PRINCIPIOS BÁSICOS DE METALURGIA

CÓDIGO ASME, SECCIÓN IX

SOLDADURA: DESARROLLO DE PROCEDIMIENTOS Y CALIFICACIÓN DE SOLDADORES

(Welding: Drawing and Personnel Qualification-Based on ASME Sec. IX Code)






TOPICO II:




PRINCIPIOS BÁSICOS DE METALURGIA




Principios Básicos de Metalurgia

Introducción:

Las propiedades de los materiales metálicos dependen de sus estructuras metalúrgicas.

Las distintas estructuras se logran de acuerdo a la composición química y los procesos térmicos y mecánicos a los que se somete el material.

La soldadura es un proceso térmico por la propia necesidad de elevar la temperatura hasta lograr la fusión del material.

La soldadura es un proceso mecánico, porque las expansiones y contracciones que se producen por efecto del calor generan tensiones que se traducen en deformaciones o tensiones residuales.

La composición química se logra por efecto de los distintos grados de dilución de los materiales participantes y los aportes químicos de los consumibles,

El conocimiento de los principios metalúrgicos permite al personal de soldadura prever las consecuencias de una decisión respecto a la multiplicidad de variables de los procesos.

Definición del contenido

A fin de entender los conceptos de soldabilidad de los materiales, iremos viendo la metalurgia básica de los aceros, cuales son las fases presentes en los aceros y sus transformaciones por efecto de la temperatura y el tiempo (curvas T.T.T.), y los asociamos a los fenómenos que ocurren durante la soldadura debido al ciclo térmico y su efecto metalúrgico y la influencia de los elementos de aleación

El concepto de soldabilidad relacionado con el proceso también será visto.

Además, es conveniente que el personal de soldadura conozca cuales son los criterios básicos para la selección de materiales que rigen en el momento del diseño.


TOPICO II: PRINCIPIOS BÁSICOS DE METALURGIA

1. Introducción

a. Principios básicos de metalurgia

b. Metalurgia Básica de los Aceros:

c. Fases presentes en los aceros y sus transformaciones:

i. El diagrama Hierro – Carbono

ii. Curvas T.T.T.

iii. Las Curvas TTT y su aplicación en la soldadura:

d. Influencia de los elementos de aleación

e. Fenómenos que ocurren durante la soldadura

f. El Ciclo térmico y su efecto metalúrgico

2. Soldabilidad de los materiales:

a. Concepto genérico de Soldabilidad:

b. Concepto metalúrgico:

c. Concepto relacionado con el proceso:

3. Selección de materiales

a. La deformación plástica de los aceros y la fractura

b. Las propiedades mecánicas de los aceros estructurales


1 Introducción


Las variables de los procesos inducen distintos tipos de estructuras metalúrgicas de los materiales, y de allí se derivan las propiedades mecánicas de las juntas.

El conocimiento de los principios metalúrgicos permite al personal de soldadura prever las consecuencias de una decisión respecto a la multiplicidad de variables de los procesos.






1.1 Principios básicos de metalurgia

Los metales en estado sólido, están formados por un conjunto de cristales denominados granos, que tienen diferentes formas y tamaños según los elementos químicos que lo componen, la forma de fabricación del material: Fundido, laminado, forjado, y los tratamientos térmicos de templado, revenidos, etc. a que fue sometido.
Las propiedades de los metales dependen justamente de esos tres factores, composición, método de fabricación y tratamientos térmicos.

1.2 Metalurgia Básica de los Aceros:

Se denomina acero a una aleación de hierro y carbono hasta 1.7% en peso, que puede o no tener agregados de otros elementos de aleación, tal como el manganeso, silicio e impurezas como el azufre y fósforo.

