chapas y bobinas de acero laminado en caliente

Transcripción

www.ruukki.es
SOLDADURA Y
CORTE TÉRMICO
DE ACEROS
RESISTENTES AL
®
DESGASTE RAEX
CHAPAS Y BOBINAS DE ACERO LAMINADO EN CALIENTE
Índice
• 0 Introducción
• 1 Aceros resistentes al desgaste Raex
• 2 Soldabilidad del acero resistente al desgaste
2.1 Susceptibilidad al agrietamiento en frío
2.1.1 Localización de grietas en frío
2.1.2 Factores que provocan el agrietamiento en frío
2.1.2.1 Microestructura de una junta soldada
2.1.2.2 Contenido de hidrógeno crítico en una junta soldada
2.1.2.3 Nivel de resistencia y tensión de una junta soldada
2.1.2.4 Efecto combinado de tres factores
2.2 Propiedades óptimas de una junta soldada
• 3 Parámetros de soldadura y su efecto en las propiedades óptimas de una junta soldada
3.1 3.2 Parámetros de soldadura más importantes
Efecto de los parámetros de soldadura en las propiedades de una junta soldada
• 4 Consumibles de soldadura y método de selección
4.1 Consumibles de soldadura ferríticos
4.1.1 Consumibles de soldadura ferríticos de baja resistencia; esto es, blandos
4.1.2 Consumibles de soldadura ferríticos de alta resistencia
4.1.3 Consumibles de soldadura ferríticos de ultra alta resistencia
4.1.4 Consumibles de soldadura ferríticos recomendados
4.1.5 Manipulación de consumibles de soldadura ferríticos
4.2 Consumibles de soldadura austeníticos inoxidables
4.3 Consumibles de soldadura para aportación de soldadura dura
• 5 Prevención de agrietamiento en frío
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 Control del templado de la microestructura de una junta soldada
Control del contenido de hidrógeno crítico en una junta soldada
Mitigación de tensión residual en una junta soldada
Consejos prácticos para la planificación y ejecución de soldaduras
Soldadura a la temperatura de trabajo correcta
• 6 Obtención de la combinación de propiedades óptima en juntas soldadas
6.1 Parámetros de soldadura recomendados
6.2 Zona blanda en juntas soldadas
• 7 Tratamiento térmico
• 8 Comportamiento del acero en corte térmico
8.1 8.2 8.3 8.4 Procedimiento de corte térmico
Control de la dureza de la superficie mediante la temperatura de trabajo
Prevención del ablandamiento en el corte térmico
Consejos prácticos para el corte térmico
2 Soldadura y corte térmico de aceros resistentes al desgaste Raex®
• 0 Introducción
Raex es un acero especial con excelente resistencia al desgaste y a la presión superficial que ofrece alta resistencia y
excelentes propiedades de diseño. Los grados de acero Raex 300, Raex 400, Raex 450 y Raex 500 se han desarrollado
para estructuras que mejoran la eficiencia energética e incorporan un diseño innovador. En sus aplicaciones típicas,
Raex se ve expuesto al desgaste abrasivo del terreno, las rocas, el hormigón y/o otros materiales. Al seleccionar Raex,
puede fabricar productos duraderos más ligeros que nunca. El acero Raex de Ruukki se ofrece como chapas gruesas,
chapas cortadas de bobinas, productos tubulares y piezas listas para instalar.
Aplicaciones de los aceros resistentes al desgaste Raex
• Trituradoras, tolvas y chapas de labios
• Plataformas y estructuras de base
• Máquinas de manipulación de materiales y residuos, depósitos y transportadores
• Silos, tolvas, cribas y mezcladoras
• Contenedores especiales
• Piezas de desgaste y hojas de corte
La excelente resistencia al desgaste de los aceros Raex se basa en la aleación del acero y en el estado de entrega
templado. La elevada aleación, dureza y resistencia de los aceros resistentes al desgaste provocan que la soldadura y
el corte térmico sean más complicados que en el procesamiento de acero estructural normal. El diseño de la soldadura
del acero resistente al desgaste tiene dos objetivos principales. En primer lugar, deben prevenirse las grietas en frío
de forma anticipada. Este requisito es aún más importante cuando se sueldan chapas gruesas. En segundo lugar, las
propiedades mecánicas de la junta soldada deben ser óptimas. Junto con estos dos objetivos relacionados con el metal
de base, las operaciones de soldadura complejas deben cumplir exigencias específicas del trabajo, como por ejemplo
el nivel de calidad. Los aspectos a evitar en el corte térmico incluyen grietas en la superficie de corte y un excesivo
ablandamiento del área de corte.
