89001475 metalurgia de la soldadura

SERVICIO NACIONAL DE ADIESTRAMIENTO EN TRABAJO INDUSTRIAL
FASCÍCULO DE APRENDIZAJE
CÓDIGO: 89001475
Profesional Técnico
METALURGIA DE LA
SOLDADURA
METALMECÁNICA

TAREA N° 01
MACROGRAFÍA
Operaciones:
1. PREPARAR MATERIAL BASE.
2. PREPARAR ÁCIDO NITAL.
3. APLICAR ÁCIDO NITAL AL MATERIAL BASE.
4. VERIFICAR ZONA ZAC Y CAPAS DE SOLDADURA.

N° ORDEN DE EJECUCION HERRAMIENTAS/INSTRUMENTOS
01
02
03
04
Preparar material base.
Preparar ácido nital.
Aplicar ácido nital al material.
Verificar zona ZAC y capas de soldadura.
Ácido Nítrico.
Alcohol metílico.
01 01 Ácido nítrico 3cm3
. Alcohol metílico 97cm3
Ácido Nital
02 01 Probeta de soldadura en filete ST 37
PZA. CANT. DENOMINACIÓN-NORMA/DIMENSIONES MATERIAL OBSERVACIONES
MACROGRAFÍA HT. 01 SE. REF.
TIEMPO: 6 h. HOJA: 1 /1
SOLDADOR ESTRUCTURAL ESCALA: S.E. AÑO: 2013

METALURGIA DE LA SOLDADURA
ESCUELA METAL MECÁNICA 7
OPERACIÓN:
PREPARAR MATERIAL BASE.
Es una operación donde se prepara la probeta a ser evaluada, para luego
observar su microestructura obtenida a través del análisis metalográfico de un
9acero de construcción, comentando los siguientes aspectos en función del
tratamiento como : El tamaño del grano y sus propiedades.
PROCESO DE EJECUCION:
1° Paso: Cortar muestra.
a) Puede realizar utilizando diferentes
técnicas como, corte abrasivo, con
arco de sierra manual, oxicorte o corte
por plasma.
2° Paso: Eliminar rebabas.

3° Paso: Realizar acabado superficial.
a) Utilizar abrasivos industriales de
distintas densidades de granos.
b) Aplicar las diferentes técnicas de
acabado superficial que se muestran.

OPERACIÓN:
PREPARAR ÁCIDO NITAL.
Es una operación que consiste en preparar el reactivo denominado NITAL que
está compuesto por 3% de ácido nítrico y 97% de alcohol etílico.
1° Paso: Mezclar sustancias
a) Utilizar esta relación:
Ácido Nítrico: 3 cm3
Alcohol etílico: 97 cm3
Precaución: Al aumentar el ácido nítrico
aumenta la velocidad de ataque pero
disminuye la selectividad.
+

OPERACIÓN:
APLICAR ÁCIDO NITAL AL MATERIAL BASE.
Es una operación que consiste en humectar el ácido nital sobre la superficie
previamente preparada y que debe estar libre de impurezas, luego dejar que
reaccione por espacio de 50 segundos de tiempo.
PROCESO DE EJECUCIÓN:
1° Paso: Colocar ácido nital:
a) Humectar sobre la superficie a
ensayar una pequeña cantidad de
este reactivo.
b) Extender sobre toda la superficie en
forma homogénea.
c) Hacer que permanezca el reactivo entre
20 y 50 seg.
d) Limpiar la superficie después de
transcurrida la reacción, utilizar algodón y
de ser necesario con un poco de alcohol.

OPERACIÓN:
VERIFICAR ZONA ZAC Y CAPAS DE SOLDADURA:
Es una operación que consiste en realizar el análisis mediante la observación de
la zona atacada para determinar su granulación así como las propiedades del
metal ensayado.
1° Paso: Observar región soldada.
a) A través de la observación determinar las diferentes capas existentes en una
unión soldada que ha sido macroatacada.

I. METALURGIA DE LA SOLDADURA.
1.1. GENERALIDADES.
La Metalurgia es la ciencia que trata sobre la estructura interna de los metales y
las relaciones entre las estructuras y las propiedades que exhiben los metales.
Cuando se refiere a la metalurgia de la soldadura, concierne a los distintos
cambios que ocurren en los metales cuando se unen por soldadura,
especialmente aquellos que afectan las propiedades mecánicas.
Es apropiado tener conocimiento sobre las bases de la metalurgia de la soldadura.
Una razón para esto es que las propiedades mecánicas de los metales, tales
como resistencia, dureza, ductilidad, tenacidad, resistencia a la fatiga, y
resistencia a la abrasión son todas afectadas por las transformaciones
metalúrgicas como resultado de la soldadura.
Estas propiedades son afectadas por distintos factores metalúrgicos, incluyendo el
agregado de aleantes, tratamientos térmicos y mecánicos. En Soldadura el que
tenga una mejor comprensión de estas propiedades tendrá una mejor percepción
sobre la razón de la necesidad de ciertas operaciones de fabricación.
Algunos requerimientos de fabricación, tales como el precalentamiento, post
calentamiento, control de temperatura entre pasadas, control de aporte de calor,
granallado, alivio térmico de tensiones, y otros tratamientos térmicos que puedan
producir algún tipo de cambio metalúrgico el cual, afectará las propiedades
mecánicas del metal.
En esta sección se describirán algunos aspectos de la metalurgia de la soldadura
de metales ferrosos (base de hierro) poniendo énfasis en la necesidad de
métodos de fabricación para controlar los cambios que puedan ocurrir.
Debido a que el tema de la metalurgia de la soldadura incluye numerosas facetas,
sería irracional pensar que esta discusión pueda cubrirlas todas.
Entonces, limitaremos la cobertura a los cambios más importantes que puedan
ocurrir durante la operación de soldadura. Estos cambios pueden ser resumidos y
ser divididos en dos categorías:
La primera incluye aquellos cambios que ocurren en un metal cuando se calienta
desde la temperatura ambiente hasta una temperatura mayor.

La categoría es el efecto en las propiedades del metal versus la velocidad a la
ocurren dichos cambios de temperatura.
Específicamente, nos interesa que tan rápido se enfría un metal caliente hasta la
temperatura ambiente; esto es la velocidad de enfriamiento del metal. Para lo cual
se toma como referencia específica a los cambios que ocurren en metales en la
medida en que son calentados y enfriados en forma uniforme.
Sin embargo, la soldadura presenta problemas muy diferentes debido a que la
operación de soldadura tiende a calentar áreas muy localizadas del metal.
En consecuencia, estas velocidades de calentamiento/enfriamiento no uniformes
crean la necesidad de ciertas consideraciones adicionales.
1.2. ESTRUCTURA BÁSICA DE LOS METALES.
Para entender mejor las propiedades metalúrgicas de los metales, es necesario
comenzar describiendo algunas propiedades de las partículas que comprenden
todas las formas de la materia.
Estas partículas básicas que se combinan para formar un material sólido, líquido o
gaseoso, se conocen como átomos. Estos átomos son tan pequeños que no
pueden ser vistos, incluso con los microscopios más potentes. Sin embargo,
comenzando este tema a este nivel y explicando las propiedades de dichos
átomos y sus estructuras, podrán entender de mejor forma, algunos de los
fenómenos que se observan en forma macroscópica, o a simple vista.
Una de las propiedades importantes de estos átomos, es que, en ciertos rangos
de temperatura, tienden a formar sustancias con formas específicas. Esto es
debido a hay fuerzas definidas que actúan entre estos átomos individuales cuando
están ubicados dentro de cierta distancia uno de otro.
Estas fuerzas tienden tanto a rechazar, o a atraer, los átomos uno hacia el otro,
mientras que al mismo tiempo otro átomo es expulsado o rechazado. Por esto, los
átomos individuales se mantienen en su ubicación original en relación con todo el
resto de los átomos alrededor por estas fuerzas en oposición.
Ver Figura 1.2.1.

Figura 1.2.1
Estos átomos en sus posiciones originales están alineados fila sobre fila, y capa
sobre capa, en tres dimensiones, simétricas, en una estructura de red cristalina.
Sin embargo, no están estacionarios en esas posiciones. En realidad, tienden a
vibrar alrededor de una posición de equilibrio para mantener un espacio
balanceado.
A una temperatura dada se mantendrán con una separación equilibrada para
dicha temperatura particular.
Cuando hay un balance entre las fuerzas de repulsión y de atracción, decimos que
la energía interna del metal está en un mínimo.
Cualquier intento de forzar los átomos más cerca uno de otro tendrá la oposición
de fuerzas repulsivas que se incrementan en la medida que son llevados más
cerca. Este comportamiento se evidencia por el hecho que los metales muestran
resistencias a la compresión excesivamente altas.
Igualmente, cualquier intento por separar los átomos, dará como resultado una
fuerza opositora de atracción.
Estas fuerzas de atracción, sin embargo, tienden a decrecer en la medida que los
átomos son llevados muy lejos. Se puede observar la evidencia de este último
comportamiento en el ensayo de tracción.
Por debajo del punto de fluencia del metal, la carga alarga la probeta de tracción, y
se incrementa la separación entre cada átomo.
Cuando se descarga, la probeta se comportará en forma elástica; esto es, que
volverá a su tamaño original en un nivel macroscópico, lo que significa que los
átomos retornan a su equilibrio de espacio original. Si la carga de la probeta de
tracción se incrementa más allá del punto de fluencia del metal, se comportará en
forma plástica.

Ahora, ya no volverá a su tamaño original, debido a que los átomos fueron
forzados suficientemente lejos unos de otros, de manera que las fuerzas de
atracción ya no son suficientemente grandes para mantenerlos en su posición
original. Cuando el espacio interatómico se incrementa más aún, al punto que las
fuerzas de atracción ya no son suficientemente grandes para mantener juntos a
los átomos, el material fallará.
Se marcó anteriormente que los átomos de los metales exhiben una separación
muy específica a una temperatura dada, o energía interna. Debido a que el calor
es una forma de energía, la energía interna del metal se incrementa cuando
aumenta la temperatura.
Esta energía adicional tiende a hacer que los átomos vibren más, lo que
incrementa la distancia entre los átomos.
Se puede observar el resultado de dicha energía adicional, visualmente, debido a
que el tamaño total de la pieza de metal se incrementará en la medida que se
separan los átomos individualmente. Inversamente, cualquier disminución en la
temperatura del metal hará que los átomos se juntan; en cambio, se observa como
contracción del metal.
A medida que se agrega calor adicional al metal, la vibración de los átomos se
continúa incrementando causando que se aumente el espacio y, que en
consecuencia se expanda el metal.
Esto sucederá hasta un cierto punto en que la distancia entre los átomos es tan
grande que ya no se atraen en forma suficiente para exhibir una estructura
específica. El metal sólido se transforma en líquido. Ver Figura 1.2.2.
Figura 1.2.2 – Sólido versus líquido.
La temperatura asociada con este cambio se conoce como punto de fusión.

Un calentamiento mayor eventualmente transformaría el líquido en gas; esta
última transformación ocurre a una temperatura conocida como de vaporización.
El metal sólido tiene la energía interna más baja, y la menor distancia interatómica.
El metal líquido tiene mayor energía interna con mayor distancia interatómica, y se
considera amorfo, lo que significa sin estructura.
El metal gaseoso tiene la mayor energía interna, y la mayor distancia entre los
átomos, y también carece de estructura.
Mientras que todo esto es bastante intrigante, es más significativo darse cuenta
porque es importante para usted, como Soldador. Es obvio que la soldadura y el
corte introducen calor dentro del metal; este calentamiento provocará una
expansión del metal.
Si se estuviera considerando un calentamiento uniforme del metal, se podría medir
el cambio de longitud, o de tamaño, de una pieza de metal en la medida que esta
se calienta.
Cada aleación de metal tiene asociada consigo un coeficiente específico de
dilatación térmica.
Esto es, hay un cierto valor numérico que describe cuanto se dilatará un metal
para un incremento de temperatura dado.
Con la soldadura, sin embargo, el calor no se aplica en forma uniforme.
.

