En las soldaduras y zonas afectadas por el calor pueden ocurrir varios tipos de discontinuidades. Las soldaduras pueden contener porosidad, inclusiones de escoria o fisuras. De las tres, las fisuras son, con mucho, las más peligrosas. Mientras que hay límites aceptables para inclusiones de escoria y porosidad en las soldaduras, las fisuras nunca son aceptables.
Fisuras en una soldadura, o en su vecindad, indican que existen uno o más problemas que deben ser investigados. Un análisis cuidadoso de las características de la fisura harán posible la determinación de la causa y tomar las medidas correctoras apropiadas.
Para los propósitos de esta sección, “fisuración” se distinguirá de fallo de la soldadura. Una soldadura puede fallar por sobrecarga, diseño defectuoso o fatiga. La fisuración aquí discutida es el resultado de solidificación, enfriamiento y las tensiones que se desarrollan debidas a la contracción de la soldadura. La fisuración de la soldadura ocurre en tiempo cercano a la fabricación. Las fisuraciones en caliente son las que ocurren a temperaturas elevadas y generalmente están relacionadas con la solidificación. Las fisuras en frío son las que ocurren después de que el metal soldado se ha enfriado a la temperatura ambiente y pueden estar relacionadas con el hidrógeno. Ninguna de las dos es el resultado de cargas en servicio.
La mayoría de las formas de fisuración resultan del esfuerzo de contracción que sucede cuando la soldadura se enfría. Si la contracción está limitada, la deformación inducirá tensiones residuales que causan la fisuración. Hay dos fuerzas opuestas: las tensiones inducidas por la contracción del metal y la rigidez circundante del material base. Los esfuerzos de contracción aumentan con el aumento de volumen del metal a contraer. Grandes dimensiones de soldadura y procesos de soldadura de penetración profunda aumentan los esfuerzos de contracción. Las tensiones inducidas por estos esfuerzos aumentarán cuanto mayor resistencia presenten los materiales de aportación y los metales base. Con un límite elástico más alto, mayores tensiones residuales estarán presentes.
Bajo condiciones de alta limitación, deben emplearse precauciones extra para superar las tendencias a la fisuración que se describen en las siguientes secciones. Es esencial prestar cuidadosa atención a la secuencia de soldadura, temperatura de precalentamiento y entrepasadas, tratamiento térmico después de la soldadura, diseño de la unión, procedimientos de soldadura y material de aportación. El empleo juicioso del martilleado como un tratamiento de distensionado durante el proceso puede ser necesario cuando se fabrican piezas altamente restringidas.
Fisuración en el Centro del Cordón
La fisuración en el centro del cordón se caracteriza como una separación en el centro de un cordón de soldadura determinado. Si el cordón de soldadura está en el centro de la unión, como es siempre en el caso de una soldadura de una pasada, las fisuras en el centro del cordón estarán en el centro de la unión.
Además, la experiencia ha demostrado que, a menudo, 2 ó 3 fenómenos interactuarán y contribuirán al problema de la fisuración. Entendiendo el mecanismo fundamental de cada uno de estos tipos de fisuras en el centro del cordón, nos ayudará en la determinación de las soluciones correctoras.
Fisuración inducida por segregación sucede cuando constituyentes de bajo punto de fusión tales como compuestos de fósforo, cinc, cobre y azufre se separan de la mezcla durante el proceso de solidificación de la soldadura. Componentes de bajo punto de fusión en el metal fundido serán forzados hacia el centro de la unión durante la solidificación, ya que son los últimos en solidificar y la soldadura tiende a separarse cuando el metal solidificado contrae lejos de la región central que contiene los constituyentes de bajo punto de fusión.
