Imperfecciones en Soldadura Tipos de Discontinuidades

IMPERFECCIONES EN SOLDADURA TIPOS DE DISCONTINUIDADES

Escrito por Ing. Samuel Rosario Francia Sábado, 25 de Julio de 2009 14:18 - Actualizado Viernes, 07 de Agosto de 2009 18:01

IMPERFECCIONES EN SOLDADURA TIPOS DE DISCONTINUIDADES Introducción

En END escuchamos hablar de “defectos” y/o “discontinuidades”. ¿Qué diferencia hay entre uno y otro? Recordemos que cualquier indicación encontrada es llamada “discontinuidad” hasta que se pueda identificar y evaluar el efecto que puede tener sobre la pieza en servicio. Si, de acuerdo a esto, “la discontinuidad” es inaceptable con arreglo a un criterio de especificaciones, será un “defecto” (cuando por magnitud o localización provocan el fallo de la pieza o unión), ahora, si esa discontinuidad no afecta el rendimiento de la pieza en el servicio al que se destina, se deberá llamar simplemente “discontinuidad”.

No existe soldadura “perfecta”, toda soldadura tiene “discontinuidades” Discontinuidad es la pérdida de la homogeneidad del material. Un “defecto” es una discontinuidad inaceptable, que debe ser reparada. r eparada.

1.- TIPO DE DISCONTINUIDADES DISCONTINUIDADES Como generalidad diremos que una discontinuidad puede producirse en cualquier momento de la vida de una pieza metálica. - Discontinuidad inherente : Se crea durante la producción inicial desde el estado de fusión. - Discontinuidad de proceso : Se produce durante procesos posteriores de fabricación o terminado. - Discontinuidades de servicio : Se producen durante el uso del producto debido bien a

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circunstancias ambientales, o de carga, o ambas.

Las discontinuidades se pueden también clasificar en: - Superficiales : Se ven a simple vista, no importa su profundidad. - Internas : Se encuentran en el interior del material y no alcanzan la superficie.

Por último debemos distinguir entre: - Indicaciones relevantes : Son aquellas indicaciones provenientes de fallas suficientemente serias como para afectar la aptitud para el servicio de la pieza. - Indicaciones no relevantes : Son aquellas indicaciones que provienen de discontinuidades que no afectarían la aptitud para el servicio de la pieza. - Indicaciones falsas : Son aquellas indicaciones causadas por interferencias eléctricas y electrónicas, superficies muy rugosas etc.

2.- LAS DISCONTINUIDADES EN SOLDADURA Una forma simple de clasificar las discontinuidades y defectos en soldadura es en superficiales e internas

2.1.- DISCONTINUIDADES SUPERFICIALES

*Exceso de penetración : Se produce por efecto de un movimiento que causa la penetración

del electrodo dentro de los biseles, los cuales son distribuidos en esas áreas. Causa que el material chorree al interior y puede retener escoria o no en su interior. Este defecto puede

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producir en soldadura de gaseoductos, desgaste por erosión. La imagen radiográfica da una densidad más clara en el centro del ancho de la imagen, ya sea extendida a lo largo de la soldadura o en gotas circulares aisladas, pudiendo presentar en su interior una mancha deforme negra. Figura 1.

*Falta de penetración : Como en la uniones en U o en V son visibles por la cara posterior, esta

imperfección puede considerarse superficial. A menudo la raíz de la soldadura no quedará adecuadamente rellena con metal dejando un vacío que aparecerá en la radiografía como una línea negra oscura firmemente marcada, gruesa y negra, continua o intermitente reemplazando el cordón de la primera pasada. Puede ser debida a una separación excesivamente pequeña de la raíz, a un electrodo demasiado grueso, a una corriente de soldadura insuficiente, a una velocidad excesiva de pasada, penetración incorrecta en la ranura. Este defecto por lo general no es aceptable y requiere la eliminación del cordón de soldadura anterior y repetición del proceso. Figura 2

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Concavidades

*Concavidad externa o falta de relleno : presenta una disminución de refuerzo externo, por

poco depósito de material de aporte en el relleno del cordón. La imagen radiográfica muestra una densidad de la soldadura más oscura que la densidad de las piezas a soldarse, la cual se extiende a través del ancho completo de la imagen. Figura 3.