Para entender el comportamiento de las uniones soldadas de acero durante su ejecución y su vida en servicio necesario conocer su metalurgia básica. Dos características fundamentales de los aceros provocan que existan un amplio rango de propiedades y comportamientos posibles:

a) El hierro y la mayoría de sus aleaciones, al ser calentados o enfriados a determinadas temperaturas sufren transformaciones alotrópicas (cambios en la estructura cristalina). Esta transformación es la razón por la que un acero puede ser tratado térmicamente y obtener en el una gran variedad de propiedades físicas;

b) Cambios en los contenidos de los elementos de aleación presentes en los aceros, causan grandes cambios en las propiedades, físicas, químicas y mecánicas.

1.3 Fases presentes en los aceros y sus transformaciones:

Las transformaciones alotrópicas que presenta el hierro dependen de las temperaturas a las que se encuentre, estas transformaciones están representadas en una curva de enfriamiento.

Hasta la temperatura de 768C, el hierro presenta una red cristalina cúbica centrada en el cuerpo llamada hierro alfa o ferrita y es magnético.

De 910 a 1400C, la estructura del hierro es cúbica centrada en las caras. Esta estructura recibe el nombre de austenita o hierro gamma, y es no magnética.

Arriba de los 1400C, y hasta 1536C, temperatura de fusión, la estructura es nuevamente cúbica centrada en el cuerpo y se llama hierro delta.

1.3.1 El diagrama Hierro – Carbono:


























La figura muestra un diagrama de equilibrio de hierro – carbono en el que están indicados las transformaciones de equilibrio termodinámico, o enfriamiento lento, que sufren los aceros, de acuerdo a las temperaturas y porcentajes de carbono. En este diagrama también están indicados aspectos tales como la solubilidad del carbono en cada forma alotrópica del hierro.

Como vimos, el hierro fundido, al enfriarse cambia de la fase líquida a la sólida. Los mecanismos de este cambio son dos: la nucleación de partículas pequeñas de la fase nueva y el crecimiento con el aumento del tamaño de los núcleos.

Los cristales de hierro lo hacen primeramente como hierro delta y al proseguir el enfriamiento se transforman en austenita, cuyas transformaciones sucesivas resultan de gran importancia práctica.

La austenita puede mantener en solución sólida hasta un 2,06 % de carbono. Existen temperaturas por debajo de las cuales la austenita ya no es estable y tiende a descomponerse en fases que si lo son. Estas fases son la ferrita (que no puede tener en solución más de 0,02 % de carbono) y la cementita (compuesto inter metálico con 6,67 % de carbono). Si el enfriamiento es lento, de manera que permita la difusión del carbono a regiones en los que las concentraciones locales sean de 0,02% a 6,67%, la transformación será a ferrita y a cementita y se formará un constituyente mezcla de ambas fases denominado perlita.



Si por el contrario el enfriamiento hasta temperaturas cercanas al ambiente es tan rápido que el carbono no puede difundir (como sucede en los tratamientos térmicos de temple) la fase resultante será la martensita, que tiene una estructura tetragonal centrada en el cuerpo. Esta estructura es meta estable y muy dura y muy frágil.

La austenita también puede transformarse en bainita si es enfriada y mantenida durante un lapso a una temperatura constante, de unos 200 a 450C aproximadamente.

1.3.2 Curvas T.T.T.:















Si se grafica en coordenadas temperatura vs. Logaritmo de tiempo se obtiene el llamado diagrama TTT – tiempo, temperatura, transformación - ó diagrama isotérmico ó curvas C, cuando la temperatura se baja rápidamente.

Estos diagramas muestran la temperatura y el tiempo en que inicia ( 0% ) y finaliza el 100 % de la transformación de la austenita del acero en perlita, luego en bainita y finalmente en martensita. Complementan, de alguna manera, el diagrama Fe-C de equilibrio termodinámico, o enfriamiento lento.

Como ya señaláramos, estos diagramas se alteran según la composición de los elementos de aleación del acero.

Los aceros no aleados tienen una baja capacidad de templabilidad, El temple solo puede realizarse por un enfriamiento muy enérgico. A medida que agregamos elementos de aleación, el temple puede efectuarse por enfriamiento moderado, lo que permite decir que estos aceros tienen elevado poder de temple.