En el caso del azufre, es posible superar los efectos perniciosos de los sulfuros de hierro por la formación preferente de sulfuro de manganeso. El sulfuro de manganeso (MnS) se forma cuando el manganeso está presente en suficientes cantidades para contrarrestar el azufre. El sulfuro de manganeso tiene un punto de fusión de 1593ºC. En esta situación, antes de que el metal de soldadura empiece a solidificar, se forman los sulfuros de manganeso que no se segregan. Los fabricantes de acero utilizan este concepto cuando se encuentran niveles de azufre más altos en el mineral de hierro. En la soldadura, es posible utilizar metales de aportación con niveles de manganeso más altos para superar la formación de sulfuro de hierro de bajo punto de fusión. Infortunadamente, este concepto no puede aplicarse a otros contaminantes que no sean el azufre.
Fisuración inducida por la forma del cordón. Se muestra en la Figura 3 y está asociada con los procesos de penetración profunda tales como Arco Sumergido y alambre tubular protegido con gas CO2.
La configuración total de la soldadura, que puede tener muchos cordones de soldadura individuales, puede tener un perfil global que constituya más profundidad que anchura. Si se emplean pasadas múltiples en esta situación, y cada cordón es más ancho que profundo, pueden hacerse soldaduras sin defectos.
Cuando se obtienen fisuras en el centro del cordón debidas a la forma del cordón, la solución obvia es cambiar la relación anchura-profundidad. Esto puede involucrar un cambio en el diseño de la unión. Como que la profundidad es una función de la penetración, es aconsejable reducir la cantidad de penetración. Esto puede conseguirse utilizando amperajes de soldadura más bajos y electrodos de diámetro más grandes. Todas estas tentativas reducirán la densidad de corriente y limitarán la cantidad de penetración.
El mecanismo final que genera fisuras en el centro del cordón es la condición del perfil superficial. Cuando se obtienen superficies de soldadura cóncavas, esfuerzos internos de contracción pondrán bajo tensión la superficie del metal soldado. Al contrario, cuando la superficie de la soldadura es convexa, las fuerzas internas de contracción actúan en compresión. Estas situaciones se ilustran en la Figura 4. Las superficies de soldadura cóncavas son, frecuentemente resultado de tensiones de arco altas. Una ligera disminución en la ten-
Fisuración en la Zona Afectada por el Calor
La fisuración en la Zona Afectada Térmicamente (ZAT), (Figura 5), se caracteriza por la separación que sucede en la zona inmediatamente adyacente al cordón de soldadura. Aunque está relacionada con el proceso de soldadura, la fisura ocurre en el material base, no en el material soldado. Este tipo de fisuración es también conocido como “fisuración debajo del cordón”, “fisuración en el borde”, o “fisuración posterior”. Debido a que la fisuración aparece después de que el acero se ha enfriado por debajo de 205ºC, puede llamarse “fisuración en frío”, y como está asociada al hidrógeno, también se le llama “fisuración facilitada por hidrógeno”.
El hidrógeno puede entrar en el baño de soldadura desde varias fuentes. Las principales fuentes de hidrógeno son la humedad y compuestos orgánicos. Puede estar presente en el acero, el electrodo, en los materiales de protección y está presente en la atmósfera. Los componentes del flux, bien en el exterior o en el interior de los electrodos, o en la forma de arco sumergido o fluxes para la soldadura por electroescoria, pueden absorber humedad, dependiendo de las condiciones de almacenamiento y métodos de manipulación. Para limitar el contenido de hidrógeno en las soldaduras depositadas, los consumibles de soldadura deben estar correctamente mantenidos y la soldadura debe realizarse sobre superficies que estén limpias y secas.