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*Concavidad interna : Insuficiente refuerzo interno de la soldadura en su cordón de primera

pasada el cual al enfriarse disminuye su espesor pasando a ser menor que el del material base. Figura 4

*Socavaduras o mordeduras de borde : La socavadura es una ranura fundida en el metal

base, adyacente a la raíz de una soldadura o a la sobremonta, que no ha sido llenada por el metal de soldadura. Figura 5.

Causas y corrección

1.-Exceso de calor - Corrija el amperaje de su maquina 2.-Electrodo inadecuado - Cambie el electrodo 3.-Manipulación incorrecta - Mejore el movimiento manual 4.-Arco muy intenso - Corrija el arco 5.-Velocidad inadecuada - Mejore la velocidad y corrija el movimiento del electrodo

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La imagen radiográfica muestra una línea gruesa que bordea el cordón soldado, de densidad homogénea (lado exterior) o una imagen circulante al cordón de primera pasada no muy negra (lado interior). Según ASME y API, si el socavado de la raíz de la soldadura, en el interior de la pared del tubo y excede 2” de la longitud o 1/6 de la longitud de la soldadura, deberá ser rechazada.

*Quemado : Es una zona de la pasada de raíz donde la penetración excesiva ha causado que

el aporte de la soldadura penetre dentro de la misma soplándose. Figura 6. Resulta de factores que producen excesivo calor en un área determinada, tales como: excesiva corriente, velocidad lenta del electrodo, manejo incorrecto del electrodo. Hay destrucción completa de los biseles.

La imagen radiográfica muestra una densidad localizada más oscura con los bordes borrosos en el centro del ancho de la imagen. Puede ser más ancha que la imagen del cordón de raíz.

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*Salpicaduras aleatoriamente revestimiento soldadura. aisladas tungsteno, nítidos. inclusiones. Entonces o en En las Figura colonias. del la salpicaduras :sobre Son imagen electrodo. conviene 7 imperfecciones elEn cordón radiográfica, algunas asegurarse de Generalmente este y sutécnicas metal vecindad. consistentes aparecen dese que no de dibujan tienen Pueden se soldadura como en trata, como esferuelas importancia manchitas ser efectivamente, que provocadas pequeños emplean de blancas, respecto metal círculos de por electrodos fundido redondeadas, salpicaduras ahumedad lamuy calidad depositadas de claros ende yelno yla de

*Falta de continuidad del cordón empalmar más otras de una severos, ocasiones, línea bien oscura pueden lason reanudación usimples considerarse oblicua, surcos relativamente del trabajo. :auténticas Se normales origina Sunítida. severidad faltas al al eje interrumpir Figura de delfusión cordón. es8muy eltransversales, soldador variable Su aspecto elyacordón que, radiográfico en tanto eny no los que casos esenel

Otros defectos:

Erosiones y huellas : Son un grupo de defectos que tienen un origen mecánico de abrasión,

deformación o arranque de material, pueden dividirse en:

