Chord profile influence on the fatigue failure of a t-butt weld joint

Influencia del perfil del cordón en la falla por fatiga de una unión soldada en T

Este artículo presenta un modelo de propagación de grieta por fatiga, para una unión soldada tipo T, realizada en placas de igual espesor. Se obtuvo la expresión para el factor de intensidad de tensiones adimensional, en función del tamaño de la grieta, para tres perfiles de cordón: recto, convexo y cóncavo. Se evidenció una razón de propagación de la grieta más pequeña para el cordón de perfil cóncavo cuando se compara con los cordones de perfiles recto y convexo. Por último, se realizó la validación del modelo de propagación mediante experimentos de fatiga en probetas no estándar, que emularon al modelo teórico, obteniéndose una correspondencia estadísticamente adecuada. Los resultados de vida de fatiga teóricos, para cada tipo de perfil de cordón, quedaron contenidos dentro del intervalo de confianza experimental [13280-21650] ciclos para 95% de confiabilidad.

INTRODUCCIÓN

Los métodos analíticos de diseño utilizados para las uniones soldadas no han cambiado básicamente en las últimas décadas, aunque los especialistas en el tema conocen las simplificaciones empleadas. Para paliar esta falta de precisión en el diseño de las uniones soldadas, las normas técnicas de soldadura emplean elevados factores de diseño para garantizar la integridad estructural [1].

En las uniones soldadas operan diferentes mecanismos de fallo, pero el fallo por fatiga es el más catastrófico porque casi nunca muestra signos previos de pérdida de funcionalidad. Las grietas por fatiga provienen o surgen de microdefectos internos o superficiales, a menudo potenciados por la concentración de tensiones geométricas. El lugar donde se producen los microdefectos iniciales en el cordón de soldadura depende de un conjunto de factores: concentración geométrica de tensiones, características metalúrgicas, esquema de soldadura, velocidad de enfriamiento de la soldadura, propiedades del material, restricciones a la dilatación/contracción a la que se somete el material unido, entre otros [2-4]. Estos microdefectos son el germen de la propagación subcrítica de las grietas cuando en sus ángulos agudos se alcanzan factores de intensidad de tensiones por encima del valor umbral de propagación.

En este trabajo se ha llevado a cabo la modelización de la propagación estable de la grieta y se han realizado experimentos de validación del comportamiento fracomecánico de una unión soldada en T. Una contribución importante en este trabajo es la consideración del tipo de perfil de cuerda en la vida a fatiga de la unión, utilizando perfiles cóncavos, convexos y rectos. Se ha obtenido un modelo matemático, basado en la Mecánica de la Fractura y utilizando como herramienta el Método de los Elementos Finitos, que permite evaluar la tasa de propagación de grietas y la resistencia residual de la unión soldada de acero estructural obtenida mediante Shield Metal Arc Welding (SMAW).