Sobre Normas, Códigos y Especificaciones

Defectos que se pueden encontrar en la soldadura

Discontinuidades

Una discontinuidad está definida como una interrupción de la estructura típica de una unión soldada, tal como falta de homogeneidad en las características mecánica, metalúrgica, o física del material o soldadura. Una discontinuidad no es necesariamente un defecto. Las discontinuidades son rechazables solamente si ellas exceden los requerimientos de las especificaciones en términos del tipo, tamaño, distribución, o ubicación. Una discontinuidad rechazable es llamada defecto. Por definición un defecto es una discontinuidad que por su tamaño, forma, orientación, o ubicación lo hace en detrimento al uso, servicio de la pieza en la cual aparece. Las discontinuidades típicas encontradas en las soldaduras son:

Porosidad

La porosidad está caracterizada por discontinuidades del tipo cavidad formado por gas atrapado durante la solidificación. La discontinuidad formada es generalmente esférica pero puede ser cilíndrica, frecuentemente la porosidad es una indicación que el proceso de soldadura no está siendo apropiadamente controlado, o que el metal base o metal de aporte está contaminado, o que el metal base es de una composición incompatible con el metal de aporte de la soldadura y el proceso. 

Fusión Incompleta

Fusión que no ocurre entre las superficies del metal base pretendida a ser soldadas y entre todos los pases de soldaduras La fusión incompleta puede resultar de calor aportado insuficiente o la manipulación impropia del electrodo de soldadura. Mientras que es una discontinuidad asociada a la técnica de soldadura, puede ser causada también por la presencia de contaminantes en la superficie a ser soldada.

Socavación

La socavación crea una transición la cual debería ser evaluada para una reducción en la sección transversal, y para concentración de tensiones o efecto entalla cuando la fatiga es una consideración. La socavación, controlada dentro los límites de la especificación, no es considerada un defecto de soldadura. Causas probables: corriente excesiva de soldadura y longitud de arco (voltaje) muy alto, técnicamente incorrecta del soldador (manipulación inadecuada del electrodo y velocidad excesiva de desplazamiento), posición de trabajo incomoda, falta de acceso a la junta y soplo de arco. 

Traslape

Es la protuberancia del metal depositado que se extiende más allá del pie o la raíz de la soldadura. Es una discontinuidad superficial que constituye una muesca mecánica que actúa como concentrador de esfuerzos y casi siempre se considera rechazable. Causas probables: control insuficiente de las operaciones de soldadura: oscilación excesiva del electrodo, velocidad de avance lenta asociada con corriente alta, posición de soldadura incorrecta (por ejemplo, soldaduras de filete de tamaño relativamente grande depositadas con cordón sencillo en posición horizontal o vertical), selección inapropiada de los consumibles de soldadura, preparación inapropiada de la junta y óxidos firmemente adheridos al metal base, mismos que pueden interferir con la fusión. 

Grietas

Discontinuidades de tipo fractura que se caracterizan por sus puntas agudas y la alta relación de su longitud con respecto de su ancho. Las grietas ocurren en los metales de soldadura y base cuando los esfuerzos localizados exceden la resistencia ultima del material. Su ocurrencia esta asociada con la amplificación de los esfuerzos cerca de discontinuidades de soldadura y metal base, o cercad muescas mecánicas relacionadas con el diseño del ensamble soldado. Algunos de los factores que favorecen su aparición son los esfuerzos residuales altos y la fragilizarían debida al hidrogeno.

Las grietas que ocurren durante la soldadura o como resultado de esta generalmente son de naturaleza frágil y muestran muy poca deformación plástica en sus límites. Este hecho se debe a que, si bien los materiales de soldadura y base tienen alta ductibilidad bajo esfuerzos uniaxiales, no la tiene cuando son sometidas a esfuerzos biaxiales o triaxiales, y la contracción causada por las operaciones de soldaduras normalmente genera sistemas de esfuerzos que actúan en varias direcciones.

Hay varios tipos de grieta y estos se clasifican generalmente en base de su orientación con respecto a la soldadura y también por la temperatura a la que se desarrollan; desde este punto de vista se agrupan en grietas en caliente y grietas en frio. Las grietas en frio se desarrollan después de que ha concluido el proceso de solidificación y normalmente están asociadas con la fragilizarían por hidrogeno (cuando se trata de micro-estructuras susceptible al agrietamiento al estar sometidas a esfuerzos). Estas grietas pueden propagarse a través de la microestructura en forma intergranular o transgranular.

