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APOYO A LA UNIDAD DE INGENIERIA DE SOLDADURA

DISCONTINUIDADES

ANSI/AWS B1.11

TRADUCCIÓN LIBRE CON FINES ESTRICTAMENTE ACADÉMICOS Y REFERENCIALES

Autor: Msc. Jesús Ruiz Saavedra

GEND - PUCPGRUPO DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

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Guía para la Inspección Visual de Soldaduras DISCONTINUIDADES 4.1 Generalidades. Esta sección es concerniente solo con las discontinuidades, lasa cuales pueden o no ser clasificadas como defectos (rechazables) dependiendo delos requisitos de las especificaciones o codigos individuales. La intención es para información e instrucción y .. asistir en la identificación de las discontinuidades. Las discontinuidades pueden ocurrir en cualquier ubicación de la soldadura. La Inspección visual después que la soldadura es terminada esta limitada a la condición superficial de la soldadura. Descubrir discontinuidades sub-superficiales requiere que el examen visual sea complementado por otro método de END. Una discontinuidad esta definida como una interrupción de la estructura típica de una unión soldada, tal como falta de homogeneidad en las caracteristicas mecánica, metalúrgica, o física del material o soldadura. Una discontinuidad no es necesariamente un defecto. Las discontinuidades son rechazables solamente si ellas exceden los requerimientos de las especificaciones en términos del tipo, tamaño, distribucion, o ubicación. Una discontinuidad rechazable es llamada defecto. Por definición un defecto es una discontinuidad que por su tamaño, forma, orientación, o ubicación lo hace detrimental al uso o servicio de la pieza en la cual este aparece. Las discontinuidades pueden ser encontradas en el metal de soldadura, zona afectada por calor, o metal base de muchas uniones soldadas. Cuatro juntas de soldadura básicas son consideradas en esta guía : a tope , T, esquina y de traslape. Discontinuidades de la soldadura y del metal base de tipos específicos son comúnmente cuando ciertos procesos de soldadura y detalles de junta son usados. Un ejemplo son las inclusiones de tungsteno , las cuales solo ocurren en soldaduras hechas usando soldadura con arco gas y electrodo de tungsteno (TIG:GTAW). Otras condiciones , tales como alta restricción y acceso limitado a las porciones ala junta soldada, puede llevar a una alta incidencia de discontinuidades en metal base y de soldadura. Cada tipo general de discontinuidad es discutida en detalles en esta sección. Otros documentos pueden usar diferente terminología para algunas de estas discontinuidades; sin embargo sonde sea posible, las terminología aprobaba AWS, encontrada en ANSI/AWS A3.0 Términos y Definiciones de Soldadura Normalizadas, deberían ser usadas para eliminar la confusión. Un ejemplo de terminología adicional aparece en la ANSI/ AWS d1.1, Código de Soldadura Estructural – Acero. Donde “discontinuidad del tipo fusión” es un termino general usado para describir un numero de varios discontinuidades, incluyendo : inclusiones d escoria, fusión incompleta, penetración de junta incompleta, y discontinuidades alargadas similares en soldaduras con fusión. Otro tipo de discontinuidad es causada por perdida del gas de protección. Ver Figura 1. Estas discontinuidades son de interes general para dueños, diseñadores y fabricantes.

Figura 1. Oxidación superficial (sugaring: azucarado) en una soldadura TIG de Acero Inoxidable

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4.2 Porosidad. La porosidad esta caracterizada por discontinuidades del tipo cavidad formado por gas atrapado durante la solidificación. La discontinuidad formada es generalmente esférica pero puede ser cilíndrica. Frecuentemente, la porosidad es una indicación que el proceso de soldadura no esta siendo apropiadamente controlado, o que el metal base o metal de aporte esta contaminado, o que el metal base es de una composicion incompatible con el metal de aporte de la soldadura y el proceso. 4.2.1 Porosidad Dispersa. La porosidad dispersa es la porosidad ampliamente distribuida en un solo pase de soldadura o en varias pasadas de una soldadura multipase. La porosidad estará presente en una soldadura la técnica de soldeo, materiales a ser usados o las condiciones de la preparación de junta, conlleve a la formación de gas y a su atrapamiento. Si la soldadura enfría suficientemente lenta para permitir al gas pase a la superficie andes de la solidificación , no habrá porosidad en la soldadura. La Figura 2 ilustra la presencia de porosidad dispersa.

