Análisis de la zona afectada térmicamente por la Unión de soldadura SMAW a una probeta de acero

1020.Analysis of the heat affected zone by the Union of SMAW

welding a steel cylinder 1020

Cortez Mestra Amaury, Ricardo Geney Andrés, Berrocal González Miguel

Tutor: Yair González Doria / Laboratorio Procesos de Manufactura, Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad de Córdoba - Montería - Colombia / Carrera 6 No. 76-103

RESUMEN

En la ingeniería se hace necesario saber el comportamiento los elementos de máquinas y estructuras cuando se someten a cargas perpendiculares a su sección transversal, es por ello que se realiza el ensayo de flexión. En el presente artículo se realiza a una probeta de dimensiones 26,50 x 26,30x 410 mm a tres puntos bajo la norma ASTM D143, donde se pretende analizar propiedades mecánicas como módulo de flexión, esfuerzo de fluencia y módulo de rotura y tipo de fractura que sufrió el material, se analizan las observaciones, datos y se concluye en base a estos para tener referencias al momento de la selección de materiales.

Palabras clave: Flexión a tres puntos, módulo de rotura, elasticidad en flexión, madera

ABSTRACT

In engineering it is necessary to know how the elements of machines and structures deform when subjected to loads perpendicular to its cross section, which is why the bending test is performed. In this article it is performed at a specimen dimensions 26.50 x 410 mm 26,30x three points under the ASTM D143 standard, which aims to analyze mechanical properties such as flexural modulus, yield stress and modulus of rupture and type of fracture suffered material observations and data were analyzed to have references when selecting materials.

Key words: Three-point bending, modulus of rupture, elasticity in bending, woo.

Introducción

En la industria metalmecánica es común ver que se necesiten unir piezas para formar estructuras de geometrías diversas, una de las formas para unir partes metálicas es mediante soldadura por arco eléctrico (SMAW por sus siglas en ingles). La soldadura SMAW se realiza haciendo circular una alta corriente a través de un electrodo recubierto y formando un arco con la pieza en donde se funde el

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electrodo por la cantidad de corriente que circula generando temperaturas elevadas, las cuales modifican la estructura y propiedades del material.[1]

En una unión soldada se pueden identificar tres zonas, una comprendida por el material de la pieza a soldar, otro metal de soldadura aportado por el electrodo y por último la zona afectada térmicamente la cual abarca las dos anteriores.

La metalurgia y propiedades de la segunda y tercera zona dependen en gran medida del tipo de metales unidos, el proceso particular de unión y las variables del proceso de soldadura. Al tiempo en que se produce calor por el arco eléctrico se funde el material de aporte en la zona de soldadura, la unión soldada se deja solidificar y enfriar a temperatura ambiente, este proceso de solidificación es similar al de fundición y comienza con la formación de granos columnares en la zona central de la soldadura. Estos granos se acomodan de forma paralela a la unión de las piezas. Ver figura 1, El tamaño de los granos y estructura está definidos por el tipo de aleación, metal de aporte y las variables propias del proceso.[2]

Figura 1.Union soldada, los granos dispuestos de forma paralela al plano de las piezas soladadas

El material de aporte a la union tiene una estructura colad y ya que se enfria de manera lenta posee granos gruesos lo que lleva a que tenga baja resistencia, tenacidad y ductilidad. Esto se puede mejorar controlando y reduciendo las velociudades de enfriamiento mediante el precalentamiento del area de la soldadura antes de soldar.

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La zona afectada por el calor o( HAZ por sus siglas en ingles ) se mezcla entre el material de aporte y la pieza, esta tiene una microestructura diferente al de este astes de ser soldado debido a que se ha sometido a una elevada temperatura por un tiempo corto. Solo las partes del material base que se encuentra alejadas de la union no sufren ningun cambio durante la soldarura.

Las propiedades y la microestructura de la HAZ dependen de la temperatura a la que se elevo la zona , de la velocidad de enfriamiento y suministro de calor como tambien de las condiciones estructurales de la pieza antes de ser soldada(tamaño de grano, orientacion, %aleacion ). Las propiedades mecanicas como la dureza en la zona afectada dependen en parte de la forma en como se desarrollaron la resistencia y dureza originales del metal base ya sea por los diversos tratamiento termicos , endurecimiento por precipitacion o trabajo en frio (laminado o Forja) . este ultimo es el que se presta mas para anlizar el comportamiento de dichas propiedades.

El Acero 1020 es un acero de mayor fortaleza que el 1018 y menos fácil de conformar. Responde bien al trabajo en frío y al tratamiento térmico de cementación. La soldabilidad es adecuada. Por su alta tenacidad y baja resistencia mecánica es adecuado para elementos de maquinaria posee una dureza 111 HB, Esfuerzo de fluencia 205 MPa (29700 PSI) y Esfuerzo máximo 380 MPa (55100 PSI) [3]

Faltan sobre electrodos

Materiales y Métodos

Los materiales, elementos utilizados y el método que se desarrolló para la prueba son.

1. Probetas de Acero 1020Se utilizó para el ensayo una probeta paralepipeda de acero 1020 con dimensiones de 4”x1/4”x1/2”con mucha rugosidad y ralladuras en su superficie debido al corte en la sierra.

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2. Lijas: Se utilizan lijas de número (80, 120,180,220,360,400,600,1200 y 2000)La probeta es sometida a procesos de lijado para dar una superficie lisa y uniformeQue permita ver la estructura del material

3. Ataque Químico:

Luego del proceso de pulido se procede con el ataque. En este se utiliza una solución de 5 parte de alcohol metílico por una de ácido nítrico conocida industrialmente como Nital, este acido se utiliza para revelar la microestructura de los aceros aleados al carbono, en donde se introduce la probeta de tal modo que la cara pulida toque el líquido por un tiempo inferior a los 10 segundos, luego se seca con aire para que no exista ninguna manipulación con objetos que puedan rallar la probeta

4. Microscopio Óptico de luz Reflejada

Resultados En el procedimiento de inicio en donde se preparó el acero para ser observado se encontró que el acero después de haber sido atacado revela una estructura que de ferrita intercalada con cementita Figura

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Figura. Estructura de la Probeta Acero 1020En la probeta que ha sido soldada con electrodo 6011 A 100 amperios y puesta al microscopio

Figura. Estructura Cristalina de Probeta Soldada con electrodo 6011 a 100 A en Centro de la Soldadura

Figura. Estructura Cristalina de Probeta Soldada con electrodo 6011 a 100 A a 10mm de la Soldadura

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Figura. Estructura Cristalina de Probeta Soldada con electrodo 6011 a 100 A a 25mm de la Soldadura

Figura. Estructura Cristalina de Probeta Soldada con electrodo 6011 a 100 A a 50mm de la Soldadura

Figura. Estructura Cristalina de Probeta Soldada con electrodo 6011 a 130 A en centro de la Soldadura

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Figura. Estructura Cristalina de Probeta Soldada con electrodo 6011 a 100 A a 3mm de la Soldadura

Figura. Estructura Cristalina de Probeta Soldada con electrodo 6011 a 100 A a 6mm de la Soldadura

Figura. Estructura Cristalina de Probeta Soldada con electrodo 6011 a 100 A a 14mm de la Soldadura

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