A fin de evitar los problemas de fragilidad se somete a los aceros a un tratamiento de revenido, que va acompañado por la pérdida de dureza. El revenido consiste en someter a la pieza a un calentamiento lento, manutención durante un tiempo a la temperatura con la finalidad de homogeneizar las estructuras interiores y enfriado calmo.

Las temperaturas a las cuales se realizan los revenidos son variables, dando lugar a distintos grados de pérdidas de dureza.



1.3.3. Las Curvas TTT y su aplicación en la soldadura:

Para un dado material base, podemos predecir al estructura resultante en base al calor aportado, el espesor y la temperatura de precalentamiento, determinando la velocidad de enfriamiento de una junta soldada. Si superponemos la curva de enfriamiento continuo al diagrama TTT del acero a utilizar, podemos determinar en primera aproximación cuales serán las estructuras metalográficas y sus propiedades mecánicas esperadas.

En la soldadura de los aceros es importante que las transformaciones resulten en obtener estructuras perlíticas o bainíticas completas, evitando la formación de martensita, que como hemos visto, resulta dura y frágil, propensa a la fisuración.

1.4 Influencia de los elementos de aleación:

Los elementos de aleación en los aceros influyen en sus propiedades y en su comportamiento en procesos tales como la soldadura y los tratamientos térmicos.

Carbono: presente hasta un 2%, puede estar disuelto o combinado formando carburos. Aumenta la resistencia mecánica y la respuesta a los tratamientos térmicos, facilitando la capacidad de endurecimiento por temple y disminuye la soldabilidad.

Azufre: generalmente presente como impureza, debido a que forma compuestos de bajo punto de fusión, sulfuro de hierro. Es indeseable para los procesos de soldadura. En contenidos mayores a 0,05% causa fragilización en caliente y reduce la soldabilidad. Se presenta como elementos de aleación principal en aceros de maquinado rápido, resulfurados.

Fósforo: Generalmente presente como impureza. Es indeseable para los procesos de soldadura. En contenidos mayores a 0,04% causa fragilización en frío. Se presenta como elemento de aleación principal en los aceros de maquinado rápido, re fosforados.

Silicio: Se emplea como desoxidante en aceros de bajo carbono por la formación de dióxido de silicio. Se disuelve en el hierro y aumenta la resistencia mecánica y la tenacidad.

Manganeso: Elemento soluble en hierro, mejora las propiedades mecánicas disminuye los efectos del azufre debido a la formación preferencial de sus compuestos (sulfuro de manganeso) en contenidos mayores a 1 % reduce la soldabilidad,

Cromo: Parcialmente soluble en hierro, tiende a retener la fase ferrita. En aceros de media aleación, hasta un 9%, aumenta la resistencia a la oxidación, la templabilidad y la resistencia mecánica a altas temperaturas, reduce la soldabilidad. En contenidos mayores a 12% aumenta la resistencia a la oxidación y corrosión en tal grado que forma la familia de los aceros inoxidables.

Molibdeno: Generalmente presente en contenidos no mayores al 1%. Aumenta la templabilidad y la resistencia a la corrosión, afina el grano e incrementa la soldabilidad.

Níquel: En los aceros de baja aleación aumenta la tenacidad y disminuye la templabilidad. En los aceros inoxidables (contenidos mayores al 12% de Cr) se adiciona de un 8 a 35 % y retiene la fase austenita. Mejora la soldabilidad.


Aluminio: Es utilizado como desoxidante, afina el grano mejorando la tenacidad, mejora la soldabilidad.

Gases disueltos: El hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno se disuelven en el hierro fundido y si no son eliminados generalmente lo fragilizan.

El efecto total de los elementos de aleación influye en el comportamiento de los aceros al ser soldados. Por ejemplo un acero de contenidos bajos de carbono (hasta un 0,10% C) tiene resistencia mecánica relativamente baja, para incrementarla es necesario aumentar el contenido de este elemento pero los aceros con contenidos mayores de 0,30% de C son soldables con dificultad. Pequeñas adiciones de Si, Mn, Cr, y Mo aumentan considerablemente la resistencia mecánica en ceros de contenidos de carbono relativamente bajos (del 0,10 al 0,25% de C).