Figura 2. Porosidad Dispersa

4.2.2 Porosidad Agrupada y Porosidad Alineada. La porosidad agrupada es un grupo de poros localizados. Frecuentemente resulta de un inapropiado inicio o parada del pase de soldadura. La condiciones que causan el soplado del arco pueden también resultar en porosidad agrupada. La porosidad alineada es un numero de poros los cuales están alineados. Frecuentemente ocurre a lo largo de la interfase de la soldadura, la raiz de la soldadura o un limite entre pases, y desarrolla por contaminación que causa ga a ser liberados en aquellas ubicaciones. Un ejemplo de porosidad lineal, con una fisura longitudinal acompañante, se muestra en la figura 3.

Figura 3. Porosidad Lineal con fisura

4.2.3 Porosidad Vermicular (tubular) La porosidad vermicular (también referida como agujero de gusano, o porosidad alargada) es un termino para discontinuidades de gas alargadas. La porosidad vermicular en soldaduras de filete se extienden desde la raiz hasta la cara de la soldadura. Cuando se ven un pocos poros en la cara de la soldadura, cuidadosa excavación mostraran frecuentemente que hay muchas poros subsuperficiales que no se extiende todos hacia la cara de la soldadura. La Figura 4 es una ilustración de algunos poros superficiales, los cuales, cuando son excavados, determinaron ser porosidad vermicular.

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. 4.3 Fusión Incompleta. Fusión incompleta es llamado como fusión la cual no ocurre entre las superficies del metal base pretendida a ser soldadas y entre todas los pases de soldaduras...La Figura 5 fusión incompleta ha ocurrido en varias ubicaciones en la soldadura. La Figura 6 muestra fusión incompleta que no podría ser aparente durante la inspección visual , pero debería ser detestada por exámenes de radiografia o ultrasonido.

Figura 5- Ubicación de Fusión Incompleta

Figura 6- Fusión Incompleta

La fusión incompleta puede resultar de calor aportado insuficiente o la manipulación impropia del electrodo de soldadura. Mientras que es una discontinuidad asociada a la técnica de soldadura, puede ser causada también por la presencia de contaminantes en la superficie a ser soldada. La figura 7 muestra un ejemplo que sucede n la cara de una junta en canal de una cero soldado con soldadura tubular (FCAW). La Figura 8 y 9 muestran la presencia de fusión incompleta (traslape en frió) entre pases individuales y entre el metal de soldadura y el metal base. Estas condiciones fueron encontradas en soldadura por gas metálico (GMAW) en aluminio.

Figura 4. Apariencia superficial de porosidad tubular

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Figura 7- Fusión incompleta en la Cara de la soldadura de canal

Figura 8. Fusión Incompleta entre pases de soldadura

Figura 8. Fusión Incompleta entre el metal de aporte y el metal base 4.4 Penetración de junta incompleta. La penetración de junta incompleta esta definida como la penetración por el metal de soldadura que no se extiende para el espesor completo del metal base en una junta con una soldadura en canal.. La figura 10 alguna condiciones las cuales son clasificadas como penetración de junta incompleta.. La condición mostrada para la soldadura de canal de V simple solamente será evidente usando examen visual si hay acceso a l lado de la raiz de la soldadura. La condición mostrada en la junta en T de doble bisel no será evidente en la soldadura terminada, excepto en el inicio y en las paradas.

