Introducción a la Metalurgia de la Soldadura
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Metalurgia de la Soldadura
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Introducción a la metalurgia de la soldadura.
• Los metales como sólidos policristalinos. • Escalas de observación. • El rol de los defectos cristalinos en la deformación
plástica. Mecanismos de endurecimiento. • El diagrama de equilibrio Fe – C. • Microestructura de la Ferrita, Austenita, Cementita,
Perlita. • Conceptos de transformaciones de fases en
equilibrio y durante el enfriamiento continuo de una soldadura. Microestructura de la Bainita y Martensita.
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Estructura de los metales• Los metales que empleamos en la construcción
industrial, cuando están en estado sólido son policristalinos.
• Los granos o cristales pueden ser observados metalograficamente por medio del microscopio óptico (Escala microscopica hasta 1000x) y tienen un tamaño medido en milimetros / micrones / (10-3
-10-6 m )• Cada grano tiene una estructura atómica
ordenada en forma periódica. La separación entre los átomos se mide en 10-10 m (°A) angstrom.
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Estructura de los metales• Los átomos están ordenados espacialmente
formando diversos tipos de redes cristalinas, según que elemento químico representen y en algunos casos según sea la temperatura.
• Granos vecinos están separados por bordes de grano. Cada grano puede tener una orientación cristalográfica diferente.
• Cada grano puede tener una estructura cristalina imperfecta (vacancias, dislocaciones).
• Los defectos cristalinos denominados dislocaciones participan activamente durante la deformación plástica de un metal.
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Fe , Cristales Cúbicos centrados en el cuerpo (bcc) FERRITA
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Fe, Cristales Cúbicos centrados en las caras (fcc) AUSTENITA
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FCC (Cúbico centrado en las caras)
Al, Cu, Au, Fe (austenita), Ni, Pt, Ag
BCC (Cúbico centrado en el cuerpo)
Cr, Nb, Fe (ferrita), Mo, Ta, W, V
HCP (Hexagonal compacto)
Cd, Co, Mg, Sn, Ti, Zn,
Zr
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Microestructura de un acero estructural
• Un acero de uso estructural (A-36, A-285, A-106, A-53, St 37, St 52, St 35.8, F 24, F 30) tiene una microestructura formada por:
• Granos de Ferrita (hierro alfa (α)), con una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo, BCC).
• Perlita (estructura laminar de Ferrita y Cementita (Carburo de Hierro, Fe3C))
• Una dispersión de inclusiones no metálicas (óxidos, sulfuros, nitruros, etc.)
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Solución sólida intersticial del C en Ferrita
Fe - Atomo
C - Atomo
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Solución sólida intersticial del C en Austenita
Fe - Atomo
C - Atomo
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Metalurgia de la soldadura
Transformaciones de FaseTransformaciones de Fase
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Microestructura de un acero de muy bajo carbono : Ferrita Fe
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Microestructura de un acero inoxidable Austenítico (Fe (), Cristales Cúbicos centrados
en las caras (fcc)
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Perlita Laminar (Agregado de Ferrita + Cementita Fe3C)
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Acero F+P
Se observa una matriz ferrítica con perlitas orientada según la deformación producida durante el laminado en caliente
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Perlita Globulizada
Cuando la perlita es calentada a temperaturas del orden de los 680°C, el carbono de hierro se globuliza
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Acero 0,25% C
Laminado en Caliente Normalizado
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Tratamiento Térmico Normalizado
Tiempo
Tem
pera
tura
NormalizadoTemperatura: 900 C
Enfriamiento al aire calmo
Tamb
900
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Metalurgia de la soldadura
Metalurgia de la SoldaduraMetalurgia de la Soldadura
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Microestructuras de las soldaduras
• Caracterización de las microestructuras de una soldadura por fusión.
• Solidificación de los aceros y microestructura del metal de soldadura.
• La Zona Afectada Térmicamente (ZAC).
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Efecto de la soldadura sobre la microestructura
• Una soldadura por fusión produce un ciclo térmico heterogeneo sobre el metal base.
• Como resultados el metal base resulta afectado por el calor en una zona próxima a la soldadura (ZAC).
• Se producen transformaciones de fase y crecimiento de grano según sea la composición química del metal base, su homogeneidad química, y el ciclo térmico al que sea sometido localmente.
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Macroestructura de la ZAC
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Formación de Martensita y Fisuración
MARTENSITAFISURAS
FISURAS
Debido a un enfriamiento rápido en la ZAC se puede originar una estructura dura y frágil denominada MARTENSITA. Esta estructura tiene tendencia a la fisuración.