1.5 Fenómenos que ocurren durante la soldadura:

En las operaciones de soldadura por fusión con o sin metal de aporte suceden los siguientes fenómenos:

 Calentamiento local rápido de los metales base y de aporte,

 Formación de una zona de metal fundido donde por lo menos en una parte proviene del metal base,

 Enfriamiento rápido del conjunto metal base y soldadura,

 Gradiente de la temperatura de enfriamiento de la zona fundida y adyacente.

Las características del ciclo térmico y la cantidad de metal que se funden dependen de numerosos factores geométricos y tecnológicos e influyen en la estructura metalúrgica, en las propiedades mecánicas y en la sanidad de la unión soldada.

La temperatura máxima alcanzada, la extensión de la zona del metal calentada (zona afectada térmicamente – ZAT), la velocidad de solidificación del metal fundido y la velocidad de enfriamiento dependen principalmente del calor aportado durante la soldadura, de la temperatura de precalentamiento inicial del metal base, del espesor y la geometría de la junta.

La distribución de las temperaturas desde el eje central de la soldadura hacia el interior del metal base, muestra un gradiente en disminución, desde la temperatura de fusión, en la zona fundida, hasta valores cercanos a la temperatura ambiente a medida que nos alejamos del centro de la soldadura.

Así, en soldadura, distinguimos tres zonas importantes:

La zona de metal fundido de granos columnares,

La zona de metal transformado, o zona térmicamente afectada, adyacente a la soldadura, de re cristalización del metal, con granos equiaxiales,


La zona de metal base que no fue calentada suficientemente para producir cambios estructurales en ella, que mantiene la estructura producto de la deformación en frío, de granos alargados.

La zona fundida presenta una estructura de grano fino, generalmente columnar, y similar a la estructuras típicas de fundición, que resulta menos dúctil y más dura y resistente que el metal base.

La zona afectada térmicamente, presenta distintas sub zonas, fundamentalmente una zona de granos crecidos en el límite de la línea de fusión y una zona de granos transformados, equiaxiales a medida que nos alejamos de la línea de fusión. Las características de éstas zonas varía dependiendo de la composición química del metal base, y las propiedades se ajustan en función de dicha composición química y la velocidad de enfriamiento ó curva de temple, dando lugar a la formación de fases que tienden a ser martensíticas.

1.6 El Ciclo térmico y su efecto metalúrgico:

EL calor aportado puede ser calculado por la siguiente fórmula:

H (joules/pulgada) = Tensión (voltios) x Corriente (amperios) x1000
Velocidad de paso del electrodo en pulg. /min.

En términos generales, al aumentar el calor aportado y la temperatura de precalentamiento se incrementan la extensión de la ZAT, la temperatura alcanzada y se disminuye la velocidad de solidificación y el enfriamiento. Asimismo, al aumentar el espesor del metal base, la velocidad de enfriamiento se incrementa.

Las características del ciclo térmico, principalmente la velocidad de solidificación del metal de aporte y la velocidad de enfriamiento del conjunto, influyen en la estructura metalúrgica del conjunto, el cual altera las propiedades mecánicas.

Algunos de los efectos del ciclo térmico durante la soldadura son:

• Las tensiones residuales del calentamiento localizado que pueden resultar en deformaciones y distorsiones,

• Una reducción de la ductilidad o el endurecimiento en la zona afectada térmicamente puede provocar agrietamiento o fragilidad de la unión soldada,

• Se reduce la tenacidad de la junta, principalmente en la ZAT,

• En materiales templados y revenidos, disminuye la resistencia mecánica en la ZAT,

Estos efectos pueden ser de mayor o menor intensidad, dependiendo del material que se suelda, y de las velocidades de solidificación y enfriamiento de la unión.