Las grietas en caliente se desarrollan a altas temperaturas, durante el proceso de solidificación o a temperaturas cercanas al punto de fusión. Frecuentemente se originan en sitios de solidificación preferencial de aleantes a temperaturas cercanas al punto de fusión y se propagan entre los granos (intergranuladamente), cuando tiene lugar la solidificación preferencial.

En soldaduras de capas múltiples, es más probable que el agrietamiento ocurra en la primera capa, y si no es reparado, frecuentemente se propaga a través de las otras capas, mientras van siendo depositadas.

En términos generales, cuando se detecta agrietamiento en el metal d soldadura, las siguientes acciones pueden ser tomadas con la finalidad de evitarlo o minimizarlo:

• Disminuir la velocidad de avance a fin de proporcionar más metal de soldadura, hecho que aumentara el espesor del depósito y por lo mismo, incrementara su resistencia a los esfuerzos.
• Modificar las características eléctricas o corregir la técnica de manipulación del electrodo a fin de mejorar el contorno del cordón y la composición química del metal depositado.
• Precalentar el metal base para reducir los esfuerzos térmicos.
• Usar electrodos de bajo hidrogeno.
• Establecer la secuencia de soldadura que permita balancear de manera adecuada los esfuerzos de contracción.
• Evitar cualquier condición que pueda favorecer enfriamientos bruscos y el templado de partes de acero al carbono o de baja aleación.

Dependiendo de su orientación, las grietas se clasifican como longitudinales y transversales. A continuación se describen los tipos de grieta que ocurren con mayor frecuencia en soldadura.

Grietas longitudinales

Son aquellas paralelas al eje de la soldadura, ya sea que estén en la línea de centro del metal de soldadura o bien, en el pie de esta, en la zona térmicamente afectada del metal base. Causas probables: En soldaduras de longitud relativamente pequeña entre secciones de espesor grueso, las grietas longitudinales frecuentemente son originadas por altas velocidades de enfriamiento y condiciones severas de sujeción o restricción; en soldaduras de gran longitud depositadas mecanizada o automáticamente, este tipo de grietas está asociado con altas velocidades de soldadura y algunas veces con porosidad que no aflora a la superficie.

Grietas trasversales

Son grietas perpendiculares al eje de la soldadura, pueden localizadas exclusivamente en el metal de soldadura o pueden propagarse de este a la zona afectada térmicamente y aun dentro del metal base. En algunos casos las grietas transversales se forman solo en la zona afectada térmicamente y no en la soldadura. Causas probables: Estas grietas se deben principalmente a esfuerzos de contracción longitudinales que actúan sobre el metal de soldadura de baja ductilidad y juntas que tiene un alto grado de sujeción o restricción.

Grietas en el cráter

Ocurren en los cráteres que se forman debido a una terminación inapropiada de un paso de soldadura. Se consideran grietas en caliente y normalmente tiene poca profundidad. Algunas veces son denominadas grietas estrella debido a que frecuentemente se propagan en varias direcciones a partir del centro del cráter, pero también pueden tener otras formas. 

Causas probables: Siempre que una operación de soldadura es interrumpida, hay una tendencia a la formación de cráteres y a la aparición de grietas dentro de estos. Estas grietas normalmente se propagan solamente hasta el borde del cráter, sin embargo, pueden ser puntos de inicio de grietas longitudinales, en particular cuando ocurren en la terminación de las soldaduras. Este tipo de grietas se encuentra con mucha frecuencia en materiales con altos coeficientes de expansión, tales como los aceros inoxidables austeniticos. 

Inclusión de escoria

Las inclusiones de escoria son material sólido no metálico atrapado en el metal de soldadura o entre el metal de soldadura y el metal base. Las inclusiones de escoria son regiones dentro de la sección transversal de la unión soldada o en la superficie donde el flux fundido usado para protegerle metal fundido es mecánicamente atrapado cuando solidifica el metal. Esta escoria solidificada representa una porción de la sección transversal donde el metal no se ha fundido consigo mismo. Esto puede resultar en una condición de debilidad de la junta soldada.