Este folleto técnico ofrece instrucciones de soldadura para los grados Raex 400, Raex 450 y Raex 500 y especifica sus
características especiales con respecto al corte térmico. Una temperatura de trabajo y un aporte de calor correctos,
así como una cuidadosa preparación, desempeñan un papel esencial en la soldadura. Las superficies acanaladas a
soldar deben estar limpias y secas. El contenido de hidrógeno disuelto en el metal de soldadura debe mantenerse en
un nivel especialmente bajo, puesto que trabajamos con acero con un límite elástico extremadamente alto. Este nivel
bajo de hidrógeno se consigue con parámetros de soldadura correctos y mediante el uso de consumibles de soldadura adecuados. La ficha técnica proporciona recomendaciones de consumibles de soldadura para soldadura por
arco protegido con gas, soldadura por arco de metal manual y soldadura por arco sumergido. Todas las etapas de la
soldadura y el corte térmico, desde el diseño hasta el acabado, deben realizarse con atención para conseguir el mejor
resultado posible.
• 1 Aceros resistentes al desgaste Raex
Raex es un acero de alta resistencia con excelente resistencia al desgaste y una presión superficial elevada. Con Raex
puede ampliar la vida útil de la maquinaria, los equipos y los procesos de fabricación, así como ahorrar costes. La gama
incluye grados de acero Raex 300, Raex 400, Raex 450 y Raex 500. La dureza media de los aceros es de 300/400/450/500
HBW, respectivamente, figura 1.
Vida útil relativa
Figura 1. Raex 400, Raex 450 y Raex 500. Prueba de abrasión.
El incremento relativo de la vida útil aumenta con la dureza del acero. La vida útil del acero estructural S355 se ha
transformado en el valor relativo 100%.
4.5
4
Raex® 500
3.5
3
Raex® 450
2.5
Raex® 400
2
1.5
1
S355
150
200
250
300
350
400
450
500
550
000
Dureza HBW
La resistencia del acero frente al desgaste abrasivo y las roturas mejora a medida que aumenta la dureza. La figura 1
muestra la vida útil relativa de los aceros Raex 300, Raex 400, Raex 450 y Raex 500 en una prueba de abrasión. Sin
embargo, debe recordarse que el desgaste de un material siempre varía en función de cada caso y depende de diversos
factores diferentes.
• 2 Soldabilidad del acero resistente al desgaste
La alta resistencia y la dureza del acero resistente al desgaste se consigue con aleación y templado. La templabilidad
correcta se consigue con una aleación adecuada. La elevada aleación provoca que la soldadura del acero resistente
al desgaste sea más exigente que en el caso del acero estructural normal. En la soldadura del acero resistente al
desgaste, debe prestarse atención especial a dos objetivos:
• Prevención de grietas en frío en juntas soldadas
• Obtención de las propiedades óptimas en juntas soldadas.
2.1 Susceptibilidad al agrietamiento en frío
El factor más habitual que impide soldar aceros resistentes al desgaste es el agrietamiento en frío. Las grietas en frío se
crean normalmente cuando la soldadura se enfría hasta aproximadamente +150 °C o menos; de este hecho se deriva el
término «grieta en frío». De forma alternativa, el agrietamiento en frío se conoce como agrietamiento por hidrógeno o
agrietamiento retardado. El efecto perjudicial del hidrógeno puede hacerse visible como agrietamiento sólo después de
varios días después de la soldadura. Al planificar pruebas no destructivas de la estructura soldada, debe considerarse
el retardo en la aparición de grietas en frío.
2.1.1 Localización de grietas en frío
La figura 2 muestra las áreas críticas en las que aparecen grietas en frío en el metal de soldadura, la línea de soldadura
y la zona afectada por el calor.
Figura 2. Lugares susceptibles a grietas en frío en juntas soldadas de los aceros resistentes al desgaste de alta
resistencia.
Bordes de la chapa en el
metal de base, cerca de la
soldadura
Lados de pasada, al lado y debajo,
en el metal de base
Metal de soldadura,
longitudinalmente
Metal de soldadura,
transversalmente
2.1.2 Factores que provocan el agrietamiento en frío
El agrietamiento en frío es el efecto perjudicial combinado de tres factores simultáneos. Estos factores son, como se
muestra en la figura 3: 1) la microestructura de la junta soldada, 2) el contenido de hidrógeno de la junta soldada, y 3)
la tensión de tracción en la junta soldada.
Figura 3. La susceptibilidad al agrietamiento en frío de una junta soldada es el efecto perjudicial combinado de
tres factores.
Microestructura
Hidrógeno
Tensión de tracción
Susceptibilidad al agrietamiento en frío
2.1.2.1 Microestructura de una junta soldada
Una resistencia al desgaste adecuada se basa en una microestructura martensítica en el metal de base y en el
metal de soldadura, así como en la zona afectada por el calor de una junta soldada. Si la junta se enfría con
excesiva rapidez, la martensita puede endurecerse demasiado y su tenacidad puede disminuir. Este tipo de
estructura es susceptible al agrietamiento. La capacidad de templado del acero y del metal se representa con
una fórmula de carbono equivalente que se basa en la aleación. Las fórmulas «CEV» y «CET» que se muestran
aquí se emplean de forma generalizada para aceros resistentes al desgaste. La abreviatura «CE» también se
utiliza para CEV.
La fórmula de carbono equivalente se utiliza para representar la capacidad de templado del acero y del
metal de soldadura.
Un aumento del carbono equivalente, o capacidad de templado, da lugar a una microestructura más dura.