Figura 1.2.3. Contracción en una soldadura causada por Dilatación y Contracción
Esto es, parte del metal se lleva hasta una temperatura muy alta, mientras que el
metal adyacente a la zona de soldadura se mantiene a una temperatura menor.
Esto provoca diferentes cantidades de expansión del metal en distintas
ubicaciones relativas a la zona de soldadura.
La parte del metal que se calienta en forma directa, tenderá a dilatarse, y esta
dilatación es resistida por el metal que está a una temperatura menor.
La Figura 1.2.3. ilustra los cambios dimensionales que ocurren en una barra recta.
En la Figura 1.2.3a se calienta de un solo lado por una soldadura por arco.

En la Figura 1.2.3b, se establece un arco y se comienza a calentar la chapa bajo
la influencia del arco. La parte que se calienta se expande (Figura 1.2.3c) y,
debido a que está parcialmente embridado por la parte de la barra que no se
calentó, la barra tiende a flexionarse en un arco en cada extremo fuera de la
fuente de calor.
Debido a que la parte caliente es más débil (parte de esta en realidad está líquida
y es muy débil) no tiene éxito para forzar a la barra a flexionarse demasiado. La
parte caliente está menos restringida en las direcciones laterales, entonces tiende
a ensancharse en el lado donde se aplicó el calor. Cuando se extingue el arco
(Figura 1.2.3d), la porción caliente y fundida comienza a enfriarse y contraerse.
El calor siempre fluye desde el área caliente hacia el área fría, entonces durante el
enfriamiento, el calor fluye dentro del área previamente fría calentándola.
Ahora, en la medida que la parte dilatada comienza a enfriarse, se contrae,
revirtiendo la dirección de las fuerzas de deformación que finalmente causan que
la longitud de la zona superior de la barra se acorte y los extremos de la barra se
levanten dándole a la barra un perfil cóncavo cuando se enfría, como se muestra
en la Figura (1.2.3e).
Entonces, cuando se aplica el calor a una pieza en manera no uniforme, como en
el caso para la soldadura, el resultado es un cambio dimensional por los esfuerzos
térmicos desarrollados causando que la parte se distorsione o encorve cuando se
enfría.
La Figura (1.2.3f) representa la barra re-solidificada con un cierto nivel de
tensiones residuales que permanecen en ella, denotada por la representación de
un resorte.
Siempre que se funde un metal en una zona pequeña, y localizada, como en
soldadura, se generan esfuerzos por la contracción.
Inclusive, si la barra fue restringida externamente durante este ciclo de
calentamiento y enfriamiento, la parte enfriada todavía contiene tensiones
causadas por este calentamiento y enfriamiento diferencial.
Se conocen estas tensiones como tensiones residuales.
Estas tensiones residuales tienden a mantener la barra en su perfil flexionado.

Sin embargo, la barra no se flexionará más debido a que se enfrió hasta la
temperatura ambiente y ahora es más resistente que las fuerzas ejercidas por las
tensiones residuales.
Las tensiones residuales permanecerán en la barra salvo que se realice algo para
relajarla.
Hay diferentes formas de reducir o eliminar las tensiones residuales.
Se puede realizar en forma térmica cuando se calienta en forma uniforme la
totalidad de la pieza o la banda larga que contiene la zona de soldadura a alguna
temperatura y es mantenida por un período de tiempo prescrito.
El resultado de este método es que el calentamiento uniforme que permite un
alivio en las tensiones residuales debido a que se reduce la resistencia del metal.
Un enfriamiento lento y uniforme hasta la temperatura ambiente producirá una
pieza con tensiones residuales mucho más bajas.
Hay métodos para proveer este alivio de tensiones mediante la aplicación de
tratamientos vibratorios, o mecánicos.
Ambos métodos mostraron ser efectivos en varias aplicaciones.
Puede realizarse un tercer método para reducir las tensiones residuales que
puede realizarse junto a la operación de soldadura, y que se conoce como
martillado. Ver Figura 1.2.4.
Figura 1.2.4 – Martillado (peening) de Cordones de Soldadura Intermedios para Alivio de
Tensiones Residuales.

Este también es un tratamiento mecánico.
El martillado involucra el uso de pesados martillos neumáticos (no un piquete para
quitar la escoria) que se usa para golpear en la superficie de los cordones
intermediarios de una soldadura multipasada.
Esta acción de martillado tiende a deformar la superficie haciendo disminuir el
espesor del cordón.
Esta deformación tiende a desparramar la cara de la soldadura para hacerla más
ancha y larga. Debido a que el metal se distribuye ligeramente, se reducen las
tensiones residuales.
Cuando se usa el martillado para el alivio de tensiones, debe tenerse cuidado de
evitar las fisuras de la soldadura por un tratamiento mecánico agresivo.
No es recomendable martillar el cordón de raíz que se puede fisurar fácilmente al
ser golpeado.
Normalmente, el cordón final tampoco se martilla, pero por una razón diferente;
superficies muy martilladas pueden ocultar la presencia de discontinuidades,
haciendo más difícil su inspección visual cuando esta es requerida.
Cuando se aplica en forma adecuada, el martillado provee una forma efectiva de
reducir las tensiones residuales, siendo esta técnica la más utilizada por requerir
de poco equipamiento.

II. SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS.
2.1. INTRODUCCIÓN.
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".
Todo proceso de soldadura debe esencialmente lograr el acercamiento de las
superficies a unir a distancias del orden interatómico con el propósito de crear las
condiciones propicias para que se desarrollen las fuerzas de cohesión inherentes
a los enlaces metálicos.
Para lo que normalmente se emplea alguna fuente de energía estas pueden ser
de Corrientes alternas o continuas dependiendo de muchos factores para poder
elegir la corriente a utilizar.
Si esta energía es el calor, se pueden llegar a fundir los bordes de los metales, los
cuales se mezclaran en estado líquido acercándose los átomos lo suficiente para
que durante la solidificación se atraigan formando 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 entre las dos superficies y, por lo tanto la unión
metalúrgica.
Nuestros análisis abarcaran la soldadura en fase líquida, esto es los materiales
involucrados en la unión llegan a fundirse a través de una fuente de calor
generada por un arco eléctrico.
2.2. DEFINICIÓN DE SOLDABILIDAD.
Es la mayor o menor facilidad con que un metal permite que se obtengan
soldaduras sanas y homogéneas, que respondan a las necesidad para las que
fueron concebidas incluyendo códigos de fabricación.
Desde el punto de vista metalúrgico durante la soldadura en estado líquido en una
región muy pequeña el material a ser soldado alcanza el estado líquido y luego
solidifica.

El aporte térmico suministrado se utiliza para fundir el metal de aporte (si existe),
fundir parcialmente el metal base y el resto se transfiere a través del metal de
soldadura modificando la microestructura inicialmente presentes.
2.3. REGIONES PRESENTES EN LA SOLDADURA.
La figura 2.3.1 representa las regiones que se generan en una soldadura.
Observadas en una macrografía, éstas son:
2.3.1. Región Fundida. Es aquella donde se produce la fusión y posterior
solidificación del metal de aporte (si existe), el cual se “mezcla” con el metal
base y genera el “metal de soldadura”.
Para la elección del metal de aporte se tiene en cuenta:
 La composición química del electrodo.
 Dilución con el metal base.
 Sistemas de flux o gases de protección.
 Solidificación de la pileta soldada, enfriamientos y transformaciones
posteriores.
2.3.2. Línea de Fusión. Es la interfaz entre la región fundida y la región en estado
sólido, normalmente es la zona más propicia a inicio de fisuras, ya que
existen áreas con fusión parcial.
2.3.3. Zona Afectada por el Calor (ZAC/ZAT). Es la región del metal base que
sufre ciclos de calentamiento y enfriamiento debido al aporte térmico de la
soldadura.

En términos de selección de materiales las características de servicio de la ZAC
deberán ser enfatizadas mucho más que aquellas vinculadas con el metal de
aporte.
Esto es debido a que las propiedades metalúrgicas y mecánicas de la ZAC son
directamente vinculadas con los parámetros de soldadura y los tratamientos
térmicos post soldadura (PWHT).
Es también cierto que cualquier problema de soldabilidad asociado con las
características de la ZAC es más difícil de manejar que los asociados con el metal
de aporte.
Los problemas de soldabilidad asociados con el consumible pueden solucionarse
cambiando el mismo o los otros consumibles de soldadura.
Mientras que los problemas asociados con la ZAC algunas veces pueden ser
resueltos modificando el metal base (lo cual suele resultar costoso) y / o el aporte
térmico.
La importancia de la zona afectada por calor la podemos apreciar cuando
comparamos la temperatura máximas que se alcanzan en cada una de las
regiones de la misma con el diagrama de equilibrio Fe-Fe3C (metaestable).
Estas regiones son:
 La zona de grano crecido.
 La zona de grano refinado.
 Las regiones inter-críticas y sub-críticas.
 Las regiones parcialmente modificadas.
Sin embargo la ZAC sufre procesos metalúrgicos que involucran calentamientos y
enfriamientos muy rápidos, es por ello que resulta más cómodo asociarla con
diagramas de enfriamientos continuos.
Por lo que las curvas CCT (Continuous Cooling Transformation) son más
apropiados para predecir las microestructuras en la ZAC.

III. ESTRUCTURAS CRISTALINAS.
3.1. ESTRUCTURAS DE LOS CRISTALES.
En un metal sólido, los átomos tienden ellos mismos a alinearse en líneas
ordenadas, filas, y capas para formar estructuras cristalinas tridimensionales.
Por definición, los metales son cristalinos, y cualquier discusión de falla debido a
“cristalización” de hecho es incorrecta.
Cuando un metal solidifica, normalmente lo hace en una estructura cristalina.
La apariencia de superficie de fractura conocida erróneamente como “cristalina” es
normalmente típica de una superficie de fractura por fragilización o fatiga.
El número más pequeño de átomos que puede describir un arreglo ordenado se
conoce como “celda unitaria”.
Es importante darse cuenta que las celdas unitarias no existen como unidades
independientes, sino que comparten átomos con las celdas unitarias vecinas en
una matriz tridimensional.
Las estructuras cristalinas más comunes, o fases, son:
 Cúbica de cuerpo centrado (BCC).
 Cúbica de caras centradas (FCC).
 Tetragonal centrada en el cuerpo (BCT), y
 Hexagonal compacta (HCP).
Pueden verse en la figura 3.1.1.
Figura 3.1.1. Estructuras Cristalinas Comunes
de metales y aleaciones.

Algunos metales tales como el hierro, existen como una fase sólida a temperatura
ambiente y como otra fase sólida a temperaturas elevadas.
Este cambio con la temperatura de una fase a otra en un metal sólido se conoce
como transformación alotrópica, o transformación en fase sólida.
Un cristal de metal que posee diferentes estructuras pero la misma composición
química se conoce como alotrópico.
Esto se estudiara con mayor detalle más adelante.
La estructura FCC puede imaginarse como un cubo con átomos en cada una de
los ocho vértices y un átomo en el centro de cada una de las seis caras. Entre los
metales con FCC comunes se encuentran el aluminio, cobre, níquel, y aceros
inoxidables austeníticos.
La celda unitaria BCT puede describirse tomando una celda unitaria BCC básica, y
elongándola en un eje para lograr una forma rectangular, con un átomo en el
centro.
La martensita, una fase del acero que se forma por un enfriamiento rápido, es una
estructura BCT.
La celda unitaria HCP es un prisma hexagonal puede imaginarse como dos
hexágonos (seis lados) que forman la parte superior e inferior del prisma.
Se ubica un átomo en el centro y en cada punta del hexágono. Entre los
hexágonos, superior e inferior, se ubican tres átomos, uno en cada vértice de un
triángulo.
Entre los metales HCP comunes, se encuentran el zinc, cadmio y magnesio.
La celda unitaria BCC puede describirse como un cubo con un átomo en cada uno
de los 8 vértices y un único átomo en el centro de la celda.
Entre los metales BCC comunes se encuentran el hierro, aceros al carbono,
cromo, molibdeno, y tungsteno.