El tiempo de solidificación afecta directamente la estructura del metal de soldadura. A mayor tiempo, la estructura es más gruesa. Esto es importante, ya que en la mayoría de los metales, la resistencia mecánica, la ductilidad, la tenacidad y la respuesta al tratamiento térmico se ven afectadas desfavorablemente por una estructura dendrítica gruesa.

Por otra parte, la velocidad de enfriamiento influye en aspectos tales como el crecimiento de grano y en las transformaciones de fase, especialmente cuando se trata de aceros tratables térmicamente.

2 Soldabilidad de los materiales:

2.1 Concepto genérico de Soldabilidad:

Los metales en general no exhiben igual facilidad para ser soldados. Esta propiedad, hasta el presente no es cuantificable y solo pueden definirse tendencias e influencias de ciertos parámetros sobre lo que se denomina Soldabilidad.

En forma mas precisa puede definirse a la Soldabilidad como la mayor o menor facilidad con que un metal permite que se obtenga soldaduras sanas y homogéneas, que responden las necesidades para las que fueron concebidas, incluyendo los requisitos de fabricación, no represente un grado excesivo de dificultad o necesitar procedimientos de soldadura elevadamente costosos.

2.2 Concepto metalúrgico:

Los elementos de aleación del acero, determinan la templabilidad y la dureza del mismo, condicionando desde ahí su soldabilidad. Fundamentalmente el carbono, luego el manganeso y el silicio. La fórmula del Carbono equivalente para determinar la soldabilidad satisface este criterio. Una de las tantas expresiones del carbono equivalente es:

Carbono equivalente Ceq. = C % + Mn % + Si % que deberá ser menor a 0,62.
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Esta u otra de las tantas y más complejas fórmulas para determinar el Carbono Equivalente, son utilizadas a fin de determinar cuál es el cuidado a tomar en cuenta para el enfriamiento de la soldadura. Sirven para determinar cuál es la temperatura de precalentamiento que permite una curva de enfriamiento tal que evite la formación de fases frágiles.

2.3 Concepto relacionado con el proceso:

El proceso de soldadura puede ser una fuente de dificultades a fin de obtener soldaduras libres de fallas, la más común de las cuales es la fisuración, siguiéndole la ocurrencia de porosidad, falta de fusión, fallas de raíz, etc.

La fisuración de la soldadura puede ser debida, además de los problemas de templabilidad, a los siguientes factores:

• Diseño del cordón de soldadura: Una inapropiada relación entre ancho y profundidad puede dar lugar a la rotura.

• Un electrodo con contenido de humedad en exceso, hace propensa la fisuración debajo del cordón

• Un inadecuado precalentamiento, que no alcanza a evitar el temple.

• Una unión con elevada restricción al movimiento.

• El uso de aporte con baja ductilidad.

• Un acero con alto contenido de inclusiones no metálicas

Los poros están asociado a humedad en el aporte, en el metal base a una inapropiada protección gaseosa, a la exposición al viento.

Las faltas de fusión y las fallas de raíz pueden deberse a una baja corriente, a la técnica de soldadura.

Las distintas variables operativas de los proceso de soldadura influyen de manera categórica en el aporte de los aleantes y estructuras finales que se obtienen.

Las propiedades mecánicas de la soldadura (zona afectada térmicamente y metal fundido) están condicionadas por los aleantes y la obtención de las estructuras metalúrgicas adecuadas.

Realizado un ensayo, si las propiedades mecánicas y químicas de la soldadura no satisface los requerimientos, la soldabilidad no es la adecuada.
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3 Selección de materiales:

En esta sección, trataremos de exponer aquellos conceptos que debe tomar en cuenta el proyectista para seleccionar los materiales a la hora del diseño de la estructura.

Cuando se selecciona un acero para la fabricación de una pieza se toma en cuenta en primer término su resistencia mecánica en forma tal que resulte apto para soportar los esfuerzos a que quedará sometida. Si luego en servicio se produce su rotura, lo más simple de pensar es que los esfuerzos a que fue sometida han superado su resistencia. Sin embargo, si se considera que el cálculo de dimensionamiento se efectúa con conocimientos precisos de los esfuerzos y sobrecargas posibles y si todavía se tiene en cuenta que se aplican coeficientes de seguridad elevados, es lógico deducir que la rotura en servicio tiene que resultar como consecuencia de casos anormales.