2.1.2.2 Contenido de hidrógeno crítico en una junta soldada
El hidrógeno es un gas muy ligero que se disuelve en el acero en forma de átomos y moléculas. Cuando se fabrica
una chapa de acero, ya contiene pequeñas cantidades de hidrógeno. El proceso de fabricación de los aceros Raex
permite mantener el contenido de hidrógeno natural en las chapas de acero en niveles pequeños que garantizan
la seguridad. Por lo tanto, en la soldadura, el hidrógeno que provoca que el acero sea propenso al agrietamiento
en frío intenta penetrar en la junta desde el exterior de la chapa de acero.
El contenido de hidrógeno crítico no es una constante específica, aunque su valor se ve especialmente
afectado por la microestructura del acero. Las fases de martensita, ferrita y austenita están presentes en la
microestructura del acero resistente al desgaste, en función de la temperatura y del estado del tratamiento. En
una microestructura martensítica y ferrítica únicamente se disuelven cantidades de hidrógeno muy reducidas, a
diferencia de una estructura austenítica, que puede admitir una cantidad considerablemente superior.
Durante la soldadura, la mayor parte del gas de hidrógeno se disuelve en el acero a altas temperaturas, en las
que la microestructura del acero es austenítica. Cuando la junta de soldadura se enfría, la microestructura del
acero se vuelve ferrítica o martensítica. En estas microestructuras, únicamente se disuelve una cantidad muy
pequeña de hidrógeno, y se restringe el espacio de seguridad necesario para la ubicación física del hidrógeno.
Por lo tanto, los átomos de hidrógeno que quedan atrapados en la microestructura de la junta soldada pueden
provocar tensión interna localizada y la formación de grietas, conocidas como agrietamiento en frío.
2.1.2.3 Nivel de resistencia y tensión de una junta soldada
La soldadura, al igual que otros procesamientos de la chapa, generan tensiones en la junta. La resistencia y la
tensión residual de una junta soldada se determinan principalmente por la resistencia del metal de la soldadura.
La tensión residual depende de la resistencia del metal de relleno y de la rigidez de la estructura y el espesor de
la chapa de acero. En el nivel más alto, la tensión en la junta soldada equivale al punto de elasticidad del acero.
La tensión elevada aumenta la susceptibilidad al agrietamiento en frío.
2.1.2.4 Efecto combinado de tres factores
La microestructura, el contenido de hidrógeno y la tensión en una junta soldada son factores interdependientes
que provocan la aparición de grietas en frío. Por ejemplo, si el nivel de tensión de una junta aumenta con el
mismo proceso de soldadura, incluso un menor contenido de hidrógeno da lugar a agrietamiento en frío. De
forma similar, una microestructura con mayor resistencia y más frágil es propensa a agrietarse con un contenido
de hidrógeno más bajo. Para prevenir el agrietamiento en frío, debe preverse el efecto combinado de estos tres
factores, y debe planificarse la soldadura convenientemente.
2.2 Propiedades óptimas de una junta soldada
Las propiedades necesarias para el acero resistente al desgaste no son tan amplias como las requeridas para los
aceros estructurales. Esto mismo es aplicable a las juntas soldadas y las estructuras fabricadas de acero resistente al
desgaste. A pesar de este hecho, deben evaluarse las propiedades de la junta que se indican en la tabla 1 al planificar
la soldadura de aceros resistentes al desgaste.
Tabla 1. Combinación óptima de propiedades en juntas soldadas de aceros resistentes al desgaste.
Combinación de propiedades
Dureza
Resistencia al desgaste
Resistencia
Tenacidad a impactos
Al diseñar estructuras resistentes al desgaste, las soldaduras deben situarse, en la medida de lo posible, en lugares
que no estén sometidos a la carga más elevada. Si se requiere una resistencia al desgaste especialmente buena en una
junta soldada, deben emplearse consumibles de soldadura de alta resistencia con la aleación adecuada. En estructuras
en las que se requieran valores numéricos de tenacidad a impactos en las juntas soldadas, pueden obtenerse valores
coincidentes con los del metal de base con consumibles de soldadura fuertes y los parámetros de soldadura correctos.
Las propiedades que se indican en la tabla 1 son interdependientes. Por ejemplo, el aumento de la dureza y la
resistencia presentan un efecto de reducción de la tenacidad a impactos. Las propiedades óptimas en el área
de soldadura se aseguran con los parámetros de soldadura correctos y la temperatura de trabajo recomendada.
Normalmente no se indican valores numéricos para las propiedades de las juntas soldadas de los aceros resistentes
al desgaste, aparte de la dureza y, posiblemente, la resistencia. Normalmente, no se prueba ninguna de estas
propiedades.
• 3 Parámetros de soldadura y su efecto en las propiedades óptimas de una junta soldada
Durante la soldadura, el acero se somete a un efecto térmico fuerte. La temperatura de la junta aumenta rápidamente
desde la temperatura de trabajo hasta la temperatura del acero líquido, por encima de +1500 °C. La aportación de
calor de soldadura y la velocidad de enfriamiento de la junta son las variables principales con las que se controla el
procedimiento de soldadura.
