ZONA AFECTADA POR EL CALOR

ZONA AFECTADA POR EL CALOR

(También llamada HAZ) es el volumen de material en o cerca de la soldadura, cuyas propiedades han sido alteradas debido al calor de la soldadura. Debido a que el proceso de soldado por resistencia se basa en calentar dos piezas, es inevitable que haya una HAZ . El material que se encuentra dentro de la HAZ sufre un cambio que puede o no resultar beneficioso para la unión soldada. En general, el objetivo de un buen soldado por resistencia es minimizar la HAZ.

PRECALENTAMIENTO

El precalentamiento es usado por una de las siguientes razones:

1)    para reducir esfuerzos de encogimiento en la soldadura y metal base adyacente.

2)    Para proveer una rata de enfriamiento más lenta a través del rango de temperaturas criticas (cerca de 1.600 º F a 1330º F), previniendo endurecimiento excesivo y baja de ductilidad de la soldadura y la zona de metal base afectada por el calor.

3)    Para proveer una rata de enfriamiento más lenta a través del rango de temperatura cercano a 400º F, permitiendo mayor tiempo para que el hidrógeno presente, se difunda a través de la soldadura y zonas adyacentes y no produzca grietas internas.

Estos puntos anteriores dependen de factores tales como el análisis químico de los metales base, del grado de restricción de la junta, de las propiedades mecánicas a elevadas temperaturas y de que tan gruesos sean los materiales a soldar.

La temperatura se puede conseguir por medio de resistencias eléctricas, inducción eléctrica o por quemador de gas propano. Se prohíbe usar quemadores de oxiacetileno para precalentar, para evitar contaminación del metal base. El área de precalentamiento  debe ser por lo menos 3 veces la parte más ancha de la ranura que se va a soldar. La temperatura de precalentamiento usada debe chequearse haciendo mediciones cercanas a la soldadura, por medios tales como tizas, termocuplas, etc.   

PRE-CALENTAMIENTO Y POS-CALENTAMIENTO DE LA SOLDADURA

El pre-calentamiento puede ser definido como la aplicación de calor a un metal base o sustrato, antes de la respectiva soldadura. Los sopletes de gas, calentadores eléctricos, o calentadores de paneles radiantes infrarrojos pueden ser utilizados para realizar el pre-calentamiento, lo cual reduce la velocidad de enfriamiento de soldadura y por tanto evita el agrietamiento en frío de las soldaduras. La Fig.1 muestra cómo un incremento en la temperatura de pre-calentamiento afecta al índice de enfriamiento de las soldaduras. Por ejemplo, cuando la entrada de calor es constante (por ejemplo, 20 kJ/cm), un pre-calentamiento de 50ºC resulta en un índice de enfriamiento de aproximadamente 17ºC/seg., mientras que un pre-calentamiento de 250°C reduce la velocidad a aproximadamente 3°C/seg. Disminuir los índices de enfriamiento previene la formación de estructuras quebradizas de soldadura, y retira el hidrógeno difusible, lo cual a su vez impide la aparición de grietas en frío en las soldaduras.

Fig. 1. El efecto del pre-calentamiento sobre el índice de enfriamiento de las soldaduras en función de la entrada de calor (Espesor de la placa: 19mm)

La Fig. 2 muestra la dependencia de la temperatura de pre-calentamiento en el agrietamiento en frío, en una MPa 780 de acero con alta resistencia a la tensión. A medida que la temperatura del pre-calentamiento aumenta, el índice de agrietamiento disminuye.

Figura 2. Resultados de la prueba de agrietamiento a una soldadura de ranura “y” de una MPa 780 de acero con alta resistencia a la tensión.

El post-calentamiento se puede definir como la aplicación de calor a un ensamblado después de la respectiva soldadura. El post-calentamiento incluye tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT), calentamiento inmediatamente posterior a la soldadura (IPWH), normalización, enfriamiento rápido, y revenido (envejecimiento). Los propósitos principales de estas operaciones en la fabricación de soldadura son los siguientes:

■PWHT: Aliviar las tensiones residuales

■IPWH: Aliviar el hidrógeno difusible

■ Normalización: Refina microestructuras deformadas por causa del moldeo en caliente (por ejemplo es aplicada en la placa terminal de los recipientes)

■ Enfriamiento rápido: Endurece soldaduras por enfriamiento rápido, utilizando agua, aire, o niebla  (por ejemplo, es aplicado en ejes alisados)

■ Revenido (Envejecimiento): Estabiliza microestructuras después del enfriamiento rápido o soldadura

Entre todos estos tratamientos de calor o calentamiento, PWHT e IPWH son los procedimientos más comunes en la soldadura. Los otros son utilizados para aplicaciones limitadas a algunos campos de la soldadura de fabricación. Los propósitos y procedimientos del PWHT se detallan en Kobelco Welding Today, Vol. 4, Nº 2, abril del año 2001. El IPWH usualmente se lleva a cabo con sopletes de gas en soldaduras, inmediatamente después de que haya culminado su soldadura mientras que la soldadura aún conserva su temperatura de pre-calentamiento, mediante el uso de temperaturas relativamente más bajas y de tiempos más cortos de calentamiento (250-350 °C x 0,5-1h), previamente al PWHT. El IPWH disminuye el hidrógeno difusible a un nivel adecuado (aunque mayor que con el PWHT como se muestra en la Fig. 3) para evitar el agrietamiento en frío.