Soldadura fundamentos by Enrique Yanes

fundamentos de la

por

soldadura

arco elÃ©ctrico

FUNDACION LATINOAMERICANA DE SOLDADURA

Asta, Eduardo Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico 1a ed. - Buenos Aires : Fundación Latinoamericana de Soldadura, 2006. 32 p. ; 26 x 19 cm. ISBN 987-23244-0-9 1. Electricidad-Soldadura. I. Título CDD 671.521 2

Fundamentos de la Soldadura por Arco Eléctrico Eduardo Asta 1ª. Edición Fundación Latinoamericana de Soldadura Calle 18 N° 4113 Villa Lynch, Buenos Aires ISBN: 987-23244-0-9 ISBN: 978- 987-23244-0-7 Impreso en: Talleres Gráficos Universal S.R.L. Fragata Presidente Sarmiento 1551 C1416 CBI Ciudad Autónoma de Buenos Aires 4582-0396 / 4585-5220

(c), 2006 Fundación Latinoamericana de Soldadura Queda hecho el depósito que establece la Ley 11.723. Libro de edición Argentina No se permite la reproducción parcial o tota, el almacenamiento, el alquiler, la transmisión o la transformación de este libro, en cualquier forma o por cualquier medio, sea electrónico o mecánico, mediante fotocopias, digclización u otros métodos, sin el permiso previo y escrito del editor. Su infracción está penada por leyes 11723 y 25446.-

Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico Por: Ing. Eduardo Asta, ESAB- CONARCO

Contenido

4 6

24 25 27

Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico

Prefacio

Resumen histórico

Concepto de soldadura

Procesos de soldadura

Soldadura en fase sólida

Soldadura en fase sólido-líquida

Soldadura en fase líquida

Soldadura por resistencia

Energía térmica de la soldadura

El arco eléctrico utilizado en soldadura

Protección del metal fundido

Soldadura manual con electrodo revestido (SMAW)

Soldadura TIG (GTAW)

Soldadura MAG-MIG (GMAW)

Soldadura por arco sumergido (SAW)

Aceros estructurales

Regiones de la unión soldada: metal de soldadura y zona afectada por el calor

Soldabilidad

Determinación del precalentamiento en la soldadura de aceros estructurales

Métodos predictivos para establecer la temperatura de precalentamiento

Ensayos de soldabilidad

La influencia del hidrógeno

Discontinuidades y defectos en las soldaduras

Selección y clasificación de materiales de aporte

Referencias

Apéndice A: Cálculo del precalentamiento

Apéndice B: Guía de temperaturas de precalentamiento para aceros AISI-SAE

Prefacio |

La soldadura constituye uno de los recursos tecnológicos de vital importancia para el desarrollo industrial a nivel global. Las industrias de diferentes ramas de la técnica tales como: construcciones, petroquímicas ,de generación de energía, de transporte, alimenticias ,agrícolas, aeroespacial, electrónica, automotriz,etc., no podrían haber alcanzado su desarrollo actual si no hubiera estado disponible la tecnología de soldadura. Hoy, prácticamente no existe emprendimiento tecnológico alguno en el cual la soldadura no intervenga en alguna de sus etapas. Sin dudas, el desarrollo nos ha llevado a definir un concepto más general y abarcativo que es el de tecnologías de unión. Como proceso de unión, de protección y de recuperación de materiales, la soldadura se destaca por su versatilidad tanto en el aspecto tecnológico como en el económico. Durante las últimas décadas esta tecnología ha recibido importantes esfuerzos en recursos humanos y económicos destinados a promover su investigación y desarrollo.

Como resultado directo de dichos aportes, se han generado innovaciones tanto en el campo de los procesos y equipos como en el de los consumibles, que han transformado a una actividad en sus orígenes técnico-artesanal en una disciplina científicotecnológica de alta complejidad. La activa incorporación de la soldadura como tecnología de fabricación en el campo de unión de metales para dar eficaz respuesta a la gran diversidad de requerimientos que impone el servicio, muchos de ellos de alto compromiso, hace necesario un riguroso conocimiento de los alcances y limitaciones de esta técnica. Es imprescindible tener en cuenta que la unión por soldadura, a diferencia de otros medios de unión de metales, interactúa con las partes que vincula. Esto es así puesto que por su propia esencia constituye un todo metalúrgico con las mismas, al tiempo que introduce en el sistema acciones térmicas y mecánicas que no quedan confinadas a la soldadura propiamente dicha (zona de fusión) sino a toda la región de la unión por soldadura .

Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico

Resúmen histórico |

Concepto de soldadura |

En 1891 Nicholas de Bernados y S. Olczewsky realizaron las primeras soldaduras por fusión empleando electrodos de carbón N.G. Slawianoff continúa estos experimentos utilizando como electrodo una varilla de alambre desnudo. Dichas soldaduras presentaron un gran número de inconvenientes tales como inestabilidad del arco eléctrico,porosidad del cordón de soldadura debido a la absorción de gases por el baño de metal fundido, obtención de soldaduras muy frágiles, etc.

En un sentido amplio y generalizado, la soldadura puede definirse como la realización de una unión entre dos piezas de metal haciendo uso de las fuerzas de cohesión que derivan de un enlace metálico. Un análisis del concepto precedente señala que, a diferencia de los procesos mecánicos utilizados para unir metales, en soldadura se utilizan las fuerzas interatómicas para lograr la concreción de un empalme resistente.

En 1908 el sueco Oscar Kjellberg emplea por primera vez un electrodo de acero revestido con elementos que al vaporizarse en el arco formaban una atmósfera estabilizadora de éste. La implementación del revestimiento en un principio pretendió facilitar la soldadura en posición. Para estos revestimientos se emplearon elementos similares a los formadores de escoria utilizados en las acerías, por ejemplo: dolomita, cuarzo y calcita junto con agentes ligantes. En relación con estos materiales se obtuvo un revestimiento el cual, cuando se soldaba, formaba una escoria que facilitaba el manejo y protegía además el metal depositado. Este primitivo electrodo de revestimiento delgado, aunque fue un paso hacia adelante de extraordinaria importancia en el desarrollo de la soldadura eléctrica, constituyó un mediano producto, porque tanto el aspecto del cordón como la composición del metal depositado dejaban mucho que desear. Posteriormente, un mayor revestimiento, con una mayor cantidad de óxidos, sólo logró mejorar el aspecto del cordón y el manejo, pero el metal depositado seguía siendo de bajas propiedades mecánicas. En el año 1912 fue Oscar Kjellberg quien patentó el invento del electrodo revestido. Este fue el primero en concebir un revestimiento por medio del cual podía estabilizar el arco y crear una atmósfera protectora del oxígeno y el nitrógeno del aire. Otros historiadores aseguran que fue Strohmenger el que patentó en 1912 el electrodo revestido en Estados Unidos [1-5].

Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico

Todo proceso de soldadura debe esencialmente lograr el acercamiento de las superficies a unir a distancias de orden interatómico con el propósito de crear las condiciones propicias para que se desarrollen las fuerzas de cohesión inherentes a los enlaces metálicos. Para que dicha unión interatómica se efectivice, los átomos en cuestión deben encontrarse lo suficientemente próximos para que se manifiesten las fuerzas de atracción y repulsión que permiten la obtención de un cristal metálico. Si fuera posible que las superficies de contacto de las dos piezas que se desean unir estuvieran perfectamente lisas y libres de óxidos y de humedad, por el simple acto de superponerlas se obtendría la unión deseada. Pero, aún pulida por los métodos de mayor precisión, la superficie presenta crestas y valles a nivel microscópico, además suele haber una importante capa de óxido y humedad sobre la misma que impide el contacto a nivel interatómico. Normalmente, el acercamiento de los átomos periféricos se logra mediante el aporte de energía. Si dicha energía es calor, se pueden llegar a fundir los bordes de los metales, los cuales se mezclarán en estado líquido para que durante la solidificación se forme una nueva red cristalina. Si en vez de calor se aplica presión se produce, en primer término, la ruptura de la capa de óxido y luego se nivelan las crestas y valles por deformación plástica, permitiendo el contacto íntimo de las dos superficies y por lo tanto la unión metalúrgica. Antiguamente la unión soldada ejecutada por forja, aplicando conjuntamente calor y presión, representó el

único tipo de unión soldada en las piezas. En la actualidad, la energía utilizada en la mayoría de los procesos de soldadura se manifiesta en forma de calor y los procesos más comúnmente utilizados en la industria implican aportar suficiente calor para fundir localizadamente las piezas a unir. Generalmente estos procesos necesitan de material que se agrega, en estado líquido, al metal a soldar que se ha fundido. Siempre que haya fusión se forma un cordón de soldadura constituido por el metal base fundido y el metal aportado que, por lo general, tiene características microestructurales y apariencia superficial diferente al metal base no fundido. Procesos de soldadura | Cada proceso de soldadura ha sido desarrollado para resolver un problema específico o para satisfacer una necesidad especial. Tales procesos de soldadura se pueden clasificar en función del estado (líquido o sólido) en que se encuentra el material cercano a los bordes en el momento en que se efectúa la unión metalúrgica o interfase de la unión [1]. Esto da origen a cuatro grandes grupos: soldadura en fase sólida soldadura en fase sólido-líquido soldadura en fase líquida soldadura por resistencia Todos ellos proveen de una u otra manera, tres funciones básicas: 1- una fuente de calor que lleva al material a la temperatura a la cual puede ser soldado. 2- una fuente de protección del cordón o punto de soldadura para prevenir su contaminación que puede provenir de diferente origen. 3- una fuente de producción de elementos químicos que puede alterar beneficiosa o perjudicialmente la naturaleza del metal a soldar. En la tabla 1 se sintetizan estos procesos. Soldadura en fase sólida Cuando no se recurre a la fusión de los bordes de las piezas.