La segunda condición necesaria para la fisuración en la zona afectada por el calor es una microestructura sensible. El área de interés es la zona afectada por el calor que resulta del ciclo térmico experimentado por la región inmediatamente colindante a la soldadura. Como esta área se calienta por el arco de soldadura durante la formación del baño, se transforma desde su estructura ferrítica de temperatura ambiente a la estructura austenítica de temperatura elevada. La subsiguiente velocidad de enfriamiento determinará las propiedades resultantes de la ZAT. Las condiciones que provocan el desarrollo de microestructuras sensibles a la fisuración incluyen altas velocidades de enfriamiento y niveles de dureza más altos en el acero. Las altas velocidades de enfriamiento son provocadas por procesos de soldadura de aporte térmico más bajo, espesores de metal base más grandes y temperaturas del metal base más frías. Los niveles de dureza más altos provienen de contenidos de carbono más altos y/o niveles de aleación. Para un acero dado, el modo más efectivo de reducir la velocidad de enfriamiento es elevando la temperatura circundante a través del precalentamiento. Esto reduce el gradiente de temperatura, ralentizando las velocidades de enfriamiento y limitando la formación de microestructuras sensibles. Un precalentamiento efectivo es el principal medio para que se creen propiedades aceptables en la zona afectada por el calor, aunque el aporte térmico tiene también un efecto significante en las velocidades de enfriamiento en esta zona.
Las tensiones residuales de la soldadura pueden reducirse por medio de un distensionado, aunque para la mayoría de aplicaciones estructurales es económicamente impracticable. Para aplicaciones estructurales complejas, apuntalamientos temporales y otras condiciones deben considerarse, ya que el acero tendrá una capacidad de resistencia grandemente reducida a las temperaturas de distensionado. Para aplicaciones prácticas, la fisuración de la zona afectada por el calor se controlará por procedimientos efectivos de bajo hidrógeno y precalentamientos adecuados.
Para que suceda la fisuración por hidrógeno en la ZAT, es necesario que el hidrógeno migre a la zona afectada por el calor, lo cual necesita tiempo. Por esta razón, el Código D1.1 (D1.1, párrafo 6.11) requiere una demora de 48 horas después de la terminación de la soldadura para la inspección de las soldaduras hechas sobre los aceros A514, A517 y A709 Grado 100 y 100W, conocidos por ser sensibles a la fisuración facilitada por el hidrógeno en la zona afectada por el calor.
Con el tiempo, el hidrógeno se propaga a partir de los depósitos de soldadura. La suficiente propagación para evitar la fisuración tiene lugar, normalmente, en pocas semanas, aunque pueden pasar muchos meses dependiendo de aplicación específica. Las concentraciones de hidrógeno en tiempos próximos a la soldadura son siempre los mayores, y si tiene que suceder la fisuración inducida por hidrógeno, ocurrirá generalmente a los pocos días de la fabricación. No obstante, puede pasar más tiempo para que las fisuras crezcan lo suficiente para ser detectadas.
Aunque es función de muchas variables, las velocidades de propagación general pueden ser aproximadas. A 230ºC, el hidrógeno se propaga a una velocidad aproximada de 25,4 mm por hora. A 105ºC el hidrógeno se propaga a 25,4 mm en 48 horas aproximadamente. A temperatura ambiente, la velocidad típica del hidrógeno difusible es de 25,4 mm en 2 semanas.
Si hay alguna pregunta en relación al nivel de hidrógeno en una construcción soldada, es la posibilidad de aplicar un tratamiento térmico después de la soldadura, llamado comúnmente “post-calentamiento”. Esto generalmente implica el calentamiento de la soldadura a una temperatura de 205-230ºC, mantener el acero a esta temperatura durante 1 hora aproximadamente por cada 25 mm de espesor del material implicado. A esta temperatura, el hidrógeno es probable que se redistribuya a través de la difusión para impedir posterior riesgo de fisuración. No obstante, algunos materiales requieren más de 1 hora por cada 25 mm. Esta operación puede no ser necesaria si el hidrógeno ha sido correctamente controlado, y no es tan intenso como el precalentamiento en términos de su capacidad de prevenir fisuración bajo cordón. A fin de que las operaciones de post-calentamiento sean efectivas, deben aplicarse antes de que a la construcción soldada se le permita enfriarse a la temperatura ambiente.