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La penetración de junta incompleta puede resultar de calor de soldadura insuficiente, inapropiado control lateral del arco de soldadura, o inapropiada configuración de la junta. Algunos procesos de soldadura que tienen mas grande habilidad de penetración que otros y deberían por tanto ser menos susceptibles a este problema. Muchos diseños llaman al pase de raiz la raiz de la soldadura con soldadura subsiguiente en el mismo lado para asegurar que n o halla áreas de penetración de junta incompleta o fusión incompleta. Las soldaduras de tuberías son especialmente vulnerables a estas discontinuidades, ya que la junta es usualmente inaccesible para la soldadura desde el lado de la raíz. Frecuentemente un anillo de respaldo o inserto consumible es empleado para ayudar a los soldadores en tales casos (ver figura 11) . La figura 12 es una fotografía penetración de junta incompleta en la raiz de la soldadura.

Figura 11. Penetración incompleta con inserto consumible

Figura 10. Penetración incompleta de junta

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Figura 12. Penetración incompleta de la junta 4.5 Socavación. La socavación crea una transición la cual debería ser evaluada para una reducción en la sección transversal, y para concentración de tensiones o efecto entalla cuando la fatiga es una consideración. La socavación, controlada dentro los límites de la especificación, no es considerada un defecto de soldadura. La socavación esta usualmente asociada con técnicas de soldadura inapropiada o parámetros de soldadura, corrientes o voltajes de soldadura excesivos, o ambos. La figura 13 muestra la configuración común de la socavación . La figura 14 es una fotografía de socavación al pie de una soldadura en filete en acero.

Figura 13. Ejemplos de socavación

Figura 13. Socavación en el talón de una soldadura en filete

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4.6 Falta de llenado. La falta de llenado es una depresión en la cara de la soldadura o superficie de la raiz extendiéndose por debajo de la superficie adyacente del metal base. La falta de llenado esta definido usualmente como una condición donde el espesor total a través de la soldadura es menor que el espesor del metal base adyacente. Resulta de la falla de un soldador o operador de soldadura paea completar de mente aceptado. La figura 15 ilustra la configuración de la falta de llenado. Un termino “no estandarizado” para la falta de llenado en la superficie de la raiz de una soldadura de tubería es “concavidad interna” . las figura 16 muestra la presencia de falta de llenado en acero con soldadura tubular.

Figura 15. Falta de Llenado

Figura 16. Falta de llenado en una soldadura Tubular (FCAW )en acero 4.7 Traslape. El traslape es la poltrusion del metal de soldadura hacia el pie de la soldadura, o raiz de la soldadura. Puede aparecer como resultado de un pobre control de los procesos de soldadura, selección inapropiada de los materiales de soldadura, o preparación inapropiada de los materiales previo a la soldadura. Si hay óxidos adheridos en el metal base que interfieren con la fusión, frecuentemente resultara en traslapes. La figura 17 condiciones de traslape. El traslape es una discontinuidad superficial que se forma una entalla mecánica, y es siempre cercana considerable rechazable. Una ilustración de traslape se muestra en la figura 18.

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Figura 17. Traslape

Figura 18. Traslape 4.8 Laminaciones. Las laminaciones son discontinuidades del metal base planas, generalmente alargadas, encontradas en el área central del espesor de productos forjados. Un ejemplo es la figura 19. Las laminaciones pueden ser completamente internas, y entonces solo detectadas no destructivamente por el ensayo ultrasónico. B Ellas pueden también extenderse a un extremo o borde donde son visibles en la superficie y pueden ser detectadas por inspección visual, ensayos por líquidos penetrantes o partículas magnéticas. Ellas pueden también ser reveladas cuando se exponen por operaciones de corte o maquinado. Las laminaciones se forman cuando una cavidad de gas, cavidad de contracción, o inclusiones no metálicas en el lingote original son laminadas.. Ellas generalmente se disponen paralelas a la superficie de los productos laminados y son la mayoría comúnmente encontradas en barras y planchas. Algunas laminaciones son parcialmente soldadas por forja a lo largo de su interfase por las altas temperaturas y presiones de la operación de laminado. Laminaciones algunas veces conducen el sonido a lo largo de la interfase, por tanto, no pueden ser completamente evaluadas por ultrasonido.