Soldadura en fase sólido-líquida Otra forma de lograr el desarrollo de las fuerzas de cohesión consiste en calentar las piezas a unir a temperaturas inferiores a la fusión e introducir un metal de aporte de menor punto de fusión que ellas, en estado líquido. No se utiliza presión y el metal de aporte se distribuye espontáneamente entre las superficies a unir por efecto de capilaridad. A este tipo de unión pertenecen: Soldadura por capilaridad a temperaturas elevadas mayores que 450 ºC, denominada Brazing. Soldadura por capilaridad a bajas temperaturas menores que 450 ºC, denominada Soldering. Soldadura en fase líquida El suministro de calor puede ser de características tales que se produzca la fusión de los bordes de las piezas a unir y del metal de aporte, si lo hubiera. En este caso se produce una mezcla de los líquidos provenientes de los elementos componentes. Los procesos basados en este principio cubren un alto porcentaje de las toneladas de metales que se sueldan a nivel global. A este grupo pertenecen los procesos de mayor utilización, principalmente aquellos que emplean como fuente de calor el arco voltaico, tales como: Soldaduras por arco con electrodo revestido (SMAW), también denominada corrientemente soldadura manual con electrodo revestido

Soldadura por arco sumergido (SAW)

Soldadura por arco eléctrico con protección gaseosa (GMAW), también denominada semiautomática con alambre macizo, bajo la sigla MAG-MIG Soldadura por arco con alambre tubular (o semiautomática alambre tubular) con o sin protección gaseosa (FCAW) Soldadura por arco eléctrico con electrodo de tungsteno bajo protección gaseosa (GTAW) también denominada corrientemente por medio de la sigla TIG NOTA: Las siglas para identificar los procesos indicadas entre paréntesis, corresponden a la simbología de la Sociedad Americana de soldadura, AWS (American Welding Society).

Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico

También pertenecen a este grupo los procesos de soldadura: Por impacto de haz de electrones (electron beam) Soldadura láser Existen también procesos de soldadura por fusión que obtienen el calor necesario a partir de reacciones químicas tales como: Combustión de gases (soldadura oxiacetilénica, soldadura oxídrica, soldadura oxigas) Aluminotermia Soldadura por resistencia En estos procesos el calor suministrado proviene del pasaje de una corriente a través de la interfase creada por las superficies a unir que con motivo de las imperfecciones y recubrimientos de óxidos poseen alta resistividad. Como consecuencia del calor generado los bordes alcanzan temperaturas muy cercanas a la de fusión o inclusive se produce la fusión de un pequeño volumen de metal. Al alcanzarse el estado mencionado se aplica presión para obtener el acercamiento a distancia interatómica requerido para la soldadura. Esta presión expulsa los óxidos y el exceso de metal fundido.

Tabla 1 | Clasificación de los procesos de soldadura

Energía térmica de la soldadura | Al describir el fundamento de los procesos por fusión señalamos que el acercamiento de las superficies a soldar, a distancia de orden interatómico, se logra mediante el aporte de calor altamente localizado hasta alcanzar la fusión de los bordes a unir y del metal de aporte, si lo hubiera. Al decir bordes a unir, nos referimos a la fusión de un espesor mínimo, cuyo valor ideal sería el que corresponda a la distancia entre átomos. En la práctica sabemos que esa distancia ideal se supera holgadamente y concecuentemente se produce la fusión de espesores considerables. En lo que se refiere a soldadura por arco manual, debido a la limitada penetración de este proceso, cuando se deben soldar piezas de espesores que superan unos pocos milímetros se hace necesario abrir un bisel, en los bordes de las mismas que permita el acceso del arco hasta asegurar una adecuada penetración a través del espesor remanente. Esto implica una posterior tarea de relleno de los chaflanes o biseles abiertos, lo que a su vez significa hacer entrar en fusión considerabes volúmenes provenientes del metal base y del metal de aporte. Cuando se emplea el proceso de soldadura por arco sumergido en el que es posible obtener penetración a gran profundidad, la necesidad de biseles con áreas importantes se observa en buena parte disminuída pero de igual manera el volumen del metal base fundido sigue siendo considerable. Designado con “a” el ancho de la zona fundida y con “t” la profundidad de la soldadura podemos decir que la junta óptima será aquella en que el cociente a/t se hace muy pequeño, figura 1.

En fase sólida

En fase sólido líquida

En fase líquida

Por resistencia

Forja

Difusión

Electrodo revestido (SMAW)

Punto

Fricción o rozamiento

Brazing

Arco sumergido (SAW)

Costura continua

Colaminación en frío

MIG-MAG (GMAW)

Proyección

Explosión

TIG (GTAW)

A tope

Colaminación en caliente

Plasma (PAW)

Flash o soldadura con destellos

Ultrasonido

Electroescoria (ESW)

Percusión o recalcado

Haz electrónico

Láser

Oxigas

Aluminotermia

Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico

t (a)

(b)

(c)

Figura 1 | Relación Ancho/Profundidad (a/t) en la unión soldada

Los modernos procesos de soldadura por plasma, rayo láser y por impacto de electrones constituyen importantes adelantos en este sentido. Este efecto se consigue al disponerse de una mayor densidad de energía calórica, en otros términos, cuanto mayor sea la cantidad de energía por unidad de superficie calentada tanto menor será el cociente a/t. Haciendo particular referencia a la soldadura por arco, hemos visto que en este proceso se emplea un arco voltaico para aplicar calor en una zona altamente localizada y producir la fusión de una pequeña zona de las piezas coincidentes con el arco y el extremo del electrodo. La energía, aporte térmico o calor aportado [1-6 ] por una soldadura de arco eléctrico queda determinada por la expresión: H V I 60

Siendo: H, cantidad de energía liberada por centímetro de soldadura, (calor aportado) expresada en Joule/cm (J/cm ó KJ/cm) V, tensión de arco expresada en volts (V) I, corriente del arco expresada en amperes (A) v, velocidad de avance de la soldadura, expresada en cm/min De esta energía liberada sólo una parte se utiliza para efectuar la soldadura, consumiéndose el resto en pérdidas por conducción, convección, radiación de la columna del arco y por salpicaduras. El rendimiento del arco, definido como el cociente entre la energía empleada en la soldadura y la energía liberada, varía para los diferentes procesos entre 20

y 85%. Este rendimiento es bajo para el proceso de soldadura TIG, alcanzando los mayores valores para la soldadura por arco sumergido y los procesos de soldadura GMAW y FCAW. De manera que el calor que realmente llega a la pieza, o calor aportado neto (Hnet) podrá expresarse afectando por un coeficiente f1 a la expresión de H. Resultará entonces:

Hnet f1 V I 60

Siendo f1, rendimiento de la transferencia de calor de la fuente de energía. Desde el punto de vista económico, así como metalúrgico y mecánico la condición tenderá a la ideal cuando se logra la fusión requerida con el mínimo aporte de calor lo que a su vez será posible cuanto más alto sea el valor de la intensidad de la fuente (medida por el cociente de la energía aportada sobre la sección calentada). En virtud de la conductividad térmica de los metales, el calor aportado para lograr la fusión se disipa por conducción hacia las zonas adyacentes, las que alcanzarán, según su ubicación respecto de la zona fundida , temperaturas que van desde la fusión hasta la inicial de las piezas antes de soldar. El cociente entre el calor de fusión y el calor total aportado se define como f2: rendimiento de la fusión del proceso. El arco eléctrico utilizado en soldadura | Haciendo particular referencia a la soldadura por arco hemos visto que en estos procesos se hace uso del arco voltaico (de características especiales) para aplicar calor en forma altamente localizada, de forma de conseguir la fusión simultánea de pequeñas zonas enfrentadas de las piezas y del metal de aporte si lo hubiera. La zona de fusión en la pieza avanza en coincidencia con el avance del arco a la velocidad de soldadura, al mismo tiempo se produce el enfriamiento y solidificación de la zona inmediatamente por detrás. El arco voltaico de soldadura puede ser definido como una “descarga sostenida de energía eléctrica a Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico

través de un plasma y a baja diferencia de potencial”. Un gas en estado ionizado se denomina plasma y se considera como un estado de la materia [1-7]. La cantidad de energía necesaria para ionizar los átomos dependerá del gas de que se trate y por lo tanto el calor puesto en juego variará al variar dicho gas. Las disociaciones moleculares comienzan a temperaturas del orden de los 1000 ºC y las ionización de orden atómico alrededor de los 3500 ºC. Es decir, si la temperatura es suficiente, un gas puede encontrarse con parte de sus moléculas disociadas en átomos y parte de sus moléculas disociadas en iones (con carga positiva y los electrones con carga negativa). El plasma es un estado capaz de conducir corriente (los gases en estado molecular no son conductores), permitiendo así cerrar un circuito eléctrico entre dos conductores metálicos (electrodos), generando un arco eléctrico. Es decir que las partículas ionizadas se trasladarán, atraídas por el polo de signo opuesto, al establecer una diferencia de potencial o tensión entre los mencionados electrodos. La figura 2 muestra un esquema del arco eléctrico. Las cargas de signo contrario se mueven en sentido opuesto: los electrones hacia el ánodo (polo positivo) y los iones positivos hacia el cátodo (polo negativo).

o en soldadura eléctrica, entre el electrodo y la pieza a soldar, puede ser dividido en tres zonas de generación de calor: el ánodo, el cátodo y el plasma. El arco de soldadura se caracteriza por una alta intensidad de corriente y baja tensión (50-300 A y 20-25 V para soldadura manual) que requiere una elevada concentración de electrones para el transporte de la corriente eléctrica. La cantidad de energía disipada por el arco eléctrico es relativamente baja si se compara con otras fuentes de calor utilizadas en soldadura. La ventaja del

18* 103 K 200 A 12 V 2400 W

15* 103 K 13* 103 K 12* 103 K

5 mm

10* 103 K

Figura 3 | Mapa isotérmico del arco eléctrico en grados Kelvin (ºK)

El espacio comprendido entre los dos electrodos,

1 2 3 4 5

Electrodo consumible Gota de metal fundido Columna plasma Pileta líquida Metal base

Lc La Lk da dk

Largo columna plasma Largo ánodo Largo cátodo diámetro ánodo diámetro cátodo

ANODO

IONES POSITIVOS

PLASMA

ELECTRONES (CORRIENTE)

CATODO

Figura 2 | Esquema del arco eléctrico y columna plasma [10] Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico

arco eléctrico es la gran concentración de calor y el alto rendimiento de energía disipada, que se consume en la fusión del electrodo y los bordes de la pieza a soldar. El calor generado en el ánodo y el cátodo es producido por la colisión electrónica e iónica respectivamente. La columna central del plasma es la parte más caliente, donde los átomos, iones y electrones se encuentran en un movimiento acelerado y en constante colisión. La zona que rodea a la columna central del plasma es la parte más fría y consiste en moléculas recombinadas de gas.

automáticamente anula dicha variación, restituyendo los parámetros originales. La velocidad de avance depende del soldador.

