- Zonas de una junta soldada
La soldadura es el proceso de unión o fijación de dos o más piezas con o sin la adición de material de relleno. En la mayoría de los casos, el proceso de soldadura es realizado en materiales metálicos. Más allá de la apariencia final de una soldadura, que por cierto nos dice mucho acerca de su calidad, existen zonas metalúrgicas que se generan a partir del proceso mismo de soldado.
Una junta soldada está constituida por tres zonas: El cordón de soldadura, la zona afectada por el calor (ZAC), y el metal base no afectado térmicamente, ver figura 1. La metalurgia de cada una de estas zonas está relacionada con las características del metal.
Figura 1. Zonas de una junta soldada y esquema de la zona de fusión. Fuente: [1-3]
- Cordón de soldadura
Es la región que se ha fundido durante la soldadura, se compone de metal base y metal de aporte; aunque algunas soldaduras se producen sin material de aporte, como es el caso de la soldadura por resistencia eléctrica. La composición química del cordón de soldadura depende de las características del metal base y del material de aporte, así como la relación de las cantidades utilizadas de cada uno.
- Zona afectada por el calor (ZAC)
Es la zona del material base, que, por estar adyacente al metal fundido, es afectada por el calor generado durante la soldadura. Esta zona se define frecuentemente en función de su dureza. Los fenómenos metalúrgicos (microestructura) que ocurren en esta zona son determinados por los ciclos térmicos que sufre el material.
Estos ciclos dependen de la cantidad de calor suministrado durante la soldadura, de la temperatura del metal base antes de iniciar la soldadura, del espesor y de la geometría de la junta para soldar, ver figura 2. Mediante el control de los dos primeros factores se puede modificar, en cierta forma, las características de la zona afectada por el calor (ZAC).
(a) (b)
Figura 2. a) Macroestructura de una junta soldada a tope b) Macroestructura de una junta soldada de filete (90°). Fuente: Montajes, Ingeniería y Construcción [4]
- Metal base
La mayoría de los metales que se usan hoy en día son soldables. La selección de un material que involucra soldadura requiere que se considere su soldabilidad; entendiéndose por soldabilidad la capacidad de un metal o combinación de metales de ser soldados en condiciones de fabricación y comportándose satisfactoriamente en el servicio requerido. Entre los efectos que se producen en el metal base como consecuencia del ciclo térmico están:
- Cambios microestructurales: precipitación de fases, crecimiento de grano.
- Generación de esfuerzos residuales.
- Variación de las propiedades mecánicas: dureza, resistencia a la tracción, entre otros.
- Aspectos metalúrgicos de una soldadura
Los aspectos metalúrgicos que tienen lugar en las zonas de un cordón de soldadura durante el enfriamiento, difieren de los que se observan durante el enfriamiento de una pieza convencional.
La estructura y las propiedades de la zona de fusión dependen de las mismas variables que en una pieza colada metálica. La adición de agentes inoculantes a la zona de fusión reduce el tamaño de los granos. Las altas velocidades de enfriamiento o los tiempos cortos de solidificación promueven una microestructura más fina y mejores propiedades. Los factores que incrementan la velocidad de enfriamiento incluyen el aumento del grosor del metal, zonas de fusión más pequeñas, temperaturas del metal original bajas y ciertos tipos de procesos de soldadura.
Los granos aparecen primero en la línea de fusión, en donde la temperatura es relativamente baja, y crecen con rapidez diferente, porque al aumentar de tamaño y al hacer presión los cristales unos contra otros, cada uno actúa de acuerdo con el estado de su crecimiento, ver figura 3.
Figura 3. Microestructura de una soldadura.
Fuente: Electron Beam Welding of 2099-T83 Aluminium-lithium Alloy and The Influence of Various Welding Methods on the Microstructure and Mechanical Properties of 316Ti Steel. Materials [5 y 6]
- Conclusiones
En la metalurgia de una junta soldada, las características del metal base, la zona afectada por el calor y el cordón de soldadura desempeñan un papel crucial en la integridad estructural y el rendimiento del material. La comprensión de los cambios metalúrgicos, como el crecimiento de grano y su relación con el proceso de enfriamiento, permite optimizar las propiedades mecánicas y reducir defectos en la soldadura. Analizar estos aspectos no solo contribuye a mejorar la calidad del trabajo en la industria, sino que también permite desarrollar técnicas destructivas y no destructivas que garanticen una mayor resistencia y durabilidad de las uniones soldadas.
4.Referencias bibliográficas
- Askeland, D. R., & Wright, W. J. (2017). Principios de la solidificacion . En D. R. Askeland, & W. J. Wright, Ciencia e Ingenieria de los Materiales (págs. 333-334). Mexico: Cengage Learning Editores, S.A.
- Introduccion a la soldadura. (s.f.). En Soldadura para Ingenieros.
- Metalurgia de la soldadura. (s.f.). En V. Ignoto, Soldadura para Ingenieros.
- Sistemas de Soldaduras. (s.f.). Obtenido de Montajes, Ingeniería y Construcción, MIC : https://www.estructurasmetalicascolombia.com/montaje-de-estructuras/soldadura-para-la-conexion-de-estructuras
- Noga, P., Skrzekut, T., Wędrychowicz, M., Węglowski, M. S., & Wiewióra, M. (2024). The Influence of Various Welding Methods on the Microstructure and Mechanical Properties of 316Ti Steel. Materials,17(7), 1681. https://doi.org/10.3390/ma17071681
- Bárta,J., Beáta, S., Milan, M,. & Dománková, M. (2019). Electron Beam Welding of 2099-T83 Aluminium-lithium Alloy. https://doi.org/10.1051/matecconf/201926902010
Autores: Víctor Torres, Luis Pérez, Eva Acevedo, Irenemar Herrera
Unidad de Ensayos No Destructivos , Análisis de Falla y Corrosión
Centro de Tecnología de Materiales (CTM)