Fisuración Transversal
La fisuración transversal, también llamada fisuración atravesada, se caracteriza por una fisura dentro del metal soldado perpendicular a la dirección de avance (Figura 6). Este es el tipo de fisuración encontrado con menos frecuencia, y está asociada generalmente con el metal soldado que es de una resistencia más alta, significativamente superior, que el material base. Este tipo de fisuración también puede ser facilitada por el hidrógeno, y como en la fisuración por la zona afectada por el calor descrita anteriormente, la fisuración transversal también es un factor de excesivo hidrógeno, tensiones residuales y una microestructura sensible.
Cuando se encuentra con fisuración transversal, se justifica una revisión de la práctica de bajo hidrógeno. Las condiciones de almacenaje deben ser revisadas cuidadosamente. Si esto es un problema, una disminución de la resistencia del metal soldado solucionará, generalmente, los problemas de fisuración transversal. Por supuesto, los requerimientos de diseño deben cumplirse a pesar de eso, aunque la mayoría de fisuraciones transversales ocurren por las condiciones de resistencia del metal soldado superiores a la chapa base.
Se hace énfasis sobre el metal soldado, porque el metal de aportación puede depositar, bajo condiciones normales, un metal de resistencia más baja, altamente dúctil. No obstante, con la influencia de la absorción de aleación, es posible que el metal soldado presente resistencias extremadamente altas con ductilidad reducida. El empleo de un metal soldado de resistencia más baja es una solución efectiva, pero debe tenerse la precaución de que se alcance la resistencia requerida de la unión.
Puede tener que aplicarse un precalentamiento para paliar la fisuración transversal. El precalentamiento facilitará la difusión del hidrógeno. Si se aplica un precalentamiento, expandirá adicionalmente la longitud de la unión soldada, permitiendo que el metal soldado y la junta se contraigan simultáneamente, reduciendo la tensión aplicada a la contracción de la soldadura. Esto es particularmente importante cuando se hacen soldaduras circunferenciales.
Cuando la circunferencia de los materiales que se van a soldar se expande, el metal soldado es libre para contraerse junto con el material base circundante, reduciendo la tensión de contracción longitudinal. Finalmente, tratamientos después de la soldadura de eliminación de hidrógeno, que implican un mantenimiento del acero a 120-230ºC para largos períodos de tiempo (generalmente 1 hora por cada 25 mm de espesor) facilitarán la difusión de cualquier hidrógeno residual.
Fisuras en una soldadura, o en su vecindad, indican que existen uno o más problemas que deben ser investigados. Un análisis cuidadoso de las características de la fisura harán posible la determinación de la causa y tomar las medidas correctoras apropiadas.
Para los propósitos de esta sección, “fisuración” se distinguirá de fallo de la soldadura. Una soldadura puede fallar por sobrecarga, diseño defectuoso o fatiga. La fisuración aquí discutida es el resultado de solidificación, enfriamiento y las tensiones que se desarrollan debidas a la contracción de la soldadura. La fisuración de la soldadura ocurre en tiempo cercano a la fabricación. Las fisuraciones en caliente son las que ocurren a temperaturas elevadas y generalmente están relacionadas con la solidificación. Las fisuras en frío son las que ocurren después de que el metal soldado se ha enfriado a la temperatura ambiente y pueden estar relacionadas con el hidrógeno. Ninguna de las dos es el resultado de cargas en servicio.
La mayoría de las formas de fisuración resultan del esfuerzo de contracción que sucede cuando la soldadura se enfría. Si la contracción está limitada, la deformación inducirá tensiones residuales que causan la fisuración. Hay dos fuerzas opuestas: las tensiones inducidas por la contracción del metal y la rigidez circundante del material base. Los esfuerzos de contracción aumentan con el aumento de volumen del metal a contraer. Grandes dimensiones de soldadura y procesos de soldadura de penetración profunda aumentan los esfuerzos de contracción. Las tensiones inducidas por estos esfuerzos aumentarán cuanto mayor resistencia presenten los materiales de aportación y los metales base. Con un límite elástico más alto, mayores tensiones residuales estarán presentes.