Figura 19. Laminación

4.1 Fisuras. La fisuras se forman en la soldadura y en el metal base cuando tensiones localizadas exceden la resistencia máxima del material. El fisuramiento puede ocurrir a temperatura elevada durante la

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solidificación del metal de soldadura, o después de la solidificación, cuando la soldadura a disminuido la temperatura. La fisuracion es generalmente asociada con la amplificación de las tensiones cerca de las discontinuidades en la soldadura y en el metal base, o entallas cercanas asociadas con el diseño de la junta soldada. Altas concentración de tensiones están presentes generalmente, y la fragilidad por hidrógeno es frecuentemente un contribuyente a la formación de fisuras. Las fisuras relacionadas a las soldaduras son generalmente frágiles en naturaleza, exhibiendo pequeña deformación plástica en los bordes de la fisura. La figura 20 representa los variados tipos de fisuras y ubicaciones de las fisuras en la zona de soldadura, algunos de los cuales no seran visibles durante el examen visual de la superficie de la soldadura. Las fisuras pueden ser clasificadas como fisuras en caliente o fisuras en frió. Las fisuras en caliente se desarrollan a temperaturas elevadas. Ellas se forman durante la solidificación del metal a temperatura cercana a la del punto de fusión. Las fisuras en frió se desarrollan des pues que la solidificación es terminada. El fisuramiento asociado con la fragilidad por hidrógeno, comúnmente llamada “fisuramiento retardado” es una forma de fisuracion en frió. Las fisuras en frió se propagan a través de los limites de grano y también a través de los granos.

4.10.1 Orientación. La orientación de las fisuras pueden ser denominadas longitudinales o transversales, dependiendo de su dirección con respecto al eje de la soldadura. Cuando una fisura es paralela al eje de la unión soldada, es llamada fisura longitudinal, sin interesar de donde esta la línea central en el metal de soldadura o una fisura de raíz en la zona afectada por calor del metal base. La fisura es transversal cuando se encuentra perpendicular al eje de la unión soldada. Estas pueden estar limitadas en tamaño y confinadas al metal de aporte o ellas pueden propagarse desde la soldadura hacia la zona afectada por calor adyacente y tambien hacia el metal base. En algunas soldaduras, las fisuras transversales se formaran en la ZAC y no en el metal de aporte. Las fisuras longitudinales, echas por soldadura mecanizada, están asociadas comúnmente con altas velocidades de soldeo, y algunas veces relacionadas a la porosidad que no se observa en la cara de la soldadura. Las soldaduras que presentan grandes radios espesores-ancho pueden ser susceptibles a fisuras longitudinales debido al patrón de solidificación resultante. Las fisuras longitudinales en pequeñas soldaduras entre secciones gruesas son frecuentemente el resultado de velocidades de enfriamiento rápidas y de altas restricciones. Fisuras transversales en frió son generalmente el resultado de esfuerzos de contracción longitudinales actuantes en metal de aporte duro o de baja ductilidad. La figura 21 muestra, esquemáticamente, la apariencia de ambas fisuras, longitudinales y transversales. La Figura 22 es una fotografía de una fisura longitudinal la cual se ha propagado a lo largo de la soldadura entre poros de una porosidad lineal. La figura 23 muestra dos fisuras transversales al metal de aporte aparecidas en una soldadura MIG multipase en un soldadura de acero de alta resistencia.