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- Exceso de rebajado : Producido durante el mecanizado o esmerilado excesivo del cordón, quedándose éste ligeramente cóncavo. La apariencia radiográfica se muestra como áreas ligeramente más oscuras que el campo adyacente, con contornos difusos, difíciles de percibir y que siguen la trayectoria del cordón. - Huellas de esmerilado o burilado : Surcos en la superficie del metal base o del cordón, marcados por la muela o el buril manejados inhábilmente. Radiográficamente aparecen como sombras ligeramente oscuras, rectilíneas y paralelas. - Huellas de mecanizado : Erosiones producidas por herramientas que preparan la soldadura o por imperfecto mecanizado de la misma. La radiografía las muestras como líneas ligeramente oscuras, dibujadas nítidamente y paralelas. - Martillazos o golpes en general : Son deformaciones locales producidas por choques de objetos contra el metal base o contra el cordón. Radiográficamente los martillazos se señalan como arcos ligeramente oscuros, con un borde bien marcado, más denso, a partir del cual se difunde la mancha, los granetazos como puntos, a manera de poros, etc. - Restos de electrodos : Cuando se suelda con equipos automáticos en atmósfera inerte y electrodo continuo, pueden quedar, al efectuar el cordón de penetración restos del alambre – electrodo que sobresalen, a veces, varios centímetros de la base de la unión soldada. En la radiografía, aparecen como unos palitos claros que parten del eje del cordón. También pueden aparecer restos de electrodos cuando éstos han sido abandonados, por ejemplo, en el interior de una tubería. En este caso solo es un material superpuesto, fácilmente eliminable por no ser solidario con la unión.

2.2.- DISCONTINUIDADES INTERNAS Fisuras : Pueden clasificarse en:

*Fisuras longitudinales : Pueden producirse en el centro del cordón (generalmente por

movimientos durante o posteriores a la soldadura) o en la interfase del material base con el de aporte (por causa de un enfriamiento brusco o falta de un correcto precalentamiento en grandes espesores) Figura 9.

Cuando este defecto aparece en el material de la soldadura se le denomina “fisura de solidificación”, mientras que si se produce en la ZAC se llama “fisura de licuación” (intergranular). Estos dos tipos comprenden la fisuración en caliente y se producen por la combinación de una

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composición química desfavorable (elementos que forman precipitados de bajo punto de fusión, por ejemplo el azufre que forma sulfuro de fierro SFe – solidificación de bordes de grano) y tensiones de solidificación, restricción o deformación. En este caso el precalentamiento no tiene influencia sobre los defectos. La única precaución posible es soldar con bajo aporte térmico. Son típicas de los aceros inoxidables estabilizados como el AISI 321, y algunos bonificados como el HY 80. La fisuración en frío de hidrógeno (longitudinal) es menos frecuente que la transversal. La imagen radiográfica es una línea ondulante muy negra y fina en el centro del cordón en la base del mismo (similar al espesor de un cabello).

*Fisuras transversales : Producidas generalmente en aceros duros, por combinación de

elementos que al enfriarse a la temperatura normal producen la fisura que puede o no prolongarse al metal base. Pueden ser:

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Fisuras en caliente : Se producen durante la solidificación de la junta. Las causas principales

de este defecto en acero al carbono no aleados o de baja aleación son: - Medio o alto tenor de carbono en el metal base. - Alto porcentaje de impurezas P y S en el metal base. - Elevadas tensiones de contracción (depende de la mayor o menor plasticidad del material de la junta)

Las fisuras en caliente se pueden manifestar en todos los materiales metálicos, ferrosos y no ferrosos. Son intergranulares y pueden tener orientaciones diversas.

Fisuras en frío : Se forman cuando el material se acerca o alcanza la temperatura ambiente.

Figura 10. Causa: - Principalmente, el elevado contenido de hidrógeno en la zona fundida. - Elevada velocidad de enfriamiento. - Tensiones producidas sobre el cordón por el enfriamiento. - En soldaduras de aceros dulces y aquellos de baja aleación con manganeso y microaleados.

Las fisuras son muy pequeñas (llamadas fisuras de hidrógeno) y frecuentemente se reagrupan en un cierto número en la misma zona fundida de la junta.

En aceros de elevada resistencia como los bonificados, las fisuras son generalmente más grandes pudiendo atravesar todo el cordón en dirección transversal.

Se observa radiográficamente como una línea fina muy negra y recortada, de poca ondulación y transversal al cordón soldado.