Bajo condiciones de alta limitación, deben emplearse precauciones extra para superar las tendencias a la fisuración que se describen en las siguientes secciones. Es esencial prestar cuidadosa atención a la secuencia de soldadura, temperatura de precalentamiento y entrepasadas, tratamiento térmico después de la soldadura, diseño de la unión, procedimientos de soldadura y material de aportación. El empleo juicioso del martilleado como un tratamiento de distensionado durante el proceso puede ser necesario cuando se fabrican piezas altamente restringidas.
Fisuración en el Centro del Cordón
La fisuración en el centro del cordón se caracteriza como una separación en el centro de un cordón de soldadura determinado. Si el cordón de soldadura está en el centro de la unión, como es siempre en el caso de una soldadura de una pasada, las fisuras en el centro del cordón estarán en el centro de la unión.
| En el caso de soldaduras de pasadas múltiples, en donde se aplican varios cordones por capa, una fisura en el centro del cordón puede no estar en el centro geométrico de la unión, aunque siempre estará en el centro del cordón. (Figura 1). La fisuración en el centro del cordón es el resultado de uno de los siguientes fenómenos: fisuración inducida por segregación, fisuración inducida por la forma del cordón, o fisuración inducida por el perfil superficial. Infortunadamente, los tres fenómenos se revelan con el mismo tipo de fisura, y es a menudo difícil identificar la causa. |  |
Además, la experiencia ha demostrado que, a menudo, 2 ó 3 fenómenos interactuarán y contribuirán al problema de la fisuración. Entendiendo el mecanismo fundamental de cada uno de estos tipos de fisuras en el centro del cordón, nos ayudará en la determinación de las soluciones correctoras.
Fisuración inducida por segregación sucede cuando constituyentes de bajo punto de fusión tales como compuestos de fósforo, cinc, cobre y azufre se separan de la mezcla durante el proceso de solidificación de la soldadura. Componentes de bajo punto de fusión en el metal fundido serán forzados hacia el centro de la unión durante la solidificación, ya que son los últimos en solidificar y la soldadura tiende a separarse cuando el metal solidificado contrae lejos de la región central que contiene los constituyentes de bajo punto de fusión.
 | Cuando se observa, en el centro del cordón, fisuración inducida por segregación, varias soluciones pueden implementarse. Dado que los contaminantes proceden generalmente del metal base, la primera consideración es limitar la cantidad de contaminante absorbida del material base. Esto puede hacerse limitando la penetración del proceso de soldadura. En algunos casos, un rediseño de la unión puede ser deseable. La penetración extra producida por algunos procesos no es necesaria y puede reducirse. Esto puede conseguirse utilizando corrientes de soldadura más bajas. Una capa de plaqueado de material de soldadura (Figura 2), depositada por un proceso de baja energía tal como soldadura con electrodo revestido, puede reducir efectivamente la cantidad de contaminante absorbido en la soldadura. |
En el caso del azufre, es posible superar los efectos perniciosos de los sulfuros de hierro por la formación preferente de sulfuro de manganeso. El sulfuro de manganeso (MnS) se forma cuando el manganeso está presente en suficientes cantidades para contrarrestar el azufre. El sulfuro de manganeso tiene un punto de fusión de 1593ºC. En esta situación, antes de que el metal de soldadura empiece a solidificar, se forman los sulfuros de manganeso que no se segregan. Los fabricantes de acero utilizan este concepto cuando se encuentran niveles de azufre más altos en el mineral de hierro. En la soldadura, es posible utilizar metales de aportación con niveles de manganeso más altos para superar la formación de sulfuro de hierro de bajo punto de fusión. Infortunadamente, este concepto no puede aplicarse a otros contaminantes que no sean el azufre.