3.1 Parámetros de soldadura más importantes
La energía calorífica que se utiliza en la soldadura se indica con los conceptos de aporte de calor (Q) y energía de arco
(E). La relación entre el aporte de calor y la energía de soldadura se representa por el coeficiente de eficiencia térmica
«k» específico de la soldadura. En su valor más alto, k=1, la eficiencia térmica es el 100% y toda la energía del arco se
utiliza para la aportación de calor. Los parámetros y variables de soldadura más importantes se indican en la figura 4.
La eficiencia térmica típica de los métodos que se utilizan en los aceros resistentes al desgaste se indica en la tabla 2.
Figura 4. Aporte de calor en la soldadura y energía de soldadura y otras variables de soldadura
Q=kxE
Q = Aporte de calor, esto es, cantidad de calor transferido durante la soldadura a la propia soldadura por unidad de longitud (kJ/mm)
E = Energía del arco, esto es, energía transmitida por el procedimiento de soldadura por unidad de longitud (kJ/mm)
k = Eficiencia térmica, esto es, la relación entre la aportación de calor (Q) y la energía de arco (E)
U = Tensión (V)
I = Corriente (A)
v = Velocidad de soldadura (mm/min)
Tabla 2. Eficiencia térmica típica para diferentes métodos de soldadura
Método de soldadura
Eficiencia térmica, k
Soldadura por arco protegido con gas, métodos MAG
0,8
Soldadura por arco de metal manual
0,8
Soldadura por arco sumergido
1,0
Soldadura por arco de plasma y soldadura TIG
0,6
3.2 Efecto de los parámetros de soldadura en las propiedades de una junta soldada
La aportación de calor y la velocidad de enfriamiento de una junta están directamente relacionadas. La junta se enfría
lentamente con una aportación de calor elevada, y se enfría rápidamente con una aportación de calor baja. Para la
microestructura de la zona afectada por el calor (HAZ) de una junta soldada, el aspecto más esencial es el tiempo de
enfriamiento de +800 °C a+500 °C, esto es, t8/5, figura 5. Los factores que afectan a la velocidad de enfriamiento de
una junta soldada se indican en la tabla 3.
Figura 5. Diagrama de representación de la temperatura de un procedimiento de soldadura en función del tiempo.
Temperatura °C
Tmáx
800
ΔT
500
t8/5
t800
t500
Tiempo s
ΔT=800°C – 500°C
t8/5 = tiempo de enfriamiento de +800 °C a +500 °C
Tabla 3. Factores que afectan a la velocidad de enfriamiento de una junta soldada
Energía de soldadura
Espesor / espesores de chapa
Forma de la junta
Tipo de preparación de junta
Temperatura de trabajo
Secuencia de soldadura
En la figura 6 se muestran los efectos de una aportación de calor mayor y menor sobre la soldadura de aceros
resistentes al desgaste templados. Una aportación de calor elevada indica un tiempo t 8/5 prolongado, mientras que una
aportación de calor baja indica un tiempo t 8/5 breve.
Figura 6. Aceros resistentes al desgaste de alta resistencia y endurecidos mediante templado
Los efectos de una aportación de calor mayor y menor sobre la soldadura
APORTACIÓN DE CALOR
EN SOLDADURA
APORTACIÓN DE CALOR MÁS ALTA
Reducción de la dureza
Zona afectada por el calor (HAZ) más ancha
Zona blanda más ancha
Mayores distorsiones
La susceptibilidad al agrietamiento en frío se reduce
APORTACIÓN DE CALOR MÁS BAJA
Menor reducción de la dureza
Zona afectada por el calor (HAZ) más estrecha
Zona blanda más estrecha
Menores distorsiones
La susceptibilidad al agrietamiento en frío aumenta
En la soldadura por arco, el requisito de aporte de calor más elevado se basa en la mejora de la eficiencia de
soldadura. El mayor aporte de calor en la soldadura de chapas delgadas resistentes al desgaste está limitado por su
efecto negativo sobre la dureza del acero.
• 4 Consumibles de soldadura y método de selección
La selección de consumibles de soldadura para aceros Raex:
1) Ferríticos de resistencia de la soldadura inferior al metal base (hilo de menor resistencia), con límite elástico máx. de
aproximadamente 500 MPa
2) F erríticos de alta resistencia, con límite elástico máx. de aproximadamente 700 MPa
3) Ferríticos de ultra alta resistencia, con límite elástico máx. de aproximadamente 900 MPa
4) Austeníticos de resistencia de la soldadura inferior al metal base (hilo de menor resistencia), con límite elástico máx.
de aproximadamente 500 MPa
5) D
iseñados para aportación de soldadura dura, dureza de aproximadamente 300–600 HBW.