3.2. SOLIDIFICACIÓN DE LOS METALES.
Un metal solidifica en una estructura cristalina por un proceso conocido como
nucleación y crecimiento.
En el enfriamiento, grupos de átomos se nuclean (solidifican) sobre impurezas o
en lugares del límite líquido - sólido, tales como la interface entre el metal de
soldadura fundido y una zona más fría, sin fundir, la zona afectada por el calor,
tales grupos se llaman núcleos y aparecen en gran número.
En el metal de soldadura, los núcleos tienden a fijarse a sí mismos a granos
existentes de la zona afectada por el calor en la interface de soldadura. Los
átomos continúan solidificándose y se fijan a los núcleos.
Cada núcleo crece a lo largo de una dirección preferencial, con los átomos que se
alinean en la forma descrita mediante la celda unitaria apropiada para formar un
grano de forma irregular, o cristal.
La Figura 3.2.1.muestra cómo se forman los granos de metal de soldadura a
medida que este metal solidifica.
Figura 3.2.1. Nucleación y solidificación de metal de soldadura fundido

En la Figura 3.2.1a, se comienzan a formar en la interface de soldadura.
La Figura 3.2.1b, muestra los granos sólidos formados cuando crecen dichos
núcleos originales.
Debido a que dichos núcleos tienen distintas orientaciones, cuando los granos
adyacentes crecen juntos se forman los bordes de grano.
La Figura 3.2.1c, muestra la solidificación completa del metal de soldadura. Los
bordes de grano se consideran como discontinuidades, debido a que representan
una interrupción en el arreglo uniforme de los átomos.
3.3. ALEANTES.
Las propiedades de los elementos metálicos pueden ser alteradas por el agregado
de otros elementos, que pueden ser o no metálicos. Tal técnica se conoce como
aleación.
El metal que resulta de esta combinación se conoce como aleación. Por ejemplo,
se agrega el elemento metálico zinc al metal cobre para formar la aleación latón.
El elemento no metálico carbón es uno de los elementos aleantes agregados al
hierro para formar la aleación acero.
Los elementos aleantes son incluidos en la red del metal base (la forma general en
que se acomoda cada átomo individual) en distintas formas que dependen en los
tamaños relativos de los átomos.
Los átomos más pequeños, tales como el carbono, nitrógeno e hidrógeno, tienden
a ocupar lugares entre los átomos que forman la estructura de la red del metal
base.
Estas se conocen como aleaciones intersticiales y se muestran en la Figura 3.3.1.

Figura 3.3.1 – Aleación Instersticial. Figura 3.3.2. - Aleación Sustitucional.
Por ejemplo, pequeñas cantidades de carbón pueden ocupar sitios intersticiales
entre los átomos de hierro en el acero.
Los elementos aleantes con átomos de tamaños cercanos al de aquel del metal
base tienden a ocupar lugares sustitucionales.
Esto es, reemplazan uno de los átomos del metal base en la estructura de la red.
Esta se llama aleación sustitucional y se muestra en la Figura 3.3.2.
Los ejemplos de esto son tanto el cobre en el níquel y el níquel en cobre.
Como la presencia de los bordes de grano, el agregado de elementos aleantes
produce irregularidades en la estructura cristalina.
Como se puede observar con la presencia de elementos aleantes ejerce distintos
grados de atracción y repulsión para dar un arreglo de la estructura cristalina que
de alguna manera esta distorsionada.
Esto tiende a incrementar la energía interna del metal y puede dar como resultado
un incremento de las propiedades mecánicas.
Casi todos los metales de ingeniería son aleaciones que consisten en un elemento
principal y cantidades variables de uno o más elementos adicionales. Si existe
más de una fase, cada una tendrá su propia estructura cristalina característica.

3.4. CONSIDERACIONES METALÚRGICAS PARA LA SOLDADURA.
Debido a que la soldadura puede producir cambios significativos tanto en la
temperatura del metal como en la velocidad de enfriamiento desde esa
temperatura elevada, es importante entender que cambios metalúrgicos pueden
resultar de la operación de soldadura.
La Figura 3.4.1 ilustra la relación entre las temperaturas pico, exhibidas en las
distintas regiones de la zona de soldadura y el diagrama de equilibrio hierro –
cementita.
Figura 3.4.1 – Relación entre los Picos de Temperatura de las distintas Regiones de una
Soldadura, y la Correlación con el
Diagrama de Fases Hierro – Carburo de Hierro (Cementita)
Como se puede ver, dependiendo de la ubicación del punto dentro o cercano a la
soldadura, pueden producirse varias estructuras metalúrgicas.
Dentro de la soldadura, la región de temperaturas más altas, el metal puede
enfriarse desde el estado líquido a través de distintas regiones de fase mostradas
anteriormente. Adyacente a la soldadura, en la zona afectada por el calor (ZAC
[HAZ]), no se llega a la fusión pero se alcanzan temperatura extremadamente
altas.

La ZAC [HAZ] es simplemente la región del metal base adyacente al metal de
soldadura que ha sido elevado a temperaturas justo por debajo de la temperatura
de transformación al punto de fusión del acero.
Las velocidades de enfriamiento de esta zona afectada por el calor son de las más
rápidas debido al fenómeno conocido como temple por contacto.
Los cambios en las condiciones de soldadura pueden tener un efecto muy
significativo en la formación de las distintas fases, porque las condiciones de
soldadura tienen un efecto muy importante en la velocidad de enfriamiento
resultante para la soldadura.
Algunas de las condiciones de soldadura que pueden producir cambios incluyen la
cantidad de aporte de calor, el uso de precalentamiento, el carbono equivalente
del metal base, y el espesor de metal base.
A medida que se incrementa el aporte de calor, decrece la velocidad de
enfriamiento.
El uso de electrodos de soldadura de menor diámetro, menores corrientes de
soldadura, y velocidades de avance mayores tenderá a disminuir el aporte de
calor, y entonces incrementar la velocidad de enfriamiento.
Para cualquier proceso de soldadura, puede calcularse fácilmente el aporte de
calor. Sólo depende de la corriente de soldadura aparente, voltaje del arco y
velocidad de avance, según se mide a lo largo del eje longitudinal de la junta de
soldadura. La fórmula para el aporte de calor se muestra abajo.
Para esta fórmula, el aporte de calor se expresa en términos de joules por
pulgada, y la velocidad de avance en pulgadas por minuto. Los Joules también se
pueden expresar como watt/segundo.
Entonces el 60 que aparece en el numerador de la fórmula simplemente convierte
los minutos de la velocidad de avance en segundos. Se le puede pedir al Instructor
de soldadura que registre el aporte de calor de la soldadura para controlar las
propiedades micro-estructurales resultantes que aparecen en la zona afectada por
el calor.

Otro ítem que tiene un efecto significativo en la microestructura resultante es el
uso de precalentamiento. En general, el uso de precalentamiento tenderá a reducir
la velocidad de enfriamiento en la soldadura y en la ZAC [HAZ] dando una mejora
en la ductilidad. Cuando no se usa el precalentamiento, la zona afectada por el
calor es relativamente angosta y muestra su mayor dureza.
En algunos casos, dependiendo del contenido de aleantes, puede formarse
martensita.
Sin embargo, cuando se incluye el precalentamiento, la zona afectada por el calor
es más ancha y la dureza resultante es significativamente menor debido a una
velocidad de enfriamiento menor que permite la formación de perlita, ferrita y
posiblemente bainita, en lugar de martensita.
Por esto, debemos monitorear el precalentamiento requerido para una operación
particular de soldadura.
Este requerimiento está relacionado principalmente con la disminución de la
velocidad de enfriamiento en la zona afectada por el calor, para producir
microestructuras que tengan propiedades deseables.
Otro factor importante para la soldadura de acero es el carbono equivalente.
Debido a que el carbono tiene el efecto más pronunciado en la templabilidad (la
facilidad con que el metal se endurece por el enfriamiento desde una temperatura
austenítica, o su capacidad de formar martensita) del acero, nos interesa cuánto
de este se encuentra presente en una aleación particular.
Cuanto mayor contenido de carbono, mayor templabilidad del acero. Otros
elementos de aleación también promoverán la templabilidad, en distinto grado.
Un contenido de carbono equivalente es entonces una expresión empírica que se
usa para determinar cómo los efectos combinados de los distintos aleantes se
encuentran presentes en la templabilidad del acero.
Una vez que se determinó un contenido de carbono, podemos predecir el rango
aproximado de precalentamiento que será necesario para los mejores resultados.
En la siguiente tabla se resume algunas de las temperaturas de precalentamiento
sugeridas para distintos rangos de carbono equivalente.

CARBONO EQUIVALENTE
%C
TEMPERATURA DE
PRECALENTAMIENTO SUGERIDA
Hasta 0.45 Opcional
Desde 0.45 hasta 0.60 200 a 400°F (93.33 a 204.4°C)
Más que 0.60 400 a 700°F (204.4 a 371.11°C)
Utilizando esta tabla el soldador tomara una decisión preliminar de que
temperatura de precalentamiento será satisfactoria para una aplicación dada.
Esta decisión será afectada por otros factores, pero esto sirve al menos como un
punto de partida.
El espesor del metal base también tiene un efecto en la velocidad de enfriamiento;
generalmente las soldaduras en metal base de mayor espesor se enfrían más
rápidamente que las soldaduras en secciones delgadas.
La mayor capacidad calorífica, o disipación del calor, asociada con las secciones
de mayor espesor producen un enfriamiento más veloz en el cordón de soldadura.
Entonces cuando se sueldan secciones de mayor espesor, pueden especificarse
distintos requerimientos de soldadura, tales como precalentamiento, para reducir
la velocidad de enfriamiento con el objeto de mejorar las propiedades mecánicas
resultantes de la zona afectada por el calor.
Entonces, cuando se sueldan secciones de mayor espesor, normalmente se
incrementan los requerimientos de precalentamiento y entre pasadas para ayudar
a disminuir la velocidad de enfriamiento resultante.

IV. ENSAYOS ESTRUCTURALES: METALOGRAFÍA Y MACROGRAFIA.
4.1. INTRODUCCIÓN.
Puede definirse la Metalografía como la técnica que revela la organización
espacial de fases y compuestos que conforman un material metálico.
Igualmente, puede definirse la Materialografía cuando se aplica a cualquier
material.
A partir de su propia definición, la Metalografía puede resolver:
a) Los diversos compuestos y fases.
b) Las diferentes formas y tamaños que adoptan en la estructura.
c) Las diversas configuraciones entre las fases y compuestos.
El campo de aplicación de la Metalografía y materialografía es amplísimo.
No sólo es herramienta básica requerida para la caracterización de los metales y
aleaciones sino también lo es para materiales compuestos de matriz metálica o de
fibras metálicas; así como en los materiales cerámicos, compuestos o no.
4.2. FUNDAMENTO TEÓRICO.
Dentro de los sólidos se pueden distinguir sólidos cristalinos y sólidos amorfos.
Los sólidos cristalinos están constituidos por átomos ordenados a larga distancia,
o sea que están dispuestos de tal forma que su ordenamiento se repite en las tres
dimensiones, formando un sólido con una estructura interna ordenada.
Si esta estructura es regular en todo el material se denomina MONOCRISTAL.
Sin embargo, lo más habitual es que la estructura sea regular por zonas del
material, cambiando la orientación cristalina de una zona a otra, pero no la
estructura.
Se dice entonces que el material es POLICRISTALINO, integrado por numerosos
granos que poseen la misma estructura cristalina, pero que cambian de
orientación de unos a otros.
La región donde se unen los granos se denomina límite de grano.

La organización de esos granos da lugar a la microestructura del material, que
contempla:
 La forma y tamaño de los granos.
 Si hay varias fases presentes: granos de diferentes fases.
 La configuración de dichas fases.
Aquí se tienen ejemplos de microestructuras en la Figura 4.2.1.
(a) (b)
Figura 4.2.1: Ejemplos de microestructuras: (a) Latón y (b) Ferrita.
El instrumento que permite determinar la microestructura de los materiales es el
microscopio, que puede ser óptico o electrónico. Este caso se centrará en el
óptico.
En aquellos materiales que son opacos a la luz visible sólo la superficie es
susceptible de ser observada, y la luz del microscopio se debe usar en reflexión
(microscopio metalográfico).
Para lograr el objetivo de visualizar la microestructura de un material es necesaria
una cuidadosa preparación de la superficie.
Ésta debe desbastarse y pulirse hasta que quede como un espejo. Esta condición
se consigue utilizando papeles abrasivos y polvos cada vez más finos.
Se releva la microestructura tratando la superficie con un reactivo químico (ataque
químico).
El tipo de reactivo y el tiempo de tratamiento dependerán de la naturaleza del
material.

