carbon steel general

SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACIN SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACIN Los aceros al carbono y de baja aleacin son los materiales que se han convertido en el caballito de batalla para la fabricacin de equipos de construccin y transporte y para productos industriales y de consumo de muchos tipos. Comprenden ms del 90% de la produccin total de acero, y mucho ms acero al carbono es empleado en productos de manufactura que todos los otros metales combinados. Aqu se discutir la soldabilidad de estos importantes materiales, y los diferentes procesos de soldadura que son empleados para soldarlos. Las consideraciones de seleccin y operacionales para cada uno de los procesos incluyen detalles de los electrodos, alambres electrodos, varillas para soldar, tcnicas y procedimientos de soldadura, variables de cada proceso, requerimientos de calificacin, equipos para soldar, accesorios, y cualquier otra informacin necesaria para diseadores, ingenieros de soldadura, y por supuesto, para los soldadores. La mayora de los aceros pueden soldarse, aunque muchas juntas satisfactorias no pueden ser producidas en todos los grados con igual facilidad. Un metal es considerado con buena soldabilidad si puede soldarse sin demasiada dificultad o sin la necesidad de procedimientos especiales y costosos, y las juntas de soldadura son iguales en todo lo necesario respecto a una pieza similar de metal base. La soldabilidad vara con el grado, la composicin qumica y las propiedades mecnicas del acero, y cuando la unin de soldadura est para ser el factor principal en el acoplamiento de partes de acero, a la soldabilidad debera drsele la atencin apropiada en la especificacin y ordenar los materiales para el trabajo. En esta seccin, es discutida la soldabilidad de los diferentes aceros comunes al carbono, de baja aleacin, y aceros aleados. Para los aceros, la soldabilidad es relacionada inversamente a la templabilidad y la mxima dureza alcanzable. Por ejemplo, un acero que tenga alta templabilidad y dureza, tendr pobre soldabilidad y una tendencia a agrietarse cuando sea soldado. Un acero teniendo baja templabilidad y dureza, tendr excelente soldabilidad y esencialmente, ninguna tendencia a agrietarse cuando sea soldado. La mxima dureza alcanzable en un acero depende del carbono equivalente, CE, el cual est relacionado con la composicin y es calculado a partir de la siguiente frmula, entre otras:

CE = %C + % Mn + % Si + % Cr + % Mo + % V + % Ni + % Cu 6 5 15Los elementos estn en peso por ciento. De esto, puede verse que el Carbono tiene el ms grande efecto sobre la dureza, y que el Manganeso, Silicio, Cromo, Molibdeno y Vanadio, tienen aproximadamente 1/5 del efecto del carbono. La mxima dureza de un acero puede lograrse solamente si es enfriado desde la temperatura de austenizacin, 1450 F - 1650 F a una tasa lo bastante rpida para obtener una estructura completamente martenstica. La tasa de enfriamiento necesaria depende de la templabilidad del acero; cuanto ms alta la templabilidad, tanto ms baja la tasa de enfriamiento desde el rango de temperatura de austenita necesario para obtener martensita completa. La adicin de elementos de aleacin al acero, tales como Manganeso, Cromo, y Molibdeno, retarda la transformacin de austenita durante el enfriamiento a travs del rango de temperatura de transformacin. Esto previene la transformacin a estructuras tales como la perlita, las cuales son mucho ms blandas que la martensita y permite que la austenita se transforme en martensita a una temperatura ms baja, 700 F 300 F. Los aceros que se transforman ms lentamente durante el enfriamiento tienen la ms alta templabilidad, en tanto que aquellos que se transforman ms rpidamente durante el enfriamiento tienen ms baja templabilidad. Los aceros con alta templabilidad pueden endurecer completamente al aire de enfriamiento, excepto para secciones muy gruesas. Los aceros con baja templabilidad deben ser enfriados en agua para endurecer completamente excepto las secciones muy delgadas. Para prevenir el agrietamiento cuando se suelda un acero templable, la tasa de enfriamiento de la soldadura y de la zona afectada por el calor, debe ser lo suficientemente lenta para permitir que la

HENRY INFANTE CORONADO CARBON STEEL

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SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACIN transformacin sea completa antes que alcance la temperatura a la cual la martensita comienza a formarse. La tasa de enfriamiento puede ser retardada mediante el precalentamiento, el empleo de una alta entrada de calor, o por la combinacin de ambas. ESPECIFICACIN DE LOS ACEROS Varios mtodos son empleados para identificar y especificar los aceros. Estos estn basados en la composicin qumica, en las propiedades mecnicas, en la capacidad para cumplir una especificacin estndar, o prctica aceptada por la industria, o en la capacidad para fabricar un cierto tipo de producto. Especificacin segn la Composicin Qumica. Una composicin deseada puede producirse de una de tres formas: a un lmite mximo, a un lmite mnimo, o a un rango aceptable.TABLA 1 ANLISIS PREFERIDO PARA LOS ACEROS A SER SOLDADOS

Elementos

Composicin (%) Preferida Alta* 0.35 1.40 0.30 0.05 0.04

Carbono Manganeso Silicio Azufre Fsforo

0.06 a 0.25 0.35 a 0.80 0.10 o menos 0.035 o menos 0.030 o menos

* Cuidados adicionales son requeridos en la soldadura de los Aceros con contenidos de estas cantidades de los elementos listados.

Para soldaduras de placas de acero al carbono a alta velocidad, la composicin del acero debera estar dentro de los rangos anlisis preferido indicados en la Tabla 1. Si uno o ms elementos varan desde los rangos mostrados, usualmente requieren mtodos con costos incrementados, para producir soldaduras de buenos resultados. Por lo tanto, los aceros dentro de estos rangos deberan ser usados siempre que vayan a realizarse soldaduras extensas, a menos que sus propiedades no cumplan los requerimientos del servicio. Los procedimientos de soldadura publicados, generalmente aplican para soldar en condiciones normales, y para soldar los aceros simples ms comunes de anlisis preferido. Los electrodos y procesos de bajo hidrgeno, generalmente tolerarn un rango ms amplio de los elementos, que los mostrados en la Tabla 1. Si la especificacin qumica de un acero cae fuera del rango de anlisis preferido, usualmente no es necesario emplear procedimientos especiales de soldadura basados en los extremos permitidos por la especificacin. La qumica de una hornada o colada especfica, bajo el promedio de las condiciones de produccin de la fbrica, puede estar considerablemente por debajo de los lmites mximos indicados en la especificacin. Por lo tanto, para mxima economa, los procedimientos de soldadura para cualquier tipo de acero debern estar basados en la qumica real antes que en los valores qumicos permitidos.


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SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACIN Puede obtenerse un reporte de la prueba1 de fbrica que d el anlisis de la colada del acero. A partir de esta informacin, puede establecerse un procedimiento de soldadura, que asegure la produccin de soldaduras de calidad a los costos ms bajos posibles. Los aceros al carbono y de baja aleacin estndares son identificados por los sistemas de designacin AISI2, SAE3, o ASTM4. En el sistema comnmente empleado de cuatro dgitos de AISI y SAE, Tabla 2, los ltimos dos dgitos indican el rango medio del carbono. Por ejemplo, en el Grado 1035, el 35 representa un rango de carbono de 0.32% a 0.38%. Los primeros dos dgitos indican estos grados de aceros al carbono: 10XX 11XX 12XX No Resulfurados; Resulfurados; Resulfurados y Refosforados

Un prefijo B indica un acero Bessemer cido, mientras que un prefijo E indica un acero de horno elctrico. Los aceros E son usualmente grados de aceros aleados o aceros inoxidables. Los aceros sin designacin de prefijo, pueden ser producidos por mtodos de horno bsico de hogar abierto, bsico de oxgeno, o elctricos. La letra L entre el segundo y tercer dgito, indica un acero tratado con Plomo. La letra B en la misma posicin designa un acero tratado con Boro. El sufijo H se refiere a aceros especialmente producidos para rangos qumicos estrechos y de templabilidad.TABLA 2 SISTEMA DE DESIGNACIN AISI PARA ACEROS ALEADOS

Serie de Aleaciones 13XX 40XX 41XX 43XX 44XX 46XX 47XX 48XX 50XX 51XX E51100 E52100 61XX 86XX 87XX 88XX 92XX

Contenido Aproximado de Aleacin (%) Mn 1.60 1.90 Mo 0.15 0.30 Cr 0.40 1.10; Mo 0.08 0.35 Ni 1.65 2.00; Cr 0.40 0.90; Mo 0.20 0.30 Mo 0.45 0.60 Ni 0.70 2.00; Mo 0.15 0.30 Ni 0.90 1.20; Cr 0.35 - Mo 0.15 0.40 Ni 3.25 3.75; Mo 0.20 0.30 Cr 0.30 0.50 Cr 0.70 1.15 C 1.00; Cr 0.90 1.15 C 1.00; Cr 0.90 1.15 Cr 0.50 1.10; V 0.10 0.15 mnimo Ni 0.40 0.70; Cr 0.40 0.60; Mo 0.15 0.25 Ni 0.40 0.70; Cr 0.40 0.60; Mo 0.20 0.30 Ni 0.40 0.70; Cr 0.40 0.60; Mo 0.30 0.40 Si 1.80 2.20

Estas designaciones de cuatro dgitos de los aceros estndares AISI o SAE, aplican principalmente para productos de lminas, flejes y barras. Las especificaciones ASTM aplican para la mayora de chapas y perfiles estructurales.1

Un reporte de la prueba est basado usualmente en un anlisis de cuchara y es un promedio para una colada completa. Algunos aceros de bajo carbono son aceros efervescentes, usados a causa de sus excelentes propiedades de conformacin y embutido profundo. El anlisis de un acero efervescente vara desde el primer lingote hasta el ltimo de una colada sencilla, y adems desde la parte superior del lingote hasta la parte baja del mismo. Por lo tanto, un reporte de la prueba de fbrica es un promedio y deber ser interpretado como tal. 2 American Iron and Steel Institute 3 Society of Automotive Engineers 4 American Society for Testing Materials.


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SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACIN

Algunos de los elementos comnmente especificados y sus efectos sobre la soldabilidad y otras caractersticas de los aceros son: Carbono: es el principal elemento endurecedor en el acero. Cuando el contenido de carbono se incrementa, se incrementa la templabilidad y la resistencia a la traccin, y la ductilidad y la soldabilidad disminuyen. En aceros con un contenido de carbono por encima de 0.25%, un enfriamiento rpido desde la temperatura de soldadura puede producir una zona dura y frgil adyacente a la soldadura. Adems, si una considerable cantidad de carbono es tomado en el charco de soldadura a causa de la mezcla del metal que est siendo soldado, el depsito de soldadura mismo puede ser duro. La adicin de pequeas cantidades de elementos diferentes al carbono puede producir alta resistencia a la tensin sin un efecto nocivo sobre la soldabilidad. En general, el contenido de carbono deber ser bajo para mejor soldabilidad. Manganeso: incrementa la templabilidad y la resistencia aunque en menor magnitud que el carbono. Las propiedades de los aceros conteniendo manganeso dependen principalmente del contenido de carbono. El contenido de manganeso menor que 0.30% pueden promover porosidad y agrietamiento internos en el cordn de soldadura; el agrietamiento puede resultar adems si el contenido est por encima de 0.80% Para buena soldabilidad, la relacin manganeso azufre deber ser al menos de 10 a 1. Si un acero tiene un contenido bajo de manganeso en combinacin con un contenido bajo de carbono, puede no haber sido desoxidado apropiadamente. En el acero, el manganeso se combina con el azufre para formar Mn S, el cual no es daino. No obstante, un acero con una baja relacin manganeso azufre, puede causar una condicin hot short5 en la soldadura. En general, el manganeso incrementa la tasa de penetracin del carbono durante la cementacin con carbono, y es benfico para el acabado superficial de los aceros al carbono. Azufre: incrementa la maquinabilidad de los aceros aunque reduce la ductilidad transversa, la tenacidad al impacto, y la soldabilidad. El azufre en cualquier cantidad apreciable promueve el agrietamiento frgil en caliente en la soldadura, y esta tendencia se incrementa con el incremento del azufre. Puede ser tolerado hasta aproximadamente 0.035%, con suficiente manganeso; por encima de 0.050% puede causar serios problemas. El azufre es tambin nocivo para la calidad superficial en los aceros de bajo carbono y bajo manganeso.

