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METALURGIA DE LA
SOLDADURA
S O L D A D U R A : D E F I N I C I Ó N .
C O N D I C I O N E S
P R O C E S O S D E D I S T R I B U C I Ó N D E C A L O R
C I C L O T E R M I C O
A P O R T E D E C A L O R
T R A N S F O R M A C I O N E S M I C R O E S T R U C T U R A L E S .
1
Prof. Ing. Jorge Perozo

SOLDADURA
Definiciones
 Soldadura
esa
a
y
 haciendo
enlace
la
 La AWS (American Welding Society), define la Soldadura
como una coalescencia localizada de metal, en donde esa
conglutinación se produce por el calentamiento a
temperaturas adecuadas con o sin la aplicación de presión y
con o sin la utilización de metal de aporte.
 Realización de una unión entre dos piezas de metal haciendo
uso de las fuerzas de cohesión que derivan de un enlace
metálico, utilizando las fuerzas interatómicas para lograr la
concreción de un empalme resistente.
2

SOLDADURA CONDICIONES
• Calor: Unión.Energía:
• SuperficiesLimpieza:
• Costura,
Cordón
Protección:
• Microestructuras
• Propiedades
Control
Metalúrgico:
METALURGIA DE LA SOLDADURA
3

Tiene que existir una fuente de calor desde
donde se obtiene la energía necesaria para
elevar la temperatura del metal que se va a
soldar, así como del metal que se funde como
metal de aportación (en el caso que se
requiera).
Ese calor necesario para la soldadura se
obtiene a cuenta de la transformación en
energía eléctrica, mecánica, química,
radiante, etc.
4

actualidad están relacionados con
La mayoría de los métodos y
procesos de la soldadura en la
actualidad están relacionados con
el calentamiento y el enfriamiento
local del material a soldar.
Los problemas que ocurren
relacionados con los procesos
térmicos durante la soldadura son
de gran importancia en la
producción soldadura moderna.
5

ZONA TERMICAMENTE AFECTADA
TERMOGRAFIA DE SOLDADURATERMOGRAFIA DE SOLDADURA
6

Para el estudio de los procesos térmicos durante la
soldadura hay que tener en consideración el estado
térmico del metal para lograr explicar con profundidad
la mayoría de los fenómenos que se observan durante
la soldadura.
Según el grado de calentamiento que sufre la pieza
durante su recuperación por métodos de soldadura,
resulta de vital importancia conocer el dominio de las
transformaciones que se pueden generar en el metal
base, para el restablecimiento de las propiedades de
explotación de las piezas.
7

COVERSION DE ENERGÍA PARA SOLDADURACOVERSION DE ENERGÍA PARA SOLDADURA
RESISTENCIA
ELECTRICA
Paso de corriente aplicada a
zona de unión.
TERMOQUIMICOS
Reacciones exotérmicas, llamas
MECANICOS
Por impacto o fricción,
deformación plástica.
ENERGÍA RADIANTE
Haz de energía enfocado
en zona de unión.
ARCO ELECTRICO
Arcos de corriente
continua o alterna
8

Proceso de Fusión
El calor suministrado
provocará determinados
efectos sobre
La microestructura del
metal que se suelda :
ZONA afectación térmica.
Esfuerzos térmicos,
Desplazamientos de
metal
Deformaciones y
Tensiones residuales.
• Fuente energía.
• Gradiente de
temperatura
APLICACIÓN
DE CALOR
INTENSO
• Velocidad de
soldadura.
• Velocidad de
Unión.
TIEMPO DE
APLICACIÓN.
• Disipación.
• Drenaje de
calor.
• Latencia.
ENFRIAMIENTO
SOLIDIFICACIÓN
METALURGIA DE LA SOLDADURAMETALURGIA DE LA SOLDADURA
EFECTOS TERMICOS
9

CICLO TÉRMICO
Temperatura
máxima
Velocidad de
calentamiento
Velocidad de
enfriamiento.
Permanencia por
encima de T.
EFECTOS TERMICOS
10

TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO
GRADIENTE DE INICIO
SUBENFRIAMIENTO
TEMPLABILIDAD.
VELOCIDAD DE
ENFRIAMIENTO
N| DE PASADA.
GEOMETRÍA O CONFIGURACIÓN .
TIPO DE JUNTA DIMENSIONES DE RANURA ESPESOR DE METAL BASE.
PROPIEDADES TERMO FÍSICAS DEL MATERIAL.
FLUJO DE CALOR:
Entrada; DRENAJE DE
CALOR.
CONDUCTIVIDAD
TÉRMICA
DIFUSIVIDAD TÉRMICA.
CALOR ESPECÍFICO,
CALOR LATENTE.
REGIMEN DE SOLDADURA
Tipo de Proceso Velocidad de soldadura
(MM/S).
VELOCIDAD DE UNIÓN.
EFECTOS TERMICOS
11

Flujo de calor según
geometria de la pieza
Flujo de calor según
geometria de la pieza
Difusividad térmicaDifusividad térmica
Metal Valor c. gs
Plata 1,7
Cobre 1,1
Aluminio 0,9
Níquel 0,14
Acero 0,11
Titanio 0,06
Nimonic 0,035
EFECTOS TERMICOS
12

Velocidades de UniónVelocidades de Unión Calor específicoCalor específico
Proceso mm2/s
Oxiacetilénica, acero 1,6-5,4
Arco Metálico Manual Acero. 17-27
Arco sumergido, Acero 43-86
Resistencia A.F. Acero 650-975
Resistencia por puntos, Acero 43-107
Haz de electrones Hasta 200
Arco Atm. Inerte, Aluminio 34-41
Resistencia A.F. Aluminio 650-1400
Sustancia Ce (cal/gr.ºC)
Agua 1.00
Hielo 0.55
Vapor de agua 0.50
Aluminio 0.22
Vidrio 0.20
Hierro o.11
Latón 0.094
Cobre 0.093
Plata 0.056
Mercurio 0.033
Plomo 0.031
EFECTOS TERMICOS
13

EL APORTE TÉRMICO DEPENDE DE
Tensión e intensidad de
soldeo, siendo mayor el aporte
térmico cuanto mayor son
estas variables
La velocidad de soldeo,
cuanto menor es , mayor será
la energía aportada
APORTE TÉRMICO
es el calor aportado para
realizar la soldadura
es una variable muy
importante a efectos de la
calidad de la unión
(f)
Rendimiento térmico.
Siendo (f) el
Rendimiento térmico.
Rendimiento térmicoRendimiento térmico
por tipo de proceso
EFECTOS TERMICOS
14

Parámetros de soldeo Cordón recto (a)
Cordón con oscilación
lateral (b)
Tensión (V) 25 25
Intensidad (A) 150 150
Tiempo de fusión de un electrodo
(seg.)
70 70
Longitud del cordón (mm) 220 110
Velocidad de soldeo (mm/seg)
(220/70) =3,14 (110/70) = 1,57
Rendimiento térmico 1 1
Aporte térmico Julius/mm) (25x150) 3,14 = 1,19 (25x150)/1,57=2,38
Calculo del Aporte de Calor
EFECTOS TERMICOS
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FLUJO TÉRMICOFLUJO TÉRMICO ANALISISANALISIS
ETAPA DE
NIVELACIÓN
ESTADO CUASI
ESTACIONARIO
PERIODO
TERMOSATURACION
DETERMINACION
DE LA ZAC
Distribución de
temperaturas .
Diagrama de Fe-C
Composición
química.
16