La figura 3 muestra el mapa isotérmico de un arco voltaico. Existe una gran diferencia entre el calor generado en el ánodo y el generado en el cátodo, lo que determina muchas veces el modo de uso del arco. Por ejemplo en soldaduras TIG con argón como gas protector, el electrodo de tungsteno como cátodo (negativo) puede usar alrededor de diez veces más corriente, sin fundirse, que cuando se usa como ánodo, ya que genera mucho más calor que el cátodo en este caso. Esto se debe a que el estado de ionización es bajo y el gran bombardeo de electrones sobre el ánodo es el que provoca el aumento relativo de temperatura de éste frente al cátodo. En general es mayor la cantidad de calor que se localiza en el baño de fusión cuando se utilizan electrodos consumibles, que cuando se emplean los no-consumibles; de esta manera se obtiene una gran eficiencia térmica y una zona afectada por el calor (ZAC) más estrecha en el metal base. Además del tipo de gas que conforma al plasma gaseoso, incidirán en el calor aportado sobre la pieza las variables o parámetros de soldaduras que son fijados en el momento de iniciar el trabajo, de acuerdo con las características del mismo.

Protección del metal fundido |

En relación a como se manejan dichos parámetros (intensidad de corriente, tensión de arco y la velocidad de avance), se estará frente a uno de los siguientes procesos: Manual: intensidad, tensión y velocidad de avance son gobernados, dentro de ciertos límites por el soldador. Proceso típico: soldadura con electrodo revestido (SMAW). Semiautomático: intensidad y tensión son parámetros inamovibles. Ante cualquier variación de éstos por causa del soldador la fuente de poder 10

Proceso típico: soldadura semiautomática GMAW (MIG-MAG) y FCAW (alambres tubulares) Automático: los tres parámetros se fijan de antemano. El soldador no puede incidir sobre ellos mientras suelda Proceso típico: soldadura por arco sumergido SAW

El metal fundido por el arco eléctrico es susceptible a la incorporación de elementos del aire, que resultan nocivos, desde un punto de vista metalúrgico, para el cordón de soldadura. Dichos elementos son: oxígeno (oxida al metal a alta temperatura), nitrógeno (forma nitruros de gran dureza y fragilización en frío en ciertos casos), hidrógeno (tiende a fragilizar el metal base). Esto hace necesario proteger la zona de influencia del arco por medio de un gas que elimine el aire de dicha zona. Dicho gas puede estar generado por la descomposición de elementos sólidos (por ejemplo: revestimiento del electrodo) o por la inyección de un gas de determinadas características que circunde la zona de fusión. Los distintos métodos de proteger el metal fundido y las distintas formas de gobernar los parámetros de soldadura dan origen a los distintos procesos de soldadura eléctrica. Soldadura manual con electrodo revestido (SMAW) | En la figura 4 se ilustra un circuito elemental de soldadura manual. La fuente de corriente alterna (CA) o continua(CC) provista de los controles necesarios se conecta por un cable con una pinza de masa a la pieza y por el otro a la pinza portaelectrodos, en contacto con el electrodo o consumible. Cuando éste hace contacto sobre la pieza y luego se retira una mínima distancia, se establecerá un arco eléctrico, quedando cerrado el circuito. El arco produce una temperatura superior a la necesaria para fundir la mayoría de los metales. El calor producido funde el metal base en la vecindad del arco y el metal de aporte, que en este caso sería el mismo electrodo. Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico

De esta manera se establece un baño de fusión o pileta líquida, que va solidificando a medida que el electrodo se mueve a lo largo de la junta. En la soldadura manual la corriente de soldadura quedará fijada aproximadamente por el diámetro del electrodo y la tensión de trabajo por el largo del arco y por el tipo de revestimiento. La energía aplicada podrá modificarse de manera restringida mediante la variación de la velocidad de avance. Una reducida velocidad de avance (cordones anchos) provoca un mayor calentamiento local de la pieza (que en muchos casos puede ser beneficioso desde el punto de vista metalúrgico), en cambio una mayor velocidad de avance se traducirá en un menor aporte de energía y de calentamiento zonal (que en otros casos podrá ser indispensable ya sea desde el punto de vista metalúrgico o bien para disminuir deformaciones). Variaciones involuntarias en el largo del arco (distancia electrodo-metal base) también implicarán variaciones en el calor aportado.

Fuente de poder

Pinza porta electrodo

Electrodo Arco Cable de masa

Pinza de masa

Cable de electrodo

Soldadura TIG (GTAW) | El calor necesario para la fusión es producido por un arco eléctrico intenso, establecido entre un electrodo de tungsteno virtualmente no consumible y el metal a ser soldado. El electrodo, la zona fundida, el arco y las zonas adyacentes se protegen de la contaminación ambiental con un gas inerte (argón o helio). El equipo utilizado consiste en una torcha portaelectrodo, equipada con conductos para el pasaje del gas protector y una tobera para dirigir dicho gas alrededor del arco. La torcha es alimentada de corriente por una fuente de poder de corriente continua o de alterna y puede además, estar refrigerada por agua lo que aumenta la capacidad de conducción de dicha corriente. El argón es el gas utilizado en la mayoría de aplicaciones. Se provee en tubos, en estado gaseoso y comprimido a unos 150 Kg/cm2. Es un gas pesado, inerte monoatómico, se obtiene de la atmósfera por destilación fraccionada del aire y debe ser de una pureza de 99,95% como mínimo. El gas protege adecuadamente la superficie superior del metal base pero no da protección a la cara inferior. Especialmente en espesores finos, la cara inferior se calienta lo suficiente para oxidarse y producir un cordón de penetración rugosa y oxidada. Para evitarlo hay que proteger la cara inferior ya sea con el mismo gas inerte (respaldo gaseoso) o apoyando sobre ella un respaldo metálico que impida el acceso del aire. Dicho respaldo puede ser de cobre, removible luego de efectuada la soldadura, o del mismo metal a soldar, que se funde incorporándose al cordón de soldadura. El electrodo utilizado es de tungsteno que, por su temperatura de fusión elevada (3400 ºC) y por ser excelente emisor electrónico, reune las condiciones favorables: vida útil, estabilidad y encendido del arco, capacidad de conducir corriente. El electrodo puede ser de tungsteno puro o aleado, por ejemplo con óxido de torio o zirconio. La aleación le aumenta la vida útil y su capacidad de conducir corriente.

Figura 4 | Proceso manual con electrodo revestido (SMAW) Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico

De ser necesario material de aporte para conformar el cordón éste se aplica con una varilla, de composición química similar al metal a soldar, que se sostiene por un extremo y se hace fundir dentro de la pileta líquida, de igual forma que en soldadura 11

oxiacetilénica. La necesidad de metal de aporte depende del espesor del material a soldar, del tipo de junta y de factores metalúrgicos. Regulador/Caudalímetro Torcha (refrigerada por aire o agua)

Pieza de trabajo

El equipo utilizado en soldadura MIG-MAG o GMAW, tal como se muestra en la figura 6, requiere de un mayor número de elementos que los dos procesos precedentes, según el siguiente detalle: Una fuente de energía eléctrica de corriente continua, de tensión constante.

Refrigerador (opcional)

Fuente de poder Gas de protección

Un devanador que alimente el alambre en forma continua. Consta de un mecanismo de tracción, compuesto por uno o dos pares de rodillos comandados por un motor eléctrico y una caja conductora. Una torcha en forma de pistola, que recibe alambre a través de un manguera flexible. En el extremo inferior posee un tubo de contacto, donde el alambre es energizado con la corriente de soldadura proveniente de la fuente. Rodeando el tubo de contacto, una tobera de cobre encauza y dirige el gas protector. Un contactor permite gobernar la salida del alambre y el gas. Tubo de gas, con reductor de presión, precalentador (en caso de usar CO2) y medidor de caudal. Gas de protección

Alambre Mecanismo de tracción

Figura 5 | Proceso TIG o GTAW

Las piezas de poco espesor usualmente son soldadas sin metal de aporte. En la figura 5 se esquematiza la soldadura TIG. Soldadura MIG-MAG (GMAW) | El arco eléctrico se genera entre un alambre desnudo alimentado en forma continua y la pieza a soldar. La protección del arco se efectúa por medio de un gas que puede ser inerte (argón o helio) o activo(dióxido de carbono, CO2).