Figura 1. Segregaciones de Azufre. Las lneas oscuras en la seccin atacada indican las reas de alta concentracin de azufre.

Una causa comn de la pobre calidad de la soldadura que no es aparente desde los anlisis hechos en la forma usual, son las capas segregadas de azufre en la forma de sulfuro de hierro. Estas capas, las cuales causan grietas u otros defectos en la lnea de fusin de una junta soldada por arco, pueden ser detectadas mediante la prueba de una seccin transversal profundamente atacada, como se ilustra en la Figura 1.5

Agrietamiento frgil en caliente.


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Silicio: es un desoxidante que es adicionado durante la fabricacin del acero para mejorar la sanidad. El silicio incrementa la resistencia y la dureza, aunque en menor magnitud que el manganeso. Es perjudicial para la calidad superficial; especialmente en los grados de bajo carbono re-sulfurados. Si el contenido de carbono es bastante alto, el silicio agrava la tendencia al agrietamiento. Para mejores condiciones de soldadura, el contenido de silicio no deber exceder de 0.10% aunque cantidades de hasta 0.30% no son tan serios como los altos contenidos de azufre o fsforo. Fsforo: en grandes cantidades, incrementa la resistencia y la dureza, aunque reduce la ductilidad y la resistencia al impacto, particularmente en los grados de ms alto carbono. En aceros de bajo carbono, el fsforo mejora la maquinabilidad y la resistencia a la corrosin atmosfrica. En lo que respecta a la soldadura, el fsforo es una impureza, y deber mantenerse tan bajo como sea posible. Por encima de 0.04% hace a la soldadura frgil e incrementa la tendencia al agrietamiento. El fsforo adems, disminuye la tensin superficial del metal de soldadura fundido, hacindolo difcil de controlar. Cobre: mejora la resistencia a la corrosin atmosfrica cuando se presenta por encima de 0.15%. Un mnimo de 0.20% de cobre es usualmente especificado para este propsito. La mayora de los aceros al carbono contienen algo de cobre como un elemento vago6, hasta casi 0.15%. Un contenido de cobre de hasta aproximadamente 1.50% tiene poco o ningn efecto sobre la soldabilidad por arco o por oxiacetileno de un acero, aunque afecta adversamente la soldabilidad por forja. Los contenidos de cobre por encima de 0.50% pueden reducir las propiedades mecnicas, si el acero es tratado trmicamente. El contenido de cobre es nocivo para la calidad superficial, particularmente en los grados de alto azufre. Especificacin por las Propiedades Mecnicas El productor de aceros especificados mediante las propiedades mecnicas es libre de alterar la qumica del acero, dentro de los lmites establecidos, para obtener las propiedades requeridas. Pruebas mecnicas son usualmente especificadas bajo una de estas condiciones: 1. Requerimientos de Pruebas Mecnicas solamente, sin lmites sobre la qumica. 2. Requerimientos de Pruebas Mecnicas con lmites sobre uno o ms elementos. Generalmente, estas pruebas han sido determinadas de acuerdo con prcticas aprobadas por la SAE o la ASTM, o los requerimientos de otras organizaciones autorizadas para escribir cdigos, tales como la ASME7, o el API8. Las pruebas ms comunes son, las pruebas de doblez, pruebas de dureza, y una serie de pruebas de tensin que evalan el mdulo de elasticidad, resistencia a la cedencia, y resistencia a la tensin. Algunas veces son empleadas las pruebas metalrgicas para medir el tamao del grano, la descarburizacin, o las inclusiones. Otras pruebas relacionadas a los requerimientos de uso final, tales como una prueba de estallido por presin en tuberas, pueden ser incluidas en algunas especificaciones. La mayora de los aceros al carbono son producidos a especificaciones estndares establecidas por grupos o comunidades de regulacin, ocupados de la seguridad y bienestar pblicos. El mayor y ms influyente grupo de este tipo es la ASTM. Otros grupos importantes son la SAE, la ASME, la AAR9, y la

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tramp element. American Society of Mechanical Engineers 8 American Petroleum Institute. 9 American Association of Railroads


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SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACIN AWWA10. Las especificaciones ASTM son amplias, y cubren los requerimientos de muchas industrias. La mayora de los otros grupos preparan especificaciones de aceros para las necesidades e intereses de sus industrias particulares. Especificacin por el Producto Final. A menudo, ms importante que las propiedades mecnicas o anlisis qumicos exactos, es la habilidad de un acero para ser fabricado en un producto final especfico. Las operaciones de fabricacin tales como la soldadura o la embuticin profunda, pueden cambiar las propiedades de estado de suministro de un acero, y ms que un anlisis qumico o mtodo de fabricacin del acero, puede producir a menudo un material apropiado para el producto. Consecuentemente, muchos productos de acero laminados planos, como las chapas, lminas, y flejes son especificados para tener propiedades adecuadas para fabricarlos en un producto final reconocido. Una especificacin para un producto final reconocido le dice al productor de acero cul proceso de fabricacin ser empleado, requerimientos de acabado, y los requerimientos de servicio del producto. METALURGIA DE UN CORDN DE SOLDADURA El calor de soldadura trae aproximadamente ciertos cambios tanto en la estructura del acero que est siendo soldado como en el metal de soldadura. Algunos de estos cambios ocurren durante la soldadura; otros, despus que el metal se ha enfriado. Durante la soldadura, la temperatura del metal de soldadura fundido, alcanza los 3000 F o temperaturas ms altas. A corta distancia de la soldadura, la temperatura de la placa puede ser solamente de cerca de 600 F. Si el acero alcanza o excede ciertas temperaturas crticas entre estos valores, ocurren cambios que afectan la estructura del grano, la dureza, y las propiedades mecnicas. Estos cambios y las temperaturas a las cuales ellos ocurren, son ilustrados en la Figura 2, un diagrama esquemtico de una seccin transversal de una soldadura. La extensin del cambio en la estructura depende de la mxima temperatura a la cual el metal es sometido, la extensin del tiempo a que es sostenido a esa temperatura, la composicin del metal, y la tasa de enfriamiento. El factor principal que controla estos cambios, es la cantidad de calor que est entrando a la placa, tanto del precalentamiento como del proceso de soldadura. La tasa de enfriamiento afecta las propiedades lo mismo que el tamao de grano. Las tasas de enfriamiento rpidas producen aceros ms fuertes, ms duros y menos dctiles; las tasas de enfriamiento lentas producen las propiedades opuestas. Con los aceros de bajo carbono, las diferencias relativamente pequeas en las tasas de enfriamiento en prcticas normales, tienen efectos insignificantes sobre estas propiedades. Sin embargo, con los aceros de contenido de carbono ms alto o aquellos con cantidades apreciables de elementos de aleacin, el efecto puede ser significativo. Sosteniendo la placa de material a una temperatura alta, por encima de la temperatura crtica superior, por un tiempo largo, produce una estructura con un tamao de grano grande. Durante la soldadura, no obstante, el metal adyacente a la soldadura, Zona 3 en la Figura, est a la temperatura alta por un tiempo muy corto. El resultado, es un leve decrecimiento en el tamao del grano, y un incremento en la resistencia y la dureza, comparado con el metal base.

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American Water Works Association.


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Figura 2. Efecto del calor de soldadura sobre la dureza y micro-estructura de una placa de acero al carbono de 0.25% de carbono, soldada por arco. El diagrame esquemtico representa una tira cortada verticalmente a travs de la soldadura mostrada. El significado de las cuatro zonas numeradas es:

1.2.

Metal que ha sido fundido y re solidificado. La estructura del grano es grueso. Metal que ha sido calentado por encima de la temperatura crtica superior (1525 F para un acero de 0.25% C), pero que no ha sido fundido. Esta rea de grano grande crecido, es donde el agrietamiento debajo del cordn puede ocurrir. Metal que ha sido calentado ligeramente por encima de la temperatura crtica ms baja (1333 F) aunque no a la crtica superior. El refinamiento del grano ha tomado lugar. Metal que ha sido calentado y enfriado, aunque no a una temperatura lo suficientemente alta para que ocurra un cambio estructural.

3. 4.


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SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACIN En juntas de soldaduras de mltiples pasadas, cada uno de los pases produce una accin de refinamiento del grano sobre el cordn precedente cuando este es recalentado. Sin embargo, esta refinacin no es probable que sea uniforme a travs de toda la junta. AGRIETAMIENTO CAUSAS Y REMEDIOS Excepto en algunas operaciones de soldaduras de recubrimiento, las grietas son consideradas nocivas o deletreas. El agrietamiento puede ocurrir ya sea en el metal depositado o en la zona afectada por el calor del metal base adyacente a la soldadura. La causa principal de agrietamiento en el metal base o en el metal de soldadura es un contenido alto de carbono o de elementos de aleacin que incrementen la templabilidad. Una alta templabilidad, combinada con una tasa de enfriamiento alta, produce la condicin frgil que conduce al agrietamiento. Otras causas del agrietamiento en la soldadura son: restriccin de la junta que produce tensiones altas en la soldadura, un perfil inapropiado del cordn de soldadura, la toma de hidrgeno, y la presencia de contaminantes en la chapa o electrodo. Factores que Causan Agrietamiento Debajo del Cordn Las grietas sub superficiales en el metal base, debajo o cerca de la soldadura, son conocidas como grietas debajo del cordn. El agrietamiento debajo del cordn, en la ZAC del metal base es causado por:

1.2.

Un contenido relativamente alto de carbono o de elementos de aleacin que es admitido para enfriar demasiado rpido desde la temperatura de soldadura; y La toma de hidrgeno durante la soldadura.

Las grietas debajo del cordn raras veces ocurren con los aceros de anlisis preferido, Tabla 1. Con los aceros al carbono con contenidos de carbono por encima de 0.35% y con los aceros de baja aleacin grado estructural, el agrietamiento debajo del cordn puede ser minimizado empleando procedimientos de soldadura de bajo hidrgeno. Este problema es ms severo con materiales tales como los aceros estructurales tratados trmicamente, con resistencias a la tensin de 100 000 psi y mayores. Las discusiones sobre aceros especficos incluyen las recomendaciones para soldar estos materiales.

La mayora del hidrgeno escapa a travs de la soldadura hacia el aire.

La placa adyacente es transformada en austenita cuando es calentada por la soldadura; el hidrgeno es soluble en esta regin.

Dificultad del hidrgeno para difundirse hacia cualquier lado

Esta regin permanece como ferrita, la cual no posee solubilidad por el hidrgeno.

Figura 3. La Zona Afectada por el Calor austentica de una soldadura, tiene alta solubilidad del hidrgeno. Ante el enfriamiento, el hidrgeno forma a una presin que puede causar agrietamiento debajo del cordn.