Causas probables: técnicas erróneas de soldadura, mal diseño de las juntas o preparación incorrecta de estas, falta de limpieza de los bordes a soldar, acceso restringido para soldar la junta, bordes y ranuras agudos entre metal base y de soldadura o entre cordones y, con frecuencia, limpieza deficiente entre pasos. Prevención: preparar adecuadamente las juntas antes de depositar cada cordón, disminuir la velocidad de solidificación del metal fundido, no soldar a temperaturas demasiado bajas, tener el cuidado de corregir los contornos que pudieran dificultar el acceso completo del arco, evitar ángulos de ranura muy cerrados y asegurar la remoción completa de escoria antes de depositar el siguiente paso.

Sobre espesor de soldadura

El sobre espesor de soldadura es similar a la convexidad, excepto que describe una condición que solamente puede estar presente en una soldadura con bisel. El sobre espesor de soldadura es descrito como un metal de soldadura en exceso de la cantidad requerida para llenar una junta. 

Llenado incompleto

Es una depresión de la junta soldada en la cual la cara de la soldadura o la superficie de la raíz se extienden por debajo de la superficie del metal base; algunas veces queda descubierta una porción de la cara de la ranura. En la superficie de la raíz de soldaduras hechas por un solo lado, esta discontinuidad es conocida también con el término no estandarizado de concavidad de raíz. 

Discontinuidades Relacionadas con Requisitos Dimensionales

Los equipos y estructuras soldadas, así como las soldaduras involucradas, al igual que cualquier producto fabricado, deben cumplir con el tamaño, forma acabado y otras características dimensionales especificadas. Los requisitos que deben satisfacer estas características y las tolerancias correspondientes están especificados en los dibujos, contratos y normas aplicables, y los bienes que no cumplen con tales especificaciones deben ser corregidos antes de su aceptación final. Las discontinuidades y otros tipos de imperfecciones clasificadas dentro de esta categoría se describen brevemente a continuación.

Distorsión.

El calor que se genera durante las operaciones de unión y la fusión y la solidificación del metal de soldadura provocan la expansión y contracción térmica de las partes soldadas, mismas que generan esfuerzos de gran magnitud. Tales esfuerzos permanecen en las partes soldadas después de que estas han enfriado y causan algún grado de distorsión, que puede llegar tan severa como para extender las tolerancias dimensionales e inutilizar tales partes.

Las principales acciones que pueden tomarse para minimizar y controlar la distorsión son: seleccionar los procesos de soldadura adecuados, establecer los procesos de soldadura apropiadas, usar los diseños de junta más convenientes y dispositivos de sujeción que permitan fijar rígidamente las partes a soldar. El trabajo mecánico por medio de pequeños impactos aplicados mediante martillo, si esto es permitido por la norma aplicable y se realiza bajo condiciones controladas, también es útil para ayudar a reducir, en cierta medida, la distorsión.

El establecimiento de secuencias de soldadura apropiadas por lo general resulta particularmente útil para balancear los esfuerzos y reducir la distorsión. Los métodos para corregir la distorsión de productos o componentes que ya se terminaron de solar son uno o más de los siguientes:

• Operaciones de enderezado, con o sin aplicación de calor.
• Remover las soldaduras que causaron la distorsión y volver a aplicarlas.
• La aplicación de un tratamiento térmico posterior a la soldadura.

En cualquiera de los casos, la aplicación de los métodos anteriores dependerá de las especificaciones establecidas y de los términos estipulados en el contrato entre cliente y fabricante.

Preparación incorrecta de la junta.

Para soldar satisfactoriamente cada unión se establece los diseños de una junta específicos, con la geometría y las dimensiones consistentes con el espesor y tipo de material a soldar y con los procesos de soldadura a emplear. Si la preparación de los bordes a unir no cumple con el diseño establecido, existirá alto riesgo de ocurrencia de discontinuidades en la soldadura, así como del incremento de distorsión. Como puede apreciarse, es un factor crítico que la preparación de la junta cumpla con el diseño establecido en dibujos y procedimientos, y una de las responsabilidades clave del inspector es asegurar tal cumplimiento.

Tamaño incorrecto de la soldadura.

Los dibujos detallados, los símbolos de soldadura y las normas referidas en los contratos especifican el tamaño que debe tener toda soldadura, y cada norma establece tolerancias permitidas. Las soldaduras que no tienen el tamaño correcto, particularmente si resultan de tamaño menor al especificado (aunque algunas normas, sobre todo las europeas, tampoco permiten soldaduras de tamaño menor al especificado), se consideran defectuosas y deben ser detectadas y corregidas. Su detección se realiza por medio de su inspección visual y con calibradores de soldadura, y es una de las funciones del inspector realizar tal detención.