Los consumibles de soldadura ferríticos de resistencia de la soldadura inferior al metal base (hilo de menor resistencia)
(1) se utilizan para la soldadura de acero estructural S355 normal. Son, con diferencia, los consumibles de soldadura
más empleados para aceros resistentes al desgaste, y se recomiendan para todas las clases de dureza. Por otra parte,
Por otra parte, los consumibles de soldadura ferríticos de alta resistencia (2) se utilizan para la soldadura de acero
templado y revenido S690 de alta resistencia. Pueden utilizarse si se requiere una soldadura de mayor resistencia o
una superficie más dura, puesto que no pueden obtenerse con consumibles de soldadura de resistencia de la soldadura
inferior al metal base (hilo de menor resistencia). Los consumibles de soldadura ferríticos de ultra alta resistencia
(3) se concibieron inicialmente para soldadura de aceros estructurales de utlra alta resistencia. Se utilizan sólo en
casos específicos. Los consumibles de soldadura austeníticos de resistencia de la soldadura inferior al metal base
(hilo de menor resistencia) (4) se concibieron inicialmente para soldadura de aceros inoxidables austeníticos. Son una
elección segura, especialmente para los aceros y chapas resistentes al desgaste más duros, así como para soldadura de
reparación. Los consumibles de soldadura concebidos para aportación de soldadura dura (5) pueden emplearse para
revestimientos, cuando la superficie de la soldadura debe ser especialmente resistente al desgaste. Los consumibles de
soldadura concebidos para aportación de soldadura dura presentan una resistencia prácticamente uniforme con aceros
resistentes al desgaste revenidos. Se utilizan en casos especiales.
4.1 Consumibles de soldadura ferríticos
El contenido de hidrógeno de los consumibles de soldadura ferríticos presenta una enorme influencia sobre la
susceptibilidad al agrietamiento en frío. En el metal de soldadura de alta resistencia del acero resistente al desgaste,
la susceptibilidad al agrietamiento en frío puede ser mayor que en la zona afectada por el calor (HAZ) del metal de
base. Por lo tanto, los consumibles de soldadura ferríticos deben tener un contenido de hidrógeno bajo. Los más
recomendados son los consumibles de soldadura que presentan un contenido de hidrógeno de HD ≤ 5 ml/100 g
(contenido de hidrógeno de clase H5). Los consumibles de soldadura ferríticos que se pueden emplear se dividen en
consumibles de soldadura de resistencia de la soldadura inferior al metal base (hilo de menor resistencia), y de alta
resistencia, en función de su clase de resistencia, figura 7.
Figura 7. Límite elástico de los aceros Raex y límite elástico del metal de soldadura puro en consumibles de
soldadura ferríticos.
El límite elástico de una junta soldada se encuentra entre el de un acero resistente al desgaste de alta resistencia y el
del metal de soldadura puro.
1300
1000
Raex
500
Raex
450
Raex
400
Límite elástico típico MPa
900
800
700
600
Consumible
Consumible de
de alta
resistencia de
resistencia
la soldadura
inferior al
metal base
(hilo de menor
resistencia)
Consumible
de ultra alta
resistencia
500
400
300
200
100
4.1.1 Consumibles de soldadura ferríticos de resistencia de la soldadura inferior al metal base (hilo de menor
resistencia), esto es, blandos
Un consumible de soldadura se define como no compatible, si el metal de soldadura puro que produce es esencialmente
más blando que el acero. El límite elástico del metal de soldadura puro generado por el metal de relleno de resistencia
de la soldadura inferior al metal base (hilo de menor resistencia) es de aproximadamente 500 MPa y su tenacidad
es adecuada. El metal de relleno de resistencia de la soldadura inferior al metal base (hilo de menor resistencia) se
recomienda para la soldadura de aceros resistentes al desgaste gracias a sus numerosas ventajas, tabla 4.
Tabla 4. Las ventajas de la resistencia de la soldadura inferior al metal base (hilo de menor resistencia), esto es,
comparación entre los consumibles de soldadura blandos y los consumibles de soldadura con mayor resistencia
Ventajas
Propiedades de soldadura adecuadas
Amplia selección y buena disponibilidad
Rentable, tanto en la compra como durante el uso
Menor nivel de tensión en la soldadura
Un consumible de soldadura fuerte y dúctil tolera bien la tensión
Carbono equivalente bajo y, en consecuencia, templabilidad más baja
Menor susceptibilidad al agrietamiento en frío
Tolera mejor el hidrógeno que un consumible de soldadura de mayor resistencia
Menor necesidad de aumentar la temperatura de trabajo que con consumibles de soldadura de mayor resistencia
4.1.2 Consumibles de soldadura ferríticos de alta resistencia
El nivel de resistencia del metal de soldadura puro en consumibles de soldadura de alta resistencia es de
aproximadamente 700 MPa, figura 7. Cuando se utilizan estos materiales para soldadura, puede conseguirse una
resistencia en el metal de soldadura más parecida a la resistencia del acero que cuando se suelda con consumibles de
soldadura de resistencia de la soldadura inferior al metal base (hilo de menor resistencia). Debido a la considerable
templabilidad de los consumibles de soldadura de alta resistencia, debe prestarse atención especial a la prevención del
agrietamiento en frío. Los consumibles de alta resistencia son los únicos que se recomiendan para fines especiales. Por
ejemplo, si la junta de soldadura se expone a desgaste y roturas de forma intensa. Un consumible de soldadura de alta
resistencia es más adecuado para la soldadura de chapas delgadas en lugar de chapas gruesas, debido a que una chapa
delgada se enfría lentamente y es menos susceptible al agrietamiento en frío.