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SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACIN El segundo factor que promueve el agrietamiento debajo del cordn, la toma y retencin del hidrgeno, es tambin influenciado por la tasa de enfriamiento desde la temperatura de soldadura. Durante la soldadura, algn hidrgeno, producto de la descomposicin de la humedad del aire, del revestimiento del electrodo, del alambre, del fundente, del gas de proteccin, o de la superficie de la placa, puede disolverse en el metal de soldadura fundido y de all difundirse hacia el metal base slido, extremadamente caliente. Si el enfriamiento ocurre lentamente, el proceso se reversa, y el hidrgeno tiene suficiente tiempo para escapar por difusin a travs de la soldadura hacia el aire. Pero, si el enfriamiento es rpido, algo de hidrgeno puede ser atrapado en la ZAC prxima al metal de soldadura, como se ilustra en la Figura 3. El hidrgeno es retenido en solucin sobre saturada y produce una condicin de baja ductilidad conocida como fragilizacin por hidrgeno. El hidrgeno tiene una alta solubilidad en hierro slido a elevadas temperaturas exactamente por debajo del punto de fusin. Esta solubilidad disminuye abruptamente por debajo del rango de temperatura de transformacin dejando los tomos de hidrgeno en solucin sobre saturada. De acuerdo a esta teora, el hidrgeno se acumula en las dislocaciones y micro poros como hidrgeno molecular produciendo una presin hidrosttica muy alta. Esta presin, combinada con las tensiones de contraccin y/o dilatacin y cualquier efecto de endurecimiento de la qumica del acero, causa diminutas grietas en el metal inmediatamente debajo del cordn de soldadura, Figura 4. Las grietas similares que aparecen en la superficie de la placa adyacente a la soldadura son llamadas grietas en el pie.

Figura 4. Agrietamiento debajo del cordn y grietas en el pie del cordn causadas por la toma del hidrgeno en la zona afectada por el calor

Un enfriamiento ms lento, por soldar ms lentamente, o por el precalentamiento, permite a mayor cantidad de hidrgeno escapar, y ayuda a controlar el problema. Adems, el empleo de materiales de soldadura de bajo hidrgeno elimina la principal fuente de hidrgeno y usualmente elimina el agrietamiento debajo del cordn. Las tasas de enfriamiento rpido se presentan cuando el arco se enciende sobre una placa fra, en el comienzo de una soldadura sin un cordn de soldadura previo para precalentar el metal. Las tasas de enfriamiento ms rpidas ocurren en placas gruesas y en el punteado con soldaduras cortas. El efecto de la longitud de soldadura sobre la tasa de enfriamiento puede ilustrarse por el tiempo requerido para enfriar las soldaduras desde 1600 hasta 200 F sobre una placa de acero de de espesor: 2 de soldadura 4 de soldadura 9 de soldadura 1.5 minutos. 5.0 minutos. 33 minutos.

Una soldadura de 9 de longitud hecha sobre una placa a 70 F tiene casi la misma tasa de enfriamiento que una soldadura de 3 de largo sobre una placa que ha sido precalentada a 300 F. Las soldaduras de grandes secciones transversales requieren mayores entradas de calor que las soldaduras ms pequeas. Una corriente alta de soldadura y tasas lentas de avance, incrementan la entrada de calor por pulgada de soldadura, reducen la tasa de enfriamiento y disminuyen la probabilidad de agrietamiento.


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Efectos del Espesor de la Seccin En una acerera o fbrica de acero, las palanquillas o tochos son laminados en chapas o perfiles mientras estn al rojo vivo. Las piezas laminadas son colocadas entonces en las mesas de acabado para enfriarlos. Debido a que una lmina delgada tiene ms rea superficial en proporcin a su masa que una chapa gruesa, aquella pierde calor ms rpidamente por radiacin, y se enfra ms rpidamente. Si una chapa gruesa tiene la misma qumica que una lmina delgada, su tasa de enfriamiento ms lenta trae como resultado una resistencia a la tensin y a la fluencia ms bajas, menor dureza, y mayor alargamiento. En chapas muy gruesas, la tasa de enfriamiento puede ser tan lenta que las propiedades del acero pueden no llenar las especificaciones mnimas. Por lo tanto, para cumplir con los niveles especificados de resistencia cedencia, la fbrica incrementa el contenido de carbono o de aleacin de los aceros que van a ser laminados en secciones gruesas. En la soldadura, las tasas de enfriamiento de las lminas delgadas y chapas gruesas, son justamente lo contrario. A causa de la mayor masa del material, el rea de soldadura en una chapa gruesa se enfra ms rpidamente que el rea de soldadura en una lmina delgada. La entrada de calor en el rea de soldadura es transferida, por conduccin, hacia la gran masa del acero relativamente fro, enfriando por ello el rea de soldadura relativamente rpido. (El calor es transferido ms rpidamente por conduccin que por radiacin) La lmina delgada tiene menos masa para absorber el calor, y se enfra a una tasa ms lenta. La tasa de enfriamiento ms rpida de la chapa gruesa produce resistencias a la tensin y a la cedencia ms altas, mayores durezas, y menor alargamiento.

Figura 5. Una junta a tope de ranura soldada en placa gruesa (a) requiere un precalentamiento ms alto, a causa de la restriccin de la junta, que una junta de filete soldada de un miembro delgado y una placa gruesa (b).

Las soldaduras en perfiles y placas de acero estructural por debajo de de espesor tienen menos tendencia al agrietamiento que las soldaduras en chapas ms gruesas. Adems de la favorable tasa de enfriamiento ms lenta, de las piezas ms delgadas, otros dos factores minimizan las causas el agrietamiento:

1. 2.

Los elementos soldados de lminas ms delgadas usualmente tienen una buena relacin (alta) garganta de soldadura espesor de placa. Las lminas ms delgadas, por ser menos rgidas, pueden flexionarse ms cuando la soldadura se enfra, reduciendo por lo tanto la restriccin sobre el metal de soldadura.

Las secciones laminadas y chapas ms gruesas no tienen estas ventajas. Debido a que una soldadura se enfra ms rpidamente sobre una chapa gruesa, y por esta chapa gruesa probablemente tenga un contenido de carbono o de aleacin ms alto, las soldaduras en una seccin gruesa tienen resistencia y dureza ms altas, aunque una ductilidad ms baja que soldaduras similares en lminas delgadas.


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SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACIN Si estas propiedades son inaceptables, puede ser necesario el precalentamiento, especialmente para el pase de raz, que es el ms crtico, para reducir la tasa de enfriamiento. El precalentamiento incrementa los costos; por tanto, deber emplearse solamente cuando sea necesario. Por ejemplo, un alma delgada, a unirse a una brida de placa gruesa, mediante soldaduras de filete, puede no necesitar tanto precalentamiento como dos placas gruesas altamente restringidas, unidas mediante soldaduras a tope de mltiples pasadas.

Figura 6. En una junta restringida de placas gruesas (a), todas las tensiones de contraccin deben ser tomadas por la soldadura. Separar las placas con alambres blandos (b) permite que las placas se muevan ligeramente durante el enfriamiento. Los alambres se aplanan (c) y remueven la mayora de las tensiones del metal de soldadura.

Efecto de la Restriccin de la Junta Si existe contacto metal metal entre chapas gruesas antes de la soldadura, las chapas no pueden moverse, y la junta se restringe. Cuando la soldadura se enfra y contrae, toda la tensin de contraccin ser absorbida por la soldadura, como se ilustra en la Figura 6(a) Esta restriccin puede causar que la soldadura se agriete, especialmente en el primer pase sobre el segundo lado de la placa. La restriccin de la junta puede minimizarse procurando un espacio de 1/32 a 1/16 entre las dos piezas, para permitir su movimiento durante el enfriamiento. Tales espacios o caras de la raz pueden incorporarse mediante varios medios sencillos:

1.

Espaciadores de alambre de acero blando colocados entre las chapas, como en la Figura 6(b). El alambre es aplastado cuando la soldadura se contrae, como se muestra en la Figura 6(c) (No deben usarse alambres de cobre porque pueden contaminar el metal de soldadura) Bordes rsticos cortados en la chapa, cortados a la llama. Los altibajos de los bordes cortados mantienen las placas separadas, y an pueden deformarse y aplanarse cuando la soldadura se contrae. Rugosidades el borde de la placa, recalcados con un centro punto pesado. Los resultados son similares a aquellos de los bordes rsticos cortados a la llama.

2.

3.

Es particularmente importante para las soldaduras de filete, procurar un espacio entre las chapas gruesas a ser soldadas. Soldaduras de Filete: una soldadura de filete fundida comienza a solidificar, o a congelarse, a lo largo de los lados de la junta, como en la Figura 7, porque el calor es conducido hacia la placa adyacente, la cual est a una temperatura mucho ms baja. La solidificacin progresa hacia adentro hasta que la


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SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACIN soldadura completa se solidifica. El ltimo material en solidificarse es aquel del centro, cerca a la superficie de la soldadura.

Figura 7. Una soldadura de filete fundida (a) comienza a solidificarse a lo largo de los lados prximos a la palca (b) La solidificacin procede como se muestra en (c) y (d)

(a) Soldadura Cncava

(b) Soldadura Convexa

Figura 8. El tamao de la pierna y la superpie de una soldadura de filete cncava (a) puede ser ms grande que aquella de un cordn convexo (b) aunque su garganta t, puede ser considerablemente ms pequea.

Aunque una soldadura de filete cncavo puede parecer mayor que una soldadura convexa, Figura 8, ella puede tener menos penetracin hacia las placas soldadas y una garganta ms pequea que el cordn convexo. Por lo tanto, la soldadura convexa puede ser la ms fuerte de las dos, incluso aunque ella parezca ser ms pequea. En el pasado, la soldadura cncava ha sido preferida por los diseadores a causa del flujo ms suave de tensin que ella ofrece para resistir una carga sobre la junta. La experiencia ha demostrado sin embargo, que las soldaduras de filete cncavo de pasada sencilla tienen una mayor tendencia a agrietarse durante el enfriamiento que las soldaduras convexas. Esta desventaja supera usualmente el efecto de la mejorada distribucin de la tensin, especialmente en aceros que requieren procedimientos especiales de soldadura.