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*Fisura de o arranque (oen deforma cráter) yderecalentamiento electrodo del material (son fisuras fisuras en caliente). de:tres En estrella ellíneas Figura arranque por 11 efecto del soldadura brusco pordel cambio Cuando rellena frecuentemente se solidifica con se interrupción interrumpe una lopueden hace cantidad losobserva puntos aproducirse tensiones el de arco defectuosos material se muy forma fundido elevadas, un en cráter la adecuado. soldadura pudiendo contracción en Los producir razón cráteres siasegregación. lade que cavidad dela elarco último son delmaterial arco no se que sentido Generalmente del cordón se soldado radiográficamente mucho más larga. como finas concluyentes yenfriamiento la

Fisuras alrededor del cordón (ZAC)

*Fisuras en frío aceros), soldadura) la (humedad) manteniendo electrodos contracción longitudinal, el de soldadura. cordón ZAC pocadel ondulación, en de básicos. acero. ooaceros de Figura soldadura) de por ellamaterial mucho : el junta Se Esto duros 12. metal También un produce ose Algunas espesor. poco osoldado geometrías (estructura que atribuye aflorar afectan más por solidifica, veces Se alrededor alla gruesas allado falta presentan martensítica con afecto las pueden por del tensiones de entallas. que de del lo cordón. precalentamiento que 200°C ser invariablemente un hidrógeno en Tienen cabello, transversales, se alcanzadas La ZAC puede unimagen tiempo generalmente como disuelto enevitar la (crítica como radiográfica en resultado zona determinado, pueden los liberado conresultado para adyacente granos precalentamiento una ser del ciertos por es dirección internas más ciclo ode de elpor alelectrodo tipos líneas la gruesos térmico cordón el(esto uso denegras y de de bajo

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*Desgarre laminar asociadas :producen Son fisuras con soldaduras que pueden aparecer enel cuya los aceros geometría dulces produce y de baja aleación, frecuentemente tensiones perpendiculares debajo de la al ZAC plano (material de laminación base no sobre afectado) metal yadecuados) son base. típicas Aparecen de juntas T o en L. Los factores que estos defectos son: estructura. 1. Tensiones de más osolicitación menos intensas, en función de la rigidez la base. Figuras Geometría 13, 14 yenfriamiento la15 junta (las flechas tal que la indican losespesor arreglos actúe más desfavorablemente sobre metal - 2. desgarrarse. 3. Material base laminado de medio ypensionadas, alto (9 – 20 mm) susceptibles adeelen

Falta de penetración unión aporte es en dicha X zona en K, rigurosamente :quedado lavelocidad Se raíz da queda en la zona en interna. corazón de Figura mismo cuando 16. no cordón, penetrado siendo el lacon metal falta del fundido. metal Si dela Causas :irregulares. 1. Puede originarse por falta de temperatura. 2. Por exceso de de soldeo. 3. falta dedeterminadas habilidad del soldador. Es -penetración cuando abertura posible uno de que la deoraíz haya los ha talones falta de nocomo penetración hasin alcanzado rellenar. parcial aoscura fundirse, (asociada otipos falta ahaouna de falta penetración de (algunas fusión) total, llamada cuando la Radiográficamente rectos ángulo de oen sin preparación en aparece Es de necesario bordes) partes advertir una están línea de concebidos que, laraíz unión. algunos continua dedel tal forma de intermitente uniones que siempre queda los uniones bordes unaasí falta en

Falta metal base o el cordón Generalmente anterior ya ocasionada sólido. Figura porsoldadura falta 17 de temperatura suficiente para fundir el Según sufusión: ubicación ser: * Faltade de fusión en puede el bisel : Entre el metal de y el metal base.