La temperatura de trabajo se elige en función del valor de carbono equivalente del consumible de soldadura, si es
mayor que el carbono equivalente del metal de base. Ésta es la regla principal. Sin embargo, la temperatura de trabajo
depende siempre de cada caso. Si es necesario, se recomienda comentar la necesidad de aumentar la temperatura de
trabajo con el fabricante del consumible de soldadura.
4.1.3. Consumibles de soldadura ferríticos de ultra alta resistencia
Los consumibles de soldadura ferríticos de ultra alta resistencia se concibieron inicialmente para soldadura de aceros
estructurales de utlra alta resistencia. El nivel de resistencia del metal de soldadura puro en consumibles de soldadura
de ultra alta resistencia es de aproximadamente 900 MPa. La selección de estos consumibles de soldadura es más bien
limitada. El alambre sólido GMAW OK AristoRod 89 (clasificación EN ISO 16834-A G Mn4Ni2CrMo y SFA/AWS A5.28 ER120S-G)
y alambre con núcleo de metal FCAW Coreweld 89 (clasificación EN ISO 18276-A T 89 4 Z M M 3 H5 y SFA/AWS A5.28
E120C-G H4) son consumibles de soldadura comerciales de este tipo fabricado por Esab. Los consumibles de soldadura
ferríticos de ultra alta resistencia sólo se recomiendan para propósitos especiales, por ejemplo, si se utiliza acero
resistente al desgaste en juntas estructurales soldados que piden ultra alta resistencia.
4.1.4 Consumibles de soldadura ferríticos recomendados
Los consumibles de soldadura de resistencia de la soldadura inferior al metal base (hilo de menor resistencia) y de alta
resistencia para los procesos de soldadura habituales se indican en las tablas 5a, 5b, 5c y 5d.
Tabla 5a. Raex 400/450/500. Consumibles de soldadura ferríticos de resistencia de la soldadura inferior al metal
base (hilo de menor resistencia) Ejemplos. Clasificación EN
Marcas correspondientes, o prácticamente correspondientes (Esab). Límite elástico de metales de soldadura puros de
aproximadamente 500 MPa. La «X» en el estándar puede implicar una o más marcas de especificación.
Soldadura de alambre
sólido MAG
(metal de soldadura)
Soldadura con núcleo
fundente MAG
Alambre con núcleo de
metal
fundente MAG
Alambre con núcleo
fundente de rutilo
Soldadura por arco
sumergido:
Alambre + fundente
Soldadura por arco de
metal manual
EN ISO 14341: G 46 X
EN ISO 17632: T 46 X
EN ISO 17632: T 46 X
EN ISO 14171 S 46X
EN ISO 2560: E 46 X
OK Autrod 12.64
(G 46 3 M G4Si1,
G 42 2 C G4Si1))
OK AristoRod 12.63
(G 46 4 M G4Si1,
G 42 2 C G4Si1))
PZ6102
(T 46 4 M M 2 H5)
OK Tubrod 15.14
(T 46 2 P M 2 H5,
T 46 2 P C 2 H5)
OK Autrod 12.32+
OK Flux 10.71
(S 46 4 AB S3Si)
OK 55.00
(E 46 5 B 32 H5)
EN ISO 14341: G 42 X
EN ISO 16834: T 42 X
EN 756 S 38 X
EN ISO 2560: E 42 X
OK Autrod 12.51
(G 42 3 M G3Si1,
G 38 2 C G3Si1)
OK Tubrod 14.12
(T 42 2 M M 1 H10,
T 42 2 M C 1 H10)
OK Autrod 12.22+
OK Flux 10.71
(S 38 4 AB S2Si)
OK 48.00
(E 42 4 B 42 H5)
Tabla 5b. Raex 400/450/500. Consumibles de soldadura ferríticos de resistencia de la soldadura inferior al metal
base (hilo de menor resistencia) Ejemplos. Clasificación AWS
Marcas correspondientes, o prácticamente correspondientes (Esab). Límite elástico de metales de soldadura puros de
sólido MAG
fundente MAG
metal
fundente MAG
Alambre con núcleo
fundente de rutilo
Soldadura por arco
sumergido:
Alambre + fundente
metal manual
AWS A5.18 ER70S-X
AWS A5.18 E70C-X
AWS A5.20 E71T-X
AWS A5.17 F7X
AWS A5.1 E7018X
OK Autrod 12.51
(ER70S-6)
OK AristoRod 12.63
(ER70S-6)
OK Tubrod 14.12
(E70C-6M, E70C-6C)
PZ6102
(E70C-6M H4)
OK Tubrod 15.14
(E71T-1, E71T-1M)
OK Autrod 12.22+
OK Flux 10.71
(F7A5-EM12K)
OK 48.00
(E7018)
OK 55.00
(E7018-1)
Tabla 5c. Raex 400/450/500. Consumibles de soldadura ferríticos de alta resistencia, ejemplos. Clasificación EN
