Fundamentos Para El Relevado de Esfuerzos
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Inicio Servicios Experiencia Construcciones y Relevados del Centro S.A. de C.V. (Servicios de Relevado de Esfuerzo y Pruebas de Dureza) Oficinas: Paseo de las Bahías No. 238B, Col. Las Reynas C.,P. 36720, Salamanca, Gto Tel./Fax.: 01 (464) 6 41 28 10 Cel.: (464) 1 00 43 08 Fundamentos Introducción El efecto que produce el proceso de soldadura sobre el metal base y el aporte (soldadura), es un calor excesivo "puntual", debido a que la temperatura a la cual se encuentra el material aporte, es tal que debe permitir la fusión entre las bases y el aporte. Como el área de calentamiento es una pequeña sección (puntal), la dilatación del metal juega un papel fundamental, de tal forma que las áreas aledañas frías en el material base, impiden una dilatación adecuada, produciendo con ello zonas con granos mas pequeños (Zona Afectada por el Calor "ZAC" con esfuerzos internos), con un tamaño de grano más grande y como consecuencia, una dureza mas elevada de lo permitido. Otra situación que se debe considerar es la velocidad de enfriamiento del área en proceso de soldadura, para cualquier metal que es calentado al rojo vivo y enfriado al aire, se produce un incremento en la dureza del metal, que es un efecto indeseable en términos de los limites de dureza establecidos, aunque no se debe dejar a lado la posibilidad de encontrar fisuras por todo lo mencionado anteriormente. Un metal endurecido reduce drásticamente sus límites de resistencia (proporcional, elástico, a la fluencia, última o máxima y de fractura), así como su ductilidad, maleabilidad y tenacidad, haciendo el metal frágil. En tuberías o recipientes en donde se manejan presiones considerables el efecto de endurecimiento en las soldaduras puede ser catastrófico, así como en tuberías o recipientes que manejan productos peligrosos o corrosivos. La presencia de hidrogeno tanto en el ambiente aledaño a la zona de la soldadura como el contenido en el revestimiento de la soldadura puede producir efectos indeseables como la formación de mocrofisuras, porosidad o la Fisuración Inducida por Hidrogeno "HIC", esto se debe a que el hidrogeno puede difundir a través de la estructura cristalina del acero debido a su pequeño diámetro atómico, recombinándose a hidrogeno molecular en espacios vacíos. Para reducir al máximo dichos efectos indeseables se aplica el precalentado durante la soldadura ya que a ciertas temperaturas (generalmente a más de 200ºC) todo el hidrogeno se encuentra en estado atómico sin posibilidad de formar moléculas y después de la soldadura se aplica el relevado de esfuerzo para lograr difundir el hidrogeno fuera de la estructura cristalina del metal en cuestión, efecto también obtenido en el deshidrogenado de piezas o zonas que han estado expuestas contaminación de hidrogeno, aunque esta utilidad del relevado de esfuerzos es solo una de varias y puede ser de menor importancia cuando el precalentamiento se a aplicado de manera correcta. Desde un punto de vista atómico estructural el objetivo del precalentamiento y del Tratamiento Térmico Post Soldadura (TTPS) es el de inyectar energía (en este caso calorífica) para lograr con ello vibraciones atómicas y cristalinas que permitan la adecuada fusión (en el caso del precalentado) o los desplazamientos atómicos con los que los granos chicos son adheridos a los granos grandes, (en el caso del TTPS) obteniendo con ello líneas cristalinas más largas y resistentes, disminuyendo con ello el tamaño de grano (el tamaño de grano es inversamente proporcional al número de granos presentes en una muestra). En general, las temperaturas que se alcanzan para el tratamiento térmico (revenido) son subcriticas, ya que se encuentran por debajo de la temperatura critica o de transformación cristalina evitando con ello la
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Alivio de Tensiones
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Construcciones y Relevados del Centro S.A. de C.V.(ServiciosdeRelevadodeEsfuerzoyPruebasdeDureza)
Oficinas:PaseodelasBahasNo.238B,Col.LasReynasC.,P.36720,Salamanca,GtoTel./Fax.:01(464)6412810
Cel.:(464)1004308
Fundamentos
Introduccin
El efecto que produce el proceso de soldadura sobre elmetal base y el aporte (soldadura), es un calorexcesivo"puntual",debidoaque la temperaturaa lacual seencuentraelmaterialaporte,es talquedebepermitirlafusinentrelasbasesyelaporte.
