

Dimensiones en pulgadas (mm) Ensayo de planchas Tp < 1” (25 mm)

A-longitud de reducida

las

sección

1” (25 mm) Tp >1 ½” < Tp <1 ½” (38 mm) (38 mm) Cara más ancha de la soldadura + ½” (12 mm) 2 ¼” (60 mm) mínimo Según requerida por el equipo

L- longitud total, mínimo (Nota 2) W-ancho de la sección ¾” (20mm) reducida mínimo (Notas 3 y 4) C-ancho de la sección de las W + ½” mordazas)Notas 4,5) (12mm) min T – espesor de la probeta ( Notas 6,7) r- Radio del filete, mínimo

Ensayo de tubos Diámetro 2” (50 mm) 3” (75 mm)

6” 9150mm) 8#(200mm) Diámetro o tamaño más grande del tubo Cara mas ancha de la soldadura + ½” (12 mm) 2 ¼” (60 mm) mínimo Según requerida por el equipo

¾” (20mm) mínimo


½” =-0,01 (12+0,0025)


W + ½” (12mm) min

W + ½” (12mm) min Tp/n (Nota7) ½” (12mm)

W + ½” (12mm) min

W + ½” (12mm) min

Tp

Tp

½” (12mm)

½” (12mm)

Máximo posible con caras planos paralelos dentro de la longitud A. 1” (25 mm) 1” (25 mm)

Notas: 1. 2.

3.

4.

5. 6.

7.

8.

Tp = Espesor Nominal de la plancha Es deseable, si es posible, hacer la longitud de la sección de las mordazas lo suficiente largo que permita a la probeta extenderse mas allá a una distancia igual a dos tercios o más del largo de las mordazas. Los extremos de la sección reducida no deben diferir en ancho por mas de 0,004” (0,102mm). También, puede haber un gradual disminución en el ancho desde los extremos hacia el centro. Pero el ancho de cualquier extremo no debe ser mas de 0,015”(0.381mm) más grande que el ancho en el centro. Anchos más grandes de W y C pueden ser usados cuando sean necesarios. En tales casos, el ancho de la sección reducida debería ser más grande como el ancho del material a ser ensayado lo permita. Si el ancho de los materiales es menor que W, los lados pueden ser paralelos a través de todo la longitud de la probeta. Para probetas planas estándares, los extremos de las probetas deben ser simétricas con la línea central de la sección reducida dentro de ¼” (6mm) La dimensión t es el espesor de la probeta como se suministra en la especificación del material aplicable. El espesor nominal mínimo de probetas de ancho de 1-1/2” (38mm) debe ser 3/16” (5mm)excepto que se permita en la especificación del producto. Para planchas por encima de 1-1/2” (38mm) de espesor, las probetas pueden ser cortadas en tiras aproximadamente iguales. Cada tira debe ser de al menos ¾” (20mm) de espesor. Los resultados de cada tira deben cumplir los mínimos requerimientos. Debido a la capacidad limite de algunas maquinas de tracción, las dimensiones de las probetas para aceros del Anexo M pueden estar de acuerdo con el Ingeniero y el fabricante.

Figura 4.14 Probetas de Tracción de Sección Reducida (ver 4.8.3.4) 9



3.4

Dimensiones en pulgadas Probetas de tamaño pequeño Probeta estándar proporcionales a la estándar Diámetro Nominal G – Longitud calibrada D – Diámetro (nota 1) R – Radio de filete, min. A – Longitud de la sección reducida (Nota 2) mínimo

Circular de 0,500” 2,000 +- 0,005 0,500 +- 0,010

Circular 0,350” 1,400 +-0,005 0,350 +- 0,007

Circular 0,250” 1,000 +- 0,005 0,250 +- 0,005

3/8

1/4

3/16

2 – 1/4

1 – 3/4

1 –1/4

Dimensiones (versión métrica por ASTM E8M ) Probetas de tamaño pequeño proporcional Probeta estándar a la estándar Diámetro Nominal G – Longitud calibrada D – Diámetro (Nota 1)mm R – Radio de filete, min. A – Longitud de la sección reducida, mm (Nota 2) mínimo

Circular de 12,5 mm

Circular 9 mm

Circular 6 mm

62,5 +- 0,1

45,0 +- 0,1

30,0 +- 0,1

12,5 +- 0,2

9,0 +- 0,1

6,0 +- 0,1

10

8

6

75

54

36

Notas: 1. La sección reducida puede tener una gradual reducción desde los extremos hacia el centro, con los extremos de 1% más grande que el centro (dimensión controlada) 2. Es deseable, que la longitud de la sección reducida pueda ser incrementada para acomodarse al extensometro de cualquier longitud calibrada conveniente. Las marcas de referencia para la medición del alargamiento deberían estar espaciadas a la longitud calibrada indicada. 3. La longitud calibrada y los filetes deben ser como se muestran, pero los extremos pueden ser de cualquier forma para llenar

Figura 4.18 Probetas de Tracción de Metal de Soldadura

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Ensayo de Tracción de Soldaduras

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