Marcas correspondientes, o prácticamente correspondientes (Esab). Límite elástico máx. de metal de soldadura puro de
sólido MAG
fundente MAG
metal
fundente MAG
Alambre con núcleo
fundente de rutilo
Soldadura por arco
sumergido:
Alambre + fundente
metal manual
EN ISO 16834: G 69 X
EN ISO 12535: T 69 X
EN ISO 12535: T 69 X
EN ISO 26304: S 69 X
EN ISO 18276: E 69 X
OK AristoRod 69
(G 69 4 Mn3Ni1CrMo)
OK Tubrod 14.03
(T 69 4 Mn2NiMo M M 2
H10)
OK Tubrod 15.09
(T 69 4 Z P M 2 H5)
OK Autrod 13.43+
OK Flux 10.62
(S 69 6 FB S3Ni2,5CrMo)
OK 75.75
(E 69 4 Mn2NiCrMo B 42
H5)
Tabla 5d. Raex 400/450/500. Consumibles de soldadura ferríticos de alta resistencia, ejemplos. Clasificación AWS
Marcas correspondientes, o prácticamente correspondientes (Esab). Límite elástico máx. de metal de soldadura puro de
sólido MAG
fundente MAG
metal
fundente MAG
Alambre con núcleo fundente de rutilo
Soldadura por arco sumergido:
Alambre + fundente
metal manual
AWS A5.28: ER100S-X
AWS A5.28: E110C-X
AWS A5.29: E111T1-X
AWS A5.23: F11X
AWS A5.5: E11018X
OK AristoRod 69:
ER100S-G
OK Tubrod 14.03:
E110C-G
OK Tubrod 15.09:
E111T1-K3MJ-H4
OK Autrod 13.43+
OK Flux 10.62:
F11A8-EG-G
OK 75.75:
E11018-G
4.1.5 Manipulación de consumibles de soldadura ferríticos
Los consumibles de soldadura ferríticos con bajo contenido de hidrógeno son normalmente básicos, como por ejemplo
el fundente que se utiliza para soldadura por arco sumergido o el alambre con núcleo fundente, o el revestimiento
de un electrodo de soldadura. Estos consumibles de soldadura son higroscópicos, esto es, absorben rápidamente la
humedad y, al mismo tiempo, el hidrógeno. Para evitar que los consumibles de soldadura se humedezcan, deben
almacenarse y manipularse según las instrucciones del fabricante. Si existe peligro de que el metal de relleno haya
absorbido la humedad, debe desecharse o secarse adecuadamente. De esta forma se asegura un grado de sequedad y
un contenido de hidrógeno bajo en el metal de soldadura. Así también puede prevenirse el riesgo de agrietamiento en
frío provocado por un elevado contenido de hidrógeno.
4.2 Consumibles de soldadura austeníticos inoxidables
Una microestructura austenítica soporta el hidrógeno mucho mejor que una microestructura ferrítica. Debido a esta
propiedad, los consumibles austeníticos pueden emplearse como una alternativa para aceros templados. Su límite
elástico no supera 500 MPa, por lo tanto es evidente que se trata de materiales de soldadura de baja resistencia.
Debido a su blandura y microestructura favorable, los consumibles de soldadura austeníticos presentan muchas
ventajas, tabla 6.
Tabla 6. Las ventajas y propiedades de los consumibles de soldadura inoxidables y austeníticos en la soldadura
de aceros resistentes al desgaste.
Propiedades de soldadura adecuadas
Selección y disponibilidad adecuadas
Precio de compra elevado
El nivel de tensión de la soldadura es bajo
Consumible de soldadura muy fuerte y dúctil
La microestructura austenítica disuelve el hidrógeno sin susceptibilidad al agrietamiento en frío
Normalmente no es necesario aumentar la temperatura de trabajo
Resiste las tensiones de soldadura
Las ventajas de los consumibles de soldadura austeníticos se aprovechan mejor en soldadura de reparación, cuando
las condiciones del emplazamiento de trabajo favorecen su uso y en otras situaciones diferentes. Son especialmente
idóneos para soldadura de refuerzo y pasadas en la raíz y para soldadura por puntos. Con consumibles de soldadura
austeníticos, normalmente puede evitarse el aumento de la temperatura de trabajo. Las ventajas se evidencian mejor
al soldar el grado de acero más duro, Raex 500, en condiciones difíciles. Los consumibles de soldadura austeníticos se
indican en las tablas 7a y 7b.
