Control dimensional de uniones soldadas utilizando tratamiento de alivio de tensiones mediante vibraciones

Dimentional welding control using vibratory stress relief

En este estudio se evaluó la efectividad de la aplicación de los procesos vibratorios sobre el control de deformaciones causadas por las tensiones internas en platinas debido a un proceso de soldadura. Se evaluó la magnitud de la distorsión producida en tres series de especímenes tratándose con vibraciones durante y después del procedimiento de soldadura. Los especímenes consistieron de platinas de acero inoxidable austenítico, los cuales tienen gran tendencia a la deformación debido a un alto coeficiente de dilatación y contracción y a una baja conductividad tér-mica durante los procesos de soldadura por arco. La deformación fue cuantificada midiendo la distancia que se levanta el extremo de la platina después de aplicar un cordón de soldadura. Se midió también la magnitud de los esfuerzos generados por efecto de la vibración de una platina. Los resultados mostraron una evidente reducción de la deformación final en las platinas tratadas con respecto a las no tratadas. Se encontró además que la efectividad del tratamiento con vibraciones no es afectada considerablemente por la magnitud del esfuerzo generado durante la vibración.

Introducción

Los procesos de soldadura por arco inducen esfuerzos residuales que afectan la vida en fatiga y las tolerancias dimensionales de los elementos estructurales o de máquinas (James et al., 2007). La magnitud y distribución de estos esfuerzos dependen: del material base y de aporte, el proceso de soldadura, las restricciones de la pieza y  la  geometría,  entre otras (Leggatt, 2008). La manera convencional de reducir estos esfuerzos residuales es por medio de tratamiento térmico postsoldadura. Young et al. (2007) reportan que los esfuerzos residuales son el factor más importante para la resistencia a fatiga en soldaduras de aceros inoxidables duplex y que el tratamiento térmico post-soldadura es un método eficaz de redistribuir estos esfuerzos y mejorar la resistencia al crecimiento de fisuras. Sin embargo los tratamientos térmicos son costosos en términos de equipos y consumo de energía, lo cual a su vez afecta de manera negativa al ambiente. Además, los tratamientos térmicos no siempre son efectivos en la disminución de esfuerzos residuales, como lo reportan  Sedek  et al. (2003), para el caso de soldadura de materiales disímiles, debido a la diferencia de coeficientes de dilatación térmica de los dos materiales.

Ante las anteriores limitantes de los tratamientos térmicos, surgen los tratamientos mecánicos de alivio de tensiones,  como son el tratamiento de preestirado (Sedek et al., 2003) y el alivio de tensiones mediante vibraciones (Rao et al., 2007; Sun et al., 2004). En el conjunto de los tratamientos para el alivio de esfuerzos residuales, los procesos vibratorios VSR (Vibratory Stress Relief) han desempeñado un papel importante. Aunque aparecieron en los años cincuenta, estos tratamientos no cuentan con suficiente reconocimiento en la Industria local, pero se sabe que la aplicación en la que han demostrado mayor efectividad es en la estabilización dimensional de estructuras soldadas (Gnirss, 1988).