Ensayos Mecánicos de Uniones Soldadasa

DEPARTAMENTO TÉCNICO DIVISIÓN SOLDADURAS

Ensayos mecánicos de uniones soldadas

Ensayos mecánicos

• También llamados Ensayos Destructivos.• Tienen como objetivo determinar las Propiedades

Mecánicas de los Metales.• Estas son determinadas aplicando una fuerza al metal

para probar su factibilidad para el servicio mecánico.• Todas las Propiedades Mecánicas son sensibles a la

estructura; es decir dependen de la composición química y de la historia del procesamiento y manufactura del metal. El tamaño y la forma del espécimen donde la propiedad es medida, también puede influenciar el valor obtenido de una propiedad sensible a la estructura.

• La única propiedad mecánica insensible a la estructura es el Modulo de Elasticidad.

Ensayos mecánicos

• Los materiales usados en Ingeniería son agregados policristalinos• Las propiedades mecánicas de estos materiales depende de la

composición química y de las características de su microestructura:– Tamaño y forma de granos– Presencia de fases secundarias– Cantidad y distribución de fases secundarias

Ensayos mecánicos

• Descritos en la sección 3 del ASTM Book of Standards

• Isotropía es difícil de obtener.• Los metales son anisótropos: pueden exhibir

diferentes propiedades en función de la dirección en que se los evalué debido a:– Direccionalidad de la microestructura– Heteregenoidad en composición química– Orientaciones cristalográficas preferidas

• Tienen como objetivo determinar las siguientes propiedades mecánicas de las uniones soldadas:– Resistencia a la Tracción– Ductilidad– Dureza– Tenacidad

Resistencia la Tracción

• Es la capacidad del metal para resistir la falla cuando está sujeto a una carga de tracción o de tiro.

• Términos usados para expresar la resistencia a la tracción de un material:– Resistencia a la tracción ( Ultimate Strength)– Límite de Fluencia ( Yield Strength)

• Las características del comportamiento de metales frente a cargas de tracción pueden observarse en el diagrama Esfuerzo-Deformación

Diagrama Esfuerzo-Deformación

Área Inicial

Especimenes de tracción

Comportamiento elástico de los metales

Diagrama Esfuerzo-DeformaciónEsfuerzo

Esfuerzo = Fuerza Área inicial

Resistencia la Tracción

• Resistencia la tracción: Máxima carga que puede soportar el metal.

• Límite de fluencia: Punto de la curva Esfuerzo-Deformación a partir del cual el material deja de presentar una conducta elástica.

• Ductilidad: Cantidad de deformación plástica que el metal soporta hasta la fractura en un ensayo de Resistencia a la Tracción.

• Ensayo de tracción ( Tension Tests)– Objetivo es medir:

• Resistencia a a tracción• Límite de fluencia• Porcentaje de elongación• Porcentaje de reducción de área• Diagrama esfuerzo-.deformación

• Procedimiento : Establecido en ASTM E8

• Ensayo de tracción ( Tension Tests)– Especimenes

• Su tipo es establecido en las especificaciones aplicables

• Especimenes redondeados• Especimenes rectangulares

• Procedimiento: Dividir la Carga Máxima entre el Área Inicial y hallar la Resistencia a la Tracción

• Criterio de Aceptación: Generalmente se tiene sólo requerimientos mínimos de Resistencia a la Tracción.

Especimenes redondos

Especimenes transversales rectangulares

(plancha)

Especimenes longitudinales rectangulares

(plancha)

Especimenes transversales para tuberíade diámetro

nominal mayor a 75

Especimenes de sección

completa para tuberíade diámetro

nominal menor o igual a 75 mm

• Ensayo de doblez ( Bend Tests)– Objetivo:

• Medir la ductilidad de la unión soldada• Detectar la presencia de discontinuidades en la cara

sometida a tracción

– Tipos:• Doblez de lado transversal ( Transverse Side Bend )• Doblez de cara transversal ( Transverse Face Bend )• Doblez de raíz transversal ( Transverse Root Bend )• Doblez de cara longitudinal ( Longitudinal Face Bend)• Doblez de raíz longitudinal ( Longitudinal Root Bend )

– Procedimiento establecido en ASTM E190

Especimenes de doblez

Especimenes de doblez transversal

Especimenes de doblez longitudinal

Especimenesde doblez

de lado

Doblez de cara y raíztransversal

plancha

Doblez de cara y raíztransversal

tubería

Doblez longitudinal

• Ensayo de Doblez: Procedimiento– El doblez se ejecuta a temperatura ambiente.– Se coloca el espécimen centrado en el equipo de

acuerdo del tipo de ensayo de doblez a realizarse ,con la superficie a ser sometida a tracción mirando hacia abajo ( Guided Bend Testing).