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SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACIN Cuando un cordn de soldadura cncavo se enfra y contrae, la superficie ms externa est en tensin y puede agrietarse. Un cordn convexo tiene tensiones de contraccin considerablemente reducidas en el rea superficial, y la posibilidad de agrietamiento durante el enfriamiento es leve. Para soldaduras de filete de mltiples pasadas solamente el primer pase necesita ser convexo. Cuando las condiciones de diseo requieran soldaduras cncavas para un flujo suave de las tensiones en chapas gruesas, el primer cordn, (usualmente tres o ms pasadas son necesarias) deber ser ligeramente convexo. Los otros son conformados luego, hasta el perfil requerido.Cincelado Posterior

Entalla (a) (b)

Figura 9. El pase de raz de una junta en Doble V es susceptible al agrietamiento a causa del efecto de entalla (a). En trabajos de alta calidad, la entalla es minimizada por el cincelado posterior (b)

Soldaduras de Ranura: El pase de raz de una soldadura de ranura en chapas gruesas, usualmente requiere procedimientos especiales de soldadura. Por ejemplo, el pase de raz sobre el primer lado de una junta en doble V es susceptible de agrietarse a causa de la entalla, como se ilustra en la Figura 9(a), la cual es una iniciadora de grietas. En trabajos de alta calidad, esta entalla es acanalada, como en la Figura 9(b), para: 1 Remover la escoria o los xidos del fondo de la ranura; 2 Remover cualquier grieta pequea que pueda haber ocurrido en el cordn de raz; y 3 Ampliar la ranura en el fondo de manera que el primer pase del segundo lado sea lo suficientemente grande para resistir las tensiones de contraccin que deban soportar debidas a la rigidez de la junta. El metal de soldadura tiende a encogerse en todas las direcciones cuando se enfra, y la restriccin de las chapas gruesas produce tensiones de traccin en la soldadura. El metal cede plsticamente mientras est caliente para acomodarse a las tensiones; si las tensiones internas exceden la resistencia de la soldadura, ella se agrieta, usualmente a lo largo de la lnea central. El problema es mayor si el material de la chapa tiene un contenido ms alto de carbono que el metal de relleno. Si este es el caso, el metal de soldadura usualmente toma carbono adicional a travs de la mezcla con el metal base. Bajo tales condiciones, el cordn de raz es usualmente menos dctil que los cordones subsiguientes. Un cordn de raz cncavo en una soldadura de ranura, como es mostrado en la Figura 10(a) tiene la misma tendencia al agrietamiento como en una soldadura de filete. Incrementando la dimensin de la garganta del pase de raz, como en la Figura 10(b), ayuda a prevenir el agrietamiento. Los electrodos y procedimientos que produzcan un perfil de cordn convexo, deben usarse. Un proceso de bajo hidrgeno, reduce usualmente la tendencia al agrietamiento; si no, puede requerirse el precalentamiento.Grieta

Incorrecto Demasiado Cncavo (a)

Correcto Plano o Ligeramente Convexo (b)


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SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACINFigura 10. Un pase de raz cncavo (a) puede agrietarse porque las tensiones de traccin exceden la resistencia del metal de soldadura. Un cordn de pase de raz ligeramente convexo (b) ayuda a prevenir el agrietamiento. Grieta Grieta

Incorrecto Incorrecto Demasiado Ancho y Cncavo Humectado Demasiado Alto (Adems, pobre remocin de escoria) y Cncavo

Correcto Plano o Ligeramente Convexo, menor que el ancho total (Adems, buena remocin de escoria)

Figura 11. Los pases amplios, y cncavos (a) y (b) en una soldadura de pasadas mltiples pueden agrietarse. Los cordones ligeramente convexos (c) son recomendados

Las grietas en la lnea central tambin pueden ocurrir en los pases subsiguientes de una soldadura de mltiples pasadas, si los pases son excesivamente anchos o cncavos. Esto puede corregirse depositando cordones ms estrechos, un poco ms convexos, realizando la soldadura con dos o ms cordones anchos, como en la Figura 11. Relacin Ancho/Profundidad: Las grietas causadas por la restriccin de la junta o la qumica del material, usualmente aparecen en la cara de la soldadura. En algunas situaciones, no obstante, ocurren grietas internas que no alcanzan la superficie. Estas son usualmente causadas por un diseo inapropiado de la junta, filetes y ranuras estrechas y profundas, o por mal uso de un proceso de soldadura que pueda lograr penetracin profunda. Si la profundidad de la fusin es mucho mayor que la amplitud de la cara de la soldadura, la superficie de la soldadura puede solidificarse antes que lo haga el centro. Cuando esto ocurre, las fuerzas de contraccin actan sobre el centro casi solidificado, (cuya resistencia es ms baja que aquella de la superficie solidificada) y pueden causar una grieta que no se extiende hasta la superficie. La Figura 12(a) es ilustrativa. Las grietas internas tambin pueden originarse por una preparacin o diseo de junta inapropiados. Los resultados de combinar chapas gruesas, un proceso de soldadura de penetracin profunda, y un ngulo incluido de 45, son mostrados en la Figura 12(b) Un resultado similar en una soldadura de filete hecha con penetracin profunda es mostrado en la Figura 12(c) Un bisel demasiado pequeo, y una ranura acanalada por arco demasiado estrecha para su profundidad en el segundo pase de una soldadura de ranura en doble V, puede causar la grieta interna mostrada en la Figura 12(d). Las grieta internas son serias porque ellas no pueden detectarse por inspeccin visual. Aunque ellas pueden ser eliminadas si son empleadas medidas preventivas. La penetracin y volumen del metal de soldadura depositado en cada uno de los pases puede ser controlado mediante la regulacin de la velocidad y corriente de soldadura, y mediante el uso de un diseo de junta que establezca requerimientos razonables de profundidad de fusin. Las relaciones recomendadas de amplitud (de cada uno de los cordones individuales) profundidad de fusin estn entre 1.2 a 1, y 2 a 1. Un tipo diferente de grieta interna ocurre en la soldadura por arco sumergido cuando la relacin amplitud profundidad es demasiado grande. Las grietas en estas soldaduras llamadas perfil de sombrero, Figura 12(e), son especialmente peligrosas porque la inspeccin radiogrfica puede no detectarlas. La relacin amplitud profundidad de cualquier cordn individual no deber exceder 2:1.


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Figura 12. El agrietamiento interno puede ocurrir cuando la penetracin de la soldadura es ms grande que ancha. Las proporciones correctas e incorrectas son mostradas en (a), (b), y (c). Acanalar por arco una


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SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACINranura demasiado estrecha para su profundidad, puede causar un agrietamiento similar interno (d) Las grietas pueden ocurrir adems, cuando la profundidad es demasiado superficial (e). El ancho de una soldadura no deber exceder dos veces su profundidad.

DESGARRE LAMINAR El desgarre laminar es la separacin en el metal base o matriz, causada por tensiones a travs del espesor inducidas por la contraccin del metal de soldadura, Figura 13A. Bajo condiciones de alta restriccin, la cual es altamente tpica de las chapas gruesas, las tensiones localizadas debidas a la contraccin del metal de soldadura pueden ser muchas veces ms grandes que el punto de cedencia del metal base. En la direccin del espesor, estas tensiones pueden producir desgarramiento laminar.

Figura 13A. A causa de las propiedades direccionales del acero y las fuerzas de contraccin de grandes volmenes de metal de soldadura, este tipo de conexiones es altamente susceptible al desgarre laminar.

DIAGRAMA DE UN DESGARRE LAMINAR Figura 13B. Diagrama de un desgarre laminar parcialmente desarrollado.


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Figura 13C. Seccin transversal de un material base mostrando el desarrollo completo del desgarre laminar incompleto mostrado en la Figura 13B.

Un desgarre laminar ocurre solamente en el metal base y aun cuando pueda originarse cerca al pie o raz de una soldadura, a menudo el desgarre se origina bien lejos de la ZAC y puede no propagarse hacia la superficie. La seccin transversal de un desgarre laminar es escalonado, con terrazas longitudinales que son marcadamente ms largas que las porciones transversales, Figuras 13B y 13 C. La fractura tiene una apariencia fibrosa y esta caracterstica, junto con el perfil y localizacin en forma de terraza dentro del metal base, es la mejor manera de diferenciar el desgarre laminar de las grietas en la ZAC causadas por el hidrgeno. El desgarramiento ocurre principalmente en juntas en T y de esquina, Figura 13D, donde el grado de restriccin es tal, que las tensiones de contraccin de la soldadura impuestas sobre el metal base no pueden acomodarse a causa de la limitada ductilidad del metal base en direccin del espesor. Durante el progreso de la soldadura, despus de depositar un nmero suficiente de pasadas, las tensiones de contraccin de la soldadura se incrementan en magnitud cuando esta se enfra, causando una separacin en la interfase entre las inclusiones no metlicas microscpicas y el metal base circundante. Cuando se deposita ms metal de soldadura, se forman desgarres microscpicos adicionales. Debido a que las inclusiones no metlicas y las tensiones estn dispersas de manera irregular en todo el acero, el desgarramiento toma la ruta ms susceptible, Figura 13C. Propiedades del Material En el proceso de laminacin en caliente, empleado para conformar el acero estructural, Figura 13E, la mayor resistencia y la ductilidad ocurren en direcciones longitudinal y transversal. Los valores de alargamiento y reduccin de rea bien pueden ser significativamente ms bajos en direccin del espesor. Vase Figura 13E. Estas propiedades direccionales son particularmente significativas en chapas ms gruesas debido a que ha tenido lugar menos laminado en caliente. Cuando estas propiedades cambian, esto coloca una responsabilidad mayor en el diseador, para proyectar en conformidad y para evitar aquellos tipos de conexiones soldadas altamente susceptibles al desgarramiento laminar. En casos extremos, el diseador puede encontrar necesario, especificar el uso de un grado Premium de acero, el cual garantizar aceptables propiedades en el sentido del espesor. Tales aceros estn disponibles comercialmente.


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SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACINFigura 13D. Las juntas en T y juntas en esquina, especialmente en placas gruesas, son las ms susceptibles al desgarramiento laminar.

Espcimen

Resistencia a la Traccin, Ksi 45.6 65.7 68.6 64.3 67.5

Punto de Cedencia Ninguna 45.3 47.2 46.9 47.5

Porcentaje de Alargamiento 6.0 21.0 24.5 24.5 20.0

Porcentaje de Reduccin de rea 12.2 46.7 46.8 53.1 53.4

A (a travs del espesor) B (lateral) C (longitudinal)

Figura 13E. Todos los aceros tienen propiedades direccionales, como se muestra arriba; las propiedades laterales y longitudinales son considerablemente mejores que las propiedades a travs del espesor.

B es mucho ms susceptible al desgarre laminar que A.

Cuando se realizan soldaduras a tope, la orientacin laminar es generalmente paralela con las tensiones de contraccin lateral. Esta condicin no es susceptible al desgarramiento laminar


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Figura 13F.

Recomendaciones Las conexiones exitosas altamente restringidas requieren un entendimiento de los fenmenos y atencin para detallar de parte del diseador. Los buenos materiales y la habilidad no pueden asegurar xito en conexiones pobremente concebidas y diseadas o especificadas. Las siguientes son algunas de las recomendaciones presentadas como representativas de posibles medios para minimizar o evitar desgarramiento laminar:

1.

Seleccione electrodos que depositen metal de soldadura con la ms baja resistencia a la cedencia, adecuada para soportar las cargas del diseo. El empleo de un metal de soldadura de resistencia a la cedencia excesivamente alta puede causar tensiones por encima del punto de cedencia en el material conectado; Disponga, donde sea posible, de conexiones que eviten de tal manera, las juntas soldadas que induzcan tensiones en direccin al espesor, debidas a la contraccin de la soldadura. Haga conexiones con soldaduras con la mnima dimensin de garganta requerida para soportar las tensiones y con un volumen prctico mnimo de metal de soldadura. Las soldaduras de filete de ms baja resistencia o de penetracin parcial, pueden a menudo ser empleadas para unir aceros de ms alta resistencia cuando la junta est diseada para cizallado. Disee juntas en esquina con consideraciones apropiadas de preparacin de bordes. Vanse los detalles mejorados en la Figura 13G. Investigue completamente, y utilice la experiencia y conocimiento disponibles sobre los detalles especficos de diseo que pudieran ser fuentes potenciales de desgarramiento laminar. No emplee soldaduras mayores de las necesarias para transferir las fuerzas calculadas. Observe la correcta temperatura de precalentamiento y entre pasadas recomendadas para el tipo y espesor del metal base. Especifique selectivamente inspeccin ultrasnica, despus de la fabricacin y/o ereccin de aquellas conexiones soldadas especficas, altamente restringidas para la integridad estructural que considere estn sometidas a desgarramiento laminar.