Fisuración inducida por la forma del cordón. Se muestra en la Figura 3 y está asociada con los procesos de penetración profunda tales como Arco Sumergido y alambre tubular protegido con gas CO2.
 | Cuando un cordón de soldadura es de la forma en la que hay más profundidad que anchura en la sección transversal de la soldadura, los granos que se solidifican con crecimiento perpendicular a la superficie del acero se entrecruzan en el centro, pero no logran la fusión a través de la unión. Para corregir esta condición, los cordones de soldadura individuales deben tener como mínimo la misma anchura que profundidad. Las recomendaciones varían desde 1:1 a 1,4:1 la relación anchura-profundidad para remediar esta condición. |
La configuración total de la soldadura, que puede tener muchos cordones de soldadura individuales, puede tener un perfil global que constituya más profundidad que anchura. Si se emplean pasadas múltiples en esta situación, y cada cordón es más ancho que profundo, pueden hacerse soldaduras sin defectos.
Cuando se obtienen fisuras en el centro del cordón debidas a la forma del cordón, la solución obvia es cambiar la relación anchura-profundidad. Esto puede involucrar un cambio en el diseño de la unión. Como que la profundidad es una función de la penetración, es aconsejable reducir la cantidad de penetración. Esto puede conseguirse utilizando amperajes de soldadura más bajos y electrodos de diámetro más grandes. Todas estas tentativas reducirán la densidad de corriente y limitarán la cantidad de penetración.
El mecanismo final que genera fisuras en el centro del cordón es la condición del perfil superficial. Cuando se obtienen superficies de soldadura cóncavas, esfuerzos internos de contracción pondrán bajo tensión la superficie del metal soldado. Al contrario, cuando la superficie de la soldadura es convexa, las fuerzas internas de contracción actúan en compresión. Estas situaciones se ilustran en la Figura 4. Las superficies de soldadura cóncavas son, frecuentemente resultado de tensiones de arco altas. Una ligera disminución en la ten-
| sión de arco causará el retorno del cordón de soldadura a un perfil ligeramente convexo y la eliminación de la tendencia a la fisuración. Velocidades de avance altas también pueden dar esta configuración. Una reducción en la velocidad de avance aumentará la cantidad de aportación y el retorno de la superficie al perfil convexo. La soldadura en vertical descendente también tiene tendencia a generar estas superficies cóncavas, sensibles a la fisuración. La soldadura en vertical ascendente puede remediar esta situación, ya que proporciona un cordón más convexo. |  |
Fisuración en la Zona Afectada por el Calor
La fisuración en la Zona Afectada Térmicamente (ZAT), (Figura 5), se caracteriza por la separación que sucede en la zona inmediatamente adyacente al cordón de soldadura. Aunque está relacionada con el proceso de soldadura, la fisura ocurre en el material base, no en el material soldado. Este tipo de fisuración es también conocido como “fisuración debajo del cordón”, “fisuración en el borde”, o “fisuración posterior”. Debido a que la fisuración aparece después de que el acero se ha enfriado por debajo de 205ºC, puede llamarse “fisuración en frío”, y como está asociada al hidrógeno, también se le llama “fisuración facilitada por hidrógeno”.
| Para que suceda fisuración en la zona afectada por el calor, deben estar simultáneamente presentes: debe haber suficiente cantidad de hidrógeno; debe estar implicado un material suficientemente sensible; y debe haber un nivel suficientemente alto de tensiones residuales o aplicadas. Una adecuada reducción o eliminación de una de las 3 variables eliminará, generalmente, la fisuración en la ZAT. In aplicaciones de soldadura, la tentativa típica es limitar 2 de las 3 variables, principalmente el nivel de hidrógeno y la sensibilidad del material. |  |
El hidrógeno puede entrar en el baño de soldadura desde varias fuentes. Las principales fuentes de hidrógeno son la humedad y compuestos orgánicos. Puede estar presente en el acero, el electrodo, en los materiales de protección y está presente en la atmósfera. Los componentes del flux, bien en el exterior o en el interior de los electrodos, o en la forma de arco sumergido o fluxes para la soldadura por electroescoria, pueden absorber humedad, dependiendo de las condiciones de almacenamiento y métodos de manipulación. Para limitar el contenido de hidrógeno en las soldaduras depositadas, los consumibles de soldadura deben estar correctamente mantenidos y la soldadura debe realizarse sobre superficies que estén limpias y secas.