4.3. ANÁLISIS DE LA TÉCNICA METALOGRÁFICA.
Los ensayos metalográficos requieren la ejecución de las etapas siguientes:
1. Selección de la muestra.
2. Preparación de las probetas.
3. Ataque químico.
4. Preparación de la réplica.
5. Información de la práctica.
4.3.1. REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA.
4.3.1.1. SELECCIÓN DE LA MUESTRA. La muestra escogida debe satisfacer las
condiciones de amplitud y representatividad estadística, más cuando la dimensión
de la probeta unitaria se reduce a unos pocos milímetros.
Si corresponde a un control rutinario, la selección es por métodos aleatorios.
Si, por el contrario, se investiga la causa de un fallo, la probeta debe ser tan
próxima como se pueda a su hipotético origen.
La probeta puede tener cualquier forma y dimensiones equivalentes a un
paralelepípedo de 5 a 15 mm de lado.
La extracción de la probeta desde la pieza, o producto a ensayar, se realiza
mediante corte con una sierra de disco con refrigeración evitando cualquier posible
calentamiento pues podría modificar el estado del material a ensayar.
4.3.1.2. PREPARACIÓN DE LA PROBETA. El primer objetivo es obtener una
superficie lisa y exenta de irregularidades mediante un proceso de desbaste.
Para ello se utiliza una serie de papeles de esmeril, ordenados de mayor a menor
tamaño de grano, con los que se actúa secuencialmente sobre la superficie.
El tamaño de grano del papel se relaciona con la numeración de éste, que da
cuenta del Nº de partículas por pulgada cuadrada, de manera que la secuencia
será: 320, 800, 1000, 1200. Las partículas abrasivas del papel suelen ser de
carburo de silicio (SiC). La técnica a utilizar consiste en actuar sobre dos
direcciones perpendiculares consecutivamente, durante un cierto tiempo.

El procedimiento deberá decidir cuando el proceso es suficiente, en función del
acabado de la superficie, en la medida que el rayado generado con el desbaste
elimine rayados anteriores.
Cada vez que se cambie el papel de esmeril se debe conseguir eliminar las líneas
de rayado del papel anterior, así como cada vez que se gire la muestra 90º.
En esta etapa es fundamental conseguir la planaridad de la muestra.
Durante el desbaste es importante tener en cuenta que cada vez que se cambie el
papel de esmeril se debe lavar la muestra, para no introducir partículas de tamaño
mayor al papel que se va a usar. Y también se ha de tener precaución con el
calentamiento de la muestra.
Una vez desbastada la muestra con el papel esmeril más fino (de mayor
numeración), se pasa al pulido de la muestra.
Este se hace sobre una superficie relativamente blanda (caucho, corcho, fieltro) y
no abrasiva, sobre la que se impregna una suspensión de polvos abrasivos.
En nuestro caso utilizaremos suspensión de alúmina (Al2O3) de tamaño de
partícula conocido: 5 y 1 μm.
Para el pulido es altamente recomendable el uso de la pulidora.
Mediante el pulido se debe conseguir llevar la superficie de la muestra hasta
obtener un brillo espectacular.
Se observa entonces al microscopio con el fin de evaluar la calidad del pulido
(quedarán arañazos residuales del último tamaño de alúmina empleado, no
perceptibles fácilmente a simple vista) y para comparar con la imagen que se
obtenga tras el ataque químico.
4.3.1.3. ATAQUE QUÍMICO. El ataque químico se realiza utilizando los siguientes
reactivos y tiempos de ataque, dependiendo de los materiales a ensayar, así
mostramos en la figura 4.3.1.3.1 un cuadro de los diferentes materiales.
Tras el ataque químico, se procede a la observación al microscopio metalográfico
de la superficie obtenida, observando la forma y el tamaño de los granos de la
muestra. Tener en cuenta para ello los aumentos del microscopio.

Se toma una imagen representativa de la muestra con la cámara disponible en
uno de los microscopios.
4.3.1.4. PREPARACIÓN DE LA RÉPLICA. Una vez preparada la muestra
después del pulido y el ataque, y observada su microestructura, se procederá a la
preparación de la réplica.
Para ello se aplican 1-2 gotas de líquido de revelado (Transcopy) en la cara verde
de la lámina de réplica.
Inclinar la lámina para que el líquido fluya por toda la superficie. Debe evitarse
que el líquido ablande el adhesivo de la parte de atrás de la lámina.
Al cabo de 10-30 seg, el líquido ha ablandado la lámina plástica y cuando casi
todo el disolvente se ha evaporado, la superficie a revelar de la muestra debe ser
presionada fuertemente contra la parte verde de la lámina, sobre una superficie
plana y evitando que la muestra se desplace sobre la lámina, durante 30 seg.
MATERIAL REACTIVO TIEMPO OBSERVACIONES
COBRE Cloruro férrico alcohólico (FeCl3
5g/HCl cc 2ml /etanol 95 ml)
1 minuto Empleo general
LATON Cloruro férrico acuoso (FeCl310g/HCl
cc 20ml /H2O 80 ml)
BRONCE Agua oxigenada amoniacal (NH3
(0.880) /H2O2(20vol)/H2O (1/ ½))
Empleo general Cu y
aleaciones (fresco)
ALUMINIO Mezcla de ácidos:
H2O(95ml)/HCl(1.5ml)/HNO3 (2.5ml)
/HF (48%) (0.5ml)
Tiempo
corto sin
definir
HIERRO Picral (ac. Pícrico 4g / etanol 100
ml)
Resalta la perlita de
los aceros y las juntas
de los granos
ACERO
CONSTR.
Nital (NHO3 cc 2ml/etanol 98ml) 20s – 45s Ataque general de
aceros y fundiciones
ACERO INOX. Agua regia (HNO3 cc 10ml /HClcc
25 ml/Glicerina 25ml)
30 s – 2
minutos
Ataque de aceros Cr,
Ni.Cr y austeniticos
Figura 4.3.1.3.1 Cuadro de materiales para pruebas de macroataque
Dejar por lo menos de 3 a 5 min. para que la lámina plástica endurezca y se
pueda separar cuidadosamente.
Separar el papel posterior, la réplica puede pegarse sobre un porta-cristal para
mejor manipulación.

A continuación se realiza la inspección al microscopio de la réplica, tomando como
referencia y comparando con la superficie revelada previamente.
4.3.1.5. INFORME DE LA PRÁCTICA. Para realizar el informe de este tipo de
ensayos, es necesario tomar en cuenta las siguientes consideraciones:
1) Realizar un esquema del microscopio metalográfico, y una descripción
detallada de la misma.
2) Explicar la importancia del desbaste y el pulido en el proceso de preparación de
la muestra.
3) Explicar la importancia del ataque químico de la muestra pulida.
4) Explicar para qué y cómo se obtiene la réplica.
5) Explicar qué muestra se preparó, durante la práctica y qué aspecto observa al
microscopio.
Así mismo describir detalladamente: Tipo, forma de los granos y cuántas fases
están presentes. Adjuntar su microfotografía. Adjuntar la Bibliografía Consultada.

V. ZONA AFECTADA POR EL CALOR – ZAC.
La Tabla 5.1. muestra los anchos de las ZAC, ZAC-GG y ZAC-GF. Según estos
resultados se evidencia el efecto de la mayor potencia del proceso GMAW-DP,
dado que el ancho de la ZAC-GF y de toda la ZAC es mayor.
Además, se nota una gran diferencia del proceso PAW con respecto a los otros,
dado que en este proceso el electrodo es no consumible, y por lo tanto no hay
efecto de la energía de la transferencia metálica (momento de la gota y tipo de
gas).
El proceso PAW es un proceso de alta concentración de energía, lo que permite
alcanzar mayores temperaturas en la pileta líquida, de este modo el grano crece y
se enfría más rápido, por lo tanto es de esperar una región de grano grueso mayor
y una región de grano fino menor. No se observa influencia de los distintos
tratamientos de recocido en los metales base.
PROBETA
ZAC GG ZAC GF ZAC
ANCHO
(mm) PROMEDIO
ANCHO
(mm) PROMEDIO
ANCHO
(mm) PROMEDIO
5C 0.4
0.43
1.0
1.00
1.4
1.436C 0.4 1.0 1.4
8C 0.5 1.0 1.5
5D 0.4
0.33
1.6
1.53
2.0
1.866D 0.3 1.6 1.9
8D 0.3 1.4 1.7
5S 0.5
0.47
1.2
1.20
1.7
1.676S 0.5 1.2 1.7
8S 0.4 1.2 1.6
5P 0.9
0.70
0.6
0.60
1.5
1.306P 0.5 0.6 1.1
8P 0.7 0.6 1.3
Tabla 5.1. - Ancho de las ZAC, ZAC-GG y ZAC-GF
La pequeña diferencia entre los valores obtenidos (menor que 0,5 mm en la ZAC)
es un indicativo del procedimiento adoptado, o sea, la misma corriente y la misma
velocidad de soldadura, lo que tiende a producir una ZAC similar.

Esta pequeña diferencia mostraría el efecto de la eficiencia térmica del proceso,
siendo el proceso PAW el que presenta menor eficiencia y, por lo tanto, menor
ZAC.
5.1. ZONA AFECTADA POR EL CALOR DE GRANO FINO (ZAC-GF).
Según los resultados de la cuantificación del tamaño de grano, en la Figura 5.1.1
se observa que, para todos los casos hay un refinamiento de grano en la ZAC-GF,
especialmente para el proceso GMAW-STT, siendo este tipo de proceso el que
presenta un valor mínimo de potencia media.
Comparando los procesos GMAW, se observa que para GMAW-DP hubo un
menor refinamiento, siendo el tamaño de grano similar al del metal base; esto se
debe a la mayor potencia entregada por este proceso (figura 5.1.1), lo que genera
temperaturas mayores y crecimiento del grano recristalizado.
Se puede decir, además, que el efecto del tiempo de tratamiento sobre el tamaño
de grano se mantiene constante independientemente del proceso.
Figura 5.1.1. - Comparativa de tamaño de grano de ZAC-GF para los distintos procesos.
Las micrografías de ZAC-GF (Figura 5.1.2.) muestran los distintos tamaños de
grano para cada condición.

Figura 5.1.2.- Micrografías de la ZAC- GF.
Para el acero tratado durante 180 min a 800 ºC, no se observa diferencia para los
distintos procesos, pero como tendencia general para 5 y 60 min de tratamiento
los tamaños de grano de la ZAC-GF siguen la tendencia de la potencia media del
proceso.
Los resultados de las mediciones de los contenidos de constituyentes MA, para el
metal base y para la ZAC-GF de las distintas probetas soldadas se presentan en
la Figura 5.1.3.
Figura 5.1.3. - Comparativa de los porcentajes de constituyentes MA para los distintos
procesos.
Para el metal base se observa el efecto del tiempo de recocido: entre 5 y 60
minutos de tratamiento, a la temperatura de recocido, la estructura se austeniza en
mayor medida y en el enfriamiento esta austenita genera un mayor porcentaje de
MA.

Entre 60 y 180 minutos, la austenita transformada comienza a homogeneizar su
composición química y la generación de MA es menos probable [8]; por tal razón
para 180 min el porcentaje de MA vuelve a ser del orden del correspondiente a 5
min.
Para las probetas soldadas por todos los procesos se observaron mayores
contenidos de MA que en el metal base.
El proceso GMAW-DP presentó el mayor porcentaje de constituyentes MA, lo que
está en conformidad con los mayores valores de potencia, que produce un t8/5
mayor y consecuentemente un mayor porcentaje de MA [14].
Los procesos con transferencia corto-circuito (GMAW-SC y STT) presentaron
valores similares, lo que también demuestra el efecto de la potencia del mismo
orden.
Con respecto a la influencia del tiempo de tratamiento se observa que para
tiempos más largos el porcentaje de MA es menor, para todos los procesos.
Finalmente, se observa que el tamaño de grano está correlacionado con la
potencia media (Figura 5.1.4.a), mientras que el porcentaje de MA está
correlacionado con la potencia efectiva (Figura 5.1.4.b).
Esto debe ser explicado en un trabajo futuro dada las complejidades del estudio,
que envuelve transferencia del calor, técnicas inversas, etc.