Tubo de CO2

Rollo de alambre Torcha manual

Campana gaseosa Arco

Tubo de contacto

Fuente de poder

Metal Base

Al fundir el alambre se aporta al baño de fusión, por lo tanto debe tener una composición química tal que permita obtener las propiedades deseadas del cordón de soldadura y proveer, además, elementos desoxidantes que garanticen la calidad de dicho cordón. El CO2, utilizado para soldar acero al carbono, debe cumplir con los siguientes requisitos: Pureza mínima: 99,7% Hidrógeno y nitrógeno máximo: 0,15% Punto de rocío: -35ºC 12

Figura 6 | Proceso MAG-MIG o GMAW Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico

Utilizando el mismo tipo de equipamiento y principio de funcionamiento se ha desarrollado de manera importante una variante a la soldadura MIGMAG: el proceso de soldadura semiautomática con alambre tubular (FCAW). El alambre tubular consiste en un tubo metálico que es rellenado con un fundente (flux) o polvo metálico. Muchos alambres tubulares son utilizados con protección gaseosa del tipo activa, tanto con dióxido de carbono puro como mezcla de argón con 15 a 20 % de CO2. También puede utilizarse un alambre con un relleno que permita generar una adecuada protección de la pileta líquida respecto de la atmósfera, en este caso el alambre o la variante del proceso FCAW se denomina autoprotegido o de arco abierto.

completos en soldar una junta, comparado con los demás procesos de soldadura eléctrica. Rollo de alambre

Fuente de poder

Sistema de alimentación de alambre

Tolva con fundente

Dirección de soldura

Escoria

Fundente

Conexión a tierra

Soldadura por arco sumergido (SAW) | El arco eléctrico se genera entre un alambre desnudo, alimentado en forma continua y la pieza a soldar. La protección del arco se efectúa por medio de un fundente o flux granulado que se alimenta a través de una tolva y que cubre totalmente el arco haciendo innecesaria la protección de la vista. Dicho flux se funde por el calor del arco, formando una protección eficiente, proveyendo de elementos desoxidantes y eventualmente elementos de aleación al baño metálico. Tanto el alambre como el fundente deben tener una composición química adecuada para que, en combinación, conformen un cordón de soldadura que cumpla con los requisitos exigidos. El equipo necesario es complejo, requiriéndose los siguientes elementos:

Escoria Metal fundida de soldadura solificado

Tubo de contacto Fundente o Flux Electrodo de alambre

Escoria solidificada

Metal de soldadura en estado liquido

Arco

Metal Base

Una fuente de energía eléctrica de corriente continua y tensión constante o de corriente alterna. Un devanador que alimente el alambre en forma continua por medio de un mecanismo de tracción similar al utilizado en MIG-MAG. Una tolva que alimente el fundente Un mecanismo de traslación que desplace con velocidad regulable, alambre y fundente en forma automática a lo largo de la junta a soldar. La automatización del proceso permite trabajar con altas intensidades de corriente (hasta 1200 A) lo cual disminuye considerablemente los tiempos Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico

Figura 7 | Proceso de arco sumergido SAW 13

Aceros estructurales | El acero es una aleación relativamente compleja y los aceros comerciales disponibles no son aleaciones binarias de hierro y carbono, dado que contienen otros elementos secundarios presentes debido a los procesos de fabricación [8-12]. En estas condiciones será necesario considerar dos tipos fundamentales de aceros: Aceros al carbono: es la aleación hierro-carbono conteniendo generalmente 0,008 % hasta aproximadamente 2 % de carbono, además de ciertos elementos residuales resultantes de los procesos de fabricación. Aceros aleados: es el acero al carbono que contiene otros elementos de aleación o presenta los elementos residuales en contenidos por encima de los que son considerado normales.

Una clasificación muy útilizada para evaluar la soldabilidad de los aceros al carbono y de baja aleación, basada en la composición química o procesamiento es la siguiente:

Aceros de bajo carbono. Aceros de alto carbono. Aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA). Aceros templados y revenidos (HSQT) Aceros de baja aleación tratables térmicamente (HTLA). Aceros de procesos termo mecánicamente controlados (TMCP). Aceros al cromo-molibdeno.

Los aceros al carbono y de baja aleación presentan una variedad amplia de composición y propiedades mecánicas que permiten cubrir un gran campo de aplicaciones estructurales. Las clasificaciones pueden estar vinculadas con: formas de suministro, propiedades mecánicas, composición química, microestructura, usos o aplicaciones, etc., y pueden estar superpuestas en composición química. La tabla 2 resume los distintos efectos de los elementos más comunes de composición del acero.

Zona afectada por el calor ZAC

Metal base (MB) Metal de soldadura (MS)

Figura 8 | Zonas de la unión soldada [10]

Tabla 2 | Efectos de los distintos elementos de composición del acero. Elementos de composición Aleantes Microaleantes

Formadores Impurezas de carburos

Controladores Gases de la forma

Carbono Aluminio Molibdeno Azufre Silicato de calcio Nitrógeno Manganeso Vanadio Cromo Fósforo Tierras raras Oxígeno Silicio Niobio Vanadio Plomo (cerio, lantanio) Cobre Titanio Niobio Arsénico Molibdeno Boro Titanio Antimonio Níquel Tungsteno Calcio Cromo Zirconio Tungsteno Tierras raras Vanadio

Inclusiones no metálicas Óxidos Sulfuros

Efectos generales Endurecimiento Endurecimiento por solución por precipitación sólida y refinamiento de grano 14

Endurecimiento Efectos varios Mejora la Efectos varios Pueden reducir Pueden reducir tenacidad Pueden reducir la ductilidad la tenacidad la tenacidad y tenacidad

Deterioro de propiedades: Tenacidad y ductilidad

Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico

Regiones de la unión soldada: metal de soldadura y zona afectada por el calor La unión soldada se divide en dos regiones: el metal de soldadura (MS) y la zona afectada por el calor (ZAC) en el material base (MB), tal como se esquematiza en la figura 8. El metal de soldadura es la región que corresponde a la pileta líquida de la soldadura o la que alcanza la fusión completa. Desde el punto de vista metalúrgico en esta región ocurre un proceso de solidificación de relativa complejidad con la presencia de una microestructura primaria de granos columnares cuya morfología dependerá del modo de solidificación. A partir de la estructura primaria y como consecuencia de las subsiguientes transformaciones de estado sólido aparece una microestructura secundaria que confiere buena parte de las propiedades mecánicas del metal de soldadura y consecuentemente de la unión soldada. El metal de soldadura por su parte es resultado de un proceso de dilución entre el material o metal de aporte y el metal base [13]. En el acero al carbono o carbonomanganeso, particularmente de composición hipoeutectoide, el metal de soldadura presenta una microestructura secundaria de ferrita o ferrita y perlita. Dependiendo del tipo de morfología de la ferrita resultante serán sus propiedades mecánicas, particularmente la relación entre resistencia y tenacidad. En general un alto contenido de ferrita del tipo acicular resulta en un metal de soldadura con un buen nivel de tenacidad. Es necesario señalar que en pasadas múltiples se produce un efecto de refinamiento de la microestructura de la pasada o el cordón como consecuencia de un calentamiento por encima de la temperatura de transformación, por la acción de la pasada siguiente. Este efecto de tratamiento térmico produce una recristalización con refinamiento de grano, mejorando notablemente la tenacidad del metal de soldadura [3]. El metal de soldadura tiene una composición resultante que es consecuencia del aporte de metal base fundido en los bordes de la junta y el metal de aporte propiamente dicho. En consecuencia el MS es producto de la dilución entre ambos materiales; esta última se define en % como una relación, en la sección de la junta, entre el área de metal diferente al de aporte y el área total de la sección de la junta. Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico

Por su parte la ZAC es una región del metal base adyacente a la línea de fusión cuyo tamaño dependerá del aporte térmico de la soldadura. En la ZAC se producen transformaciones metalúrgicas de estado sólido, similares a las que ocurren en los tratamientos térmicos. La ZAC se puede subdividir en zonas diferenciadas desde el punto de vista microestructural en función del tipo de transformación que se produce en el acero. La zona adyacente a la línea de fusión está caracterizada por una microestructura de granos gruesos donde se alcanza una temperatura por encima del punto crítico superior del acero (Ac3) produciendo austenitización con crecimiento de grano. El efecto del grano grueso deteriora la tenacidad haciendo que la ZAC, en esa región, sea más susceptible a la propagación de una fisura. Además, dependiendo del aporte térmico, la velocidad de enfriamiento y la composición del acero pueden originarse, por transformación, fases duras o frágiles sensibles a la aparición de fisuras. A la región de grano grueso le sigue una región de transformación de fase que determina una microestructura de grano fino, en general, de buenas propiedades mecánicas. Finalmente tiene lugar una región subcrítica con transformaciones parciales, similares a las del recocido subcrítico de un acero, cuyo límite es la aparición de material base no afectado. La figura 9 muestra un esquema de la ZAC en la soldadura de una sola pasada [14] y la figura 10 para soldadura multipasada. Esta última permite un revenido tanto del metal de soldadura como de la ZAC, refinando la microestructura y mejorando las propiedades mecánicas de la misma. Soldabilidad La soldabilidad puede definirse como la mayor o menor facilidad que presenta un metal para ser soldado; permitiendo la obtención de soldaduras sanas, homogéneas, que respondan a las necesidades para las que fueron realizadas, incluyendo los requisitos de fabricación. Por su parte la definición establecida por el Instituto Internacional de Soldadura (International Institute of Welding, IIW) dice que: “un material metálico es considerado soldable, en un grado dado, para un proceso y para una aplicación específica, cuando una continuidad metálica puede ser obtenida 15

mediante el uso de un proceso adecuado, tal que la junta cumpla completamente con los requerimientos especificados tanto en las propiedades locales como en su influencia en la construcción de la cuál forma parte”. En el caso particular de la soldadura de aceros también la soldabilidad puede ser definida, simplemente, como la mayor o menor facilidad que presentan los aceros para ser unidos mediante soldadura. De esta forma podemos decir que la soldadabilidad de un acero depende en gran medida de su composición química, tanto por el contenido de carbono como de otros elementos de composición que actúan de manera análoga. Cuanto mayor sea el porcentaje en peso de carbono y otros elementos de composición mayor será la tendencia al aumento de templabilidad del acero y consecuentemente menor su soldabilidad. La templabilidad indica la tendencia a la formación de microestructuras de temple, martensíta, cuya susceptibilidad a la fisuración bajo determinadas condiciones de soldadura es muy importante. En los aceros las características de temple se evalúan a través de las curvas denominadas temperaturatiempo- transformación (TTT) [3,8], figura 11, que permiten medir la proporción de la transformación a temperatura constante (curvas isotérmicas). En soldadura para evaluar las transformaciones del acero, en relación con las características de soldabilidad que posea, se aplican curvas de enfriamiento continuo (CCT) [15], figura 12. Dichas curvas miden la proporción de la transformación en función del tiempo para una disminución continua de la temperatura. En las técnicas de tratamientos térmicos las curvas CCT son normalmente utilizadas para analizar las transformaciones en el acero que permitan establecer un camino para relacionar proceso con microestructura y propiedades mecánicas resultantes. Considerando que en las uniones soldadas se produce un proceso de enfriamiento relativamente rápido y continuo, de forma similar al tratamiento térmico del acero por aplicación de un medio de enfriamiento(agua, aceite, aire, sales, etc), se puede extender la aplicación de las curvas CCT para evaluar, en determinadas condiciones de soldadura y composición química del acero, la aparición de microestructuras con fases frágiles (martensita) o las denominadas zonas locales frágiles (ZLF o LBZ en nomenclatura inglesa)[16-17]. 16