– La deformación no puede ocurrir en un período menor a 15 segundos ni mayor a 2 minutos

– Se debe verificar que el metal de soldadura y la ZAC estén dentro de zona doblada; se examina la superficie de tracción en busca de discontinuidades.

• Ensayo de doblez ( Bend Tests)– Se pueden usar dos tipos de aparatos

( fixtures)

Doblez guiado( Guided Bend Fixture) Doblez enrollado ( Wraparound

Guided Bend Fixture)

Verificar dimensiones

de la machina

Tenacidad

• Capacidad de un metal de deformarse plásticamente y de absorber energía en el proceso antes de fracturarse.

• Los materiales se comportan de dos maneras: dúctil y frágil

Frágil Dúctil

Fractura Frágil…

• Muy poca o nula deformación plástica• Provoca falla catastrófica.• Velocidad de la fisura: 1000 m/s.• Superficie fracturada muestra muchas caras

reflectoras brillantes.• A menor temperatura, mayor tendencia a fractura

frágil.• A mayor velocidad de aplicación de la carga,

mayor tendencia a fractura frágil.• Efecto identación: la distribución de esfuerzos

que rodean una identación también es un factor.

• Ensayo de Impacto:– Objetivo:

• Medir la tenacidad de materiales

– El espécimen es roto por una sobrecarga individual de un péndulo y la energía absorbida en romper el espécimen, es tomada por un puntero movido por el péndulo. Esta operación se realiza a una temperatura determinada previamente.

– Generalmente se usa el espécimen con identación en “V”, de 45° de ángulo total, 2mm de profundidad y 0.25 mm de radio en la punta.

– Procedimiento ASTM E 23.

Espécimen de impacto Charpy - V

Espécimen de Impacto Charpy - V

Colocación de la probeta Charpy en el el soporte

Máquina típica Charpy

La Temperatura de Transición

La Dureza

• Resistencia a la deformación, generalmente por identación.

• Generalmente se usan los ensayos de indentación estático. Buena correlación con la resistencia mecánica.

• Ensayos identan una superficie suavemente con una bola, cono o pirámide.

• El área o profundidad de la identación resultante para una carga determinada es convertida en un número de dureza en una escala desarrollada para cada tipo de test.

Identadores

• Ensayo de dureza Brinell– Procedimiento en ASTM E10 y ASTM E370– Empleado en áreas grandes– 3000 kg aplicado por 30 s con una bola dura de 10

mm de diámetro.– Número de dureza Brinell depende de carga aplicada,

el diámetro de la bola y el diámetro de la indentación.– 15 HB hasta 940 Hb– Dureza Brinell*3.5 = Resistencia aproximada en MPa

• Ensayo Vickers– Procedimiento en ASTM E92– Ensayo de microdureza– Identador pequeño que permite ubicar el

punto de medición en un punto específico en una superficie pulida. Resultado se mide con microscópio

– Indentador es una pirámide cuadrada de base cuadrada con caras de ángulo 136°

• Ensayo Rockwell– Procedimiento ASTM E18.– Primero carga inicial para establecer posición cero– Identador afilado esferico-cónico para metales duros -

escala C es la más común.– Escala C aplica 150 kg de carga.

• Ensayo de Nick – Break ( Nick-Break test)– Evaluar la técnica y los parámetros de

soldadura necesarios para obtener uniones sanas.

– La magnitud de la carga utilizada para romper el espécimen no tiene significado alguno.

• Ensayo de Nick – Break ( Nick-Break test)– Procedimiento

• El espécimen es roto soportando los extremos y golpeado al centro o soportando un extremo y golpeando en el otro o jalando ambos extremos en una máquina de tracción.

• Después de la rotura, las caras fracturadas son observadas visualmente para detectar discontinuidades ( usualmente inclusiones de escoria, faltas de fusión y porosidad). Si alguna discontinuidad excede el máximo permitido por la especificaciones , el test falla.

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