Figura 5.1.4. – Correlación del tamaño de grano y la potencia media (a) y correlación del
porcentaje de MA con la potencia efectiva (b).

VI. SOLDADURA Y TEMPLABILIDAD.
6.1. DEFINICION DE SOLDADURA.
Previo al estudio de los distintos procesos de soldadura, es apropiado definir que
se quiere significar con el término “soldadura”.
De acuerdo con AWS, una soldadura es, “una coalescencia localizada de metales
o no metales producida tanto por calentamiento de los metales a la temperatura de
soldadura, con o sin la aplicación de presión, o por la aplicación de presión
solamente y con o sin el uso de material de aporte.”
Coalescencia significa “unidos uno a otro entre si”.
Por esa razón la soldadura se refiere a las operaciones usadas para llevar a cabo
esta operación de unión. Esta sección presentará importantes características de
algunos de los procesos de soldadura más comunes, todos los cuales emplean el
uso del calor sin presión.
A medida que cada uno de estos procesos es presentado, es importante notar que
todos tienen ciertas características en común. Esto es que hay ciertos elementos
los cuales deben ser provistos por el proceso de soldadura en orden a que estos
sean capaces de producir soldaduras satisfactorias.
Estas características incluyen una fuente de energía para proveer calentamiento,
los medios de protección del metal fundido de la atmósfera, y el metal de aporte
(opcional con algunos procesos y configuraciones de junta).
Los procesos pueden ser divididos en tres grupos básicos:
SOLDADURA
BRAZING
CORTE
Soldadura y brazing describen métodos para unir metales, mientras que el corte
tiene como resultado quitar o separar material.

En la medida que cada uno de los procesos de unión y corte son discutidos, se
intentará describir sus características importantes, incluyendo ventajas,
limitaciones del proceso, requerimientos de equipo, electrodos/ metales de aporte,
aplicaciones, y posibles problemas del proceso.
Hay numerosos procesos de unión y corte disponibles para el uso en la fabricación
de productos metálicos.
Son mostrados por la "Esquema principal de procesos de Soldadura y Afines" de
la American Welding Society, que se muestra en la Figura 6.1.1.

Figura 6.1.1. Esquema de los Procesos de soldadura y otros.

TAREA N° 02
ENSAYO DE DUREZZA ROCKWELL C Y
BRINELL
Operaciones:
1. PREPARAR EQUIPO.
2. EJECUTAR ENSAYO.
3. VERIFICAR DUREZA.

01
02
03
Preparar equipo
Ejecutar ensayo
Verificar dureza
Durómetro para ensayos Rockwell
Penetrador; cono de diamante
01 01 Barra cuadrada 3/8” x 3/8” x 4” Acero HSS
PZA. CANT. DENOMINACION-NORMA/DIMENSIONES MATERIAL OBSERVACIONES
ENSAYO DE DUREZA
ROCKWELL C
HT. 02 SE. REF.
TIEMPO: 4 h. HOJA: 1 / 2
SOLDADOR ESTRUCTURAL ESCALA: SE. AÑO: 2013

01
02
03
Preparar equipo
Ejecutar ensayo
Verificar dureza
Durómetro para ensayo brinell
Penetrador; bolillas de acero de 2.5, 5, 10 mm.
01 01 Barra cuadrada 1” x 1” x 4” Acero ST 37
PZA. CANT. DENOMINACION-NORMA/DIMENSIONES MATERIAL OBSERVACIONES
ENSAYO DE DUREZA BRINELL HT. 03 SE. REF.
TIEMPO: 4 h. HOJA: 2/2
SOLDADOR ESTRUCTURAL ESCALA: SE. AÑO: 2013

OPERACIÓN:
PREPARAR EQUIPO:
Es una operación previa al ensayo, consiste en preparar el equipo (Durómetros)
para realizar los ensayos de dureza, luego observar en forma directa o
comparando con tablas la dureza de las probetas ensayadas.
1° Paso: Preparar el durómetro.
a) Limpiar el durómetro utilice un trapo
industrial.
b) Verificar el buen funcionamiento de
sus partes.
2° Paso: Montar penetradores.
a) Colocar los penetradores adecuados
de acuerdo al ensayo, a realizar.

OPERACIÓN:
EJECUTAR ENSAYO BRINELL:
Es una operación donde se mide la dureza de una superficie aplicando el Ensayo
de Dureza Brinell una vez aplicada la carga y mantenida por el tiempo establecido
para cada material, se procede a verificar la dureza utilizando una tabla.
1° Paso: Utilizar durómetro para
ensayo Brinell.
a) Identificar durómetro Brinell.
2° Paso: Medir la dureza Brinell:
a) La superficie a ensayar debe estar
completamente plana.
b) Elegir el indentador apropiado.
c) Aplicar la carga y mantener en el
tiempo pre-establecido.
d) Medir el diámetro de la impronta.
e) Determinar el BHN con una tabla.

OPERACIÓN:
EJECUTAR ENSAYO ROCKWELL:
Es una operación donde se mide la dureza de una superficie metálica utilizando el
ensayo de dureza Rockwell, una vez concluida la operación paso a paso, tomar la
lectura directa en el dial del durómetro para obtener la dureza del metal ensayado.
PROCESO DE EJECUCIÓN:
1° Paso: Utilizar durómetro para ensayo
Rockwell.
a) Identificar durómetro Rockwell.
2° Paso: Medir dureza Rockwell.
a) Preparar la superficie a ensayar.
b) Colocar objeto a ensayar en la máquina.

c) Aplicar la pre-carga, usar el tornillo
de presión.
d) Aplicar la carga mayor.

e) Liberar la carga mayor.
f) Leer el dial.
g) Liberar la carga menor y retirar la pieza.

VII. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS ACEROS.
Las propiedades mecánicas de un metal pueden ser alteradas por la aplicación de
varios tratamientos térmicos y mecánicos. De todos modos, van a ocurrir cambios
drásticos si es cambiada la composición química. Desde el punto de vista de la
soldadura, el interés principal son las aleaciones o mezclas de diferentes
elementos, ambos metálicos y no metálicos.
El ejemplo más común es el acero, que es una mezcla de hierro y carbono, más
otros elementos en diferentes cantidades. Además de las propiedades mecánicas,
la composición química del metal también va a tener un efecto sobre la resistencia
a la corrosión y la soldabilidad (la facilidad con que cada metal puede ser
exitosamente soldado).
Por esto, parte de las tareas de un soldador pueden incluir el conocimiento de la
composición química de un metal comparando su composición actual contra la
especificación.
7.1. GRUPOS DE ALEACIONES.
Un Soldador, puede ser expuesto a un número diferente de aleaciones metálicas.
Los metales pueden ser agrupados en varias categorías de aleaciones; algunas
categorías comunes son acero, aluminio, níquel y cobre.
De acuerdo al tonelaje usado, los aceros comunes al carbono son los más usados.
Contienen principalmente hierro, pero además pequeñas proporciones de
carbono, manganeso, fósforo, azufre y silicio.
La cantidad de carbono presente tiene el mayor efecto sobre las propiedades del
metal, el siguiente cuadro nos muestra esta relación con respecto a su
soldabilidad.

NOMBRE
COMUN
CONTENIDO DE
CARBONO
USO TIPICO SOLDABILIDAD
Lingote de
acero
Maximo 0.03%
Pintar,galvanizar,laminado en
plancha y tiras
Excelente
Acero bajo
carbono
Maximo 0.15%
Electrodos para soldar,
placas y chapas
Excelente
Acero dulce 0.15% - 0.3%
Chapas, placas y barras
estructurales
Buena
Acero medio
carbono
0.3% - 0.5% Partes de maquinaria
Regular (frecuentemente se
requiere precalentamiento y
postcalentamiento)
Acero alto
carbono
0.5% - 1%
Resortes, matrices, rieles de
ferrocarril
Mala (dificil de soldar sin pre y
post calentamiento adecuado)
El estudio está principalmente orientada a aleaciones de acero, que luego
divididas en tres subcategorías: aceros comunes al carbono, aceros de baja
aleación y aceros de alta aleación.
Los aceros de baja aleación contienen menor cantidad de otros elementos como
níquel, cromo, manganeso, silicio, vanadio, columbio, aluminio, molibdeno y boro.
La presencia de estos elementos en distintas cantidades puede resultar en
diferencias notables en las propiedades mecánicas.
Estos aceros de baja aleación pueden ser generalmente clasificados en aceros
estructurales de baja aleación y alta resistencia, aceros para usos automotrices y
de maquinaria, aceros para servicio a baja temperatura o aceros para servicio en
alta temperatura.
Muchos de estos aceros de baja aleación han sido clasificados de acuerdo con su
composición química, como se muestra en el siguiente cuadro.

DESIGNACIONES DE ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACIÓN SEGÚN
SAE-AISI
10XX Aceros al carbono sin resulfurar
11XX Aceros al carbono resulfurar Manganeso 1.75%
13XX Níquel 3.5%
23XX Níquel 5%
25XX Níquel 1.25%-Cromo 0.65% o 0.8%
31XX Níquel 3.5%-Cromo 1.55%
33XX Molibdeno 0.25%
40XX Cromo0.5%-0.95%-Molibdeno 0.12% o 0.2%
41XX Níquel 1.8%-Cromo 0.5% o 0.8%-Molibdeno 0.25%
43XX Níquel 1.55% o 1.8%-Molibdeno 0.2% o 0.25%
46XX Níquel 1.05%-Cromo 0.45%-Molibdeno 0.25%
47XX Níquel 3.5%-Molibdeno 0.25%
48XX Cromo 0.28% o 0.4%
50XX Cromo 0.8%, 0.9%, 0.95%, 1% o 1.45%
51XX Carbono 1%-Cromo 0.5%, 1% o 1.05%
5XXXX Cromo 0.8 o 0.95%-Vanadio 0.1% o 0.15% mínimo
61XX Níquel 0.55%-Cromo 0.5% o 0.65%-Molibdeno 0.2%
86XX Níquel 0.55%-Cromo 0.5%-%-Molibdeno 0.25%
87XX Manganeso 0.85%-Silicio 2%
93XX Manganeso 1%-Níquel 0.45%-Cromo 0.4%-Molibdeno 0.12%
97XX Níquel 1%-Cromo 0.8%-Molibdeno 0.25%
98XX Níquel 1%-Cromo 0.8%-Molibdeno 0.25%
Esta clasificación fue desarrollada por el American Iron and Steel Institute (AISI) y
la Society of Automotive Engineers (SAE) y son generalmente usados en la
fabricación de aceros.
El último grupo de aceros son los de alta aleación.
Los aceros inoxidables y otros tipos de aleaciones resistentes a la corrosión son
ejemplos de este grupo de aceros aleados.
Los aceros inoxidables contienen como mínimo un 12% de cromo y algunos
contienen cantidades significativas de níquel.

El siguiente cuadro muestra las composiciones de algunos de estos tipos de
aceros inoxidables, divididos en cinco grupos, austeníticos, martensíticos,
ferríticos, endurecidos por precipitación y de grados dúplex.
TIPO
AISI
COMPOSICION NOMINAL %
C Mn, max. Si, max. Cr Ni Otros (a)
ACEROS AUSTENITICOS
304
304L
310
316
321
0.08 max.
0.03 max.
0.25 max.
0.08 max.
0.08 max.
2.00
2.00
2.00
2.00
2.00
1.00
1.00
1.50
1.00
1.00
18.00-20.00
18.00-20.00
24.00-26.00
16.00-18.00
17.00-19.00
08.00-12.00
08.00-12.00
19.00-12.00
10.00-14.00
09.00-12.00
-
-
-
2.00-3.00 Mo
5 x C min. Ti
ACEROS MARTENSITICOS
403
410
420
0.15 max.
0.15 max.
0.15 max.
1.00
1.00
1.00
0.50
1.00
1.00
11.50-13.00
11.50-13.50
12.00-14.00
-
-
-
-
-
-
ACEROS FERRITICOS
430
446
0.12 max.
0.20 max.
1.00
1.50
1.00
1.00
14.00-18.00
23.00-27.00
-
-
-
0.25 max. N
ENDURECIDOS POR PRECIPITACION
15-5
17-4
17-7
0.07 max.
0.07 max.
0.09 max.
-
-
-
-
-
-
15.00
17.00
17.00
5.00
4.00
7.00
3.00 Cu
4.00 Cu
1.00 Al
DUPLEX
329
3R60
44LN
0.08 max.
0.08 max.
0.08 max.
-
-
-
-
-
-
25.00
18.50
25.00
4.50
5.00
6.00
1.50 Mo
2.70 Mo
1.70 Mo
7.2. EFECTOS DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA EN LOS ACEROS.
La siguiente lista muestra los efectos de varios elementos aleantes sobre las
propiedades de los aceros, incluida la soldabilidad.
7.2.1. CARBONO. Es generalmente considerado como el elemento aleante más
importante en los aceros y puede estar presente hasta en un 2% (aunque la
mayoría de los aceros soldados tienen menos de un 0.5%).