2.

3.

4. 5.

6.

7. 8.

Observaciones de los Factores que Contribuyen al Agrietamiento Dos artculos11 aparecidos en el Welding Journal en 196412, resumen varios de los factores confirmados mediante investigacin como contribucin al agrietamiento en soldadura:

11

Welding Cracking Under Hindered Contraction Comparison of Welding Process, Travis, Barry, Moffat, and Adams, MIT. Welding Journal, November, 1963. 12 Delayed Cracking in Steel Weldments, Interrante and Stout, Welding Journal, April, 1964.


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SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACIN 1 Las fuerzas de contraccin de las soldaduras de mltiples pasadas tienden a causar separaciones en el metal base, y ellas generalmente se incrementan con la resistencia y templabilidad de los metales de relleno y metales base. Por tanto, el metal de soldadura ms blando tender a disminuir no solamente las grietas en el metal de soldadura, sino tambin las grietas y desgarramientos laminares en la ZAC. La susceptibilidad al agrietamiento en diferido es proporcional al contenido de hidrgeno de la atmsfera de soldadura. La mayor sensibilidad a las grietas es exhibida por la alta qumica del metal base y por los espesores ms pesados de chapas. En general, el agrietamiento se iniciar en la ZAC del metal base, excepto en los casos donde el metal de soldadura es de ms alta dureza. Con arco abierto, o incluso con el proceso SMAW, puede asumirse que en tiempo clido hmedo la atmsfera del arco contendr ms hidrgeno como vapor de agua que en tiempo fro seco. Cualquier tendencia para minimizar la importancia del precalentamiento, de mantener la junta caliente, o posiblemente del post calentamiento en los meses calientes de verano, podra estar en la raz de los problemas de agrietamiento en las juntas pesadas restringidas. Esto sera especialmente cierto si, o el metal de soldadura o el metal base son templables a causa del contenido de aleacin o de carbono. La baja entrada de calor con interrupciones en el ciclo de la soldadura tiende a agravar el problema.

2

3 4 5


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Figura 13 G Las condiciones (1), (2), (3) son susceptibles al desgarramiento laminar. Una soldadura a tope biselada (4) no lo es.

Biselar ambas placas, como se muestra en (5), minimizar grandemente la tendencia al desgarramiento laminar. Figura 13G.

La posicin de soldadura y su influencia sobre el tamao del cordn, entrada de calor, nmero de capas, etc., tiene una influencia directa sobre la tendencia al agrietamiento. Por ejemplo, las soldaduras de ranura a las tres en punto, o en posicin horizontal, son ms sensibles al agrietamiento que las soldaduras de ranura en posicin plana. ACEROS Y RECOMENDACIONES PARA SOLDARLOS La clasificacin de los Aceros al Carbono est basada principalmente en el contenido de carbono. Los grupos son:

1 2 3

Bajo Carbono, hasta 0.30% de carbono13. Mediano Carbono, de 0.30% hasta 0.45% de carbono. Alto Carbono, con ms de 0.45% de carbono. Las composiciones SAE estndares de los aceros al carbono, aplicables a los perfiles estructurales, chapas, flejes, lminas, y tuberas soldadas estn listadas en la Tabla 3. Las propiedades mecnicas de los aceros acabados en caliente estn influenciadas principalmente por la composicin qumica, particularmente el contenido de carbono, aunque otros factores, como la temperatura de acabado, tamao de la seccin, y la presencia de elementos residuales, tambin afectan las propiedades. Una chapa de , por ejemplo, tiene propiedades de ms alta tensin y menor alargamiento que una placa de 1 de la misma composicin. Esto resulta de la tasa de enfriamiento ms alta de la chapa de desde la temperatura de laminado. Las propiedades de tensin tpicas de los aceros de bajo carbono laminados en caliente y acabado en fro estn listadas en la Tabla 4. Aceros de Bajo Carbono En general, los aceros con contenidos de carbono hasta 0.30% son fcilmente unidos mediante todos los procesos comunes de soldadura por arco. Estos grados cuentan para el mayor13

El primer grupo, algunas veces est subdividido en aceros de muy bajo carbono, hasta 0.15% de carbono, y aceros simples al carbono, de 0.15% hasta 0.30% de carbono.


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SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACIN tonelaje de los aceros usados en las estructuras soldadas. Las aplicaciones tpicas incluyen, tanques, ensambles estructurales, calderas, bases de maquinarias, equipo para movimiento de tierra y agricultura, y elementos soldados en general.TABLA 3 ACEROS SAE AL CARBONO COMPOSICIONES DE LOS ACEROS AL CARBONO

Lmites de Composicin Qumica en la Cuchara, % Nmero SAE Carbono 0.08 mx. 0.10 mx. 0.15 mx. 0.08 0.13 0.10 0.15 0.13 0.18 0.13 0.18 0.15 0.20 0.15 0.20 0.15 0.20 0.18 0.23 0.18 0.23 0.18 0.23 0.20 0.25 0.19 0.25 0.22 0.28 0.22 0.28 0.22 0.29 0.28 0.34 0.30 0.36 0.32 0.38 0.30 0.37 0.32 0.38 0.35 0.42 0.37 0.44 0.37 0.44 0.36 0.44 0.40 0.47 0.40 0.47 0.43 0.50 0.43 0.50 0.44 0.52 0.46 0.53 0.48 0.55 0.47 0.55 0.50 0.60 0.55 0.65 0.60 0.70 0.60 0.70 0.65 0.75 0.70 0.80 0.72 0.85 0.75 0.88 0.80 0.93 0.80 0.93 0.80 0.93 0.85 0.98 0.90 1.03 Manganeso 0.25 0.40 0.25 0.50 0.60 mx. 0.30 0.60 0.30 0.60 0.30 0.60 0.60 0.90 0.30 0.60 0.60 0.90 0.70 1.00 0.30 0.60 0.60 0.90 0.70 1.00 0.30 0.60 1.35 1.65 0.30 0.60 0.60 0.90 1.20 1.50 0.60 0.90 0.70 1.00 0.60 0.90 1.20 1.50 0.70 1.00 0.60 0.90 0.70 1.00 0.60 0.90 1.35 1.65 0.60 0.90 0.70 1.00 0.60 0.90 0.70 1.00 1.10 1.40 0.60 0.90 0.60 0.90 1.20 1.50 0.60 0.90 0.60 0.90 0.50 0.80 0.60 0.90 0.60 0.90 0.50 0.80 0.30 0.60 0.60 0.90 0.60 0.90 0.70 1.00 0.30 0.50 0.60 0.90 0.30 0.50 Fsforo, mximo 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 0.040 Azufre, mximo 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 Nmero AISI

1006 1008 1009 1010 1012 1015 1016 1017 1018 1019 1020 1021 1022 1023 1024 1025 1026 1027 1030 1033 1035 1036 1037 1038 1039 1040 1041 1042 1043 1045 1046 1048 1049 1050 1052 1055 1060 1064 1065 1070 1074 1078 1080 1084 1085 1086 1090 1095

C 1006 C 1008 C 1009 C 1010 C 1012 C 1015 C 1016 C 1017 C 1018 C 1019 C 1020 C 1021 C 1022 C 1023 C 1024 C 1025 C 1026 C 1027 C1030 C 1033 C 1035 C 1036 C 1037 C 1038 C 1039 C 1040 C 1041 C 1042 C 1043 C 1045 C 1046 C 1048 C 1049 C 1050 C 1052 C 1055 C 1060 C 1064 C 1065 C 1070 C 1074 C 1078 C 1080 C 1084 C 1085 C 1086 C 1090 C 1095


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Los aceros con muy bajo contenido de carbono, hasta 0.13%, son aceros buenos para soldar, aunque ellos no son mejores para soldaduras de produccin de alta velocidad. El contenido bajo de carbono y el contenido bajo de manganeso, hasta 0.30%, tienden a producir porosidad interna. Esta condicin es usualmente corregida por la modificacin leve del procedimiento de soldadura, usualmente mediante el uso de una velocidad ms lenta. Si la presencia de alguna porosidad interna no tiene efectos dainos en los requerimientos del servicio del ensamble, pueden ser usados los procedimientos estndares de alta velocidad. Los aceros con contenidos muy bajos de carbono, son ms dctiles y ms fciles de conformar que los aceros de carbono ms altos. Ellos son empleados para aplicaciones donde se requiera considerable conformacin en fro, tales como en perfiles laminados, o conformados, o estampados. Los aceros con contenidos de carbono de 0.15% a 0.20% tienen excelente soldabilidad. Ellos raras veces requieren algo diferente fuera de los procedimientos estndares de soldadura, y pueden ser soldados con todos los tipos de electrodos de acero simple. Estos aceros debern ser usados para velocidad mxima de produccin en ensambles o estructuras que requieran soldadura extensa.TABLA 4 PROPIEDADES MECNICAS MNIMAS TPICAS DE LAS BARRAS DE ACERO AL CARBONO

Nmero SAE o AISI

Condicin

Resistencia a la Traccin (1000 psi) 47 53 50 56 55 61 58 64 68 76 72 80 76 85 82 91 90 100

Resistencia a la Cedencia (1000 psi) 26 44 28 47 30 51 32 54 38 64 40 67 42 71 45 77 50 84

Alargamiento en 2 (%) 28 20 28 18 25 15 25 15 20 12 18 12 18 12 16 12 15 10

1010 1015 1020 1025 1030 1035 1040 1045 1050

HR CF HR CF HR CF HR CF HR CF HR CF HR CF HR CF HR CF

* HR = Hot Rolled, Laminado en Caliente; CF = Cold Finished, Acabado en Fro


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SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACINDatos tomados del Manual de Metales ASM, 8. Edicin, Volumen 1.

Los aceros en el rango final superior de bajo carbono, los grados de 0.25% a 0.30% de carbono, tienen muy buena soldabilidad, aunque cuando uno o ms de los elementos est en el rango alto de los lmites permisibles, puede resultar en agrietamiento, particularmente en soldaduras de filete. Con corrientes y velocidades ligeramente reducidas, cualquiera de los electrodos estndares puede ser utilizado para estos aceros. En espesores hasta 5/16, aplican los procedimientos estndares. Si alguno de los elementos, particularmente carbono, silicio, o azufre, estn en el rango alto de los lmites, pueden formarse poros superficiales. Si se reducen la corriente y la velocidad, se minimiza este problema. Aunque la mayora de las aplicaciones de soldadura de estos aceros no requieren precalentamiento, las secciones pesadas, de 2 y ms, y ciertas configuraciones de juntas, pueden requerirlo. Un menor precalentamiento es exigido cuando son usados procedimientos de bajo hidrgeno. En general, los aceros en el rango de 0.25% a 0.30% de carbono, debern soldarse con electrodos de bajo hidrgeno, o con procedimientos de bajo hidrgeno si la temperatura est por debajo de 50 F. Aceros de Mediano y Alto Carbono En razn a que la templabilidad de los aceros se incrementa con el contenido de carbono, los aceros de mediano y alto carbono sirven donde sean necesarias la dureza, resistencia al desgaste, o resistencias ms altas. Los usos principales para los aceros de mediano carbono, hasta 0.45%, incluyen placas de desgaste, resortes, y componentes para equipo ferroviario, agrcola, movimiento de tierras, y manejo de materiales. Desafortunadamente, las mismas caractersticas que hacen a estos aceros tan apropiados para uso en partes y estructuras fuertes, los hacen ms difciles y costosos para soldarlos. Los aceros de mediano carbono pueden soldarse exitosamente, sin embargo, con tal que sean empleados los procedimientos, y las temperaturas de precalentamiento y entre pasadas, apropiados. Algunas veces, puede requerirse el relevo de tensiones post soldadura. Los aceros de alto carbono, son casi siempre usados en su condicin templada. Las aplicaciones tpicas son para herramientas para trabajo de los metales y la madera, brocas, dados, y cuchillas, y para partes resistentes a la abrasin, tales como rejas de arado, y cuchillas raedoras. Algunos equipos de granja son construidos de existencias de rieles re laminados, con 0.65% de carbono, los cuales son soldados en la condicin de re laminados, usando precalentamiento, calentamiento entre pasadas, y relevo de tensiones post soldadura. La dureza de estos aceros puede oscilar, desde completamente blando en la condicin recocida, hasta HRc 65, con tratamiento de rpido enfriamiento para los grados ms altos en carbono. Aunque un acero AISI 1020 puede hacerse tan duro como HRc 50, la dureza es muy superficial. Si se incrementa el contenido de carbono, se incrementa la profundidad de temple y la mxima dureza obtenible hasta cerca de HRc 65. Los elementos de aleacin incrementan la profundidad de temple aunque tienen poco efecto sobre la dureza mxima. Es aconsejable realizar pruebas de muestras de soldadura para determinar las tendencias al agrietamiento de los aceros con contenidos de 0.30% de carbono o ms. Si tales tendencias son aparentes, puede ser necesario el precalentamiento del acero para retardar la tasa de enfriamiento desde la temperatura de soldadura. La temperatura de precalentamiento requerida vara con el anlisis, tamao, y