Figura 20-. Varios tipos de fisuras

Leyenda 1.Fisura en el cráter 2. Fisura en la cara 3. Fisura en la ZAC 4. Desgarre Laminar 5. Fisura Longitudinal 6.Fisura en la raíz 7.Fisura superficial en la raíz 8.Fisura en la garganta 9.Fisura en el talón 10.Fisura Transversal 11.Fisura debajo del pase 12.Fisura en la interfase de la soldadura 13.Fisura en el metal de aporte

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Figura 21. Fisuras longitudinal y Transversal

Figura 22. Fisura longitudinal y porosidad lineal

Figura 23. Fisuras Transversales 4.10.2 Fisuras en la garganta. (Throat Cracks). Son fisuras longitudinales en la cara de la soldadura en la dirección del eje de la unión soldada. Ellas son generalmente, pero no siempre, fisuras en caliente. Un ejemplo de una fisura en la garganta en una soldadura en filete se muestra en la figura 24. 4.10.3 Fisuras en la raíz. (Root Cracks). Son fisuras longitudinales que aparecen en la raíz de las soldaduras. Ellas son generalmente fisuras en caliente.

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Figura 24. Fisuras en la Garganta (Throat Crack) 4.10.4 Fisuras en el Cráter. (Crater Cracks). Aparecen en el cráter de la unión soldada y se forman por una impropia terminación del arco de soldadura. Un termino no estandarizado para las fisuras en el cráter es fisuras en estrella ya que ellas pueden tener otras formas. Las fisuras en el cráter fisuras en caliente usualmente formando una agrupación multipunteada en forma de estrella. La figura 25 muestra una fisura de cráter aparecida en una soldadura de apuntalamiento con el proceso TIG. En la figura 26 otra soldadura de aluminio con TIG es fotografiada, donde la existente fisura en el cráter se ha propagado en una fisura en la garganta longitudinal alrededor de la circunferencia de una soldadura en filete circular.

Figura 25. Fisura en el Crater

Figura 26. Fisura Longitudinal propagándose desde una fisura en el cráter.

4.10.5 Fisuras en el Talón. (Toe Cracks). Son generalmente fisuras en frió. Ellas se inician y propagan desde el talón de la soldadura donde los esfuerzos por restricciones son los mas altos. Cambios abruptos del perfil en el talón causados por una convexidad o Sobremonta excesiva puede amplificar las tensiones, haciendo al talón de la soldadura un área donde ocurra fisuración. La figura 27 muestra la apariencia de fisuras en el talón en una junta en T, y la figura 28 muestra una fotografía de una fisura en el talón.

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Las fisuras en el talón se inician aproximadamente perpendicular a la superficie del metal base. Estas fisuras son generalmente el resultado de esfuerzos debidos a contracciones térmicas actuantes en la zona afectada por calor de la soldadura. Algunas fisuras en el talón pueden ocurrir porque las propiedades de traccion transversales de la ZAC no pueden soportar las tensiones de contracción que son impuestas por el soldeo.

Figura 27. Fisuras de Talón

Figura 28. fisura en el talón

4.10.6 Fisuras debajo del pase y en la zona afectada por Calor. Son generalmente fisuras en frío que se forman en la ZAC del metal base. Pueden ser longitudinales o transversales. Ellas se encuentran a intervalos regulares debajo de la soldadura donde los esfuerzos residuales son los mas altos. Las fisuras debajo del pase se pueden convertir en un problema muy serio cuando los tres elementos siguientes se presentan simultáneamente:

(1) Hidrógeno (2) Microestructura susceptible a la fisuración (3) Tensiones (de traccion)

La figura 29 la ocurrencia de fisuras bajo el pase, los cuales no pueden ser detectadas en examen visual, excepto si el material es cortado.

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Figura 27. Fisura debajo del cordón

4.11 Inclusiones de Escoria. Son materiales sólidos no metálicos atrapados en el metal de aporte o entre el metal de aporte y el metal base. Las inclusiones e escoria son regiones dentro de la sección de la soldadura o en la superficie donde el flux fundido usado para proteger al metal fundido es mecánicamente atrapado dentro del metal solidificado. Esta escoria solidificada representa una porción de la sección de la soldadura donde el metal no se ha fundido a si mismo. Esto puede resultar en una condición de debilidad lo cual podría contra venir el servicio de un componente. A pesar que normalmente se piensa que es una discontinuidades sub superficial, las inclusiones pueden aparecer tambien en la superficie de la soldadura, como se ve en la figura 30. Al igual que la fusión incompleta, la inclusión de escoria puede aparecer entre el metal de aporte y el metal base o entre pases. En efecto, las inclusiones de escoria son frecuentemente asociadas con la fusión incompleta.