Perfil incorrecto de la soldadura.

El perfil o contorno de las soldaduras ya terminadas influye en el comportamiento durante servicio de las partes soldadas, ya que las cargas involucradas pueden provocar efectos de concentración de esfuerzos en condiciones tales como soldaduras con convexidad o refuerzo excesivos. En soldaduras de pasos múltiples, el perfil inadecuado de un cordón incrementa el riesgo de ocurrencia de discontinuidades, tales como fusión incompleta, grietas e inclusiones de escoria, al aplicar los pasos subsecuentes.

Los criterios de aceptación relacionados con los perfiles de soldadura también están incluidos en las diferentes normas, y la falta de cumplimiento con respecto a estos criterios constituye defectos de soldadura, mismo que deben ser identificados, rechazados y reportados por el inspector de soldadura a fin de que el fabricante o el contratista procedan a su corrección. Las principales discontinuidades e imperfecciones de esta categoría son: los traslapes soldaduras cóncavas y convexidad y refuerzos de soldadura excesivos. Por lo general, este tipo de discontinuidades involucran condiciones que pueden alterar el comportamiento previsto durante servicio de las partes soldadas y poner en riesgo su seguridad.

Productos terminados con dimensiones incorrectas.

Las normas sobre estructuras, equipos y partes soldadas, y en algunos casos, los dibujos y especificaciones de ingeniería, también establecen los requisitos dimensionales, y las tolerancias aplicables, con los que deben cumplir los bienes fabricados. La falta de cumplimiento de estos requisitos es motivo de rechazo de los productos involucrados, ya que resultan afectados su utilidad y su comportamiento durante servicio; El inspector de soldadura también tiene, entre sus funciones, la de asegurar la conformidad con respecto a este tipo de características. Es el conveniente mencionar que el cumplimiento con las dimensiones especificadas puede ser una tarea muy difícil, ya que las operaciones de soldadura involucran diferentes grados d contracción y distorsión, por lo que los medios para controlarlas y minimizarlas, tales como secuencias adecuadas de soldadura, debieran ser analizadas y discutidas, antes que inicie la fabricación por el diseñador, el inspector y el fabricante.

Discontinuidades en la Estructura y Propiedad de Juntas Soldadas.

Además de las imperfecciones de los metales de soldadura y base descritas anteriormente, existen otras condiciones y discontinuidades relacionadas con las propiedades, estructura y apariencia que afectan adversamente a las juntas soldadas. A continuación se describen brevemente las imperfecciones de este tipo.

Golpes de arco

Son discontinuidades que se producen, intencional o accidentalmente, cuando se establece el arco eléctrico entre la pieza de trabajo y el electrodo, fuera del área del metal de soldadura permanente. Consisten en pequeñas áreas localizadas de metal fundido y térmicamente afectado, o en cambios del contorno superficial de cualquier objeto metálico sobre el que se inició o desplazo el arco, fuera de las áreas a fundir posteriormente como parte de las operaciones de soldadura. Se pueden considerar como discontinuidades en la micro estructura de los metales.

Las áreas con golpe de arco contienen regiones de metal que fundió, solidifico y enfrió rápidamente (debido a la dispersión masiva del calor originada por la cantidad relativamente grande de metal). Los golpes de arco son deseables y con frecuencia no son aceptables, ya que pueden originar el agrietamiento de las partes que los contienen (principalmente si son de aceros al carbono o de baja aleación), durante el proceso de fabricación o al estar en servicio, particularmente si existen condiciones de fatiga. La mayoría de las normas requiere que las áreas con golpes de arco sean removidas y que su eliminación efectiva sea verificada.

Salpicaduras o chisporroteo

Partículas metálicas expulsadas durante soldadura por fusión y que no forman parte de la junta. Por la definición, las salpicaduras son partículas lanzadas lejos de los metales base y de soldadura, pero algunas de estas realmente se adhieren al metal base continuo. Por lo general las salpicaduras no se consideran un problema serio, a menos que su presencia interfiera con operaciones posteriores, particularmente con la ejecución de exámenes no destructivos, o afecten la unidad o la apariencia de la parte o componente. Condiciones indeseables relacionadas con las propiedades, composición y estructura de las juntas soldadas.