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SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACIN perfil del acero y con la entrada de calor del proceso de soldadura. En general, cuanto ms alto es el contenido de carbono o de elementos de aleacin y ms gruesa la placa, tanto ms alta es la temperatura de precalentamiento necesaria para proporcionar la tasa de enfriamiento lento requerido para prevenir el endurecimiento. Para clculos de taller, un Calculador de Precalentamiento, disponible de la Compaa Lincoln Electric a un costo nominal, es una herramienta til y prctica para determinar los requerimientos de precalentamiento de varios espesores de los aceros de anlisis comn. El empleo de procesos de bajo hidrgeno puede minimizar el grado de precalentamiento necesario, y podra eliminar completamente la necesidad de precalentamiento. Como regla emprica, las temperaturas de precalentamiento empleadas con los electrodos de bajo hidrgeno pueden ser de 100 a 200 F ms bajas que aquellas necesarias para electrodos diferentes a los de bajo hidrgeno. Aceros AWS14 Estructurales La AWS no escribe especificaciones para aceros estructurales aunque reconoce muchos aceros especificados por ASTM, API, y ABS15 como apropiados para estructuras soldadas con los diferentes procesos de soldadura por arco. Las Tablas 5 y 6 muestran las listas de estos aceros con los requerimientos de las propiedades mecnicas y las composiciones. Debido a que estas tablas no contienen los requerimientos qumicos o de las propiedades mecnicas, ello sugiere al lector consultar la especificacin original para mayor informacin. En general, estos aceros tienen los lmites mximos de carbono, azufre y fsforo. El manganeso podra especificarse como un rango o en una cantidad mxima. Las cantidades pequeas de otras aleaciones pueden adicionarse para cumplir con los requerimientos de las propiedades mecnicas. Todos los aceros listados en la Tablas 5 y 6 tienen caractersticas satisfactorias de soldabilidad aunque algunos podran requerir procedimientos o tcnicas especiales, tales como una limitada entrada de calor o temperaturas mnimas de precalentamiento o entre pasadas. Algunos aceros estructurales no estn proyectados para soldar por arco. Por ejemplo, el grado A440 est proyectado principalmente para estructuras remachadas o atornilladas. Aceros Estructurales de Alta Resistencia y Baja Aleacin, HSLA16 Unas propiedades mecnicas ms altas, y usualmente una mejor resistencia a la corrosin que los aceros estructurales al carbono, son las caractersticas de los aceros HSLA. Estas propiedades mejoradas son alcanzadas mediante la adicin de pequeas cantidades de elementos de aleacin. Algunos de los aceros tipo HSLA, son aceros al carbono manganeso; otros contienen diferentes adiciones de elementos de aleacin, controlados mediante los requerimientos de soldabilidad, conformabilidad, tenacidad, o economa. La resistencia de estos aceros est entre las de los aceros estructurales al carbono y las de los aceros templados y revenidos de alta resistencia. Los aceros de baja aleacin de alta resistencia son usualmente empleados en la condicin laminada, aunque se dispone de algunos que requieren tratamiento trmico despus de la fabricacin. Estos aceros son producidos para requerimientos de propiedades mecnicas ms que para composiciones qumicas. Las propiedades mecnicas mnimas disponibles en la condicin laminada, varan entre los grados, y en la mayora de los grados, con el espesor.

14 15

American Welding Society. American Bureau of Shipping 16 High Strength Low Alloys Steels


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Los rangos de las propiedades disponibles en este grupo de aceros son:

1 Punto de Cedencia Mnimo desde 42 000 hasta 70 000 psi. 2 Resistencia a la Traccin Mnima desde 60 000 hasta 85 000 psi. 3 Resistencia a la Corrosin, clasificada como: igual a la de los aceros al carbono, dosveces la de los aceros al carbono, o cuatro a seis veces la de los aceros al carbono. Los aceros HSLA estn disponibles en la mayora de las formas comerciales forjadas, y son usados extensamente en productos y estructuras que exijan alta relacin resistencia ms alta peso, que la ofrecida por los aceros estructurales al carbono. Las aplicaciones tpicas son soportes y paneles para chasis de camiones, vagones de trenes, casas mviles, y otros equipos de transporte; componentes para tractores, trilladoras, distribuidoras de fertilizantes, y otras maquinarias agrcolas, equipo para manejo y almacenamiento de materiales; y edificios, cubiertas de puentes, y estructuras similares. Los aceros HSLA no debern confundirse con los aceros aleados de alta resistencia templados y revenidos. Ambos grupos son vendidos principalmente por la marca comercial, y frecuentemente comparten el mismo nombre comercial, con diferentes letras o nmeros que son usados para identificarlos a cada uno.


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SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACINTABLA 5 PROPIEDADES MECNICAS MNIMAS Y COMPOSICIN PARA LOS ACEROS ATM HSLA APROBADOS PARA USO MEDIANTE LAS ESPECIFICACIONES AISC PARA EL DISEO, FABRICACIN Y ERECCIN DE ACERO ESTRUCTURAL PARA EDIFICIS Y PENTES, AWS D.1.1 CDIGO DE SOLDADURA ESTRUCTURAL ACEROS 1992Propiedades Mecnicas GRADO ASTM y Informacin Descriptiva Resistencia a la Traccin Ksi mnimo 58 a 80 58 a 80 58 a 80 58 a 80 58 a 80 58 a 80 58 a 80 58 a 80 58 a 80 58 a 80 Punto de Cedencia Ksi mnimo 36 36 36 36 36 36 36 36 36 36 30 35 25 50 46 42 50 46 42 Alargamiento En 2 % mnimo 23 23 23 23 23 23 23 23 23 23 ** ** ** 21 21 21 21 21 21 Perfil del Material Grupo de Espesor o Grado C Mx . 0.26 0.25 0.25 0.26 27 29 26 27 28 29 0.25 0.30 Requerimientos Qumicos (En Cuchara ) Por Ciento Mn mx. P Mx . 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.05 0.05 0.06 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 S Mx. 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.06 0.06 0.045 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 Si Cu Mn. 0.20* 0.20* 0.20* 0.20* 0.20* 0.20* 0.20* 0.20* 0.20* 0.20* V mx.

A36 Acero Estructural

Perfiles Chapa inc. > 1 > 1 2 > 2 4 > 4 8 inc. > 1 > 1 4 inc Sobre 4 A B C inc. > 1 > 1 4 1&2 3 4&5

0.80 1.20 0.80 1.20 0.85 1.20 0.85 1.20 0.60 0.90 0.60 0.90 0.60 0.90 0.95 1.20

0.40 m 0.40 m 0.40 m 0.15 - 0.40 0.15 - 0.40 0.15 - 0.40 0.40 m 0.40 m 0.40 m 0.40 m

Barras y Perfiles en Barra

A53

GRADO B Tubera sin Costuras y Soldada por resistencia elctrica o sin costuras (solamente el lmite qumico es el fsforo)

48 60 45 70 67 63 70 67 63

A242

Acero Estructural de Baja Aleacin Alta Resistencia (los otros elementos de aleacin pueden ser adicionados.) Si C mx., 0.15m, Mn mx., puede ser elevado hasta 1.40)

Chapas y Barras Perfil Estructural

0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15

1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

A375

70 50 22 0.22 1.25 Fleje de Lmina en Acero Estructural de baja aleacin, Alta Resistencia Cuando sea usado para soldar, la qumica debe ser revisada para la soldabilidad basada sobre evidencias aceptables para el comprador * Cuando sea especificado

** Vanse los Estndares ASTM para ms detalles Donde sean dadas dos figuras, esto es un rango mnimo mximo

Contina


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SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACINTABLA 5 PROPIEDADES MECNICAS MNIMAS Y COMPOSICIN PARA LOS ACEROS ATM HSLA APROBADOS PARA USO MEDIANTE LAS ESPECIFICACIONES AISC PARA EL DISEO, FABRICACIN Y ERECCIN DE ACERO ESTRUCTURAL PARA EDIFICIS Y PENTES, AWS D.1.1 CDIGO DE SOLDADURA ESTRUCTURAL ACEROS 1992 (CONTINUACIN)Propiedades Mecnicas GRADO ASTM y Informacin Descriptiva Resistencia a la Traccin Ksi mnimo 70 67 63 60 70 67 63 45 58 62 58 45 58 62 58 58 mnimo Punto de Cedencia Ksi mnimo 50 46 42 40 50 46 42 33 42 46 36 39 46 50 36 36 Alargamiento En 2 % mnimo ** ** 24 24 ** ** 24 25 23 21 23 25 23 21 23 23 Perfil del Material Grupo de Espesor o Grado inc. > 1 > 1 4 > 4 8 I II III A B C D A B C D C Mx . 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.26 0.26 0.26 0.26 0.26 0.26 0.26 0.26 0.26 Requerimientos Qumicos (En Cuchara ) Por Ciento Mn mx. P Mx. 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 1.35 0.04 0.04 0.05 0.05 S Mx. 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 Si Cu Mn. 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20* 0.20* 0.20* 0.20* 0.20* 0.20* 0.20* 0.20* 0.20* V mx. 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02

A441

Acero Estructural al Manganeso Vanadio de Baja Aleacin Alta Resistencia

Chapas y Barras

Perfiles Estructurales Tubos Redondos Estructural Tubos Redondos Perfilados

0.85 1.25 0.85 1.25 0.85 1.25 0.85 1.25 0.85 1.25 0.85 1.25 0.85 1.25

0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30

A500

Tubos en Acero Estructural en Redondos y Perfiles Conformado en Fro, Soldados y sin Costuras Reemplazado por A572/ A572M (1989)

1.35

A501 A516al Carbono

Tubos en Acero Estructural al Carbono, Conformado en Caliente Soldado y sin Costura Chapas de Acero