Figura 28. Inclusión de escoria

4.12 Sobremonta. (Weld Reinforcement). Es metal de aporte en exceso de la Cantidad requerida para llenar una soldadura de canal. Es la cantidad de metal de aporte en una soldadura que esta sobre la superficie del metal base, como se muestra en la figura 31. Todas las sobremontas producen un efecto entalla en el talón de la soldadura. Cuando la sobremonta es excesiva no adiciona resistencia a la soldadura sino que actúa como un concentrador de tensiones para amplificar las tensiones aplicadas. A mas grandes sobremontas están asociados con ángulos entrantes reducidos los cuales resultan en efectos de entallas mas grandes. Las sobremontas excesivas tienden a producir efecto entalla significativo en el talón de la soldadura, el cual actúa como concentrador de esfuerzos y pueden producir fisuración en servicio.

Figura 29. Sobremonta

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4.13 Convexidad y Concavidad. La convexidad es la maxima distancia desde la cara de la soldadura de un soldadura filete convexa perpendicular a la línea que une los talones de la soldadura. La convexidad se muestra en la figura 32, es un termino aplicado a soldaduras en filete. Al igual que la sobremonta, cuando la cantidad de esta convexidad es excesiva, la entalla creada en el talón de la soldadura podría resultar en una fisura en el talón. Durante el soldeo, la excesiva convexidad puede ocurrir en los pases intermedios de soldaduras multipases lo cual inhibirá el proceso de limpieza y pueden llevar a inclusiones de escoria o fusión incompleta. La figura 33 muestra la presencia de convexidad. La concavidades la maxima distancia desde la cara de un filete cóncavo perpendicular a la línea que une los talones de la soldadura en filete. La concavidad es únicamente considera en detrimento cuando es el resultado de una soldadura con dimensiones inferiores a las especificadas. Ver la figura 34.

Figura 32. Soldadura en filete Convexa

Figura 33. Convexidad

Figura 32. Soldadura en filete Convexa

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4.14 Golpes de Arco (Arc strikes). Es una discontinuidad consistente de metal refundido localizado, zona afectada por calor, o cambio en el perfil superficial de cual parte de una soldadura o metal base resultante de la formación de una arco. Los golpes de arco aparecen cuando el arco es iniciado en la superficie del metal base lejos de la junta soldada, intencional o accidentalmente. Cuando esto sucede hay una área localizada de la superficie del metal base la cual es fundida y luego enfriada rápidamente debido al masivo calor creado por el metal base adyacente. Los golpes de arco no son deseables y frecuentemente n o son aceptables, ellos podrían llevar a fisuración durante el proceso de enfriamiento o bajo condiciones de fatiga. 4.15 Salpicaduras (Spatter). Consisten de particulas metálicas expelidas durante la fusión de la soldadura y que no forma parte de la unión soldada. Estas particulas que están adheridas al metal base adyacente a la soldadura tienen un forma irregular de salpicaduras. Las particulas las cuales son despedidas desde el metal de soldadura y el metal base son, por definición, salpicaduras. En total, las salpicaduras son particulas de metal el cual compromete la diferencia entre la cantidad del metal de aporte fundido y la cantidad del metal de aporte depositado en la junta soldada. Normalmente la salpicadura no es considerada ser un discontinuidad seria a menos que su presencia interfiera con operaciones subsecuentes, especialmente ensayos no destructivos, o la habilidad en servicio de la pieza. Sin embargo, ellas pueden ser indicativa de que el proceso de soldeo esta fuera de control.

Figura 35. Salpicaduras 1