Comoel reade calentamientoesunapequea seccin (puntal), ladilatacindelmetaljuegaunpapelfundamental,detalformaquelasreasaledaasfrasenelmaterial base, impiden una dilatacin adecuada, produciendo con ello zonascon granos mas pequeos (Zona Afectada por el Calor "ZAC" con esfuerzosinternos),conuntamaodegranomsgrandeycomoconsecuencia,unadurezamaselevadadelopermitido.
Otrasituacinquesedebeconsiderares lavelocidaddeenfriamientodelreaen proceso de soldadura, para cualquier metal que es calentado al rojo vivo yenfriadoalaire,seproduceunincrementoenladurezadelmetal,queesunefectoindeseableentrminosde los limitesdedurezaestablecidos,aunquenosedebedejaraladolaposibilidaddeencontrarfisurasportodolomencionadoanteriormente.
Unmetalendurecidoreducedrsticamentesuslmitesderesistencia(proporcional,elstico,alafluencia,ltimaomximaydefractura),ascomosuductilidad,maleabilidadytenacidad,haciendoelmetalfrgil.
En tuberaso recipientesendondesemanejanpresionesconsiderableselefectodeendurecimientoen lassoldaduraspuede ser catastrfico, as comoentuberasorecipientesquemanejanproductospeligrososocorrosivos.
La presencia de hidrogeno tanto en el ambiente aledao a la zona de lasoldadura como el contenido en el revestimiento de la soldadura puedeproducirefectosindeseablescomolaformacindemocrofisuras,porosidadolaFisuracinInducidaporHidrogeno"HIC",estosedebeaqueelhidrogenopuede difundir a travs de la estructura cristalina del acero debido a supequeo dimetro atmico, recombinndose a hidrogeno molecular en
espacios vacos. Para reducir al mximo dichos efectos indeseables se aplica el precalentado durante lasoldadurayaqueaciertastemperaturas(generalmenteamsde200C)todoelhidrogenoseencuentraenestado atmico sin posibilidad de formar molculas y despus de la soldadura se aplica el relevado deesfuerzo para lograr difundir el hidrogeno fuera de la estructura cristalina delmetal en cuestin, efectotambin obtenido en el deshidrogenado de piezas o zonas que han estado expuestas contaminacin dehidrogeno, aunque esta utilidad del relevado de esfuerzos es solo una de varias y puede ser de menorimportanciacuandoelprecalentamientoseaaplicadodemaneracorrecta.
DesdeunpuntodevistaatmicoestructuralelobjetivodelprecalentamientoydelTratamientoTrmicoPostSoldadura(TTPS)eselde inyectarenerga(enestecasocalorfica)para lograrconellovibracionesatmicasycristalinasquepermitanlaadecuadafusin(enelcasodelprecalentado)olosdesplazamientosatmicosconlosquelosgranoschicossonadheridosalosgranosgrandes,(enelcasodelTTPS)obteniendoconellolneascristalinasmslargasyresistentes,disminuyendoconelloeltamaodegrano(eltamaodegranoesinversamenteproporcionalalnmerodegranospresentesenunamuestra).
Engeneral, las temperaturasquesealcanzanparael tratamiento trmico(revenido)sonsubcriticas,yaqueseencuentranpordebajodelatemperaturacriticaodetransformacincristalinaevitandoconello la
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recristalizacinAlotrpicaoAustenizacin.