ZAC

ZAC CG (CGHAZ) ZAC IC (ICHAZ)

Metal base (MB) Metal de soldadura (MS)

ZAC SC (SCHAZ) ZAC GF (FGHAZ)

ZAC CG (CGHAZ): Región de grano grueso o de crecimiento de grano ZAC GF (FGHAZ): Región de grano fino o de recistalización ZAC IC (ICHAZ): Región intercrítica o parcialmente transformada ZAC SC (SCHAZ): Región subcrítica o de recocido subcrítico

Figura 9 | Regiones de la ZAC en la soldadura de una sola pasada, entre paréntesis las siglas correspondientes a la nomenclatura en inglés [10]

ZAC CG IC(ICGHAZ ó IRCGHAZ): Región ZAC de grano grueso (1a pasada) recalentada intercríticamente (2a pasada) ZAC CG SC(SCGHAZ ó SRCGHAZ): Región ZAC de grano grueso (1a pasada) recalentada subcríticamente (2a pasada)

Figura 10 | Regiones de la ZAC en una soldadura multipasada, entre paréntesis las siglas correspondientes a la nomenclatura en inglés [10]

Una forma práctica de evaluar la soldabilidad es por medio de un parámetro denominado carbono equivalente(CE), el cual se expresa en un número dado como % de peso, que vincula al carbono y otras elementos de aleación que inducen la templabilidad del acero. Se han desarrollado una gran cantidad de fórmulas de CE [18], pero las más utilizadas o tomadas como referencias son las siguientes: Fórmula IIW

CE C (Mn+Si) (Cr+Mo+V) (Ni+Cu) 6 5 15 Fórmula de Ito y Bessyo

Pcm C Si Mn Cu Ni Cr Mo V 5B 30 20 20 60 20 15 10

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Cuanto mayor sea el valor del CE (%) menor será la soldabilidad del acero y deberán tomarse medidas de precaución para la soldadura de manera de evitar el riesgo a la aparición de fisuras. Con valores de CE (%), según la fórmula del IIW menores que 0,30 tendríamos una muy buena soldabilidad del acero para diferentes y variadas condiciones de soldadura.

Figura 11 | Diagrama esquemático temperatura/tiempo/transformación, curva TTT [10]

de enfriamiento y temperatura. Una forma de visualizar este problema es utilizando el denominado Diagrama de Graville [19]. El mismo permite una clasificación de los aceros en base a su soldabilidad asociada a problemas de fisuración en frío, en función del porcentaje de carbono y de elementos de aleación medidos a través del carbono equivalente del IIW. El diagrama agrupa a los aceros de acuerdo al tipo de curva de templabilidad (Ensayo de Jominy). La figura 13 muestra el diagrama de Graville en el cual se distinguen tres zonas: I; II y III. En la zona I los aceros tienen bajo carbono, consecuentemente aún bajo las condiciones más exigidas que puedan generarse durante la soldadura (elevado nivel de hidrógeno y alta restricción) no son muy susceptibles a fisuración. En la Zona II los aceros tienen altos contenidos de carbono y bajos elementos de aleación. Las curvas de templabilidad indican un amplio rango de durezas, con lo cual para evitar microestructuras sensibles a la fisuración deberá considerarse una disminución de la velocidad de enfriamiento de la ZAC, a través de un control en el aporte térmico y empleo de precalentamiento al conjunto soldado. En la zona III los aceros poseen elevado carbono y elementos de aleación, lo que les confiere un alto endurecimiento, por lo que la soldadura produciría microestructuras susceptibles a fisuración bajo cualquier condición. Por lo tanto, para evitar la fisuración en frío asistida por hidrógeno en los aceros ubicados en la zona III deberían emplearse procesos de soldadura y consumibles de bajo hidrógeno, precalentamiento y eventualmente tratamientos térmicos post-soldadura.

Figura 12 | Diagrama de enfriamiento contínuo, curva CCT, correspondiente a un acero del tipo 1,25 Cr - 0,50 Mo

La definición de soldabilidad en aceros se encuentra íntimamente asociada con la integridad estructural de la unión soldada de un material en relación con el riesgo a fisuración en frío asistida por hidrógeno. Este tipo de fisura implica la interacción de numerosas variables tales como: proceso de soldadura, materiales de aporte y base, nivel de hidrógeno, tensiones, velocidades Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico

Figura 13 | Diagrama de Graville 17

Determinación del precalentamiento en la soldadura de aceros estructurales Un factor que controla la microestructura de la ZAC, es su velocidad de enfriamiento, esta velocidad depende de los espesores del material base, la geometría de la unión, el calor aportado y la temperatura de precalentamiento. La velocidad de enfriamiento puede entonces ser usada, dentro de cierto rango, para prevenir la formación de microestructuras peligrosas en la ZAC. Tal como se ha establecido en párrafos anteriores, por efecto de la velocidad de enfriamiento pueden originarse en el acero estructuras metalúrgicas de elevada dureza por la transformación directa de austenita a martensita. Si calentamos el material, previamente a la soldadura, disminuimos el desnivel térmico desde la temperatura de fusión del acero, desplazando la curva de enfriamiento hacia la derecha del diagrama o curva TTT o, para el análisis de aceros bajo procesos de soldadura, la curva CCT. De este modo se favorecen las transformaciones metalúrgicas a estructuras más blandas que resultan menos frágiles y propensas a fisuración. La temperatura de precalentamiento tiene como principal función disminuir la velocidad de enfriamiento de la soldadura. Es la mínima temperatura que debe ser alcanzada en todo el espesor y en una zona suficientemente ancha a ambos lados de la junta del material base, antes que comience el proceso de soldadura y que normalmente debe mantenerse entre pasadas en caso de soldadura de pasadas múltiples. Se aplica localmente por resistencia eléctrica (mantas térmicas) o llama de gas y su medición se realiza, siempre que sea posible, en la cara opuesta a la que se está aplicando la fuente de calor por medio de termocuplas, lápices termo-indicadores, termómetros de contacto, etc. La temperatura de precalentamiento debe ser balanceada con el calor aportado durante la operación de soldadura de acuerdo al tipo de acero y en función de las propiedades requeridas para la junta. La temperatura de precalentamiento produce también un efecto importante en la velocidad de difusión del hidrógeno y previene la formación de martensita en aceros de alto carbono. Además tiene un efecto 18

secundario de reducir las tensiones residuales disminuyendo los gradientes térmicos asociados a la soldadura. El precalentamiento incluye la temperatura entre pasadas cuando se trata de soldadura en multipasadas. En general la temperatura de precalentamiento requerida en soldadura multipasadas es menor que para soldadura de simple pasada. En soldadura de multipasadas el calor de la segunda pasada disminuye la dureza de la ZAC que generó la primera pasada y acelera la migración de hidrógeno. Esto reduce notablemente la posibilidad de fisuración en frío en aceros soldados. La pasada en caliente realizada inmediatamente después de la pasada de raíz, técnica habitual en la soldadura de cañerías en campo, es muy efectiva para prevenir la fisuración en frío, dado que puede reducir la concentración de hidrógeno en aproximadamente un 30 a 40 % comparados con los casos de pasada de raíz solamente. Esta hace que la temperatura de precalentamiento necesaria se pueda disminuir entre 30 y 50 ºC aproximadamente. La pasada en caliente además, puede disminuir la dureza en la ZAC. Generalmente, en la práctica las temperaturas de precalentamiento pueden variar desde temperatura ambiente hasta los 450 ºC, en casos específicos puede ser aún mayor. Métodos predictivos para establecer la temperatura de precalentamiento Existen numerosos métodos de carácter predictivo propuestos para determinar o estimar la necesidad de precalentar en la soldadura de aceros [20-22]. Estos métodos consideran algunos o todos los factores que influyen en la fisuración en frío: composición química del acero, difusión de hidrógeno, calor aportado, espesor del metal base, tensiones residuales en la soldadura y restricción de la junta. Sin embargo, hay una considerable diferencia en la valoración de la importancia de estos factores entre los distintos métodos. Por ejemplo, el efecto de la composición química difiere de un método a otro en la evaluación de la importancia de cada elemento de aleación y por lo tanto pueden considerar distintos carbonos equivalentes (CE). Alguno de los métodos más conocidos y aplicados para el cálculo de la temperatura de precalentamiento son los siguientes: Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico

Norma British Standard BS 5135 Nomograma de Coe Criterio de Duren Criterio de Ito y Bessyo Criterio de Suzuki y Yurioka Método de Seferian Método del Instituto Internacional de Soldadura ANSI/AWS D1.1, Código de Estructuras Soldadas en Acero Método de la Carta

