Vol. II N°03                                     Lima - Perú                                    Julio-1999


 

 

DESARROLLO DE UN PROCESO Y PROCEDIMIENTO DE REPARACIÓN POR SOLDADURA DEL ACERO HY - 80

Ing. Samuel Rosario Francia
Ing. Héctor Villacorta Arévalo

 


Resumen

Los aceros HY-80;  HY- 130, como HP9-4-20; 10Ni-Cr-Mo-Co son los mas resistentes entre los de tenacidad especial y de mayor resistencia a la fluencia, que se han desarrollado para usarse en aplicaciones críticas del hidroespacio y aeroespacio. En el acero tipo HY-80, los elementos aleantes que conceden características elevadas a los aceros aumentan a su vez el poder de temple y por consiguiente su tendencia al agrietamiento. La relación de la microestructura con la propiedad de tenacidad se evalúan para el metal soldado y la región de la zona afectada por el calor.

En la fabricación de estructuras metálicas con estos tipos de materiales se emplean procesos de soldadura SAW, SMAW o EBW, sin embargo en las reparaciones o mantenimiento, el proceso de arco metálico manual con electrodos revestidos de bajo hidrógeno, con una secuencia adecuada y control previa a la calificación del soldador así como del proceso en particular, permiten presentar este trabajo con resultados satisfactorio.


1. Introducción

Los aceros con bajos porcentajes de elementos aleantes presentan mayor resistencia y tenacidad que los aceros estructurales convencionales con medio porcentaje de carbono, han permitido su empleo en gran extensión en todos los programas de construcciones navales y en recipientes de alta presión.

La naturaleza de estos materiales requiere que se tomen ciertas precauciones para minimizar los problemas asociados con la soldabilidad, más aún cuando  el proceso de soldadura es el de arco eléctrico manual empleando electrodos revestidos de bajo hidrógeno, es así que debemos considerar los mínimos requerimientos para asegurar una unión soldada satisfactoria.

Los ensayos en taller con los materiales correspondientes, planchas de acero HY-80, electrodo E 9018-M, el entrenamiento y calificación de soldadores de acuerdo al Código ASME-Sección-9, seleccionando el procedimiento y aplicando las técnicas de control de partículas magnéticas fluorescentes, ultrasonido, placas rediográficas, pruebas de dureza en la zona de trabajo, permitieron seleccionar el proceso y procedimiento  que aplicado in situ, garantizan la calidad y confiabilidad de su uso.


2. Aspectos Teóricos

2.1 Influencia  de los principales elementos de adición

El Carbono.-  Continúa siendo, como siempre, el elemento fundamental que determina la aptitud para la soldadura de los aceros. Interviene en los aceros ferríticos, ya aumentando el poder de temple del empalme en la zona de transformación (agrietabilidad de la capa subyacente), ya dando lugar a carburos bajo la acción de los tratamiento térmicos (aceros al cromo-molibdeno).

En los aceros especiales soldables debe limitarse su contenido: rara vez sobrepasa el 0,25%. A partir de cierta proporción de este elemento, es preciso tomar precauciones especiales para reducir su experiencia perjudicial.

El Manganeso.- Elemento gammágeno, favorece el temple del acero, es preciso limitar su contenido, excepto en los casos especiales en que se busque obtener dureza o resistencia al desgaste. Rara vez pasa del 2,0% en los aceros soldables.

El manganeso es un desoxidante enérgico y constituye un ingrediente de los electrodos o las varillas de aporte como elemento favorable por sus reacciones con el metal líquido.

Las curvas de la Figura Nº1 representan la influencia del manganeso en la dureza de la zona de sobrecalentamiento de una soldadura por arco, y en consecuencia, en la soldabilidad metalúrgica. Se aprecia en el diagrama que el poder de temple del acero crece muy rápidamente, incluso con pequeñas concentraciones de manganeso (de 1,25 a 1,50%) al aumentar el contenido de carbono.