ZONA AFECTADA POR EL CALOR
(ZAC; HAZ, ZAT)
ZONA AFECTADA POR EL CALOR
(ZAC; HAZ, ZAT)

 es el volumen de material en o cerca



soldado por resistencia es minimizar
 Zona afectada por el calor
 es el volumen de material en o cerca
de la soldadura, cuyas propiedades
han sido alteradas debido al calor de
la soldadura.
 Debido a que el proceso de soldado
se basa en calentar dos piezas, es
inevitable que haya una HAZ .
 El material que se encuentra dentro
de la HAZ sufre un cambio que
puede o no resultar beneficioso para
la unión soldada.
 En general, el objetivo de un buen
soldado por resistencia es minimizar
la HAZ.
DEFINICIONDEFINICION
17

ZONAS ZAC - ALEACION FE C
Zona 1: Fusión
Incompleta.
Zona 2:
Sobrecalentamiento
Zona 3: Normalización.
Zona 4: Recristalización
incompleta.
ZONA 5. Recristalización
completa.
18

MICROESTRUCTURASMICROESTRUCTURAS
ZONA AFECTADA POR EL
CALOR (ZAC)
CALOR (ZAC)
19

ZAC Y TEMPLABILIDADZAC Y TEMPLABILIDAD DIAGRAMA TTTDIAGRAMA TTT
20

MICROESTRUCTURASMICROESTRUCTURAS ZONAS DEL ZACZONAS DEL ZAC
• Metal de SoldaduraMS
• Zona Recristalizada
grano grueso.ZRG:
• Zona Recristalizada
Grano Fino.ZRF
• Zona subcritica.ZSC:
• Metal base
Revenida.MBR
21

MICROESTRUCTURASMICROESTRUCTURAS
CALOR (ZAC)
CALOR (ZAC)
22

CURVA DE DUREZA ZACCURVA DE DUREZA ZAC DUREZA EN ZACDUREZA EN ZAC
23

DILUCIÓN
 Dilución es la proporción
en la que el metal base, o
de soldadura previamente
depositada, participa, a
través de su propia fusión,
en la composición química
de la zona fundida.
 La dilución se expresa,
convencionalmente, como
el porcentaje de metal base
fundido e incorporado a la
soldadura
SOLDABILIDAD
SOLDABILIDAD
24

SOLDABILIDAD
SOLDABILIDAD
Según 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 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
cual forma parte”
La Soldabilidad del acero mide la capacidad de este que tiene a ser soldado, y depende
mucho no solo del material base que va a ser soldado, sino que también depende mucho del
material de aportación que se utilice para soldarlo.
Un parámetro realmente útil para evaluar la soldabilidad de un acero blando, duro … es el
concepto de Carbono Equivalente que compara con las propiedades de un acero simple, con
las diferentes soldabilidades de cualquier aleación de acero.
El Carbono Equivalente o CEV) se utiliza en metales ferrosos como el acero al carbono, en
hierro fundido… determina las diversas propiedades de una aleación cuando se utiliza como
algo más que una aleación de carbono.
25

Como regla general, un acero se considera soldable si el carbono equivalente, obtenido según la
fórmula anterior, es menor a 0,4%.
La AWS establece que para un contenido de carbono equivalente por encima de 0,40% hay un
potencial de agrietamiento en la zona afectada por el calor en los bordes de corte y soldaduras.
CARBONO EQUIVALENTE
Parámetro útil para Evaluar la
soldabilidad comparando con
las propiedades de un acero
simple, las diferentes
soldabilidades de cualquier
aleación de acero.
Es 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, pero las más utilizadas o
tomadas como referencias son
las siguientes:
SOLDABILIDAD
SOLDABILIDAD
Esta ecuación fue desarrollada para medir la
tendencia a la fisuración por hidrógeno en
acero también se utiliza para evaluar el
endurecimiento o templabilidad del acero.
Fórmula de Ito y Bessyo, Japón.: caracteriza
mejor el efecto de los elementos de aleación en
los aceros al carbono de alta resistencia y baja
aleación o aceros micro aleados
26