Precalentado
El objetivo del precalentamiento "PC" consiste esencialmente en reducir los efectos de enfriamientorpidoenelreadeaplicacindesoldadura,losbeneficiossonmltiplesysonlossiguientes:
Lasoldadurasefusionacorrectamenteconelmetalbase,debidoaqueseevitalaperdidaexcesivadecalor.A comparacin de la aplicacin de flama para precalentar el rea a soldar, con elprecalentadocon resistenciaelctricaseobtieneunaaplicacinuniformecircunferencialdetemperatura,sinvariacionesdelamisma,debidoaqueelcalentamientoescontroladopor programadores lgicos, que reciben seal demonitores (termopares) colocados a 1pulgadadedistanciadelacostilladelasoldaduraporambosladosdelamisma.Elprecalentamientoesunmtodopreventivo,reduciendoesfuerzosotensionesinternasylasposiblesfisuras.Se reduce la dureza obtenida despus de la aplicacin de la soldadura, haciendo msfactibleunresultadoadecuadodespusdelTTPS.Reducelaposibilidaddeencontrarporoscausadosporelhidrogenoinsertadoduranteelprocesodesoldado.Reducetiemposmuertosaltenerdisponible,entodomomento,elreaasoldar,sintenerqueesperaralaaplicacindelaflamaparaobtenerlatemperaturarequerida.Reducelosriesgosqueseproducenalusarflama.
Tratamiento Trmico Post - Soldadura
ExistenvariostiposdeTratamientotrmico,entreelloslosmasusadosylosquetrataremosaquson:ELRELEVADODEESFUERZOSyelhipertemple,aunqueELRELEVADODEESFUERZOSseapormuchoelmssolicitadoenlaindustriametalmecnica.
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ElRELEVADODEESFUERZOS,comosunombrelodice,esunprocesomedianteelcualserelevanesfuerzosytensionesinternasenelmaterialocasionadosduranteelprocesodesoldadura.
Paraestecasoenparticular,seusanresistenciaselctricascermicasflexibles,dediversasmediadasqueseadaptanalaformadelreaarelevardeesfuerzos,elsuministrodeenergaalasresistenciasloaportauntransformador(generalmentede75KW),este suministrodeenergaes controladoporprogramadoresdeciclo trmico,queasuvez,recibensealdetemperaturade termocuplaso termopares tipo"K" (ChromelNiCr AlumelNi) soldados con descargas capacitivas sobre la soldadura o a lado de la soldadura, estostermoparestienenlapropiedaddeinterpretarlatemperaturadelamuestracomounasealdemicrovoltaje(V/K), gracias al efectoSeebeck , el cual es usado por el programador para decidir en quemomento eltrasformadordebesuministrarenergaa las resistenciasparacalentarelreaa relevar.Lasresistenciasyunapartemasalosladosdelasresistenciassoncubiertosconfibracermicaparaaltatemperatura,comoaislantetrmico.Elregistrodeeventosesrealizadoporungraficadordetemperaturavstiempo.
PREPARACIONDEUNAJUNTADESODADURAPARASUTTPS
Descripciondepasos:
1. Soldadodetermocupleenlapartesuperior(paratuberiasmayoresde14"serequierendostermos,1cada180).
2. Soldadodetermocupleenlaparteintefior.3. Colocacinderesistenciaselectricasceramicas,elnumerodeestasdependedelespesoryelmaterial.4. Juntapreparadaensutotalidadconfibrayconectadaslasresistenciasaloscables"pasacorriente".5. JuntaRelevadayconpruebasdedureza.6. Maquinaderelevadodeesfuerzos,conprogramadoresygraficadorintegrados.
LascaractersticasdelagraficaausarsonextradasprincipalmentedeloslineamientosdelcdigoASTM,paraelrelevadodeesfuerzos,lagraficasecomponedecincozonas,estasson:
1.Aumento de temperatura sin control, se inicia desde tmperatura ambiente y regularmente se eleva latemperaturalomasrpidoposibleevitandoqueeltransformadorylasresistenciassufrandemasiadoyaquepuedendaarse.
2.AumentocontroladoapartirdelatemperaturasealadaporelASTMcomoiniciodecontrolyaunavelocidad(F/hr)tambinsealadaporelASTM,dependedirectamentedelespesordelmaterial.
http://www.uv.es/ramirez/Docencia/LO/Notas_termopares.pdf -
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3. Sostenimiento, en este punto se llega a una temperatura queresulta estar en un rango, y que debe mantenerse durante unciertolapsodetiempo,dependiendodelmaterialydeelespesor,caractersticasproporcionadasporASTM.
