Resistencia mecánica

1. DEFECTOSEN SOLDADURAY
SU SIGNIFICACION
SOBREELCOMPORTAMIENTO
EN SERVICIO

2. MODOSDEFALLA
EN COMPONENTES
ESTRUCTURALES
SOLDADOS

3. DEFECTOS EN SOLDADURA Y SU SIGNIFICACIÓN
SOBRE EL COMPORTAMIENTO EN SERVICIO.
La soldadura sin defectos es una idealización difícilmente
alcanzable en la práctica. El inspector de soldadura debe
conocer de qué manera la presencia de estos defectos
afectan el comportamiento en servicio de una soldadura.
La presencia de defectos en una soldadura puede
determinar el acortamiento de su vida útil. Es necesario
poder detectarlos en una etapa temprana de su aparición
sea durante la construcción del componente o durante el
funcionamiento en servicio.
Las fallas en servicio de uniones soldadas como
consecuencia de la presencia de defectos puede adoptar
algunas veces formas catastróficas. De aquí la necesidad
de identificar aquellos defectos que pueden conducir a
este tipo de fallas.

4. El conocimiento por parte del Inspector de Soldadura sobre
los mecanismos conducentes a la formación de los
distintos tipos de defectos le permitirá tomar acciones
efectivas para contribuir a impedir su aparición durante la
construcción de un componente soldado.
Un mismo defecto puede tener consecuencias diferentes si
está sometido a distintas condiciones de servicio. El
conocimiento del comportamiento de los distintos defectos
cuando varían esas condiciones harán del inspector un
intérprete mas lúcido de la documentación técnica
aplicable a una obra.

5. Componente estructural: cualquier elemento cuya función
primordial sea la transmisión de esfuerzos mecánicos o la
retención de presión.
Discontinuidad: cualquier aspecto o detalle geométrico,
metalúrgico o mecánico que no se encuentre previsto en el
diseño original del componente que por su magnitud o
características no afecte la performance ni la vida útil del
componente.
Defecto: cualquier aspecto o detalle geométrico,
metalúrgico o mecánico que no se encuentre previsto en el
diseño original del componente que por su magnitud o
características pueda afectar la performance o la vida útil
del componente

6. Concentrador de tensiones: toda discontinuidad
geométrica severa o defecto de tipo geométrico que
tenga la propiedad de modificar el campo de tensiones
en forma local incrementando el valor de las tensiones
en su vértice. Cualquier cambio brusco de sección o la
presencia de una discontinuidad o defecto planar,
constituyen en general un concentrador de tensiones.
Discontinuidad (defecto) planar: Toda discontinuidad
(defecto) que por su forma pueda considerárselo
contenido esencialmente en un plano. Las fisuras
constituyen el ejemplo mas típico de este tipo de
discontinuidad (defecto).
Discontinuidad (defecto) volumétrico (o no planar): Toda
discontinuidad (defecto) que por su forma no pueda
considerárselo contenido en un plano. Las inclusiones
de escoria y la porosidad constituyen el ejemplo mas
típico de este tipo de discontinuidad (defecto).

7. ESTADISTICA MUNDIAL DE FALLAS EN EQUIPOS
CONDUCENTES A GRANDES PERDIDAS (D.Mahoney
1992)

8. Una unión soldada en un componente fabricado puede
fallar en servicio como consecuencia de la presencia
de un defecto. Los modos que puede tomar esta falla
son diversos. Los mas importantes son:
• Inestabilidad elástica (pandeo local o generalizado)
• Excesiva deformación elástica (atascamiento)
• Excesiva deformación plástica (fluencia
generalizada)
• Inestabilidad plástica (estricción, pandeo plástico)
• Fatiga de alto ciclo y bajo ciclo
• Corrosión, erosión, corrosión-fatiga, corrosión bajo
tensiones, etc.
• Creep y creep-fatiga
• Fractura rápida (frágil,dúctil,mixta)

9. La diapositiva anterior menciona los distintos
tipos de falla que pueden ocurrir a un
componente estructural en general. Sin ser un
listado exhaustivo, incluye los mecanismos de
falla mas frecuentes e importantes.
Pude verse que estos mecanismos son
múltiples y que en algunos casos puede existir
una combinación sinérgica entre ellos.
Algunos de los tipos de falla mencionados son
mas o menos relevantes para el caso de
uniones soldadas. En lo que sigue los iremos
analizando individualmente, prestándoles
mayor o menor atención según esta relevancia.

10. Esta diapositiva muestra un
caso común de inestabilidad
elástica representado por el
pandeo de una columna de
sección “U” en la que se ve la
deformación experimentada
por las alas de la misma como
consecuencia del esfuerzo de
compresión aplicado que ha
superado la carga crítica.