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Bainita (Ferrita + Carburos)
Cuando la austenita se enfría con velocidad intermedias puede originar una estructura de placa de Ferrita mas carburos que es denominada BAINITA
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Temperaturas en la ZAC
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![Page 27: Introducción a la Metalurgia de la Soldadura](https://reader033.fdocuments.co/reader033/viewer/2022061407/55cf9c7c550346d033aa01cb/html5/thumbnails/27.jpg)
Soldadura de un material deformado el frío
A- Granos elongados por la deformación en frío
B- Granos equiaxiales recristalizados y zona de grano grueso
C- Metal de soldadura, granos columnares solidificados
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ZONAS DE UN CORDON DE SOLDADURA
Región compuesta
Zona parcialmente fundida
Zona afectada térmicamente
Interfaz de la soldadura
Zona fundida no mezclada
Metal base no afectado
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ZONA FUNDIDA NO MEZCLADA
Zona del metal base fundido y no mezclado con el aporte durante la soldadura
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SOLIDIFICACION DEL METAL DE SOLDADURA
Línea de fusión
Metal fundido y solidificado
Metal base
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CRECIMIENTO EPITAXIAL
METAL BASE CORDON DE SOLDADURA
LINEA DE FUSION Avance de la solidificación
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SOLIDIFICACION DEL METAL DE SOLDADURA
CRECIMIENTO CELULAR DENDRITICO
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Solidificación del metal de soldadura
CRECIMIENTO EQUIAXIAL DENDRITICO: Se produce en el crater final de la soldadura al finalizar el cordón de soldadura, tiene tendencia a fisuras
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Estructura del metal de soldadura Austenita + Ferrita Delta
Metal de Soldadura:
Acero Inoxidable Austenítico
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Subsestructura de Solidificación del Metal de Soldadura
La figura muestra una microsegregación
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TRANSFORMACIONES DE FASE EN ESTADO SOLIDO
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METAL DE SOLDADURA 300X
FERRITA ACICULAR
FERRITA EN BORDE DE GRANO
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F = Ferrita Primaria
GF = Ferrita en Borde de Grano
PF = Ferrita Poligonal Intergranular
AF = Ferrita Acicular
AC = Ferrita con M-A-C alineados
FC = Ferrita con agregados de
Carburos (incluída la Perlita)
M = Martensita
Microestructuras del metal de soldadura
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Microestructuras del metal de soldadura
• F = Ferrita Primaria• GF = Ferrita en Borde de Grano
• PF = Ferrita Poligonal Intergranular
• AF = Ferrita Acicular
• AC = Ferrita con M-A-C alineados
• FC = Ferrita con agregados de
Carburos (incluída la Perlita)
• M = Martensita
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F = Ferrita Primaria
AF = Ferrita AcicularGF = Ferrita en Borde de Grano
Microestructuras del metal de soldadura
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AC = Ferrita con M-A-C alineados
M = Martensita
Microestructuras del metal de soldadura
![Page 42: Introducción a la Metalurgia de la Soldadura](https://reader033.fdocuments.co/reader033/viewer/2022061407/55cf9c7c550346d033aa01cb/html5/thumbnails/42.jpg)
AC = Ferrita con M-A-C alineados
PF = Ferrita Poligonal Intergranular
Microestructuras del metal de soldadura
![Page 43: Introducción a la Metalurgia de la Soldadura](https://reader033.fdocuments.co/reader033/viewer/2022061407/55cf9c7c550346d033aa01cb/html5/thumbnails/43.jpg)
AC = Ferrita con M-A-C alineados
Microestructuras del metal de soldadura
![Page 44: Introducción a la Metalurgia de la Soldadura](https://reader033.fdocuments.co/reader033/viewer/2022061407/55cf9c7c550346d033aa01cb/html5/thumbnails/44.jpg)
AC = Ferrita con M-A-C alineados
F = Ferrita Primaria
FC = Ferrita con agregados de Carburos (incluída la Perlita)
![Page 45: Introducción a la Metalurgia de la Soldadura](https://reader033.fdocuments.co/reader033/viewer/2022061407/55cf9c7c550346d033aa01cb/html5/thumbnails/45.jpg)
GRILLA PARA CUANTIFICAR LA MICROESTRUCTURA- IIW
![Page 46: Introducción a la Metalurgia de la Soldadura](https://reader033.fdocuments.co/reader033/viewer/2022061407/55cf9c7c550346d033aa01cb/html5/thumbnails/46.jpg)
SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO
ZONA 1
ZONA 2
ZONA 3
![Page 47: Introducción a la Metalurgia de la Soldadura](https://reader033.fdocuments.co/reader033/viewer/2022061407/55cf9c7c550346d033aa01cb/html5/thumbnails/47.jpg)
Zona Columnar del Metal de Soldadura
ZONA 1
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Detalle zona columnar -ZONA 1
![Page 49: Introducción a la Metalurgia de la Soldadura](https://reader033.fdocuments.co/reader033/viewer/2022061407/55cf9c7c550346d033aa01cb/html5/thumbnails/49.jpg)
Detalle zona transformada REFINADA
ZONA 2
![Page 50: Introducción a la Metalurgia de la Soldadura](https://reader033.fdocuments.co/reader033/viewer/2022061407/55cf9c7c550346d033aa01cb/html5/thumbnails/50.jpg)
Detalle zona transformada GRANO CRECIDO
ZONA 3
![Page 51: Introducción a la Metalurgia de la Soldadura](https://reader033.fdocuments.co/reader033/viewer/2022061407/55cf9c7c550346d033aa01cb/html5/thumbnails/51.jpg)
METAL BASE
![Page 52: Introducción a la Metalurgia de la Soldadura](https://reader033.fdocuments.co/reader033/viewer/2022061407/55cf9c7c550346d033aa01cb/html5/thumbnails/52.jpg)
Probeta M.Aporte Puro AWS 5.1
![Page 53: Introducción a la Metalurgia de la Soldadura](https://reader033.fdocuments.co/reader033/viewer/2022061407/55cf9c7c550346d033aa01cb/html5/thumbnails/53.jpg)
Probeta M.Aporte Puro ISO 2560
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Comparación ISO 2560 y AWS 5.1
• Se diferencian en la manera de construir los depósitos (ISO sin oscilación)
• En AWS se produce oxidación de C, Mn, Si • ISO tiene mayor resistencia a la rotura y fluencia
(diferencia 25 a 50 MPa)• Idéntica tenacidad si la entalla (Charpy) está en el centro • El grado de recristalización es el principal factor que
afecta la tenacidad• En ISO un desplazamiento lateral de la entalla en 3 mm
produce un corrimiento hacia la izquierda de la curva de Charpy -V del orden de 20 °C
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CUANTIFICACION DE LA MACROESTRUCTURA