El carbono equivalente  [C] =  C% +  Mn %   +   Si %
                                                    4              4

indica que, desde el punto de vista de la soldabilidad metalúrgica, el manganeso posee un poder templante cuatro veces menor que el carbono. En general, es necesario precalentar los aceros que contienen bastante manganeso y carbono, cuando el equivalente de carbono excede del  0,45%.  La relación Mn/C puede constituir así mismo, un criterio de calidad de acero y de su comportamiento en lo que respecta a la soldadura, si bien hasta ahora no se ha determinado cual ha de ser el valor de esta relación, podemos pensar que debe ser por lo menos igual a 4 para que el manganeso desempeñe plenamente su papel.

El Silicio.- Elemento alfágeno es un reductor enérgico del acero al igual que el manganeso. Su contenido, que aumenta la tendencia al agrietamiento durante la soldadura y varía según el tipo de acero, el modo de elaboración y las concentraciones de carbono y de manganeso, ha de limitarse en los aceros de construcción de 0,15 a 0,30%, si bien en el metal fundido de los electrodos puede admitirse hasta un 0,40 ó 0,50%.

El Níquel.- Elemento gammágeno, favorece el temple, como hacen también el carbono y el manganeso. En los aceros poco carburados (C<0,15%) y sin elementos de adición puede tolerarse del 3,0 al 5,0% de este elemento sin que la fragilidad del conjunto quede fuertemente afectada. En pequeña cantidad el níquel mejora la capacidad de deformación de la soldadura, afina el grano e interviene favorablemente en la temperatura de transición de fragilidad del acero.

En  los aparatos de cracking debe funcionar a temperaturas muy bajas, de hasta -100ºC, sin presentar roturas frágiles, se utilizan aceros con 3,5% de níquel.

La influencia de este elemento en la dureza de la zona de transformación de la soldadura está representada en la Figura Nº2. El efecto del niquel sobre las características mecánicas es menos apreciable que el del manganeso; así para un 0,25% de carbono, un acero con 1,25% de manganeso es equivalente a uno con 2,5% de níquel (HB = 300)

 

Figura N° 1.- Influencia del contenido de manganeso del acero base en las transformaciones durante el soldeo por arco, en función del contenido de carbono.

 

Figura N° 2.- Influencia del contenido de Níquel del acero en las transformaciones durante el soldeo por arco, en función del Contenido de carbono.

 

El Cromo.- Elemento alfágeno, suele estar unido a otros elementos como el niquel y el molibdeno, en los aceros ligeramente aleados de contrucción y entonces aumenta la templabilidad del acero.

El cromo presenta otro inconveniente desde el punto de vista de la soldabilidad operatoria, y es que forma óxido de cromo, material refractario que es indispensable eliminar con un flujo decapante en el soldeo. Dado que el óxido de cromo se elimina más fácilmente con escoria básica, los electrodos con alma de acero al cromo deben poseer preferentemente revestimiento básico.

Este elemento de adición actúa claramente sobre la templabilidad  de la zona de transformación durante el soldeo, Figura Nº3. En un acero con 0,50% de cromo y 0,15% de carbono, la dureza en la capa subyacente sobrepasa los 200 Brinell.

El Molibdeno.- Aumenta el poder de temple del acero, su contenido suele estar limitado al 0,25 ó 0,35% en los aceros con bastante carbono. Este elemento, incluso en pequeñas concentraciones, confiere a los aceros una mayor resistencia en caliente y la propiedad de resistir a la fluencia lenta, por lo cual presentan gran interés como elemento de adición en los aceros especiales ligeramente aleados. En la Figura Nº4 se representa la influencia del molibdeno sobre la dureza de la zona; transformación de las soldaduras.

 

Figura N° 3.- Influencia del contenido de cromo en las transformaciones durante el soldeo por arco, en función del contenido de carbono.

 

Figura N° 4.- Influencia del contenido de molib deno en las transformaciones durante el soldeo por arco, en función del contenido de carbono.

 

Puede observarse  que a partir del 0,50% de molibdeno el poder del temple del acero aumenta notablemente y su soldabilidad metalúrgica disminuye; por consiguiente se han de prever ciertas precauciones para el soldeo de los aceros que contengan este elemento.

 

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