La segunda condición necesaria para la fisuración en la zona afectada por el calor es una microestructura sensible. El área de interés es la zona afectada por el calor que resulta del ciclo térmico experimentado por la región inmediatamente colindante a la soldadura. Como esta área se calienta por el arco de soldadura durante la formación del baño, se transforma desde su estructura ferrítica de temperatura ambiente a la estructura austenítica de temperatura elevada. La subsiguiente velocidad de enfriamiento determinará las propiedades resultantes de la ZAT. Las condiciones que provocan el desarrollo de microestructuras sensibles a la fisuración incluyen altas velocidades de enfriamiento y niveles de dureza más altos en el acero. Las altas velocidades de enfriamiento son provocadas por procesos de soldadura de aporte térmico más bajo, espesores de metal base más grandes y temperaturas del metal base más frías. Los niveles de dureza más altos provienen de contenidos de carbono más altos y/o niveles de aleación. Para un acero dado, el modo más efectivo de reducir la velocidad de enfriamiento es elevando la temperatura circundante a través del precalentamiento. Esto reduce el gradiente de temperatura, ralentizando las velocidades de enfriamiento y limitando la formación de microestructuras sensibles. Un precalentamiento efectivo es el principal medio para que se creen propiedades aceptables en la zona afectada por el calor, aunque el aporte térmico tiene también un efecto significante en las velocidades de enfriamiento en esta zona.
Las tensiones residuales de la soldadura pueden reducirse por medio de un distensionado, aunque para la mayoría de aplicaciones estructurales es económicamente impracticable. Para aplicaciones estructurales complejas, apuntalamientos temporales y otras condiciones deben considerarse, ya que el acero tendrá una capacidad de resistencia grandemente reducida a las temperaturas de distensionado. Para aplicaciones prácticas, la fisuración de la zona afectada por el calor se controlará por procedimientos efectivos de bajo hidrógeno y precalentamientos adecuados.
Para que suceda la fisuración por hidrógeno en la ZAT, es necesario que el hidrógeno migre a la zona afectada por el calor, lo cual necesita tiempo. Por esta razón, el Código D1.1 (D1.1, párrafo 6.11) requiere una demora de 48 horas después de la terminación de la soldadura para la inspección de las soldaduras hechas sobre los aceros A514, A517 y A709 Grado 100 y 100W, conocidos por ser sensibles a la fisuración facilitada por el hidrógeno en la zona afectada por el calor.
Con el tiempo, el hidrógeno se propaga a partir de los depósitos de soldadura. La suficiente propagación para evitar la fisuración tiene lugar, normalmente, en pocas semanas, aunque pueden pasar muchos meses dependiendo de aplicación específica. Las concentraciones de hidrógeno en tiempos próximos a la soldadura son siempre los mayores, y si tiene que suceder la fisuración inducida por hidrógeno, ocurrirá generalmente a los pocos días de la fabricación. No obstante, puede pasar más tiempo para que las fisuras crezcan lo suficiente para ser detectadas.
Aunque es función de muchas variables, las velocidades de propagación general pueden ser aproximadas. A 230ºC, el hidrógeno se propaga a una velocidad aproximada de 25,4 mm por hora. A 105ºC el hidrógeno se propaga a 25,4 mm en 48 horas aproximadamente. A temperatura ambiente, la velocidad típica del hidrógeno difusible es de 25,4 mm en 2 semanas.
