Efectos Térmicos y Defectos en Soldaduras: ZAT y Soluciones

Efectos del Calor en la Zona Afectada Térmicamente (ZAT) de Soldaduras

El crecimiento del tamaño de grano en las ZAT de las soldaduras ocurre preferentemente cuando las temperaturas alcanzadas y los tiempos de permanencia a temperatura elevada son mayores. Este fenómeno se ve extraordinariamente favorecido por la puesta en solución y la coalescencia de segundas fases precipitadas. La ZAT se transforma durante el enfriamiento en una estructura ferrítico-perlítica, donde la perlita, parcialmente disuelta durante el calentamiento, se encuentra formando racimos o glóbulos.

La transformación de la austenita en ferrita y perlita ocurre con normalidad por nucleación y crecimiento, resultando en una estructura final comparable con el metal base, aunque más fina. En la región sobrecalentada de grano grueso, la nucleación se produce en los límites del grano y se forman agujas dirigidas hacia el interior. Estas agujas también aparecerán durante el enfriamiento del metal, y pueden ser alargadas y columnares. La región de grano fino, con láminas de perlita, será más dura, con mayor límite elástico y resistencia a la tracción que la zona de granos largos y gruesos. Esto implica una disminución de la dureza y resiliencia, y un aumento de la temperatura de transición, siendo la fragilización mayor cuanto mayor haya sido el sobrecalentamiento.

Difusión de Hidrógeno y sus Consecuencias

Por delante de la isoterma A, el metal de aportación se encuentra en estado austenítico, cargado de hidrógeno, que tiene poco tiempo para difundirse en el metal base subyacente, también austenítico debido al calor aportado. Cuando ocurre la transformación del metal en el dominio perlítico-bainítico, el hidrógeno se vuelve bruscamente menos soluble y, al mismo tiempo, más difusible. Tiende entonces a atravesar la zona de unión (longitud AB) para entrar en la austenita no transformada de la zona térmicamente afectada. Sin embargo, no llega más lejos porque su coeficiente de difusión es relativamente débil.

Conforme esto continúa, la región austenítica se carga más de hidrógeno. Al alcanzarse la temperatura Ms, un frente de transformación se encuentra con el frente de difusión del hidrógeno. Al bajar la temperatura, disminuye el coeficiente de difusión del hidrógeno, quedando sobresaturado en el metal base afectado por el calor, inmediatamente adyacente a la línea de fusión.

Defectos Comunes en Soldaduras y sus Soluciones

Inclusión de Escoria

Definición: Material sólido no metálico atrapado en el metal de la soldadura.

Solución: Realizar una limpieza profunda entre cada pasada. Para eliminar inclusiones entre pasadas, se aumentará el tiempo de enfriamiento, elevando la temperatura del baño, disminuyendo la viscosidad y minimizando la agitación del baño.

Porosidad

Definición: Discontinuidad de tipo cavidad formada por gas atrapado durante la solidificación.

Solución: Reducir la velocidad de soldeo.

Falta de Fusión

Definición: Condición en la cual la fusión no llega a ser completa.

Solución: Incrementar la energía neta aportada (ENA).

Falta de Penetración

Definición: La penetración de la unión es inferior a la especificada.

Solución: Incrementar la ENA.

Cráter

Definición: Depresiones al terminar el baño de soldadura o en el baño de soldadura.

Fusión Excesiva (Quemado)

Definición: Condición que resulta cuando el arco funde a través del fondo de la unión, pasando al otro lado.

Solución: Disminuir la separación de raíz y la intensidad, y aumentar la velocidad.

Falta de Relleno

Definición: Depresión en la cara o raíz de la soldadura que se extiende por debajo de la superficie del metal base adyacente.

Solución: Disminuir el voltaje, la velocidad de soldeo y la separación de raíz.