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*Falta de fusión de un bisel en la raíz (talón u hombros) : Se produce:

--K,definidos. elevada. 1. Cuando falta lapenetración abertura de ladiámetro. raíz (intersticio) ydifusa. lasoldar. noEn eslas lopasada. suficientemente 2. Por una alineación los elementos acontinua 3. fallas en preparación. 4. diferencias de espesor olos 5. deficiente parte del soldador altemperatura realizar la primera Radiográficamente bien en penetración. queda enLa elincorrecta mismo línea sela ve puede como centro tender una de línea ade cordones ser oscura ondulada y fina, es yfrecuente Figura que o intermitente vaya 18. asociada con uniones alosfalta bordes endeX o * Falta de fusión entre pasadas : por

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Seal base muy produce de fina yhacia elcalentamiento de metal en óxido las de interfases soldadura se del forma metal de no en la base se soldadura, las fusionan superficies. debidamente, donde Esta las capa por de adyacentes loóxido general puede debido del deberse metal, aimpide una oeléctrico acapa eluna metal ofalta cualquier depósito capa de óxido, del metal escoria, decomo soldadura impurezas, en etc. volumen migre suficientemente acapas superficie. alto que que También dentro de puede los biseles, deberse asobre la falta de corriente suficiente la mala ubicación del arco el cual al producirse más uno, deja alel otro sin fundir. Figura 19 Radiográficamente borde elprevio centro. se El observa lateral es recto. una franja negra con densidad enaporte, disminución desde el del A interpretar, veces plano cuando formado conviene laque por falta radiografiar los de bordes fusión el del es cordón entre bisel (frecuentemente según metal direcciones base yolael 45°). metal comprendidas de en es ladifícil prolongación

3.- DISCONTINUIDADES COMO INCLUSIONES

Se consideran inclusiones las impurezas producidas por gases atrapados en la masa del metal durante el proceso de fusión, o materiales extraños sólidos (metálicos o no metálicos). Se pueden dividir en:

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*Inclusiones gaseosas : Por diversa razones, en el metal de soldadura fundido se formar

gases que pueden quedar atrapados si no hay tiempo suficiente para que escapen antes de la solidificación de la soldadura. El gas así atrapado, por lo general tiene la forma de agujeros redondos denominados porosidades esféricas, o de forma alargada llamados porosidad tubular o vermicular.

La formación del gas puede ser formado por reacciones químicas durante la soldadura con alto contenido de azufre en la plancha y/o en el electrodo, humedad excesiva en el electrodo en los bordes de la plancha base, el arco excesivamente corto, corriente incorrecta o polaridad inversa, corrientes de aire, limpieza prematura de la escoria al terminar una pasada, pues, no hay que olvidad que la escoria evita el enfriamiento demasiado rápido del metal fundido.

La porosidad gaseosa puede producirse en forma aislada (porosidad esférica aislada) o agrupada (nido de poros), en forma alineada, etc.

*Porosidad esférica aislada : Su característica, bolsa de gas de forma esférica producidas por

una alteración en el arco, una oxidación en el revestimiento del electrodo, o electrodo húmedo y/u oxidado, o una variación en la relación, Voltaje-Amperaje-Velocidad en la soldadura automática. La imagen radiográfica da puntos negros en cualquier ubicación. Figura 20

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*Porosidad agrupada (nido de poros) excesiva humedad del revestimiento. Pueden Producida también generalmente encontrarse por un agente oxidante oporos capas es igual deen óxido toda sobre lahidrógeno zona. los La biseles, imagen las radiográfica que al fundirse da puntos desprenden gas. El depez, estos redondeados opor espaciados. ligeramente Figura alargados 21. de una densidad más oscura agrupados, pero *irregularmente Porosidad alineada efecto correspondencia algunos de laradiográfica los dificultad elementos con el :de Generalmente fundente penetrar del mismo. utilizado con Figura surge el electrodo, por en 22 máquinas laun pasada por mala automáticas deque regulación base del ycordón por eléctrica acumulación soldado, en por Radiográficamente permanecer de igual sediámetro. observan círculos alineados, negros, pueden irtamaño decreciendo ode También imposibilidad generalmente pueden aparecer insuficiente poros producido separación alargados en electrodos de de los primera biseles. de pasada alta velocidad “Cordón de hueco”, escapar, surgidos por la La confluyendo imagen aldel centro, pudiendo da formas llegar grises a:formar inclinadas, nervio semejantes central. al espinazo de un

