The effects of dynamic load on behaviour of welded joint A-387 Gr. 11 alloyed steel

Efectos de la carga dinámica en el comportamiento de la unión soldada de acero aleado A-387 Gr. 11

El comportamiento en servicio del acero aleado A-387 Gr. 11 Clase 1, para recipientes a presión, utilizado para aplicaciones de alta temperatura, depende de las propiedades de su unión soldada, con el metal base (BM), la zona afectada por el calor (HAZ) y el metal de soldadura (WM), como constituyentes. El ensayo Charpy de BM, WM y HAZ, junto con la determinación de los parámetros de crecimiento de grietas por fatiga y el umbral de fatiga ΔK_th, se utilizó para entender cómo la heterogeneidad de la estructura y las diferentes propiedades mecánicas de los componentes de la unión soldada afectan a la iniciación y propagación de grietas.

INTRODUCCIÓN

Las propiedades de explotación del acero aleado A-387 Gr. 11 Clase 1, diseñado para la fabricación de recipientes a presión que operan a temperaturas y presiones elevadas, dependen en gran medida de las propiedades de las zonas críticas de una unión soldada. La zona afectada por el calor (HAZ) y el metal de soldadura (WM) son lugares latentes de iniciación de grietas, es decir, los lugares donde podrían formarse zonas frágiles locales a las que se atribuye la iniciación de grietas [1].

Para comprender mejor las causas y los modos de iniciación y crecimiento de grietas en uniones soldadas de acero diseñadas para funcionar a temperaturas elevadas y a alta presión, es necesario establecer cómo afecta la heterogeneidad de la estructura y las propiedades mecánicas de una unión soldada a la iniciación y el crecimiento de grietas, y cuantificar los parámetros que controlan el comportamiento de la deformación local y el crecimiento de grietas.

El objetivo de esta investigación es evaluar los efectos de la heterogeneidad de la estructura y de las propiedades mecánicas del metal base y de los componentes de la unión soldada de acero A-387 Gr.11 Clase 1 sobre la iniciación y el crecimiento de grietas, así como sobre los parámetros de crecimiento de grietas por fatiga (da/dN y ΔK_th) a temperatura elevada de 540 °C, basándose en los resultados obtenidos [1].

MATERIAL

Para los ensayos se utilizó la muestra de una unión soldada de acero A-387 Gr. 11 Clase 1, con metal de soldadura en el centro (soldadura doble en forma de U), cuyas dimensiones fueron 350 x 500 x 96 mm. La composición química del acero A-387 Gr. 11 Clase 11 se presenta en la Tabla 1 [2]. El procedimiento de ensayo a temperatura elevada de 540 °C se define en la norma EN 10002-5 [3]. Los resultados del ensayo de tracción de las propiedades mecánicas del acero A-387 Gr. 11 Clase 1 a la temperatura de servicio se presentan en la Tabla 2 [2].

Soldadura de chapas nuevas y explotadas BM se llevó a cabo en dos fases, de la siguiente manera:

- pasada de raíz - por procedimiento de arco manual, utilizando un electrodo revestido LINCOLN Sl 19G (AWS: E8018-B2),