12

CARRERA DE INGENIERA MECATRNICA

SOLDADURA I

Presentado por:

LEONARDO CHICAIZA

Director:ING. DIEGO VENEGAS

ENSAYOS DESTRUCTIVOS EN JUNTAS SOLDADAS

SANGOLQUI2015

Ensayos DestructivosLos ensayos destructivos, son utilizados en conjunto con los cdigos, pues es necesario asegurar algunos parmetros que los ensayos no destructivos no pueden medir como por ejemplo: Tensin Composicin Qumica DurezaEnsayos QumicosEn general, la composicin del metal depositado se especifica en el mismo rango que el metal base. Sin embargo, el depsito puede ser totalmente diferente al material al que se desea unir. El nivel de corrosin puede verse tambin alterado por la presencia de materiales diferentes.Ensayo MetalogrficoSe usa para determinar: La calidad del depsito. La distribucin de inclusiones no metlicas en el depsito. El nmero de pases de soldadura. La estructura metalrgica de la zona afectada trmicamente. La ubicacin y profundidad de la penetracin de la soldadura.Existen dos tipos de ensayos metalogrficos: Ensayo Macro: la probeta permite examinar la estructura por simple inspeccin visual o con un aumento muy pequeo (5x, 10x). Ensayo Micro: es necesario el uso de un microscopio para visualizar la estructura (100x, 200x; 500x).a) b)Figuras 1a y 1b. Ensayo Metalogrfico.Ensayo de DurezaLa dureza es una caracterstica afectada por la composicin del metal base y del metal de aporte, efectos metalrgicos del proceso de soldadura, el enfriamiento del metal, el tratamiento trmico y muchos otros factores. Las tres escalas para medir dureza son Brinell, Rockwell y Vickers.

BrinellConsiste en la impresin de una bola de acero sobre la superficie del metal a ensayar. Se utiliza una bola de 10mm de dimetro con una carga de 300kg, en el caso de los aceros y de 500kg, para metales ms blandos. Con la ayuda de un microscopio se mide el dimetro de la impresin y se convierte en dureza Brinell.El ensayo de dureza Brinell se realiza forzando el penetrador sobre la superficie de objeto a ensayar a una carga establecida. Posteriormente se elimina la carga y se mide el dimetro de identacion producida, utilizando un dispositivo magnificador. Basado en el tamao, tipo de identador, carga aplicada y el dimetro de la huella resultante. Se puede determinar el nmero de dureza Brinell (BHN).El BHN puede calcularse para cualquier combinacin de los parmetros empleados utilizando la siguiente frmula:

Donde:P= carga en KgD= dimetro del identador en mmd= dimetro de de la impresin en mm

Figura 2. Ensayo de Dureza Brinell.

VickersEste ensayo utiliza un penetrador de diamante que queda marcado en la superficie de la muestra, bajo una carga determinada cuya aplicacin se recomienda en forma estndar en 10seg. La carga aplicada vara de 1 a 120kg. De acuerdo a las caractersticas del material y la relacin entre ese valor y el rea de identificacin establece la dureza.RockwellEste grupo encierra numerosas diferentes variaciones del mismo principio bsico. Al igual que la dureza Brinell se puede modificar el ensayo bsico utilizado, usando diferentes identadores y con diferentes cargas. La dureza Rockwell produce identaciones ms pequeas que la dureza Brinell. Esto permite realizar el ensayo en reas muy pequeas del metal a ensayar.Un diamante cnico es presionado contra el material a ensayar con una carga de 10 a 150kg.La profundidad de la impresin indicara en el reloj el valor de la dureza medida en escala Rocckwell C. En el caso de materiales muy blandos, el diamante es reemplazado por una bola de acero de 1/16 de dimetro utilizando una carga de 100kg para obtener una medicin en escala Rockwell B.

Figura 3. Ensayo de Dureza Rockwell.Micro DurezaEl ensayo de micro dureza toma el nombre debido a que durante su aplicacin la impresin que deja en la pieza a analizar es tan pequea que es necesario el uso de altas magnificaciones con un microscopio para poder realizar la medicin de la impresin.Existen principalmente 2 tipos de ensayos de micro dureza: Micro dureza Vickers Micro dureza KnoopAmbos tipos de ensayos utilizan identadores de diamantes pero su configuracin es ligeramente diferente.