4.Cada controlada, desde la temperatura de sostenimiento latemperatura decrece a una velocidad controlada hasta ciertatemperatura, depende del espesor delmaterial y sus valores losestipulaelASTM
5. Unavesterminadalacadacontrolada,seapagatodoylajuntasedeja preparada (con la fibra puesta), hasta que se enfra porcompleto.
Estas zonas son registradas en un graficador de temperatura vs.tiempoylagraficaobtenidaeseltestigodequeelrelevadoseefectoacordealoslineamientorequeridos.
Losbeneficiosdelrelevadodeesfuerzossondiversosyseenumeranacontinuacin:
A nivel atmico estructural del material, dismunuye el tamao de grano y aumenta laslneascristalinasdebidoaque losgranospequeossonabsorbidospor losgranosmsgrandes,conestoeldimetropromediodelgranoaumenta.Reduceesfuerzosytensionesinternasocasionadasduranteelprocesodesoldadura.DisminuyeladurezaenlaZonadeAfectacindeCalor(ZAC),incluyelazonadesoldaduraylaszonasaledaasenelmetalbaseafectado.Aumentalaductilidad,maleabilidadytenacidadascomosupuntoelsticoydefluencia.Aumenta la resistencia a la corrosin y por consecuencia aumenta la resistencia a lafisuracinporcorrosinbajotensin"SCC".Aumentalaresistenciaalafisuracininducidaporhidrogeno"HIC".Aumentalaresistenciaalafatiga.
EL HIPERTEMPLE, es un procedimiento mediante el cual seelevalatemperaturagradualmentehastallegaraunatemperaturadeaproximadamente1600C,semantieneciertoperiododetiempoyseenfrabruscamente(regularmentealaire).
Paraestetrabajoserequieredeequipodeproteccinpersonalcomoel traje aluminizado completo para proteger al personal de lasradiacionesdesprendidasalmomentodedescubrirlajunta,ademsserequiere una superficie previamente preparada para recibir lasresistenciasalrojovivo.
EsteprocesoesaplicadoparaACEROSINOXIDABLESytienecomobeneficio principal, la eliminacin de los carburos y de la posiblecorrosin intergranular, que resulta del proceso de soldadura,provocandoconellomayorresistenciaalacorrosin.
Pruebas de Dureza
LaspruebasdedurezaserealizangeneralmentedespusdelTTPSysirvenparaverificarqueladurezaenlasoldaduraymetalbasealedaoestndentrodelrangoestablecidoporelASTM.
ParaestapruebaseutilizalatcnicadinmicadereboteLEEB,enlacual,unobjetoesimpactadoporunapuntadepruebademetalmuyduro,quees impulsadoporunresorteconcaractersticasespecificas,estoocasionaunadeformacinenelreaimpactadaqueestraducidaenunaperdidadeenergacintica.
Debidoaquelavelocidaddereboteestarelacionadaconladurezadelobjeto(rebotandomsrpidamenteentremsduroes)seutilizaesteprincipioparalamedicindeladureza.
Laperdidadeenergacinticaesmedidatomandolecturadelasvelocidadesantesydespusdelimpactoaciertadistanciadelobjeto(porejemplo1mm),estaperdidaenvelocidadesinterpretadadebidamenteporeldurmetro(aparatomedidordedureza)yentregadaaloperadorcomounvalordedureza.
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Elprocedimientodeejecucinconsisteen:
Pulirylimarelreadeinters(basesoldadurabase)amaneradegarantizarunbuenasentamientodelabasedeldispositivodeimpacto(contenedordelapuntadepruebayelresorte).Proceder a realizar por lo menos tres impactos cuyos valores no tengan unadiferenciamayorde15LD(LecturaDirecta)entreellos,estoserealizatantoparalasoldaduracomoparalasbasesaledaasalosladosdelasoldadura.Secreaunreportebasadoenlaslecturasobtenidas.
mailto:[email protected]