Factores que influyen en la Soldabilidad.
Además del cálculo del Carbono
Equivalente, parámetro, hay que
tomar en cuenta otros factores para
evaluar la soldabilidad del acero en
cuestión, ya que ésta no solo
depende de la composición química
del mismo.
Estos factores van a condicionar las
elecciones de la temperaturas de
precalentamiento así como la
elección adecuada de un
tratamiento térmico post-soldadura.
Los otros factores a tener en cuenta, que
influyen también en la soldabilidad del
acero como pueden ser :
El espesor de las piezas a soldar,
El espesor de la junta,
 La elección del material de aporte
El tipo de soldadura utilizada,
Las tensiones mecánicas
desarrolladas,
La historia térmica del material
SOLDABILIDAD
SOLDABILIDAD
27

DIAGRAMA DE GRAVILLE: Permite
evaluar la necesidad de pre calentamiento o tratamiento
térmico post soldadura basada en conceptos de composición
química (no considera espesor), en el mismo se grafica la
relación entre Carbono y el Carbono Equivalente
La Figura muestra el
diagrama de Graville,
considera 3 zonas.
Zona I: Aceros de bajo
carbono y bajo
endurecimiento no
susceptibles a fisuras.
Zona II: Aceros con mayor
porcentaje de Carbono y
bajo endurecimiento, el
riesgo a fisuras en la ZAC
puede ser evitado mediante
el control de la velocidad
de enfriamiento, por medio
del aporte térmico o en
menor extensión el pre
calentamiento.
Zona III: Aceros con elevado
porcentaje de carbono y
alto endurecimiento y en
todas las condiciones de
soldadura pueden producir
micro estructuras
susceptibles a fisuras.
28

Pre
Calentamiento:
Calidad final
requerida a la
unión
Consiste en el calentamiento
de la junta previo a la
soldadura . Su
Suprincipal efecto es reducir la
velocidad de enfriamiento de
la unión soldada.
VENTAJAS:
• Evitar el templado. •
Aumentar la difusión de
hidrógeno en la junta.
Disminuir las pérdidas de calor.
Eliminar la humedad
DESVENTAJAS:
Aumenta la extensión de la ZAC.
Es costoso
Imprescindible, en aquellos
materiales que presentan
problemas de soldabilidad
Post
Calentamiento:
Mejorar alguna propiedad o
característica de la soldadura
o de la ZAT
Reducir el nivel de tensiones
residuales
PREVENIR
Fisuración por el Hidrógeno
difusible en el metal de
soldadura o ZAC:
Aparece ante la
concurrencia de los
siguientes factores:
Hidrógeno difusible en el
metal de soldadura o en
la zona afectada
térmicamente del
material base
Microestrcturas
susceptibles de fisurarse:
Martensita, Bainita.
PRECALENTAMIENTO Y TRATAMIENTOPRECALENTAMIENTO Y TRATAMIENTO
TÉRMICO POSTSOLDEO
29

SOLDADURA DOBLE PASADASOLDADURA DOBLE PASADA
30

CONCLUSIONES
TEMPLABILIDAD.
ENERGÍA LINEAL APORTADA.
VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO
LA MICROESTRUCTURA FINAL OBTENIDA EN
CUALQUIER DEPÓSITO DE SOLDADURA DEPENDE
PRINCIPALMENTE DE:
31

CONCLUSIONES
FORMACIÓN DE PATRONES DE ESFUERZO
SOBRE LA ZONA DE FUSIÓN (ZF) Y
LA ZONA AFECTADA POR EL CALOR.
TRANSFORMACIONES DE FASE EN MATERIAL SOLDADO
DEFORMACIONES PLÁSTICAS
GRADIENTES DE TEMPERATURA GENERADOS
LA INTRODUCCIÓN DE UN ALTO CONTENIDO
DE CALOR DE ENTRADA
LOS PROCESOS DE SOLDADURA RESULTAN SER UNO DE
LOS PRINCIPALES CAUSANTES DE DEFECTOS,
OCASIONADOS POR
32

EVALUACION
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