El carbono puede existir disuelto en el hierro, o en formas combinadas como la
cementita (Fe3C). A medida que aumenta la cantidad de carbono, aumenta la
dureza y la resistencia a la tracción, así como la respuesta a los tratamientos
térmicos (endurecimiento). Por otro lado, el incremento de la cantidad de carbono
reduce la soldabilidad.
7.2.2. AZUFRE. Es generalmente una impureza indeseable en los aceros, más
que un elemento aleante. Se realizan esfuerzos especiales para eliminarlo durante
la fabricación de aceros. En cantidades superiores al 0.05% tiende a causar
fragilidad y a reducir la soldabilidad.
Aleado en cantidades desde el 0.1 al 0.3% tiende a mejorar la maquinabilidad del
acero. Estos tipos de aceros son conocidos como “resulfurados” o “corte libre”.
Los aceros corte libre no son recomendados donde se deba soldar.
7.2.3. FÓSFORO. Es generalmente considerado como una impureza no deseada
en los aceros. Generalmente se encuentra en cantidades de hasta un 0.04% en la
mayoría de los aceros al carbono.
En aceros endurecidos, puede tender a causar fragilidad.
En aceros de baja aleación y alta resistencia, puede añadirse hasta un 0.1% de
fósforo para mejorar la resistencia a la corrosión y a la tracción.
7.2.4. SILICIO. Generalmente solo está presente en pequeñas cantidades (0.2%)
en aceros laminados cuando es usado como desoxidante.
De todos modos en, fundiciones de acero (steel castings), está presente en
cantidades que varían de 0.35% al 1%. El silicio se disuelve en el acero y tiende a
hacerlo más resistente. El metal de soldadura generalmente contiene
aproximadamente 0.5% de silicio como desoxidante.
Algunos metales de aporte pueden contener hasta un 1% para realzar la limpieza
y la desoxidación para soldar sobre superficies contaminadas.
Cuando estos metales de aporte son empleados para soldar sobre superficies
limpias, el metal de soldadura resultante va a incrementar ostensiblemente su
resistencia.

La disminución resultante en ductilidad puede presentar problemas de fisuras en
algunas situaciones.
7.2.5. MANGANESO. Los aceros contienen generalmente por lo menos un 0.3%
de manganeso porque actúa de la siguiente manera:
1) Asiste en la desoxidación del acero.
2) Previene la formación inclusiones de sulfuro de hierro.
3) Aumenta la resistencia por incremento de la capacidad de endurecimiento del
acero.
Cantidades de hasta un 1.5% son encontradas en aceros al carbono.
7.2.6. CROMO. Es un poderoso elemento aleante en los aceros. Es agregado
principalmente por dos razones; primero aumenta en gran medida la dureza del
acero y segundo, mejora notablemente la resistencia a la corrosión de las
aleaciones a la oxidación media.
Su presencia en algunos aceros puede causar una dureza excesiva y fisuras, en
las adyacencias de la soldadura. Los aceros inoxidables contienen cantidades de
cromo que llegan a superar el 12%.
7.2.7. MOLIBDENO. Este elemento es un fuerte formador de carburos (carbide) y
generalmente está presente en los aceros aleados en cantidades menores al 1%.
Es agregado para aumentar la dureza y la resistencia a las temperaturas
elevadas.
Es agregado a los aceros inoxidables austeníticos para mejorar la resistencia al
pitting.
7.2.8. NÍQUEL. Es agregado a los aceros para aumentar su dureza. Se
desempeña bien en esta función porque a menudo mejora la tenacidad y la
ductilidad del acero, aún con el aumento de la resistencia y de la dureza que
brinda.
El níquel es frecuentemente usado para mejorar la tenacidad del acero a bajas
temperaturas.
7.2.9. ALUMINIO. Es agregado al acero en muy pequeñas cantidades como
desoxidante.

También afina el grano para mejorar la tenacidad; los aceros con adiciones
moderadas de aluminio son conocidos como aceros de grano fino.
7.2.10. VANADIO. La adición de vanadio va a resultar en un aumento de dureza
del acero. Es muy efectivo en esta función, de manera que generalmente es
agregado en cantidades diminutas.
En cantidades superiores al 0.05% puede haber tendencia a que el acero se
fragilice durante los tratamientos térmicos de alivio de tensiones.
7.2.11. NIOBIO (columbio). Como el vanadio, es generalmente considerado como
un endurecedor del acero. De todos modos, debido a su fuerte afinidad con el
carbono, puede combinarse con el carbono en el acero con una marcada
disminución de la dureza.
Es agregado a los aceros inoxidables austeníticos como un estabilizador para
mejorar las propiedades de soldabilidad.
El niobio es también conocido como columbio.
7.3. GASES DISUELTOS.
El hidrógeno (H2), el oxígeno (O2) y el nitrógeno (N2) todos disueltos en el metal
fundido pueden provocar la fragilidad del acero si no son removidos.
Los procesos de refinamiento del acero son diseñados para eliminar la mayor
parte de estos gases.
Gases de protecciones especiales o fundente-fundentes son usados para prevenir
su disolución en el metal de soldadura fundido.
7.4. ALEACIONES DE ALUMINIO.
Son probablemente el grupo más numeroso de aleaciones no ferrosas usadas en
la industria metalmecánica actual. Disponibles como materias primas o fundidas,
se consideran generalmente soldables.

El aluminio es muy deseado para aplicaciones que requieran buena resistencia,
bajo peso, buena conductividad térmica y eléctrica y buena resistencia a la
corrosión.
Comercialmente el aluminio puro recocido o fundido tiene una resistencia a la
tracción de 1/5 de la resistencia del acero estructural.
Hay dos categorías generales en las cuales las aleaciones de aluminio pueden ser
colocadas: térmicamente tratables y no tratables térmicamente.
Los tipos de tratamientos térmicos toman su dureza y resistencia de un proceso
denominado “endurecimiento por precipitación”.
Los tratamientos no térmicos aumentan la resistencia por endurecimiento
mediante estiramiento (trabajo en frío) y por adición de elementos aleantes.
El siguiente cuadro nombra las designaciones para los varios tipos de aleaciones
de aluminio según la Aluminium Association, de acuerdo a la mayor parte de
elementos aleantes.
*mínimo 99%
Para indicar la condición de los distintos grados, puede añadirse un sufijo a la
designación numérica.
Estas designaciones standard de tratamientos son mostradas en el siguiente
cuadro.
EL MAYOR ELEMENTO ALEANTE NÚMERO DE LA ASOCIACIÓN DEL ALUMINIO
Aluminio puro* 1XXX
Cobre 2XXX
Manganeso 3XXX
Silicio 4XXX
Magnesio 5XXX
Magnesio y silicio 6XXX
Zinc 7XXX

DESIGNACIÓN CONDICIÓN
F En bruto
O Recocido, recristalizado
H1 Estado de acritud solamente
H2 Estado obtenido por acritud y recocido después parcialmente
H3 Estado obtenido por acritud y estabilizado a continuación
W Tratamiento térmico de disolución
T Tratado térmicamente
T2 Recocido
T3 Tratamiento térmico de solubilización y deformado
posteriormente en frío
T4 Tratamiento térmico de solubilización y posterior envejecimiento
natural hasta conseguir una condición estable
T5 Envejecimiento artificial
T6 Tratamiento térmico de solubilización y envejecimiento artificial
T7 Tratamiento térmico de solubilización y posteriormente
estabilizado
T8 Tratamiento térmico de solubilización y deformación en frío y
maduración artificial
T9 Tratamiento térmico de solubilización y envejecimiento artificial y
deformación en frío
7.5. ALEACIONES DE NÍQUEL.
El níquel es un metal tenaz, plateado de la misma densidad que el cobre. Tiene
una excelente resistencia a la corrosión y a la oxidación aún a altas temperaturas.
El níquel se puede alear con muchos materiales y es base para un número de
aleaciones en combinación con el hierro, el cromo y el cobre.
Muchas de las aleaciones para alta temperatura y resistentes a la corrosión tienen
porcentajes de níquel en el orden del 60 al 70%.
Esto puede incluir varias aleaciones como el Monel 400, Inconel 600 y Hastelloy
C-276.

Procedimientos de soldadura similares a aquellos usados en acero son empleados
con el níquel y sus aleaciones, y todos los métodos comunes de soldadura pueden
ser usados.
7.6. ALEACIONES DE COBRE.
El cobre es probablemente mejor conocido por su alta conductividad eléctrica,
explicando por qué es tan usado para aplicaciones eléctricas. Es
aproximadamente tres veces más denso que el aluminio y tiene conductividades
térmicas y eléctricas que son aproximadamente 1.5 veces mayores.
El cobre es resistente a la oxidación a temperaturas inferiores a los 400ºF, al agua
salada, a las soluciones alcalinas sin amoníaco y muchos químicos orgánicos. De
todos modos, el cobre reacciona rápidamente con el azufre y sus compuestos
producen sulfatos de cobre. El cobre y sus aleaciones son extensamente usados
para tuberías de agua, válvulas y equipos, intercambiadores de calor y equipos
químicos.
Las aleaciones de cobre pueden ser divididas en ocho grupos:
ALEACIONES DE COBRE
1 Cobre
2 Aleaciones con alto porcentaje de cobre
3 Latones (Cu-Zn)
4 Bronces (Cu-Sn)
5 Cobre-Níquel (Cu-Ni)
6 Aleaciones cobre níquel zinc (níquel plateado
7 Cobre-plomo
8 Aleaciones especiales
Aunque la mayoría de las aleaciones del cobre son soldables y/o por brazing en
algún grado, su alta conductividad térmica presenta algunos problemas.
Este factor tiende a conducir el calor de la soldadura o del brazing afuera de la
junta demasiado rápido.
Es crítica la limpieza debido a la presencia de tenaces óxidos superficiales. De
todos modos, estas aleaciones pueden ser unidas efectivamente usando una gran
variedad de procesos de soldadura y brazing.

VIII. DIAGRAMA HIERRO - CARBONO.
8.1. MICROESTRUCTURA DE LOS ACEROS AL CARBONO.
El arreglo general de los granos, bordes de grano, y fases en una aleación
metálica, se llama microestructura. La microestructura es la principal responsable
de las propiedades de la aleación. La microestructura es afectada por la
composición o el contenido de aleantes, y por otros factores tales como:
 La conformación y operaciones de tratamiento térmicos.
La microestructura se ve muy afectada por la operación de soldadura, que en
cambio, tiene influencia sobre las propiedades de la aleación.
Mientras que todos los metales exhiben distintas microestructuras, trataremos
exclusivamente con los cambios microestructurales que ocurren simplemente con
el acero al carbono, que es una aleación que consiste en combinación de hierro y
carbono.
También se pueden agregar otros elementos aleantes, pero sus efectos en la
microestructura no serán tan significativos como los del carbono.
Para introducir dicho tema, es importante darse cuenta que el hierro y los aceros
sufren cambios en su arreglo cristalográfico como resultado de los cambios en la
temperatura.
Esto es, según se calientan o enfrían las aleaciones hierro-carbono, ocurren
cambios alotrópicos. El hecho que ocurran estos cambios permite el cambio de
propiedades mecánicas para una aleación específica a través de la aplicación de
distintos tratamientos térmicos.
Para entender los cambios que ocurren, los metalurgistas usan un diagrama, que
muestra los rangos de distintos componentes microestructurales del sistema
Hierro - Carbono. Se conoce como “Diagrama de Fase Hierro - Carbono”, y se
muestra en la Figura 8.1.1.
Este diagrama describe la naturaleza de las fases presentes en las aleaciones
hierro - carbono bajo condiciones cercanas al equilibrio, esto es calentamiento y
enfriamiento muy lentas.