En el apéndice A de esta publicación se adjunta a modo de guía el nomograma de Coe, mientras que el apéndice B proporciona una tabla guía de orientación para temperaturas de precalentamiento en aceros clasificados según AISI-SAE. Ensayos de soldabilidad El fenómeno de fisuración en frío es de tal importancia práctica que se han desarrollado numerosos ensayos para estudiar la susceptibilidad de un material a la misma, permitiendo establecer una temperatura de precalentamiento adecuada que garantice una soldadura libre de fisuras [3, 8, 23, 24]. Es por ello que puede recurrirse a un análisis experimental mediante ensayos de soldabilidad a fin de establecer la temperatura de precalentamiento y el aporte térmico más adecuados para evitar la aparición de fisuras y de esta forma asegurar la integridad estructural de la unión soldada. Se han desarrollado diversos ensayos que permiten evaluar la soldabilidad y particularmente el riesgo a la fisuración en frío entre los que podemos mencionar:

Lehigh Tekken o JIS Slot WIC CTS TWI G-BOP Cruciforme Ranura circular

Los ensayos en todos los casos consisten en realizar soldaduras con las características, materiales y variables del proceso que se está analizando, pero bajo condiciones extremas de restricción física y térmica, que hacen propicia la aparición de fisuras y otros defectos. Normalmente se utilizan varias Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico

probetas que serán ensayadas a diferentes temperaturas de precalentamiento para determinar cual será el valor mínimo de la misma que verifique la no aparición de fisuras tanto para la ZAC como para el metal de soldadura. En la figura 14 (a) podemos observar un esquema del ensayo CTS donde se trabaja con un ángulo de 45° y bajo la restricción mecánica de un tornillo central y dos soldaduras laterales, previo a aplicar la soldadura de ensayo. Esta configuración impide la libre dilatación generando tensiones, que en caso de no ser óptimas las condiciones de soldabilidad, provocarán fisuras que luego serán detectadas mediante métodos visuales o ensayos no destructivos. Por su parte la figura 14 (b) muestra un ensayo similar pero con la placa en posición vertical y parcialmente sumergida en un baño de agua, agregando condiciones térmicas desfavorables. La figura 15 muestra la probeta para ensayo Tekken[25] donde la junta con bisel en Y inclinada provee una importante restricción; una vez aplicada la soldadura de ensayo se observa la presencia de fisuras por medio de ensayos no destructivos y exámenes metalográficos.

Figura 14 | Esquema de probeta para ensayo CTS, (a) en ángulo a 45º y (b) en baño de enfriamiento

Figura 15 | Probeta para ensayo Tekken 19

La influencia del hidrógeno El riesgo a figuración en frío en la soldadura de los aceros depende de varios factores mutuamente relacionados, no obstante la cantidad de hidrógeno introducido durante el proceso de soldadura es de fundamental importancia. Las principales fuentes de contaminación con hidrógeno para la soldadura son: la atmósfera, humedad e hidrocarburos (aceites, grasas, pinturas) en la superficie del metal base, solventes, humedad en el revestimiento del electrodo, humedad en el fundente o flux, etc. Los procesos y consumibles de soldadura pueden ser clasificados en relación con su contenido de hidrógeno en: de muy bajo, bajo, medio y alto nivel. Dependiendo de la cantidad de hidrógeno introducido en el metal de soldadura, en ml por cada 100 g de metal depositado, se establecen los siguientes niveles: Muy bajo, menor que 5 ml /100 g. Bajo, entre 5 y 10 ml /100 g. Medio, entre 10 y 15 ml /100 g. Alto, mayor que 15 ml /100 g. También aparece otro nivel denominado de extra bajo hidrógeno con valores menores que 3 ml /100 g. La figura 16 muestra las distribuciones estadísticas típicas del contenido de hidrógeno en el metal depositado para distintos procesos de soldaduras.

Discontinuidades y defectos en las soldaduras | A través de técnicas de inspección visual y ensayos no destructivos (END) es posible detectar, y en algunos casos medir, discontinuidades existentes en las uniones soldadas. Una “discontinuidad” es una interrupción estructural que dependiendo del riesgo que signifique para el objetivo de la pieza soldada se considera “defecto”. Un defecto en una soldadura puede constituir por su naturaleza, tamaño y concentración un motivo de no aceptabilidad en si mismo, pudiendo ser un iniciador de fallas en servicio. En general los códigos y reglamentos constructivos establecen criterios de aceptación y rechazo para la evaluación de las discontinuidades y defectos en las soldaduras; en la tabla 3 podemos observar una síntesis de las discontinuidades más comunes de encontrar en uniones soldadas, clasificados según su origen [1, 26]. Las discontinuidades también se pueden clasificar por su forma: Las de tipo plano o bidimensional, que son particularmente graves porque crean concentración de tensiones; ejemplos de este tipo son: las fisuras, falta de penetración, falta de fusión. Las discontinuidades volumétricas o tridimensionales, como poros e inclusiones, son menos concentradoras pero pueden afectar seriamente el área o sección resistente de las uniones soldadas. Las características a tener en cuenta en una discontinuidad serán: tamaño, agudeza, orientación y localización relativa a la soldadura. Selección y clasificación de materiales de aporte | La selección del material de aporte para una determinada unión soldada se basa fundamentalmente en dos criterios: la igualación de la resistencia con el material base o igualación de resistencia y similitud de composición química.

Figura 16 | Distribución estadística del contenido de hidrógeno para diferentes consumibles y procesos [11] 20

La igualación de resistencia es frecuentemente aplicada en la soldadura de aceros estructurales en general, mientras que la igualación por resistencia y composición química se aplica en aceros que contienen elementos característicos de aleación para conferir propiedades específicas relacionadas con el comportamiento en servicio. Este es el Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico

caso de los aceros destinados a aplicaciones tales como: altas temperaturas, bajas temperaturas o régimen criogénico, resistencia a la corrosión (aceros inoxidables), etc.

resistencia.

En algunos casos se puede presentar una variante a los criterios de selección mencionados en los párrafos de arriba, es la utilización de un material de aporte con una resistencia menor al material base. Dicha alternativa es definida cuando se busca que la soldadura actúe como fusible o cuando la resistencia de los materiales base excede el nivel de resistencia admisible y se define un material de aporte ajustado a la necesidad de resistencia estructural, privilegiando un buen nivel de ductilidad y tenacidad en el metal de soldadura.

Otros casos de uniones disímiles requerirán un análisis menos sencillo que el ejemplo dado para poder definir adecuadamente el aporte, como es el caso de la soldadura de un acero al carbono o de otro tipo con un acero inoxidable. Una vez definido el material de aporte, será especificado en un procedimiento de soldadura o para una solicitud de compra de acuerdo con la clasificación de las normas para materiales de aporte en soldadura por arco. Existen normas para aportes de soldadura con origen en diferentes países, tales como: AWS (USA), DIN, (Alemania) AFNOR (Francia), IRAM (Argentina), GOST (Rusia), JIS (Japón), entre otras e internacionales como Euronorm o ISO.

Otro caso particular lo constituyen las uniones soldadas de materiales disímiles, como es el caso de la soldadura de dos aceros de diferentes niveles de resistencia a la tracción o la soldadura de un acero inoxidable con un acero al carbono. Por ejemplo: el caso de dos aceros estructurales del mismo tipo pero de diferente resistencia mecánica requiere la selección de un material de aporte para la unión soldada que iguale al acero de menor

La clasificación de los materiales de aporte se realiza por proceso de soldadura; las normas de materiales de aporte de uso muy extendido internacionalmente son las correspondientes a la Sociedad Americana de Soldadura, AWS (American Welding Society). La tabla 4 brinda una guía básica de orientación para la selección de materiales de aporte para algunos aceros estructurales, tanto al carbono como aleados. [26]

Tabla 3 | Discontinuidades en uniones soldadas. Discontinuidades Referidas al diseño Originadas en el procedimiento y/o en el proceso de soldadura Originadas en relación Fisuras con el comportamiento metalúrgico de las uniones soldadas y el proceso de soldadura Porosidad Producidas o propagadas Fisuras en servicio Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico

Cambio de sección Concentradores de tensiones Desalineado Socavado Concavidad / convexidad Falta de penetración Falta de fusión Solapado Quemado Contracción Inclusiones Películas de óxidos Cráteres En caliente En frio De recalentamiento Desgarramiento laminar Localizada Uniforme Vermicular Fatiga Crecimiento estable dúctil Corrosión Creep Fragilización por revenido 21

Tabla 4 | Guía de selección básica de procesos y aportes para aceros estructurales ASTM Acero

Límite de Fluencia mínimo (MPa)

ASTM A36 250 ASTM A53 Grado B 250 ASTM A106 Grado B 240 ASTM A131 Grado A, B, CS, D, DS, E 235 ASTM A139 Grado B 241 ASTM A381 Grado Y35 240 ASTM A500 Grado A 228 Grado B 290 ASTM A501 250 ASTM A516 Grado 55 205 Grado 60 220 ASTM A524 Grado I 240 Grado II 205 ASTM A529 290 ASTM A570 Grado 30 205 Grado 33 230 Grado 36 250 Grado 40 275 Grado 45 310 Grado 50 345 ASTM A573 Grado 65 240 Grado 58 220 ASTM A709 Grado 36 250 API 5L Grado B 240 Grado X42 290 Grado A, B, CS, D, DS ABS Grado E

Resist. a la Tracción (MPa) 400-550 415 min 415 min 400-490 414 min 415 min 310 min 400 min 400 min 380-515 415-550 415-586 380-550 415-586 340 min 360 min 365 min 380 min 415 min 450 min 450-530 400-490 400-550 415 415 400-490 400-490