Al dimensionar una estructura, se parte de dos premisas:

1) que el material es isotrópico, (todas sus propiedades son iguales en todas las direcciones), y

2) que las tensiones se distribuyen regularmente en la sección resistente.

Pues bien, ambas premisas son solo aproximaciones, pues sabemos que el acero contiene impurezas que se distribuyen al azar y luego de laminadas se encuentran orientadas preferentemente en una dirección, dando lugar a propiedades mecánicas distintas en las tres direcciones posibles.

Por otra parte, las tensiones varían de un punto a otro por cambios de forma, orificios, etc, provocando puntos de concentración de tensiones.

Aún cuando sea posible determinar los esfuerzos en los puntos de concentración, existen otras causas de irregularidades en las tensiones provocadas por efectos de entalla, debido a defectos superficiales de mecanizado, por ejemplo grietas, inclusiones, tensiones internas, defectos de montaje y otros que pueden ocasionar esfuerzos locales que pongan en peligro la seguridad de la pieza.

Es así entonces que, aún frente a un cuidadoso dimensionamiento, siempre es posible que en ciertos puntos se creen tensiones superiores a la resistencia del material y se produzca la rotura. Tal rotura, aún localizada, no tardará en propagarse debido al efecto de entalla en el extremo de la primera grieta presente.

El acero, sin embargo, posee una propiedad que lo hace extraordinariamente seguro para soportar esfuerzos superiores a su límite elástico, y ello es su plasticidad, que no es otra cosa que la aptitud para deformarse sin romperse y en virtud de la cual, cuando se sobrepasa el límite elástico, sufre una deformación sin que se inicie la rotura.

Es necesario aclarar que durante el proceso de deformación plástica y antes de llegar a la rotura, el acero sufre sucesivos aumentos de resistencia a la deformación, lo que le permite soportar la carga y sin lo cual el acero se rompería al sobrepasarse el límite elástico. Este fenómeno, característico de los metales, es la acritud.

A bajas temperaturas se eleva el límite elástico en tracción y se reduce la capacidad de deformación ó ductilidad, con lo cual disminuye su autodefensa contra la rotura.

Con el aumento de la velocidad de aplicación de la carga ocurren efectos análogos, por ello, un material aparentemente resistente en tracción simple no sería lo mismo en caso de cargas aplicadas bajo esta condición (golpe).

La fatiga es otra forma de aplicación de las cargas que hace que el material rompa, aún cuando los esfuerzos nominales no lleguen al valor del límite elástico. La aplicación de cargas variables que se repiten cíclicamente conduce a la necesidad de considerar la resistencia límite de fatiga que nos exprese la mayor carga variable que se puede aplicar, sin que la rotura se produzca. Esta carga límite puede ser inferior al límite elástico en tracción y depende de la amplitud de los esfuerzos, es decir, de la diferencia entre los esfuerzos máximo y mínimo aplicados.

Son muchas las teorías expuestas para explicar la disminución de la resistencia del acero por aplicación de cargas cíclicas pero en resumen, todo indica que la fatiga se produce como consecuencia de una concentración local de tensiones, originadas por algún efecto de entalla, que hace que el límite elástico sea superado localmente y que después de un cierto número de ciclos, provoca la aparición de grietas que se propagan progresivamente a través de la sección resistente hasta que ésta queda reducida en forma tal que, ni estáticamente, podría resistir los esfuerzos a que se encuentra sometida.


3.1. La deformación plástica de los aceros y la fractura:

La fractura es la separación de un cuerpo sólido en dos ó más partes bajo la acción de una tensión y se puede considerar como resultado de la acción de dos procesos, la iniciación uy la propagación de grietas.