Debe notarse que muchos de estos constituyentes microestructurales tienen
nombres múltiples y se pueden intercambiar. Por ejemplo, el hierro puro a
temperatura ambiente se conoce como hierro alfa o ferrita.
El carburo de hierro que está presente a temperatura ambiente se llama cementita
o CFe3. La estructura cúbica de caras centradas que aparece a temperaturas
intermedias se conoce como hierro gama o austenita.
DIAGRAMA HIERRO - CARBONO
Figura 8.1.1. - Diagramas de Fase Hierro -
Carbono
Mirando el diagrama, se nota que el eje vertical describe los cambios de
temperatura, mientras que el eje horizontal indica la cantidad de carbono presente.

En consecuencia, para un contenido de carbono dado, se puede trazar una línea
vertical que atraviesa el eje horizontal.
Moviéndose verticalmente hacia arriba, puede determinarse que microestructuras
existirán a distintas temperaturas. Como se muestra en la notación debajo del eje
horizontal, se considera que los aceros incluyen dichas aleaciones que tienen
desde 0.008% hasta 2% de Carbono.
Dentro de este rango, los aceros se dividen en tipo hipoeutectoide, eutectoide e
hipereutectoide, con el punto eutectoide (0.8% carbono) siendo la línea divisoria.
Los aceros hipoeutectoides son simplemente dichas aleaciones con menos de
0.8% C que existen a temperatura ambiente como combinaciones de perlita y
ferrita como opuestos a los hipereutectoides que contienen más de 0.8% C y
existen como combinaciones de perlita y cementita.
El equilibrio de la microestructura a temperatura ambiente para un acero
eutectoide (exactamente 0,8% carbono) es perlita pura.
La perlita es simplemente una mezcla en capas de cementita y ferrita.
La técnica de usar ataque con ácido revela las microestructuras que se muestran
en las Figuras 8.1.2 -8.1.4.
Figura 8.1.2. - Microestructura de Hierro Comercialmente Puro, Los Granos Blancos son
Ferrita. Se Observan los bordes de grano, y los glóbulos más oscuros son inclusiones no
metálicas.

La Figura 8.1.3. muestra una microestructura típica comercial de hierro puro con
casi nada de contenido de carbón.
Figura 8.1.3. - Aspecto Laminar de la Perlita (Aumento 1500X).
La Figura 8.1.3. muestra el aspecto típico de la perlita cuando está pulida, atacada
con ácido y observada mediante un microscopio de alta potencia (1500X). Las
áreas claras son ferrita y las áreas oscuras son cementita.
Una de las transformaciones importantes que ocurren en el acero es la
transformación de los distintos constituyentes a temperatura ambiente (ferrita,
perlita, cementita, y combinaciones de estos) a austenita, que es una estructura
cúbica de caras centradas de hierro y carbono.
Con calentamiento, esta transformación comenzará a ocurrir a 722°C (1333°F); la
línea horizontal que representa esta transformación se conoce como AC1.
Excepto para un contenido de Carbono de 0.8%, el porcentaje del eutectoide, esta
transformación ocurrirá en un rango de temperaturas, y la transformación completa
sólo tiene lugar cuando la temperatura se eleva sobre la curva llamada A3.
En el hierro puro, la transformación se completa a 910°C (1670°F), mientras que
un acero eutectoide sufrirá una transformación completa a 722°C (1333°F).
Con un enfriamiento muy lento, ocurrirá el mismo cambio en sentido reverso. La
existencia de esta transformación permite endurecer o ablandar los aceros
mediante el uso de distintos tratamientos térmicos.

Cuando se calentó un acero hasta el rango austenítico y se permitió un
enfriamiento lento en su rango de transformación, la estructura resultante
contendrá perlita.
Esta estructura puede aparecer sólo cuando se permite un tiempo suficiente para
permitir la difusión de los átomos hasta llegar a esa forma.
La difusión no es otra cosa que la migración de los átomos dentro de la estructura
de metal sólido. Cuanto mayor es la temperatura, mayor es la movilidad de los
átomos en la estructura cristalina.
Cuando el enfriamiento desde la austenita ocurre en forma suficientemente lenta,
se formará perlita. Los aceros que son tratados térmicamente para producir perlita
generalmente son muy blandos y dúctiles.
Cuando el enfriamiento desde el rango austenítico ocurre más rápidamente, en
esta transformación hay cambios significativos para una aleación de un acero
dado.
Primero, la transformación ocurrirá a una temperatura menor.
En segundo lugar, la microestructura resultante cambia drásticamente y se
incrementan la dureza y la resistencia a la tracción, con la correspondiente caída
en la ductilidad.
A velocidades de enfriamiento más grandes, la principal microestrura incluye
perlita, bainita y martensita. Con un ligero aumento en la velocidad de
enfriamiento, la temperatura de transformación desciende, produciendo una
estructura perlítica más fina, con un espacio menor entre las láminas.
Esta estructura es ligeramente más dura que la perlita gruesa y tiene algo menos
de ductilidad. A velocidades de enfriamiento aún más rápidas, y temperaturas de
transformación menores, ya no se forma perlita.
En cambio, se forma bainita y su estructura tiene una forma de pluma de finas
agujas de carburo en una matriz ferrítica.
.
La bainita tiene una resistencia y dureza significativamente superior y menor
ductilidad, siendo muy difícil de ver bajo el microscopio.
Con un enfriamiento muy rápido, o temple, no hay tiempo suficiente para que
ocurra la difusión. En consecuencia, algo de carbón queda atrapado en la red.

Si la velocidad de enfriamiento es suficientemente rápida y la cantidad de carbono
presente es suficientemente alta, se formará la martensita.
La formación de martensita es un proceso de falta de difusión (la velocidad de
enfriamiento es tan rápida que los átomos no tienen tiempo de desplazarse). La
transformación de austenita a martensita se da a causa de una acción tipo corte
(shear type) o mecánica.
La estructura cristalina resultante se conoce como una estructura tetragonal de
cuerpo centrado, que simplemente es una distorsión de la estructura cúbica de
cuerpo centrado en una rectangular.
Debido a la presencia de esta forma de red distorsionada, la estructura
martensítica exhibe una energía interna más elevada o deformación que da como
resultado una resistencia a la tracción y dureza extremadamente altas.
Sin embargo, la martensita tiene como características baja ductilidad y tenacidad.
Figura 8.1.4. – Martensita por temple – Mostrando Estructura Acicular (500X).
La Figura 8.1.4. muestra la aparición de martensita con gran ampliación (500X).
Para mejorar la ductilidad y la tenacidad sin una disminución significativa de la
dureza y la resistencia a la tracción de la martensita, se emplea el proceso
conocido como ‘revenido’.

Este tratamiento térmico consiste en recalentar la estructura martensítica del
temple a alguna temperatura por debajo de la temperatura más baja de
transformación (722 °C [1333 °F]).
Esto permite al material templado solamente, de estructura martensítica inestable
pasar a ser martensita revenida permitiendo al carbono precipitar en forma de
partículas reducidas de carburo.
Mediante la elección del tiempo de revenido y temperaturas adecuadas, se
pueden controlar la resistencia y ductilidad deseada.
Mayores temperaturas de revenido logran propiedades más blandas y dúctiles.
El tratamiento térmico de temple y revenido se usa frecuentemente para mejorar
las propiedades de los aceros con requerimientos mecánicos, debido que
desarrollan altas fluencia y a resistencia la tracción, altas relaciones resistencia de
fluencia/tracción y tenacidad a la entalla mejorada comparando con las
propiedades del laminado, recocido o normalizados.
En la Figura 8.1.5. se puede observar un ejemplo de los efectos de distintas
temperaturas de revenido para una aleación de acero particular.
Figura 8.1.5. - Efecto de la Temperatura de Revenido en las Propiedades Mecánicas de una
Aleación 12,2% Cr.

Para ayudar en la determinación de que constituyentes microestructurales darán
como resultado velocidades de enfriamiento más rápidas.
El metalurgista usa otro diagrama que se conoce como diagrama TTT, o Tiempo
Temperatura - Transformación.
También son llamados diagramas de transformación isotérmica (ITT). Como lo
implica el nombre, describe los productos microestructurales que ocurren luego de
tiempos específicos a una temperatura particular para una composición particular
del acero.
Un diagrama similar, el CCT, o diagrama de Transformación a Enfriamiento
Constante, muestra los cambios que ocurren durante un enfriamiento continuo
desde el rango austenítico.
Estos dos tipos de diagramas se superponen como se muestra en la Figura 8.1.6,
que grafica las características del enfriamiento continuo y la transformación
isotérmica de un acero tipo 8630.
Figura 8.1.6 - Diagrama de Enfriamiento Continuó y Transformación Isotérmica para Acero
tipo 8630
Este diagrama muestra a los productos microestructurales como una función tanto
de la temperatura como el tiempo.
Se muestran distintas velocidades de enfriamiento para ilustrar el uso del
diagrama.

Los productos de la transformación resultante dependen de las regiones a través
de las cuales pasan las curvas de enfriamiento y la cantidad de tiempo que les
toma a dichas curvas pasar a través de dichas regiones.
Como ejemplo, la curva “A” sólo pasa por la región austenita a martensita,
entonces la estructura resultante es 100% martensita.
Una velocidad de enfriamiento menor caracterizada por la curva “D” muestra que
los componentes microestructurales serán principalmente ferrita con sólo
cantidades menores de bainita y martensita.
Debido a que la martensita sólo puede transformarse desde la austenita, cualquier
austenita que se transforma en ferrita o bainita no puede transformarse en
martensita.

IX. TRATAMIENTOS TÉRMICOS.
9.1. TRATAMIENTO TÉRMICO.
El Tratamiento Térmico involucra varios procesos de calentamiento y enfriamiento
para efectuar cambios estructurales en un material, los cuales modifican sus
propiedades mecánicas.
El objetivo de los tratamientos térmicos es proporcionar a los materiales unas
propiedades específicas adecuadas para su conformación o uso final.
No modifican la composición química de los materiales, pero si otros factores tales
como los constituyentes estructurales y la granulometría, y como consecuencia las
propiedades mecánicas.
Se pueden realizar Tratamientos Térmicos sobre una parte ó la totalidad de la
pieza en uno ó varios pasos de la secuencia de manufactura.
En algunos casos, el tratamiento se aplica antes del proceso de formado
(recocido para ablandar el metal y ayudar a formarlo más fácilmente mientras se
encuentra caliente).
En otros casos, se usa para aliviar los efectos del endurecimiento por
deformación. Finalmente, se puede realizar al final de la secuencia de
manufactura para lograr resistencia y dureza.
9.2. ETAPAS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO.
Un tratamiento térmico consta de tres etapas que se presentan a continuación:
 Calentamiento hasta la temperatura fijada: La elevación de temperatura debe
ser uniforme en la pieza.
 Permanencia a la temperatura fijada: Su fin es la completa transformación del
constituyente estructural de partida. Puede considerarse suficiente una
permanencia de unos 2 minutos por milímetro de espesor.

 Enfriamiento: Este enfriamiento tiene que ser rigurosamente controlado en
función del tipo de tratamiento que se realice.
Como Soldador, una de sus acciones a realizar puede ser controlar dichas
operaciones de tratamiento térmico para asegurar que se observan los
requerimientos de tiempo y temperatura.
Los tratamientos térmicos básicos, incluyen recocido, normalizado, temple,
revenido, precalentamiento, postcalentamiento, y alivio de tensiones térmico.
9.3 EL RECOCIDO.
Es un tratamiento térmico que normalmente consiste en calentar un material
metálico a temperatura elevada durante largo tiempo, con objeto de bajar la
densidad de dislocaciones y, de esta manera, impartir ductilidad.
El Recocido se realiza principalmente para:
 Alterar la estructura del material para obtener las propiedades mecánicas
deseadas, ablandando el metal y mejorando su maquinabilidad.
 Recristalizar los metales trabajados en frío.
 Aliviar los esfuerzos residuales.
Las operaciones de Recocido se ejecutan algunas veces con el único propósito de
aliviar los esfuerzos residuales en la pieza de trabajo causadas por los procesos
de formado previo.
Este tratamiento es conocido como Recocido para Alivio de Esfuerzos, el cual
ayuda a reducir la distorsión y las variaciones dimensiónales que pueden resultar
de otra manera en las partes que fueron sometidas a esfuerzos.
Se debe tener en cuenta que el Recocido no proporciona generalmente las
características más adecuadas para la utilización del acero. Por lo general, al
material se le realiza un tratamiento posterior con el objetivo de obtener las
características óptimas deseadas.