ASTM A131 Grado AH32, DH32, EH32 315 470-585 Grado AH36, DH36, EH36 350 490-620 ASTM A441 275-345 415-485 ASTM A516 Grado 65 240 450-585 Grado 70 260 485-620 ASTM A537 Clase 1 310-345 450-620 ASTM A572 Grado 42 290 415 min ASTM A572 Grado 50 345 450 min ASTM A588 (< 100 mm) 345 485 min ASTM A595 Grado A 380 450 min Grados B y C 415 480 min ASTM A6065 310-340 450 min ASTM A607 Grado 45 310 410 min Grado 50 345 450 min Grado 55 380 480 min ASTM A618 Grado Ib, II, III 315-345 450 min ASTM A633 Grado A 290 430-570 Grados C, D 345 485-620 (< 65 mm) ASTM A709 Grado 50 345 450 min Grado 50W 345 485 min ASTM A710 Grado A, Clase 2 . 380 450 min ASTM A808 (2-1/2 in y por debajo) 290 415 min ASTM A913 Grado 50 345 450 min API 2H Grado 42 290 550-430 Grado 50 345 485 min API 2W Grado 42 290-462 427 min Grado 50 345-517 448 min Grado 50T 345-551 483 min API 2Y Grado 42 290-462 427 min Grado 50 345-517 448 min Grado 50T 345-552 483 min API 5L Grado X52 360 455-495 ABS Grado AH32, DH32, EH32 315 490-620 Grado AH36, DH36, EH36 350 490-620 22

Especificación de proceso y material de aporte según AWS SMAW AWS A5.1 E60XX E70XX AWS A5.5 E70XX-X SAW AWS A5.17 F6XX-EXXX, F6XX-ECXXX F7XX-EXXX, F7XX-ECXXX AWS-A5.23 F7XX-EXX-XX, F7XX-ECXXX-XX GMAW y GTAW AWS A5.18 ER70S-X AWS A5.28 ER70S-XXX, E70C-XXX FCAW AWS A5.20 E6XT-X, E6XT-XM E7XT-X, E7XT-XM AWS A5.29 E7XTX-X, E7XTX-XM SMAW AWS A5.1 E7015, E7016 E7018, E7028 AWS A5.5 E7015-X, E7016-X E7018-X SAW AWS A5.17 F7XX-EXXX, F7XX-ECXXX AWS-A5.23 F7XX-EXX-XX, F7XX-ECXXX-XX GMAW y GTAW AWS A5.18 ER70S-X, E70C-XC AWS A5.28 ER70S-XXX, E70C-XXX FCAW AWS A5.20 E7XT-X, E7XT-XM AWS A5.29 E7XTX-X, E7XTX-XM

Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico

Acero

Límite de Fluencia Resist. a la Especificación de proceso mínimo (MPa) Tracción (MPa) y material de aporte según AWS

API 2W Grado 60 414-621 517 min API 2Y Grado 60 414-621 517 min ASTM A572 Grado 60 415 515 min Grado 65 450 550 min ASTM A537 Clase 2 315-415 550-690 ASTM A633 Grado E 380-450 515-690 ASTM A710 Grado A, Clase 2 < 50 mm 415-450 495 min ASTM A710 Grado A, Clase 3 > 50 mm 415-450 485 min ASTM A913 Grado 60 415 520 min ASTM A595 Grado 65 450 550 min

SMAW AWS A5.5 E8015-X, E8016-X E8018-X SAW AWS-A5.23 F8XX-EXX-XX, F8XX-ECXXX-XX GMAW y GTAW AWS A5.28 ER80S-XXX, E80C-XXX FCAW AWS A5.29 E8XTX-XX, E8XTX-XM

ASTM A709 Grado 70W 485 620-760 ASTM A852 485 620-760 ASTM A709 Grado100, 100W (< 65mm) 690 760-895 ASTM A514 (< 65 mm) 690 760-760 ASTM A517 620-690 725-930

SMAW AWS A5.5 E9015-X, E9016-X E9018-X SAW AWS-A5.23 F9XX-EXX-XX, F9XX-ECXXX-XX GMAW y GTAW AWS A5.28 ER90S-XXX, E90C-XXX FCAW AWS A5.29 E9XTX-XX, E9XTX-XM

Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico

SMAW AWS A5.5 E11015-X, E11016-X E11018-X SAW AWS-A5.23 F11XX-EXX-XX, F11XX-ECXXX-XX GMAW y GTAW AWS A5.28 ER110S-XXX, E110C-XXX FCAW AWS A5.29 E11XTX-XX, E11XTX-XM

Referencias |

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steels, Fatigue and Fracture Testing of Weldments. ASTM STP 1058, American Society of Testing and Materials, Philadelphia, 1990, p 272-299. [18] Fairchild, D.P. Fracture toughness testing of weld heat-affected zones in structural steel, Fatigue and Fracture Testing of Weldments. ASTM STP 1058, American Society of Testing and Materials, Philadelphia, 1990, p. 117-141. [19] B.A. Graville, B.A. Welding of HSLA (microalloyed) structural steels, Proceeding of International Conference, American Society for Metals, 1976, p 85-101. [20] Yurioka, N. Comparison of preheat predictive methods, IIW Doc. IX- 2025-02 [21] Vuik, J, Van Wortel, J. C. and Van Sevenhoven, C. Application of very low yield strength consumables in the root pass of weldments to avoid preheating, Welding in the World, 1994, vol.33, Nº 5, p 362-369. [22] Asta, E.P. El precalentamiento en la soldadura de aceros estructurales, Revista Soldar Conarco, N° 108( 1998), p 16-24 [23] Vuik, J. An update of the state of the art of weld metal hydrogen cracking, Welding in the World, 31 (1993), Nº 5, p 23-32. [24] Graville, B.A survey review of weld metal hydrogen cracking, Welding in the World, 24 (19863), p 190-198. [25] Quesada, H. Salazar, M, Asta E. P, Ensayos Tekken en un acero ASTM A514 GrB para determinar la temperatura de precalentamiento, Actas jornadas CONAMET - SAM 2004, La Serena, Chile, 2004. [26] AWS D1.1: Structural Welding Code- Steel, American Welding Society, 2000.

Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico

Apendice A | Cálculo de la temperatura de precalentamiento utilizando nomograma de Coe

Este método de predicción utilizando el nomograma de Coe1 está basado en el ensayo de severidad térmica controlada CTS aplicado en aceros Carbono- Manganeso(C-Mn), con un CEIIW en el rango entre: 0,40 a 0,54 % y el contenido de C entre: 0,15 a 0,25 %. La escala de CEIIW se selecciona en función del tipo de consumible, teniendo en cuenta el nivel de hidrógeno que deposita en la soldadura, preparación y grado de restricción de la junta. Se asignan cuatro letras cuyo criterio de selección puede asignarse de la siguiente forma:

Escala A: consumibles que aporten un metal de soldadura con un nivel de hidrógeno difusible mayor que 15 ml/ 100g. Escala B: consumibles que aporten un metal de soldadura con un nivel de hidrógeno difusible mayor que 10 ml/ 100g pero menor o igual que 15 ml/ 100g. Escala C: consumibles que aporten un metal de soldadura con un nivel de hidrógeno difusible mayor que 5 ml/ 100g pero menor o igual que 10 ml/ 100g, luego de un adecuado resecado. Escala D: consumibles que aporten un metal de soldadura con un nivel de hidrógeno difusible menor que 5 ml/ 100g, luego de un adecuado resecado. Espesor combinado (mm) = t1 + t2 + t3 según fig. A2

Hnet , Calor aportado [KJ/mm]

Hnet f1 V I 60

C Mn 6

Cr+Mo+V Ni+Cu 5 15

Figura A1 | Monograma de Coe. Determinación de la temperatura de precalentamiento para aceros C-Mn (válido hasta C= 0,25%) Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico

Una vez seleccionada la escala correspondiente (A, B, C o D) se ingresa al nomograma de Coe de la figura A1, con el valor de CEIIW calculado para el acero al carbono a ser soldado, trazando una vertical a partir de dicho valor en el lado izquierdo del nomograma. Luego se ingresa del lado derecho del gráfico con el valor del calor aportado neto (Hnet), considerando el factor f1 = 0,7 para el proceso de soldadura manual (SMAW), trazando una nueva línea vertical hasta interceptar una de las rectas representativas del espesor combinado de la unión que se está evaluando. Este espesor combinado se determinará utilizando el criterio de cálculo indicado en la figura A2.

Finalmente, a partir del punto de intercepción determinado en el lado derecho, se traza una línea horizontal hacia el lado izquierdo del gráfico provocando una nueva intercepción con la línea vertical inicialmente trazada, desde alguna de las escalas A, B, C o D. Este último punto de intercepción se ubicará próximo o sobre alguna de las rectas que representan una determinada temperatura de precalentamiento; si el punto se ubica entre líneas, en forma práctica se puede tomar la temperatura de precalentamiento correspondiente al mayor valor. Bailey, N et al. Welding steels without hydrogen cracking, Abington Publishing, 1990

Figura A2 | Cálculo del espesor combinado 26

Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico

Apendice B |

Guía de precalentamiento para aceros AISI-SAE Composición, en peso (%) SAE C Mn

Aceros al carbono Espesor de la pieza a soldar (mm) 2,5 5 10 25 50

250

220 260 320 360 380 390 400 420 440 450 480 490 500 510

250 290 330 370 390 400 410 430 450 460 490 500 510 520

Aceros de corte libre Espesor de la pieza a soldar (mm) 2,5 5 10 25 50

250

1030 0,28 - 0,34 0,60 - 0,90 - - 70 1035 0,32 - 0,38 0,60 - 0,90 - - 140 1040 0,37 - 0,44 0,60 - 0,90 - - 240 1045 0,43 - 0,50 0,60 - 0,90 60 240 300 1050 0,48 - 0,55 0,60 - 0,90 170 290 330 1052 0,47 - 0,55 1,20 - 1,50 200 300 340 1055 0,50 - 0,60 0,60 - 0,90 240 320 350 1060 0,50 - 0,65 0,60 - 0,90 280 340 370 1065 0,60 - 0,70 0,60 - 0,90 320 370 400 1070 0,65 - 0,75 0,60 - 0,90 330 380 410 1080 0,75 - 0,88 0,60 - 0,90 380 420 450 1085 0,80 - 0,93 0,70 - 1,00 400 440 460 1090 0,85 - 0,98 0,60 - 0,90 410 450 470 1095 0,90 - 1,03 0,30 - 0,50 420 460 480