55 75 60 80 65 85 70 90

30 32 35 38 36

27 25 Chapas 23 21 23

55 60 65 70

0.18 0.26 0.21 0.27 0.24 0.29 0.27 0.31 0.26

0.60 1.20 0.60 1.20 0.85 1.20 0.85 1.20

0.035 0.035 0.035 0.035 0.04

0.035 0.035 0.035 0.035 0.05

0.15 0.40 0.15 0.40 0.15 0.40 0.15 0.40 0.20*

A529

Acero Estructural (42 Ksi mnimo de Cedencia, de espesor mximo) * Cuando sea especificado

58 mnimo


Contina


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SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACINTABLA 5 PROPIEDADES MECNICAS MNIMAS Y COMPOSICIN PARA LOS ACEROS ATM HSLA APROBADOS PARA USO MEDIANTE LAS ESPECIFICACIONES AISC PARA EL DISEO, FABRICACIN Y ERECCIN DE ACERO ESTRUCTURAL PARA EDIFICIS Y PENTES, AWS D.1.1 CDIGO DE SOLDADURA ESTRUCTURAL ACEROS 1992 (CONTINUACIN)Propiedades Mecnicas GRADO ASTM y Informacin Descriptiva Resistencia a la Traccin Ksi mnimo 49 52 53 55 60 65 70 70 65 65 65 Punto de Cedencia Ksi mnimo 30 33 36 40 45 50 55 50 45 45 45 45 45 50 50 55 55 60 60 65 65 70 70 Alargamiento En 2 % mnimo 19 25 18 23 17 22 16 21 14 19 12 17 10 15 22 22 22 22 22 25 22 25 20 22 20 25 18 20 18 20 16 18 16 18 14 16 14 16 12 14 12 14 Perfil del Material Grupo de Espesor o Grado 30 33 36 40 45 50 55 Laminado Laminado Recocido Laminado en Fro 45 50 55 60 65 70 0.22 0.15 0.23 0.15 0.25 0.15 0.26 0.15 0.26 0.15 0.26 0.15 1.35 1.35 1.35 1.50 1.50 1.65 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 Cb 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 0.020 0.012 0.020 0.012 0.020 N 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 C Mx . 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 Requerimientos Qumicos (En Cuchara ) Por Ciento Mn mx. P Mx. 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 S Mx. 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 Si Cu Mn. 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 V mx.

A570

Lminas y Flejes de Acero al Carbono Laminado en Caliente, Calidad Estructural

0.90 0.90 0.90 0.90 1.35 1.35 1.35

A606 A607

Lmina y Fleje de Baja Aleacin Alta Resistencia

Longitudes Bobinas Longitudes y Bobinas Longitudes y Bobinas Clase 1 Clase 2 Clase 1 Clase 2 Clase 1 Clase 2 Clase 1 Clase 2 Clase 1 Clase 2 Clase 1 Clase 2

0.22

1.25

0.04

Lmina y Fleje de Baja Aleacin Alta Resistencia

60 55 65 60 70 65 75 70 80 75 85 80

* Cuando sea especificado



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SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACINTABLA 6 PROPIEDADES MECNICAS MNIMAS Y COMPOSICIN PARA LOS ACEROS ASTM HSLA APROBADOS PARA USO POR LA ESPECIFICACIN AISC PARA EL DISEO, FABRICACIN Y ERECCIN DE ACERO ESTRUCTURAL PARA EDIFICIS Y PUENTES AWS D.1.1 CDIGO DE SOLDADURA ESTRUCTURAL ACERO 1992Espesor o grupo Propiedades Mecnicas Resistencia a la Traccin Ksi mnimo 110 130 110 130 100 130 Punto de Cedencia Ksi mnimo 100 100 90 Alargamiento En 2 % mnimo 18 18 16 C Mn Grado mx mx Requerimientos Qumicos (En Cuchara) Por ciento P mx S mx S Ni Cr Mo Cu V Cb Ti Otro mx mx mx mx mx mx mx mx Zr 0.50 0.80 0.40 0.65 1.40 2.00 0.40 0.65 0.40 0.65 0.18 0.28 0.15 0.03 0.25 0.08 0.15 0.30 0.40 0.60 0.40 0.15 0.03 0.60 0.50 0.08 0.20 0.03 0.30 0.08 0.50 0.65 0.45 0.60 0.45 0.60 0.40 0.03 0.60 0.08 0.15 0.03 0.25 0.08 0.10 0.35 0.45 0.03 0.60 0.08 0.20 0.30 0.10 0.40 0.15 0.35 0.15 0.40 0.05 0.15 0.01 0.03 0.01 0.10

GRADO ASTM e Informacin Descriptiva

Perfil del Material

A514

inc. Chapa Chapas de Acero Aleado Todos los > 2 Templado y Revenido, Grados para Soldar, de Alta > 2 4 Resistencia a la inc. Cedencia

A D C E F H J M P Q R S T

A517

Chapas de Acero Aleado Templado y Revenido de Alta Resistencia

Chapa Todos Grados

Menor 2.5 Mayor 2.5 hasta 6

115 135

100

16

B C E H S

0.15 0.21 0.12 0.21 0.10 0.20 0.12 0.20 0.10 0.20 0.12 0.21 0.12 0.21 0.12 0.21 0.12 0.21 0.14 0.21 0.15 0.20 0.10 0.20 0.08 0.14 0.15 0.21

0.80 1.10 0.70 1.00 1.10 1.50 0.40 0.70 0.60 1.00 0.95 1.30 0.45 0.70 0.45 0.70 0.45 0.70 0.95 1.30 0.85 1.15 1.10 1.50 1.20 1.50

0.035 0.035 0.40 0.80 0.035 0.035 0.40 0.80 0.035 0.035 0.15 0.30 0.035 0.035 0.20 0.40 0.035 0.035 0.15 0.35 0.035 0.035 0.20 0.35 0.035 0.035 0.20 0.35 0.035 0.035 0.20 0.35 0.035 0.035 0.20 0.35 0.035 0.035 0.15 0.35 0.035 0.035 0.20 0.35 0.035 0.035 0.15 0.35 0.035 0.035 0.40 0.60 0.15 0.35

0.70 1.00 0.30 0.70 1.20 1.50 1.20 1.50 1.20 1.50 0.90 1.10

0.85 1.20 1.00 1.50 0.35 0.65

0.06 m

0.06 m

105 135

90

14

El anlisis es el mismo que para A514, excepto lo anotado aqu

N


30

SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACINTABLA 6 PROPIEDADES MECNICAS MNIMAS Y COMPOSICIN PARA LOS ACEROS ASTM HSLA APROBADOS PARA USO POR LA ESPECIFICACIN AISC PARA EL DISEO, FABRICACIN Y ERECCIN DE ACERO ESTRUCTURAL PARA EDIFICIS Y PUENTES AWS D.1.1 CDIGO DE SOLDADURA ESTRUCTURAL ACERO 1992 (CONTINUACIN)Espesor o grupo Perfil del Material Propiedades Mecnicas Resistencia a la Traccin Ksi mnimo 60 mnimo 65 mnimo 75 mnimo 80 mnimo 4 inc. > 4 5 inc > 5 8 inc Todo Grupo Paredes & menor Pared a 1 70 67 63 70 70 67 65 63 83 < 2.5 2.5 4 < 4 Chapas 75 95 4 6 El contenido de aleacin debe estar de acuerdo con uno de lo siguiente: (1) Cb 005 0.05 (2) V (0.05 mx.) + V 0.01 0.15 (3) Cb (con V) 0.02 0.15 (4) El N (0.015 mximo) cuando es agregado como un complemento para el V debe ser reportado, y la relacin mnima entre V y N debe ser de 4 a 1. (1)(3) El Cb cuando es agregado o simplemente o en combinacin con V a menos que sea combinado con 0.15 mnimo de Si, debe ser restringido a chapas o barras de de espesor mximo, y para perfiles de la Tabla A, Grupo 1 de la Especificacin ASTM A6. (5) El Si (0.30 mximo) para perfiles y chapas hasta 1 ; para chapas Grado 42 por encima de 1 (0.15 0.30 mximo) 55 23 70 90 65 85 80 100 Punto de Cedencia Ksi mnimo 42 50 60 65 50 46 42 50 50 48 50 42 50 46 60 Alargamiento En 2 % mnimo 24 50 60 65 21 21 21 25 22 22 22 23 23 23 23 Grado C Mn mx mx 0.21 1.35 0.23 1.35 0.26 1.35 0.26 1.35 0.10 0.19 0.10 0.20 0.15 mx 0.17 mx 0.15 0.90 1.25 0.75 1.25 0.80 1.35 0.50 1.20 1.00 P mx 0.04 0.04 0.04 0.04 0.05 0.04 0.04 0.04 0.15 0.04 0.04 0.04 0.035 0.035 0.035 0.035 Requerimientos Qumicos (En Cuchara) Por ciento S mx 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.04 0.04 0.04 0.04 0.30 0.30 0.15 0.50 0.15 0.50 0.15 0.50 0.15 0.50 S mx (5) (5) (5) (5) 0.15 0.30 0.15 0.30 0.15 0.30 0.25 0.50 0.40* 0.63 0.40* 0.70 0.30* 0.50 0.40 0.70 0.02* 0.10 0.01* 0.10 0.01* 0.10 0.30 0.50 0.20 0.20 0.20 0.02 0.02 0.05 0.01 0.05 0.25 0.25 0.08 0.35 0.04 0.11 N 0.01 0.03 Ni mx Cr mx Mo mx Cu mx V mx (2) (2) (2) (2) 0.02 0.10 0.01* 0.10 0.01* 0.10 0.005 0.05 Cb mx (1)(3) (1)(3) (1)(3) (1)(3) Ti mx Otro Zr (4) (4) (4) (4)


A572

Aceros de Calidad Estructural Columbio Vanadio, de Baja Aleacin, Alta Resistencia

Perfiles y Chapas

42 50 60 65 A B C K Ia Ib II III A C D E

A588

Aceros Estructurales Baja Chapas y Barras Aleacin Alta Resistencia con 50 ksi mnimo de Punto de Cedencia para 4 de Espesor. Perfiles Tubos Tubos Ia Ib Conformados en Ic Caliente, Soldados y sin Costuras, de Baja Aleacin. Tubos III

0.25 0.50 0.25* 0.50 0.40

0.10

A618

0.20 1.35 0.22 0.85 1.25 0.23 1.35 0.18 1.00 1.35 0.20 1.15 1.50 0.20 0.70 1.60 0.20

A633

Acero Chapas de Baja Aleacin, Alta Resistencia Chapas Normalizado


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SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACIN(4) N (con V) 0.015 mximo


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SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACINTABLA 6 PROPIEDADES MECNICAS MNIMAS Y COMPOSICIN PARA LOS ACEROS ASTM HSLA APROBADOS PARA USO POR LA ESPECIFICACIN AISC PARA EL DISEO, FABRICACIN Y ERECCIN DE ACERO ESTRUCTURAL PARA EDIFICIS Y PUENTES AWS D.1.1 CDIGO DE SOLDADURA ESTRUCTURAL ACERO 1992 (CONTINUACIN)Espesor o grupo Perfil del Material Hasta 4 Hasta 4 Hasta 4 Hasta 4 Hasta 2 2 a 4 a 4 Propiedades Mecnicas Punto de Resistencia Cedencia Alargamiento C Grado mx a la Ksi En 2 % Traccin mnimo mnimo Ksi mnimo 58 80 36 23 0.25 36 0.28 65 50 21 0.23 50 70 90 110 110 130 100 130 90 60 72 70 85 88 90 100 90 95 65 65 60 50 70 100 90 80 85 50 65 60 75 75 85 90 80 85 50 46 42 21 19 18 16 20 20 20 18 20 20 22 22 22 Requerimientos Qumicos (En Cuchara) Por ciento Mn mx 0.60 1.20 1.35 0.75 1.35 0.80 1.35 P mx 0.04 0.04 0.04 0.04 S mx 0.05 0.05 0.05 0.05 S mx 0.15 0.40 0.15 0.40 0.15 0.40 0.20 0.65 Ni mx Cr mx Mo mx Cu mx 0.20 0.20 0.30 0.70 0.40 0.70 0.20 0.40 0.20 0.40 V mx Cb mx Ti mx Otro Zr