RupturaEn la probeta estndar de prueba de traccin se efecta un maquinado y luego se marcan dos puntos centrados a 2 de distancia entre s, como se observa en la figura 4.

Figura 4. Ensayo de Ruptura.Ductilidad y ElasticidadEl aumento en la longitud respecto a las 2 iniciales, expresado normalmente en porcentaje, nos entrega la elongacin de la probeta, esto se conoce como Ductilidad.

Figura 5. Ensayo de Ductilidad y Elasticidad.EsfuerzoUna probeta se ensaya con carga de comprensin y el esfuerzo de comprensin se alcanza cuando la probeta falla y se rompe.FatigaCuando la carga sobre una pieza vara constantemente y a una relativa alta frecuencia o constituyente un cambio de esfuerzo de tensin con cada ciclo, la fuerza de fatiga del material debe ser sustituido por la tensin de ruptura en las formulas del diseo.Resistencia al ImpactoUna propiedad importante de los metales es la tenacidad que se define como la habilidad de un metal para absorber energa. De acuerdo con el ensayo de tensin, la tenacidad de un metal puede describirse como el rea bajo la curva. Esfuerzo-Deformacin, este es un valor para la cantidad de energa que puede ser absorbida por un metal cuando se aplica una carga gradualmente.Cuando se habla de la capacidad de un metal para absorber energa, se debe entender que el metal absorbe la energa por etapas: primero hay una cierta cantidad de energa requerida para iniciar la fractura. Despus, es necesaria energa adicional para que la fractura se propague.Aunque existen numerosos tipos de pruebas de impacto, el ms comnmente utilizado es la prueba Charpy V, es espcimen estndar usado, es una barra cuadrada de 55mm de longitud por 10mmX10mm.Una de las caras longitudinales del espcimen muestra una ranura en V de 2mm de profundidad, en la base de la ranura presenta un radio de 0.25 mm. El maquinado de este radio es extremadamente crtico, porque cualquier inconsistencia resultara en drsticas variaciones de los resultados obtenidos.La mquina de impacto Charpy consiste principalmente en las siguientes partes: a)Pndulo b)Palanca de liberacin c)Escala d)Aguja indicadora e)Yunque f)Martillo

Figura 6. Ensayo de Resistencia al Impacto.Resistencia a la TensinEste ensayo consiste en estirar una probeta hasta su rompimiento, en una maquina especial y los resultados obtenidos nos proporcionan una cantidad de informacin importante, dicha informacin es la siguiente: Resistencia a la Tensin Mxima Esfuerzo de cedencia Porcentaje de elongacin Porcentaje de reduccin de reaAlgunos de estos valores pueden ser determinados de la probeta mediante un calibrador, mientras que otros pueden ser cuantificados solamente mediante el anlisis del diagrama de esfuerzo-deformacin el cual es obtenido durante el ensayo.En cuanto al equipo de ensayo, este deber estar debidamente calibrado, de lo contrario, obviamente, los resultados obtenidos no tienen ninguna validez.VERIFICACIN DEL METAL BASE Este ensayo es especialmente importante en la evaluacin de materiales, ya que se determina su resistencia a la tensin. El ensayo se efecta en probetas preparadas de acuerdo a especificaciones (ASTM). Esta probeta o entalle tiene una seccin reducida. La seccin reducida se efecta con la intensin de provocar la fractura de la probeta en esta zona, de otra forma la fractura podra tender a presentarse, principalmente en la zona cercana al dispositivo de sujecin, lo cual dificultara la medicin del porcentaje de elongacin. Dicha seccin deber cumplir con las siguientes tres caractersticas con el objeto de obtenerse resultados validos: La longitud total de la seccin deber ser una seccin transversal uniforme. La seccin transversal deber ser una configuracin la cual puede ser fcilmente dimensionada, de tal manera que sea posible calcular su rea. La superficie de la seccin reducida deber estar libre de irregularidades superficiales, especialmente si estas son perpendiculares al eje longitudinal de la probeta.Las unidades en la que se expresan los valores obtenidos en este ensayo son los siguientes.