Si hay alguna pregunta en relación al nivel de hidrógeno en una construcción soldada, es la posibilidad de aplicar un tratamiento térmico después de la soldadura, llamado comúnmente “post-calentamiento”. Esto generalmente implica el calentamiento de la soldadura a una temperatura de 205-230ºC, mantener el acero a esta temperatura durante 1 hora aproximadamente por cada 25 mm de espesor del material implicado. A esta temperatura, el hidrógeno es probable que se redistribuya a través de la difusión para impedir posterior riesgo de fisuración. No obstante, algunos materiales requieren más de 1 hora por cada 25 mm. Esta operación puede no ser necesaria si el hidrógeno ha sido correctamente controlado, y no es tan intenso como el precalentamiento en términos de su capacidad de prevenir fisuración bajo cordón. A fin de que las operaciones de post-calentamiento sean efectivas, deben aplicarse antes de que a la construcción soldada se le permita enfriarse a la temperatura ambiente.
Fisuración Transversal
La fisuración transversal, también llamada fisuración atravesada, se caracteriza por una fisura dentro del metal soldado perpendicular a la dirección de avance (Figura 6). Este es el tipo de fisuración encontrado con menos frecuencia, y está asociada generalmente con el metal soldado que es de una resistencia más alta, significativamente superior, que el material base. Este tipo de fisuración también puede ser facilitada por el hidrógeno, y como en la fisuración por la zona afectada por el calor descrita anteriormente, la fisuración transversal también es un factor de excesivo hidrógeno, tensiones residuales y una microestructura sensible.
| La principal diferencia es que la fisuración transversal sucede en el metal soldado como resultado de tensiones residuales longitudinales. Como el cordón de soldadura se contrae longitudinalmente, el material base circundante resiste esta fuerza yendo a compresión. La alta resistencia del acero circundante en compresión limita la contracción requerida del material soldado. Debido a la limitación del material base circundante, el metal soldado desarrolla tensiones longitudinales que pueden facilitar la fisuración en dirección transversal. | |
Cuando se encuentra con fisuración transversal, se justifica una revisión de la práctica de bajo hidrógeno. Las condiciones de almacenaje deben ser revisadas cuidadosamente. Si esto es un problema, una disminución de la resistencia del metal soldado solucionará, generalmente, los problemas de fisuración transversal. Por supuesto, los requerimientos de diseño deben cumplirse a pesar de eso, aunque la mayoría de fisuraciones transversales ocurren por las condiciones de resistencia del metal soldado superiores a la chapa base.
Se hace énfasis sobre el metal soldado, porque el metal de aportación puede depositar, bajo condiciones normales, un metal de resistencia más baja, altamente dúctil. No obstante, con la influencia de la absorción de aleación, es posible que el metal soldado presente resistencias extremadamente altas con ductilidad reducida. El empleo de un metal soldado de resistencia más baja es una solución efectiva, pero debe tenerse la precaución de que se alcance la resistencia requerida de la unión.
Puede tener que aplicarse un precalentamiento para paliar la fisuración transversal. El precalentamiento facilitará la difusión del hidrógeno. Si se aplica un precalentamiento, expandirá adicionalmente la longitud de la unión soldada, permitiendo que el metal soldado y la junta se contraigan simultáneamente, reduciendo la tensión aplicada a la contracción de la soldadura. Esto es particularmente importante cuando se hacen soldaduras circunferenciales.
Cuando la circunferencia de los materiales que se van a soldar se expande, el metal soldado es libre para contraerse junto con el material base circundante, reduciendo la tensión de contracción longitudinal. Finalmente, tratamientos después de la soldadura de eliminación de hidrógeno, que implican un mantenimiento del acero a 120-230ºC para largos períodos de tiempo (generalmente 1 hora por cada 25 mm de espesor) facilitarán la difusión de cualquier hidrógeno residual.
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