A709Perfiles, Chapas y Barras de Acero Estructural al Carbono y de Baja Aleacin de Alta Resistencia. Incluye chapa templada y Revenida

50W 70W 100 100w 100 100w A C/1 A C/2 A C/3 B C C/1 C/3

0.15 0.40 0.19

0.50 m

0.02 0.10

Las composiciones de los Tipos A, B, C, E, F, H, J, M, P, y Q, son equivalentes para los correspondientes tipos para A514 ASTM A709 deberan ser consultados para ms detalles 0.07 0.07 0.07 0.07 0.06 0.07 0.12 0.12 0.12 0.40 0.70 0.40 0.70 0.40 0.70 0.40 0.65 1.30 1.65 1.30 1.65 1.65 1.65 1.65 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.035 0.035 0.035 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.04 0.04 0.04 0.40 0.40 0.40 0.15 0.40 0.40 0.40 0.05 0.50 0.15 0.50 0.15 0.50 0.70 1.00 0.70 1.00 0.70 1.00 0.70 1.00 0.70 1.00 0.70 1.00 0.60 0.90 0.60 0.90 0.60 0.90 0.15 0.25 0.15 0.25 0.15 0.25 1.00 1.30 1.00 1.30 1.00 1.30 1.00 1.30 1.00 1.30 1.00 1.30 0.10 mx 0.10 mx 0.10 mx 0.02 mn 0.02 mn 0.02 mn 0.02 mn 0.02 mn 0.02 mn 0.02 0.10 0.02 0.10 0.02 0.10

A710Chapas de Aceros de Bajo Carbono Endurecibles por Envejecimiento Ni-Cu-Cr-Mo-Cb, Ni-Cu-Cb, Ni-Cu-Mn-Mo-Cb Chapas

0.15 0.25 0.15 0.25

A808

Placa de Acero de Baja Aleacin Laminada en Caliente de Alta Resistencia con Tenacidad a la Entalla mejorada Aleacin.

Chapas

Hasta 1 1 a 2 2 a 2


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SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACIN Los aceros templados y revenidos son aceros completamente aleados que son tratados trmicamente en la acerera para desarrollar propiedades ptimas. Son generalmente martensticos en estructura, mientras que los aceros HSLA son aceros principalmente ferrticos; esta es la clave para las diferencias metalrgicas y de fabricacin entre los dos tipos. En la condicin laminada, los aceros ferrticos estn compuestos de constituyentes relativamente dctiles y blandos; los aceros martensticos tienen constituyentes duros, y frgiles que requieren tratamiento trmico para producir sus propiedades de alta resistencia. La resistencia en los aceros HSLA es alcanzada en cambio, por las cantidades pequeas de elementos de aleacin disueltos en una estructura ferrtica. El contenido de carbono raramente excede 0.28% y est usualmente entre 0.15% y 0.22%. El contenido de manganeso oscila desde 0.85% hasta 1.60%, dependiendo del grado, y las otras adiciones de aleacin, como cromo, nquel, silicio, vanadio, fsforo, cobre, columbio, y nitrgeno, son usadas en cantidades menores de 1%. Las caractersticas de soldadura, conformado, y maquinado de la mayora de los grados, no difieren marcadamente de aquellas de los aceros de bajo carbono. Para ser soldables, los aceros de alta resistencia deben tener suficiente ductilidad para evitar el agrietamiento desde el enfriamiento rpido inherente a los procesos de soldadura. Los aceros HSLA soldables deben ser suficientemente bajos en carbono, manganeso, y todos los elementos que mejoran la profundidad de temple para asegurar que cantidades apreciables de martensita no sean formadas tras el enfriamiento rpido. Una resistencia superior es provista mediante la solucin de los elementos de aleacin en la ferrita de los aceros laminados. La resistencia a la corrosin tambin es incrementada en algunos de los aceros HSLA por las adiciones de aleacin. La adicin de un mnimo de 0.20% de cobre, usualmente produce aceros con cerca de dos veces la resistencia a la corrosin atmosfrica de los aceros estructurales al carbono. Los aceros con cuatro a seis veces la resistencia a la corrosin atmosfrica de los aceros estructurales al carbono, son obtenidos de muchas formas, pero tpicamente, con adiciones de nquel y/o cromo, a menudo con ms de 0.10% de fsforo. Estas aleaciones son usualmente empleadas en adicin al cobre. Las especificaciones estndares o las prcticas recomendadas cubriendo los principales tipos de aceros HSLA estn disponibles de la ASTM, la SAE, y el DOD17. Otras organizaciones de estandarizacin, tales como la AAR, el AISC18, y el DOT19 han establecido especificaciones o prcticas para el empleo de aceros HSLA en ciertas industrias y aplicaciones. Las especificaciones de la ASTM estn orientadas principalmente a propiedades mecnicas y la conformacin en fbrica; las prcticas recomendadas de la SAE incluyen, adems, informacin sobre caractersticas de fabricacin, tenacidad, soldabilidad, y conformabilidad. Especificaciones ASTM Catorce especificaciones ASTM cubren los aceros comunes al carbono, los aceros HSLA, y los aceros estructurales templados y revenidos. Ellos son: A36, A53, A242, A440, A441, A514, A517, A572, A588, A606, A607, A618, A633, A709, A710, y A809. Las Tablas 5 y 6 listan la composicin y propiedades mecnicas de estos aceros. especificaciones A374 y A375 cubren los aceros similares en forma de lminas y flejes. Las

17 18

Department of Defense, Departamento de Defensa de los EE.UU. American Institute of Steel Construction 19 Department of Transportation


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SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACIN ASTM A36 cubre las lminas de acero al carbono, chapas, y barras de calidad estructural, para uso en construcciones de puentes y edificios remachados, apernados, y soldados, y para propsitos estructurales generales. Los requerimientos de resistencia son de 58 a 80 ksi, y resistencias a la cedencia de 35 ksi mnimos. ASTM A53 cubre los tubos negros y de acero galvanizado sumergido en caliente sin costuras y soldados, en NPS 1/8 hasta 26, y espesores de pared de 0.068 hasta 2.344. Los requerimientos de resistencia a la cedencia oscilan desde 25 a 35 ksi mnimo, y de tensin de 45 a 60 ksi para tres tipos y dos grados. ASTM A242 (Cor Ten) cubre los perfiles de acero estructural HSLA, chapas y barras para construcciones soldadas, remachadas, o atornilladas. El contenido mximo de carbono de estos aceros es 0.24%; su contenido tpico es de 0.09 a 0.17%. Los materiales producidos para esta especificacin son proyectados principalmente para miembros estructurales donde son importantes la durabilidad y el peso liviano. Algunos productores pueden suministrar aceros con contenido de cobre, (0.20% mnimo de cobre con cerca de dos veces la resistencia a la corrosin atmosfrica de los aceros al carbono). Los aceros que cumplen con los requerimientos de ASTM A242, aunque modificados para dar cuatro veces la resistencia a la corrosin atmosfrica de los aceros estructurales, tambin estn disponibles. Estos grados ms recientes, algunas veces llamados, aceros climatolgicos o meteorolgicos, son usados para propsitos estructurales y arquitectnicos, donde se desee evitar la pintura por razones de esttica o de economa. Las caractersticas de soldadura varan de acuerdo al tipo de acero; los productores pueden recomendar el material ms soldable y ofrecer asesora en soldadura si son conocidas las condiciones bajo las cuales ser realizada la soldadura. ASTM A374 cubre las lminas y flejes laminados en fro con 45 ksi mnimos de resistencia a la cedencia. Es similar en muchos aspectos a A242. ASTM A375 cubre los flejes y lminas rolados en caliente con 50 ksi de resistencia mnima a la cedencia. Es similar en muchos aspectos al A242. ASTM A440 cubre los aceros HSLA de alta resistencia de manganeso intermedio conteniendo cobre, empleados principalmente para estructuras remachadas o atornilladas. Estos aceros no estn generalmente recomendados para soldar, a causa de sus contenidos relativamente altos en carbono y manganeso. ASTM A440 y su acompaante, A441, tienen las mismas propiedades mecnicas mnimas que el A242. Los aceros A440 tienen cerca de dos veces la resistencia a la corrosin atmosfrica de los aceros estructurales al carbono, y muy buena resistencia a la abrasin. El alto contenido de manganeso, tpicamente, cerca de 1.45%, tiende a causar un metal de soldadura que se endurece al aire, una condicin que puede producir altas tensiones y grietas en la soldadura. Si estos aceros deben soldarse, es necesario un cuidadoso precalentamiento, ms alto que para el A441. ASTM A441 cubre los aceros HSLA de manganeso intermedio, que son fcilmente soldables con los procedimientos apropiados. La especificacin exige adiciones de vanadio y un contenido de manganeso ms bajo, 1.25% mximo, que el ASTM A440. Las propiedades mecnicas mnimas son las mismas que las de los aceros ASTM A440, excepto que las chapas y barras de 4 a 8 de espesor son cubiertas por A441.


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SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACIN La resistencia a la corrosin atmosfrica de este acero es aproximadamente dos veces la de los aceros estructurales al carbono. Otra propiedad de los aceros ASTM A441 es, su tenacidad superior a bajas temperaturas. Solamente los perfiles, chapas y barras son cubiertas por la especificacin, aunque los flejes y lminas soldables pueden ser suministrados por algunos fabricantes con aproximadamente las mismas propiedades mnimas mecnicas. ASTM A500 cubre los tubos estructurales redondos, cuadrados, rectangulares, y de formas especiales, conformados en fro, soldadas y sin costuras, para construcciones soldadas, remachadas, y atornilladas, de puentes y edificios y para propsitos generales estructurales. Este tubo es producido en tamaos, tanto soldados como sin costuras, con una periferia mxima de 64 y un espesor mximo de pared de 0.625. Las propiedades mnimas de resistencia, oscilan entre 33 ksi de cedencia y 45 ksi de traccin para los Grado A, a 46 ksi de cedencia y 62 ksi de traccin para el Grado C. ASTM A501 cubre los tubos estructurales redondos, cuadrados, rectangulares, y de formas especiales, conformados en caliente, soldados y sin costuras, para construcciones soldadas, remachadas, y apernadas, de puentes y edificios y para propsitos generales estructurales. Las tuberas cuadradas y rectangulares pueden ser suministrados en tamaos desde 1 hasta 10 de lados anchos planos, y espesores de pared de 0.095 hasta 1.00. Los requerimientos mnimos de resistencia a la traccin son de 58 ksi, y de cedencia de 38 ksi. ASTM A514 cubre las chapas de acero aleado templados y revenidos de calidad estructural en espesores de 6 e inferiores, proyectados principalmente para uso en puentes y otras estructuras soldadas. Los requerimientos de resistencia a la traccin que oscilan de 100 a 130 ksi y de cedencia de 90 a 100 ksi. ASTM A516 cubre las

carbon steel general

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