Composición, en peso (%) SAE C Mn S

ºC 180 220 290 340 360 390 380 400 430 440 470 480 490 500

1132 0,27 - 0,34 1,35 - 1,65 0,08 - 0,13 - - 19 0 1137 0,32 - 0,39 1,35 - 1,65 0,08 - 0,13 - - 14 0 1141 0,37 - 0,45 1,35 - 1,65 0,08 - 0,13 - 180 250

ºC 260 220 300

290 260 320

Aceros al manganeso (menos de 2 % de Mn) Composición, en peso (%) Espesor de la pieza a soldar (mm) SAE C Mn Si 2,5 5 10 25 50 ºC 1320 0,18 - 0,23 1,60 - 1,90 0,20 - 0,35 - - - 150 1330 0,28 - 0,33 1,60 - 1,90 0,20 - 0,35 - - 130 230 1335 0,33 - 0,38 1,60 - 1,90 0,20 - 0,35 - 100 180 270 1340 0,38 - 0,43 1,60 - 1,90 0,20 - 0,35 - 190 260 310

Composición, en peso (%) SAE C Mn Si

2317 0,15 - 0,20 0,40 - 0,60 0,20 - 0,35 3,25 - 3,75 - - - 2330 0,28 - 0,33 0,60 - 0,80 0,20 - 0,35 3,25 - 3,75 - - 110 2340 0,38 - 0,43 0,70 - 0,90 0,20 - 0,35 3,25 - 3,75 160 230 290 2345 0,43 - 0,48 0,70 - 0,90 0,20 - 0,35 3,25 - 3,75 180 290 330 2515 0,12 - 0,17 0,40 - 0,60 0,20 - 0,35 4,75 - 5,25 - - - Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico

250

210 260 290 320

Aceros al níquel Espesor de la pieza a soldar (mm) Ni 2,5 5 10 25 ºC 140 240 330 370 160

310 290 330

240 280 300 340

250

200 270 350 380 220

230 290 360 390 240 27

Aceros al níquel-cromo Composición, en peso (%) Espesor de la pieza a soldar (mm) SAE C Mn Si Ni Cr 2,5 5 10 25

250

160 220 270 310 350 360 390 420 380 360

220 250 290 330 370 380 400 430 390 370

240 270 310 340 380 390 410 440 400 380

3115 0,13 - 0,18 0,40 - 0,60 0,20 - 0,35 1,10 - 1,40 0,55-0,75 - - 3120 0,17 - 0,22 0,60 - 0,80 0,20 - 0,35 1,10 - 1,40 0,55-0,75 - - 3130 0,28 - 0,33 0,40 - 0,60 0,20 - 0,35 1,10 - 1,40 0,55-0,75 - 70 3135 0,33 - 0,38 0,40 - 0,60 0,20 - 0,35 1,10 - 1,40 0,55-0,75 - 180 3140 0,38 - 0,43 0,70 - 0,90 0,20 - 0,35 1,10 - 1,40 0,55-0,75 140 270 3141 0,43 - 0,48 0,70 - 0,90 0,20 - 0,35 1,10 - 1,40 0,70-0,90 150 280 3145 0,43 - 0,48 0,70 - 0,90 0,20 - 0,35 1,10 - 1,40 0,70-0,90 250 330 3150 0,48 - 0,53 0,70 - 0,90 0,20 - 0,35 1,10 - 1,40 0,70-0,90 300 360 3240 0,38 - 0,45 0,40 - 0,60 0,20 - 0,35 1,65 - 1,20 0,90-1,20 220 300 3310 0,08 - 0,13 0,45 - 0,60 0,20 - 0,35 3,25 - 3,75 1,40-1,75 150 280

Composición, en peso (%) SAE C Mn Si

ºC - 100 200 260 320 330 360 390 340 320

Aceros al molibdeno Espesor de la pieza a soldar (mm) Ni 2,5 5 10 25

4023 0,20 - 0,25 0,70 - 0,90 0,20 - 0,35 0,20 - 0,30 - - 70 4027 0,25 - 0,30 0,70 - 0,90 0,20 - 0,35 0,20 - 0,30 - - 110 4032 0,30 - 0,35 0,70 - 0,90 0,20 - 0,35 0,20 - 0,30 - - 150 4037 0,35 - 0,40 0,75 - 1,00 0,20 - 0,35 0,20 - 0,30 - 130 240 4042 0,40 - 0,45 0,75 - 1,00 0,20 - 0,35 0,20 - 0,30 130 240 300 4047 0,45 - 0,50 0,75 - 1,00 0,20 - 0,35 0,20 - 0,30 200 300 340 4063 0,60 - 0,67 0,75 - 1,00 0,20 - 0,35 0,20 - 0,30 340 390 420 4068 0,64 - 0,72 0,75 - 1,00 0,20 - 0,35 0,20 - 0,30 360 400 430

Aceros al cromo-molibdeno Composición, en peso (%) SAE C Mn Si Cr Mo 2,5

ºC 180 210 250 290 340 370 440 450

250

230 250 280 320 360 380 450 460

250 270 290 330 370 390 460 470

Espesor de la pieza a soldar (mm) 5 10 25 50 250

4119 0,17 - 0,22 0,70 - 0,90 0,20 - 0,35 0,40 - 0,60 0,20 - 0,30 - - 150 4125 0,23 - 0,28 0,70 - 0,90 0,20 - 0,35 0,40 - 0,60 0,20 - 0,30 - 110 210 4130 0,28 - 0,33 0,40 - 0,60 0,20 - 0,35 0,80 - 1,10 0,15 - 0,25 - 110 230 4137 0,35 - 0,40 0,70 - 0,90 0,20 - 0,35 0,80 - 1,10 0,15 - 0,25 150 280 330 4140 0,38 - 0,43 0,75 - 1,00 0,20 - 0,35 0,80 - 1,10 0,15 - 0,25 250 330 360 4145 0,43 - 0,48 0,75 - 1,00 0,20 - 0,35 0,80 - 1,10 0,15 - 0,25 310 370 390 4150 0,48 - 0,53 0,75 - 1,00 0,20 - 0,35 0,80 - 1,10 0,15 - 0,25 350 400 420

ºC 250 280 290 360 390 420 450

280 300 310 370 400 430 460

300 320 330 380 420 440 470

Aceros al níquel-cromo-molibdeno Composición, en peso (%) Espesor de la pieza a soldar (mm) SAE C Mn Si Ni Cr Mo 2,5 5 10 25 50 250 4320 0,17 - 0,22 0,45 - 0,65 0,20 - 0,35 1,65-2,00 0,40 - 0,60 0,20 - 0,30 - 180 260 4340 0,38 - 0,43 0,60 - 0,80 0,20 - 0,35 1,65-2,00 0,70 - 0,90 0,20 - 0,30 350 400 420

ºC 310 450

330 460

340 470

Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico

Aceros al níquel-molibdeno Composición, en peso (%) SAE C Mn Si Ni Mo 2,5

Espesor de la pieza a soldar (mm) 5 10 25 50 250

4615 0,13 - 0,18 0,40 - 0,65 0,20 - 0,35 1,65-2,00 0,20 - 0,30 - - 70 4620 0,17 - 0,22 0,50 - 0,65 0,20 - 0,35 1,65-2,00 0,20 - 0,30 - - 100 4640 0,38 - 0,43 0,60 - 0,80 0,20 - 0,35 1,65-2,00 0,20 - 0,30 130 270 320 4815 0,13 - 0,18 0,40 - 0,60 0,20 - 0,35 3,25-3,75 0,20 - 0,30 - - 105 4820 0,18 - 0,23 0,50 - 0,70 0,20 - 0,35 3,25-3,75 0,20 - 0,30 - - 190

Composición, en peso (%) SAE C Mn Si

ºC 190 220 350 230 270

230 240 370 250 290

Aceros al cromo Espesor de la pieza a soldar (mm) Cr 2,5 5 10 25

5120 0,17 - 0,22 0,70 - 0,90 0,20 - 0,35 0,70 - 0,90 - - 70 5130 0,18 - 0,33 0,70 - 0,90 0,20 - 0,35 0,80 - 1,10 - - 170 5140 0,38 - 0,43 0,70 - 0,90 0,20 - 0,35 0,70 - 0,90 - 230 280 5150 0,48 - 0,53 0,70 - 0,90 0,20 - 0,35 0,70 - 0,90 270 340 370 52100 0,95 - 1,10 0,25 - 0,45 0,20 - 0,35 1,30 - 1,60 440 470 500

Aceros al cromo-vanadio Composición, en peso (%) SAE C Mn Si Cr V 2,5

ºC 180 250 330 400 520

250

230 280 340 410 530

250 300 360 420 540

Espesor de la pieza a soldar (mm) 5 10 25 50 250

6150 0,48 - 0,53 0,70 - 0,90 0,20 - 0,35 0,80-1,10 0,15 mín. 330 380

ºC

400

430

Aceros al silicio-manganeso Composición, en peso (%) Espesor de la pieza a soldar (mm) SAE C Mn S 2,5 5 10 25 50 9255 0,50- 0,60 0,70 - 0,95 1,80 - 2,20 280 340 370 9260 0,55- 0,65 0,70 - 1,00 1,80 - 2,20 300 360 390

Fundamentos de la soldadura por arco eléctrico

260 270 380 260 310

ºC 400 420

410 430

440

450

250 420 440

Notas |

Fundamentos de la soldadura por arco elĂŠctrico

ATENCION | Los contenidos de esta publicación están basados en información de diferentes fuentes, algunas de las cuales han sido

incluidas en la lista de referencias. ESAB- CONARCO, FLS y el autor no se responsabilizan por la precisión de la información o por cualquier daño, imprevisto o indirecto, perjuicio comercial o incidentes similares que pudieran ser causados por la implementación de medidas o acciones descriptas en esta publicación.

Seguridad en soldadura | la aplicación de una técnica industrial como la soldadura por arco eléctrico obliga a la aplicación de prácticas de protección adecuadas, para tal fin ESAB- CONARCO y FLS recomiendan la lectura de su publicación titulada: Riesgos & Precauciones en Soldadura y Corte.

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