EVALUACIN DE LA SOLDADURAMediante este ensayo se efecta la calificacin de procedimientos de soldadura. En la calificacin de procedimientos de soldadura el objetivo de este ensayo es el de verificar el comportamiento de la unin soldadura con respecto al metal base, debiendo se este comportamiento igual o mejor que el metal base.Los cdigos ms usuales bajo los cuales se realiza y evala el ensayo son: AWSD1.1 STRUCTURAL WELDING CODE STEEL ASME SECC IX BOILER PRESSURE VESSEL CODE AND BRAZING QUALIFICATIONS API 1104 STANDARD FOR WELDING PIPELINES AND RELATED FACILITIESEnsayo de sanidad de soldadurasEste grupo de ensayo tiene como objetivo determinado la sanidad de la soldadura, esto es, que est libre de discontinuidades. Estos ensayos se utilizan generalmente en la calificacin de procedimientos de soldadura y en la calificacin de soldadores.Los ensayos que sirven para este propsito son los siguientes: Ensayo de resistencia al doblez Ensayo de Nick-Break Ensayo de ruptura de fileteEnsayo de resistencia al doblesExisten diferentes tipos de ensayos de doblez, dependiendo de su orientacin, de la soldadura respecto al doblez. Existen tres tipos de probetas para doblez transversal que son: Doblez de cara Doblez de raz Dobles lateralEn estos, la soldadura se encuentra perpendicular a la direccin longitudinal de la probeta, y su nombre se refiere al lado de la soldadura el cual es puesto en tensin durante el ensayo; esto es, la cara de la soldadura es estirada en el dobles de cara, la raz es estirada en el dobles de la raz y el lado de la seccin transversal de la soldadura estirada en el doblez lateral.El ensayo de doblez se realiza generalmente utilizando algn tipo de dispositivo.Existen tres tipos bsicos: Dobles guiado estndar Dobles guiado equipado con rodillo Doblez guiado mediante enrolladoEl dispositivo de doblez guiado estndar consiste en un punzn y un lado en forma de u para realizar el ensayo de doblez.El espcimen se coloca sobre los hombros del dado con el lado que se va a ponerse en tensin hacia la parte interior del dado. El punzn se coloca sobre el rea de inters y se aplica la fuerza para doblar el espcimen hasta 180oy que tiene la forma de u. Posteriormente el espcimen es removido y evaluado.El dispositivo de doblez guiado equipado con rodillo es muy similar al dispositivo de dobles guiado estndar, excepto que este se encuentra equipo con rodillo en lugar de un lado. Esto permite disminuir la friccin durante el doblez del espcimen reduciendo la carga aplicada.El ltimo tipo es el dispositivo de doblez guiado mediante enrollado el cual toma su nombre debido a que el espcimen es doblado por un rodillo alrededor de otro fijo.Este tipo de dispositivo es muy til para doblar especmenes que tangan diferente resistencia en el metal base y en la soldadura.En cualquiera de los ensayos de doblez mencionados, los especmenes deben prepararse con cuidado para evitar imprecisiones. Cualquier marca o ralladura sobre la superficie a tensionar, puede ser concentrado de esfuerzos que podra ocasionar que el espcimen ensayado falle.Ensayo de Nick-BreakEste ensayo es usado exclusivamente por el cdigo API 1104que se utiliza principalmente en la industria petrolera, para la calificacin de los procedimientos y soldadura de tuberas de conduccin. Este mtodo evala la sanidad de la soldadura, mediante la posible presencia de discontinuidades en la superficie de fractura del espcimen ensayado. La fractura se localiza en la soldadura mediante 2 o 3 ranuras a lo largo de la superficie.Ensayo de ruptura de fileteComo los dems tipos de ensayo mencionados, este ensayo de sanidad se utiliza principalmente en la clasificacin de soldadura. Este es el nico ensayo requerido para la clasificacin de soldador punteador de acuerdo con el cdigo AWS D1.1Mediante este ensayo el supervisor verifica que la soldadura muestre una apariencia superficial satisfactoria adems inspecciona la superficie fracturada para asegurarse que la soldadura presenta evidencia de fusin en la raz y no muestra reas des de fusin incompleta de la soldadura con el metal base o porosidades en la soldadura.