Se definen dos tipos de fractura, la fractura dúctil, que se caracteriza por una apreciable deformación plástica antes y durante la propagación de grietas y la fractura frágil que se caracteriza por una rápida propagación sin deformación aparente.

El comportamiento dúctil ó frágil de un acero y su vinculación con la soldadura no está relacionado solamente por el violento ciclo térmico que impone, las transformaciones metalográficas que provoca y las tensiones residuales que crea, sino también por la presencia o no de entallas, se explica pues, que los diferentes códigos de aceptación no admitan grietas o falta de penetración o fusión y que solo acepten, limitadamente, la porosidad y las inclusiones de escorias, que son entallas menos severas.


3.2. Las propiedades mecánicas de los aceros estructurales:

En el caso de los aceros, el comportamiento de los aceros destinados a la construcción soldada depende de numerosos factores, siendo los más importantes su composición química, espesor, micro estructura, tensiones residuales y tipo de carga, la limpieza interior ó pureza.

Por otra parte, sus propiedades más sobresalientes son su resistencia y ductilidad, su plasticidad o tenacidad a la fractura, su resistencia a la fatiga, sus propiedades vinculadas con la temperatura y su resistencia a la corrosión.

La composición química y el espesor se especifican al seleccionar el acero para un dado diseño.

La micro estructura es el resultado de su proceso de fabricación en la acería y de su conformado posterior.

Las tensiones residuales y su pureza también dependen del proceso de fabricación y el tipo de carga, la temperatura de servicio y la resistencia a la corrosión están normalmente determinados por el servicio a que quedará sometida la pieza.

Para el especialista en soldadura, será la metalurgia un importante factor, pues las propiedades mecánicas del acero están relacionadas con ella tanto por la forma como por la distribución de sus constituyentes metalográficos.

Por otra parte, las tensiones residuales y la pureza del acero tienen, además, fuerte influencia en la fabricación de la estructura soldada.

Los datos básicos relativos a la resistencia y ductilidad se deducen del ensayo de tracción, en el cual se somete a una carga uniaxial una pequeña probeta del material. El resultado del ensayo permite construir un diagrama de tensiones - deformaciones para obtener los valores de tensión y deformación convencionales que nos interesan para el diseño.

Así, la tensión de fluencia es convencionalmente determinada por la tensión a la cual la probeta ha sufrido un alargamiento plástico. (Permanente) del 0,2%.

La ductilidad se puede medir como porcentaje de alargamiento y como porcentaje de estricción.



El porcentaje de alargamiento es la relación entre el incremento de longitud entre los puntos de medición inicialmente marcados en la probeta y la distancia inicial entre ellos. El porcentaje de estricción, o reducción de área, es la relación entre la diferencia de áreas inicial y final (después de la rotura) y el área inicial.

Las propiedades mecánicas de algunos de los aceros estructurales permite clasificarlos en cuatro grupos según el rango aproximado de la mínima tensión de fluencia:

1 Aceros al carbono: de 21 a 28 Kg/mm2.

2 Aceros de baja aleación de media resistencia: 28 a 49 kg/mm2

3 Aceros al carbono y aceros de baja aleación de alta resistencia, tratados térmicamente: 32 a 70 kg/mm2.

4 Aceros de construcción con aleación, tratados térmicamente: 63 a 70 kg/mm2.

Las características particulares de cada uno de los grupos de aceros indicados permiten al proyectista de la estructura su selección. La soldabilidad de los aceros queda determinada por la composición química, para lo cual debemos utilizar el criterio del carbono equivalente y determinar las condiciones de velocidad de enfriamiento necesarias para evitar la aparición de fisuras.

La velocidad de enfriamiento es dependiente de los espesores de los materiales a soldar, del calor aportado o la relación entre la corriente, la tensión y la velocidad de pasada, y el precalentamiento.

Las estructuras metalúrgicas finales de la Zona Afectada Térmicamente de la soldadura y las propiedades mecánicas obtenibles serán producto de la combinación de cada uno de los elementos o variables anteriormente vistas. La adecuada selección de los valores de estas variables podrá dar al final el resultado deseado.