no metálicas *Inclusiones escoria aisladas óxidos sido atrapadas metálicos en y elsilicatos metal depositado principalmente. :en mayoría Figura la de 24. las Son depósitos escorias de carbón, han Lasflujo escorias pueden provenir delquedaría revestimiento del electrodo osucias del fundente empleado. El durante superficie, atrapada ondulaciones escoria tiene se unenasocian parte período el como ode metal cortes de finalidad frecuentemente suficientemente esa en insuficientes escoria pasadas eliminar posteriores. contribuirán aLa largo las laVdurante falta impurezas atrapada como de Las penetración, para alsolidificación. superficies atrapado en del permitir el metal. metal. de fusión que Siescoria. Ésta este deficiente, escoria aenoirregulares, su Las permanece vez inclusiones se puede talón eleve lasde derretido quedar aque la raíz deLa suficientemente imagen radiográfica grande, presenta soldadura manchas negras muy estrecha irregulares ysoldaduras deficiente sobre ellacontienen habilidad cordón de del soldadura. soldador.

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*Escorias alineadas soldador. automática, falta agresivo. una homogénea. triángulo línea de limpieza, alargado Figura ancha Quedan elPara fundente con 25 pero alineadas el en La un caso :elSe en imagen borde suele sentido este producen desobre soldadura quedar casi caso radiográfica de el recto giro por estará costado atrapado de movimientos automática, y el las en muestra otro del el agujas por centro disparejo, cordón una se sobre inadecuados del observará del mala soldado. reloj uno cordón. color regulación de decolor negro, en los En del Este elel laterales electrodo centro de caso tipo pero lade densidad de máquina del del defecto por lacordón cordón soldadura parte oespor un del base muy negro.

*Línea de escoria (huella carro) Poranillo efectuar imagen parejas. efecto radiográfica la de primera una pasada, muestra limpieza se líneas depositan paralelas la: Ubicadas zona escorias interrumpidas mordeduras entre a del ambos elincorporándose cordón que lados desoldado ancho de sede primera forman este variable, cordón. sobre y segunda bastante elFigura bisel pasada. al 26 La *Escorias en elsuele interior dede perforaciones un perforación, provenientes una mancha luminoso. se irregular por lomala general producir negra, del en un revestimiento elen rechupe centro de del :de la Dentro del material, indicación electrodo. metal clara La de imagen una por perforación, radiográfica materiales efecto de extraños, semejando muestra una 17 / 18



*Inclusiones metálicas partículas ejemplo la fundido. las Aparecen de Inclusiones de otros tungsteno, como metales de :la puntos A tungsteno, cuando veces, que pueden blancos en el electrodo la sólo masa en aparecen radiografía. detectados del de tungsteno en radiográficamente. elsoldadores proceso fundido es sumergido quedan GTAW yenglobadas Figura en son el causadas baño 27.fue Por del metal por *Desalineado (high low) 28 observa un cambio abrupto :Francia Desalineamiento entrabajo; laMayor densidad del de film las partes acalidad través a“mala del ser soldadas. ancho de la En soldadura. radiografía Figura seútil Finalmente ¿Cómo mejorando las normas lograrlo?: la técnicas; diremos metodología tomando que calificando del Calidad conciencia los en procedimientos buscando la deser soldadura los costos lamaterial es yde los un la tema desde de calidad”; eleconomía proyecto; y trabajar realizando con ylacapacitación; trabajando seguridad, los según No aadecuados. diseñado. lapresencia se unión pueden soldada Un cambio eliminar cumpliendo de totalmente mentalidad, con las suficientes ya discontinuidades, que trabajar propiedades mejor pero no síimplica objetivo se pueden para minimizar más. cual ycontroles hacer Por: Ing. Samuel Profesor, Universidad Nacional San Marcos, Perú. Agradecemos laRosario recompilación realizada por

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