9.4. EL NORMALIZADO.
También ablanda el metal, pero no en una forma tan significativa como el
recocido. Se lo considera como un tratamiento térmico de “homogeneización”
haciendo la estructura del metal muy uniforme a través de la sección transversal.
El tratamiento de normalizado se inicia elevando la temperatura del metal hasta el
rango austenítico, manteniéndolo por un período corto de tiempo, y permitiendo
luego el enfriamiento lento en aire calmo.
Este enfriamiento es más rápido que el enfriamiento en horno, entonces las
propiedades resultantes incluyen una dureza y resistencia ligeramente superior y
posiblemente una ductilidad menor comparando con el recocido.
Los aceros al carbono y de baja aleación normalizados son normalmente fáciles
de soldar.
9.5. EL TEMPLE.
Difiere del recocido y el normalizado en que las propiedades mecánicas
resultantes muestran una dureza y resistencia, significativamente incrementadas y
una baja en la ductilidad.
Este tratamiento de endurecimiento se realiza elevando la temperatura del metal
hasta el rango austenítico, manteniéndolo por un cierto tiempo, y enfriándolo
rápidamente hasta temperatura ambiente mediante la inmersión de la pieza en un
medio de temple, tal como agua, aceite o sales disueltas en agua.
El temple se realiza para producir principalmente estructura martensítica que tiene
característicamente alta dureza y resistencia, y baja ductilidad.
Para mejorar la ductilidad sin una degradación significativa de las características
de resistencia, normalmente se realiza un tratamiento de revenido.
9.6. REVENIDO.
Para revenir, el metal es calentado nuevamente a una temperatura por debajo de
la temperatura de transformación más baja, mantenido por un corto tiempo para

permitir que la estructura martensítica altamente tensionada se relaje algo, y luego
es enfriado.
Por ejemplo, se han utilizado estos tratamientos térmicos para la fabricación del
acero de Damasco (Siglo X a.C.) y de las espadas de los samurais japoneses
(Siglo XII d.C.).
Es posible obtener una dispersión excepcionalmente fina de Fe3C (conocida como
martensita revenida) si primero se templa la austerita para producir martensita, y
después se realiza el revenido.
Durante el revenido, se forma una mezcla íntima de ferrita y cementita a partir de
la martensita.
El tratamiento de revenido controla las propiedades físicas del acero. (Ver Figura
No. 1).
Figura 1. Efecto de la temperatura de revenido sobre las propiedades mecánicas de un acero
SAE 1050

Este tratamiento térmico consiste en calentar el acero, (después de haberle
realizado un Temple o un Normalizado) a una temperatura inferior al punto crítico
(o temperatura de recristalización).
Esto es seguido de un enfriamiento controlado que puede ser rápido cuando se
pretende resultados altos en tenacidad, o lentos, cuando se pretende reducir al
máximo las tensiones térmicas que pueden generar deformaciones.
Es muy importante aclarar que con la realización del proceso de Revenido no se
eliminan los efectos del Temple, solo se modifican, ya que se consigue disminuir la
dureza y tensiones internas para lograr de ésta manera aumentar la tenacidad.
9.7. LOS TRATAMIENTOS DE PRECALENTAMIENTO.
Se usan, como se discutió previamente, para disminuir algo la velocidad de
enfriamiento del metal base adyacente a la soldadura para permitir la formación de
constituyentes microestructurales distintos de la martensita.
El precalentamiento se aplica previo a la soldadura.
9.8. LOS TRATAMIENTOS DE POSTCALENTAMIENTO.
Se usan para reducir las tensiones residuales y para revenir fases duras, frágiles
formadas durante el enfriamiento o temple.
El postcalentamiento se aplica luego que se terminó la soldadura. Generalmente,
las temperaturas de postcalentamiento son superiores a aquellas usadas para el
precalentamiento.
El tratamiento térmico a ser discutido finalmente, es el alivio térmico de tensiones,
que cae dentro de la categoría de tratamiento de postcalentamiento.
Este se discutió antes como un método de reducir la cantidad de tensiones
residuales que están presentes luego de la soldadura.
El alivio térmico de tensiones se realiza a temperaturas por debajo de la menor
temperatura de transformación de 722°C (1333°F).

Aumentando la temperatura de la soldadura y el metal base gradual y
uniformemente, se permite una relajación de los esfuerzos térmicos creados por el
calentamiento localizado de la soldadura.
El alivio de tensiones ocurre debido a que la resistencia del metal se reduce en la
medida que se eleva la temperatura, permitiendo a los esfuerzos residuales
relajarse y una recuperación del metal.
Este tratamiento ayudará a la eliminación de los problemas asociados con la
distorsión.
Hay otros dos aspectos de la metalurgia de la soldadura a ser tratados debido a
que también ayudarán a entender los principios físicos involucrados en los
distintos cambios metalúrgicos como son la difusión y la solubilidad en el sólido.
9.9. DIAGRAMA TTT (TIEMPO-TEMPERATURA-TRANSFORMACIÓN).
Este tipo de diagrama muestra cómo la velocidad de enfriamiento afecta la
transformación de Austenita en varias fases posibles, las cuales pueden ser:
(1) Formas alternativas de Ferrita y Cementita,
(2) Martensita.
El tiempo se presenta logarítmicamente a lo largo del eje horizontal y la
temperatura en el eje vertical.
Esta curva se interpreta partiendo del tiempo t0 (pocos segundos transcurridos) en
la región Austenita y continúa hacia abajo y a la derecha a lo largo de la
trayectoria que muestra cómo se enfría el metal en función del tiempo.

Figura 9.9.1. Diagrama TTT para un Acero.
Los tiempos de transformación dependen de la aleación del material.
La Figura No. 9.9.1.- presenta un ejemplo del diagrama TTT para un acero:
Abreviaturas y códigos de la gráfica:
Ps
Representa el momento en el cual se produce Perlita gruesa
Pf Representa el momento en el cual se produce Perlita fina.
Ms Representa el momento en el cual se produce Martensita gruesa.
Mf Representa el momento en el cual se produce Martensita fina.
Bs Momento de inicio de la transformación a la Bainita.
Bf Momento de la finalización de la transformación Bainita.

9.10. TRATAMIENTOS TERMICOS ANTES DURANTE Y DESPUES DE LA
SOLDADURA.

9.11. SEGURIDAD DURANTE LOS TRATAMIENTOS TERMICOS.
Los peligros potenciales durante la realización de los Tratamientos Térmicos son
la Tensión Eléctrica y la alta Temperatura que puede producir quemaduras si la
aislación no es apropiada, o si la eventual manipulación durante el periodo de alta
temperatura se realiza sin precaución o protección (guantes aislantes).
Si se utiliza el método de la Mampara con calefactores Four-Bank, las tensiones
son de 380V a diferencia de 85V utilizadas en calefactores flexibles.
Cuando se utilizan máquinas de soldar como fuentes de energía para TTPS o
cilindros de acetileno o gas para el precalentamiento puede consultarse ANSI/ASC
Z49.1, Safety in Welding and Cutting. A continuación y en función del tipo de
trabajo se evalúan los riesgos potenciales y las acciones de seguridad tomadas
con el objeto de eliminarlos o minimizarlos.
DESCRIPCION DEL TRABAJO RIESGO PROTECCION
AMOLADO Y COLOCACION DE
TC
CHISPAS
PROYECCION DE
VIRUTA
ANTEOJOS DE SEGURIDAD
ANTIPARRAS
GUANTES
CONECCION
380/220V
DISYUNTOR DIFERENCIAL
FIJACION DE CALEFACTORES
ALTURA ANDAMIOS
CINTURON DE SEGURIDAD
OTRO TRATAMIENTO
CERCA
GUANTES
AISLACION
FIBRA CERAMICA
EN EL AIRE
MASCARILLA ANTIPOLVO
CONEXIÓN DE
CALEFACTORES (BAJA
TENSION, 85 V.)
QUEMADO DE
CABLES
CHISPAS
ALEJAR CABLES DE FUENTES DE CALOR
SUJETAR CABLES A PUNTOS FIJOS
CONEXIONES ELECTRICAS FIRMES
PROTECCION MECANICA DE CABLES
CONEXIÓN DE EQUIPOS ALTA
TENSION (380/220 V)
CHOQUE ELECTRICO
CARTEL DE ADVERTENCIA EN CABLES Y
EQUIPOS
SECCION DE CABLES ADECUADOS
CONECCION ADECUADA
PROTECCION CONTRA HUMEDAD
FUSIBLES ADECUADOS
DURANTE EJECUCION DE
T.T.P.S
TEMPERATURA
VALLADOS
GUANTES
DESARMADO DE T.T.P.S.
FIBRA EN EL AIRE MASCARILLA ANTI-POLVO
ALTURA
VALLADOS
CINTURON DE SEGURIDAD
ASCENSO Y DESCENSO DE MATERIALES
CON SOGA (NO ARROJAR)

X. ENSAYOS DE DUREZA.
La dureza es la capacidad del metal para resistir la penetración o la impronta. La
dureza de un metal permite realizar una aproximación sobre el valor de la
resistencia a la tracción.
Como consecuencia, los ensayos de dureza son realizados usando un tipo de
penetrador el cual es forzado contra la superficie objeto del ensayo. Es medida la
profundidad de la impronta o el diámetro de la penetración, dependiendo del tipo
de ensayo de dureza realizado.
La dureza puede ser medida usando una variedad de dispositivos electrónicos o
por ultrasonido, pero la discusión está limitada a los métodos de impronta.
La dureza de un metal es fácilmente determinada, debido a la gran cantidad de
métodos que pueden ser usados para determinarla.
Van a ser tratados tres tipos básicos de ensayos de dureza por penetración,
Brinnel, Rockwell y microdureza.
En general, los tres tipos difieren uno de otro en el tamaño de la impronta
producida. El ensayo de Brinell es el más usado, y el de microdureza el menos
empleado.
10.1. ENSAYOS DE DUREZA POR PENETRACIÓN.

10.1.1. ENSAYO DE DUREZA BRINELL (BHN).
El método de Brinell es comúnmente usado para la determinación de la dureza de
metal. Es conveniente para este propósito porque la impronta cubre un área
relativamente grande, eliminando los problemas asociados con durezas
localizadas o puntos blandos en el metal.
Las altas cargas características usadas para el ensayo Brinnel ayudan a reducir
los errores producidos por las irregularidades superficiales. Previo al ensayo
Brinell, es necesario prepara adecuadamente la superficie; esto incluye el amolado
de la superficie para alcanzar una superficie relativamente plana.
La superficie debe ser lo suficientemente plana para poder medir precisamente la
penetración. Para realizar un ensayo Brinell, un penetrador es forzado contra la
superficie del objeto de prueba mediante alguna carga preestablecida.
Una vez que la carga es removida, el diámetro de la impronta es medido usando
un magnificador graduado.
Basado en el tamaño y en el tipo de penetrador, la carga aplicada y el diámetro
resultante de la impronta, puede ser determinado un número de Dureza Brinell.
Dado que esta es una relación matemática, el número BHN puede ser
determinado con una variedad de tipos de penetradores y cargas.
También este BHN puede ser referido a la resistencia la tracción de los aceros al
carbono.
Esto es, el BHN multiplicado por 500 es aproximadamente igual a la resistencia a
la tracción del metal.
Esta relación no se aplica a todas las aleaciones, solamente a los aceros al
carbono y a los de baja aleación.
Un ensayo Brinell común usa una bolilla de acero endurecido de 10 mm de
diámetro y una carga de 3000 kg.
De todos modos, las condiciones del ensayo, como dureza y espesor de la
muestra, variaciones en el tipo y diámetro de la bolilla y el valor de la carga
aplicada pueden también ser requeridos.

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