11. Bajo ciertas condiciones un material
que ha alcanzado la condición plástica
puede inestabilizarse y conducir
rápidamente a un colapso plástico. Un
ejemplo conocido de este fenómeno es
la estricción que precede a la rotura en
el ensayo de tracción de un material
dúctil. La inestabilidad plástica puede
ser responsable en otros casos de la
propagación rápida de una fisura,
dando así origen a un fenómeno de
fractura dúctil rápida. Hoy se sabe que
muchas fallas catastróficas que en el
pasado fueron atribuidas a fracturas
frágiles, tuvieron su origen como
inestabilidades dúctiles.

12. Rotura de un eje producida por fatiga

13. La fotografía anterior corresponde a la
superficie de fractura por fatiga de un eje
sometido a flexión rotativa. Puede
observarse que la fisura por fatiga se
inició en el concentrador de tensiones
introducido por el chavetero. También se
ven claramente las llamadas “líneas de
playa” que denotan las sucesivas
posiciones del frente de fisura hasta que
se produce el colapso final de la sección
remanente. Puede observarse la baja
deformación plástica asociada a la rotura.

14. Soldadura transversal a tope que
presenta fisuras por fatiga en el talón

15. La figura anterior muestra una soldadura
a tope solicitada transversalmente por
cargas variables en la que se ha
generado una fisura por fatiga a partir
del talón de la sobremonta. Puede
observarse también una fisura
secundaria.
Veremos qué significa que la fisura se
haya iniciado en el talón de las
sobremonta.

16. Fisura por fatiga originada en el
concentrador formado por el
respaldo permanente

17. La fotografía anterior muestra una fisura
por fatiga a través del cordón de
soldadura, iniciada en el concentrador
formado por la presencia del respaldo
permanente.
Por esta misma razón muchas veces los
códigos limitan o impiden el empleo de
este tipo de respaldo

18. Reproducción
de un artículo
periodístico
referido a un
evento de falla
por fatiga en
una
plataforma de
explotación
petrolera
“costa afuera”
que pudo
haber
conducido a
una falla
catastrófica.

19. Fractura frágil de un recipiente de
presión durante la prueba hidráulica

20. Fractura frágil a lo largo de la HAZ de una
soldadura en un recipiente de presión

21. La fotografía anterior ilustra el caso de
una fractura frágil a lo largo de la HAZ
del cordón de soldadura de un
recipiente de presión. Puede verse
claramente la naturaleza catastrófica
de este tipo de falla.
Obsérvese la ausencia casi completa
de deformación plástica a nivel
macroscópico.
Analizaremos qué motivos pueden
existir para que la fractura se haya
propagado en esa zona en lugar de
haber seguido una camino aleatorio.

22. Un caso clásico de fractura rápida (frágil).
Tanker T-2 USS Schenectady, acaecida con la
nave en puerto, amarrada y descargada.

23. La fotografía anterior ilustra uno de
los casos de fractura frágil mas
difundidos en la literatura técnica. Se
trata de la rotura catastrófica del
tanker T-2 USS Schenectady, acaecida
mientras la nave se encontraba
amarrada en puerto y descargada.
Este caso ilustra con elocuencia las
características con que suele
presentarse una fractura rápida, es
decir:
• rotura sorpresiva
• ausencia de sobrecargas
• diseño “clásico” correcto

24. De los aproximadamente 5000 barcos de la serie
Liberty, Victory y tankers T-2, que los EE.UU.
construyeron en los años 1940-45, unos 800
sufrieron fallas estructurales importantes y unos
200 fracturas mayores.
Dado que estos buques incorporaban el concepto
de viga buque soldada, se puso en evidencia alguna
relación entre el uso de la soldadura y los
problemas de falla por fractura rápida.
Esta circunstancia llevó al inicio de un programa de
investigación en el tema que condujo al desarrollo
actual de la Mecánica de Fractura.

25. La fractura frágil se
produce por
separación de planos
atómicos bajo
tensiones normales

26. La fractura dúctil se
produce por rotura
plástica de los
ligamentos entre
partículas

27. El patrón “Chevron”
de una fractura
frágil asociado a
una baja deforma-
ción plástica en la
superficie de fractu-
ra, que es esen-
cialmente perpendi-
cular a las super-
ficies de la chapa.
La fractura dúctil se
caracteriza por su
aspecto fibroso, au-
sencia del patrón
“Chevron” y una
superficie de frac-
tura oblicua con
relación a las
superficies de la
chapa.