Behaviour of coarse grain heat affected zone (HAZ) during cycle loading

Comportamiento de la zona afectada por el calor (ZAC) de grano grueso durante la carga cíclica

En este artículo se presentan los resultados de un estudio sobre la zona afectada por el calor de grano grueso martensítico que puede aparecer en uniones soldadas. Se investigaron las propiedades mecánicas de la zona martensítica de grano grueso afectada por el calor y su microestructura. Se prestó especial atención a su comportamiento durante el ciclo de carga bajo concentración de tensiones. La concentración de tensiones fue similar a la de las soldaduras reales. Se determinaron la curva S-N y el límite de fatiga. También se determinaron la curva de París y el umbral de propagación de grietas.

INTRODUCCIÓN

Durante la soldadura por arco se calienta localmente un material. El material consumible y una parte del material base se funden y solidifican en metal de soldadura durante el enfriamiento. El aporte de calor necesario para la soldadura aumenta la temperatura del material en las proximidades del metal de soldadura. Aparecen algunos cambios de microestructura en la zona muy calentada que no se funde. Esta región se denomina zona afectada por el calor (ZAC).

La parte de la HAZ que más se calienta se encuentra cerca del metal de soldadura, por lo que los granos de cristal se engrosan durante el calentamiento. La microestructura de grano grueso, denominada zona afectada por el calor de grano grueso (ZACG), es el resultado de este proceso; véase la figura 1.

En algunos casos, puede aparecer una microestructura martensítica en la ZAC, si el material contiene suficiente carbono u otros elementos que aumentan la dureza. La microestructura martensítica suele ser dura y quebradiza, con baja tenacidad al impacto, por lo que no siempre es conveniente para las uniones soldadas.

Para conseguir una mejor microestructura, se utiliza el precalentamiento antes de soldar y un mayor aporte de calor durante la soldadura para reducir la velocidad de enfriamiento del material calentado. El resultado de este proceso es una microestructura menos dura y quebradiza. El aporte de calor no tiene que ser demasiado alto debido al engrosamiento del grano y a la reducción de la tenacidad al impacto de la ZAT. El tratamiento térmico posterior a la soldadura también se utiliza para mejorar la microestructura, pero algunos tipos de material no permiten el tratamiento térmico posterior a la soldadura, como los aceros microaleados. Esta es la razón por la que en algunos casos la microestructura martensítica permanece en la ZAT. Teniendo esto en cuenta, la concentración de tensiones puede aparecer en las soldaduras debido a la forma de la punta de la soldadura, donde existe una microestructura de grano grueso inconveniente. Esta región podría causar problemas, especialmente cuando la unión soldada se somete a ciclos de carga.