Tabla 7a. Raex 400/450/500. Ejemplos de consumibles de soldadura austeníticos de resistencia de la soldadura
inferior al metal base (hilo de menor resistencia). Clasificación EN
Marcas correspondientes, o prácticamente correspondientes (Esab). La clase de resistencia del metal de soldadura puro
máx. es de aproximadamente 500 MPa. La «X» en el estándar puede implicar una o más marcas de especificación.
sólido MIG
fundente MIG
metal
fundente MAG
Alambre con núcleo
fundente de rutilo
Soldadura por arco
sumergido:
Alambre + fundente
metal manual
EN 12072: G 18 8 Mn
EN 12073: T 18 8 Mn X
EN 12073: T 18 8 Mn X
EN 14700: T Fe 10
EN 12072: S 18 8 Mn
EN 1600: E 18 8 MnX
OK Autrod 16.95
(G 18 8 Mn)
OK Tubrod 15.34
(T 18 8 Mn M M 2)
OK Autrod 16.97 (S18 8
Mn) +
OK Flux 10.93
OK 67.45
(E 18 8 Mn B 4 2)
OK Tubrodur 14.71
(T Fe 10)
Tabla 7b. Raex 400/450/500. Ejemplos de consumibles de soldadura austeníticos de resistencia de la soldadura
inferior al metal base (hilo de menor resistencia). Clasificación AWS
Marcas correspondientes, o prácticamente correspondientes (Esab). La clase de resistencia del metal de soldadura puro
máx. es de aproximadamente 500 MPa. La «X» en el estándar puede implicar una o más marcas de especificación.
sólido MIG
fundente MAG,
metal
fundente MAG,
Alambre con núcleo
fundente de rutilo
Soldadura por arco
sumergido
Alambre + fundente
metal manual
AWS 5.9 ER307
AWS 5.9 EC307
AWS 5.22 EC307T-x
AWS 5.9 ER307
AWS 5.4 E307-X
OK Autrod 16.95
(ER307)
OK Tubrod 15.34
OK Tubrodur 14.71
OK Autrod 16.97+
OK Flux 10.93
OK 67.45
4.3 Consumibles de soldadura para aportación de soldadura dura
Si la superficie de una junta soldada debe ser resistente al desgaste, los revestimientos pueden soldarse con
consumibles para aportación de soldadura dura. La dureza del metal de soldadura puro generado por electrodos para
aportación de soldadura dura es de 300–400 HBW (30–45 HRC). Estos electrodos son normalmente aleaciones de cromo
(3–15% Cr).
En aplicaciones especiales, el acero resistente al desgaste puede verse expuesto a un mayor nivel de desgaste y roturas
que el resto de la estructura. En este caso, está justificado soldar una capa para aportación de soldadura dura sobre
la superficie de acero resistente al desgaste. El material para aportación de soldadura dura se selecciona de forma que
el metal soldado sea incluso más duro que la superficie del acero resistente al desgaste. Una superficie de desgaste
para aportación de soldadura dura ya consigue su dureza (500–600 HBW) durante el enfriamiento de la junta soldada,
debido a que el material para aportación de soldadura dura se endurece en el aire. El nivel de dureza de 500–600 HBW
se corresponde con el nivel de dureza informado de 50–57 HRC. Ejemplos de aleaciones básicas para electrodos para
aportación de soldadura dura utilizados en la soldadura de aceros resistentes al desgaste:
• Electrodo para aportación de soldadura dura, aleación de 0,4%C – 6%Cr-0,6%Mo
• Electrodo para aportación de soldadura dura, aleación de 0,7%C – 10%Cr
• Electrodo para aportación de soldadura dura, aleación de 4,5%C – 33%Cr
Cuando se utilizan materiales para aportación de soldadura dura, debe prestarse atención especial a la prevención del
agrietamiento en frío en el metal de soldadura. El agrietamiento en frío puede evitarse con precalentamiento, aunque
también al soldar en primer lugar una capa intermedia mediante el uso de metal de soldadura inoxidable austenítico
blando y dúctil, figura 8.
Figura 8. Uso de una capa intermedia dúctil para aportación de soldadura dura.
Capa para aportación de
soldadura dura
Capa intermedia
Aceros resistente al desgaste
La temperatura de trabajo necesaria para la soldadura de la capa intermedia y la capa para aportación de soldadura
dura se determina en función del acero resistente al desgaste y el consumible para aportación de soldadura dura. La
selección de consumibles para aportación de soldadura dura debe comentarse con el fabricante del metal de relleno o
del acero. Debe enfatizarse que los consumibles para aportación de soldadura dura no se conciben para soldadura de
juntas.
• 5 Prevención de agrietamiento en frío
El mantenimiento de un nivel de penetración de hidrógeno bajo en la junta de soldadura es esencial para prevenir
el agrietamiento en frío. Para mantener un contenido de hidrógeno por debajo del nivel crítico, deben emplearse
métodos de soldadura y consumibles con un contenido de hidrógeno bajo. Además, deben cumplirse las instrucciones
de soldadura de Ruukki. Una temperatura de trabajo correcta y una aportación de calor para conseguir una velocidad
de enfriamiento adecuada desempeñan un papel clave en la soldadura. Debe emplearse una temperatura de entre
paso suficientemente elevada de la soldadura multipasada. La necesidad de impedir el agrietamiento en frío se
enfatiza cuando aumentan la dureza del acero y el espesor de la chapa. Una chapa que se almacenó en frío debe
calentarse meticulosamente, al menos hasta la temperatura ambiente (+20 °C), antes de realizar la soldadura u otro
procesamiento de la chapa.
5.1 Control del templado de la microestructura de una junta soldada
Una microestructura martensítica implica una buena resistencia al desgaste. Si la junta se enfría con excesiva
rapidez después de la soldadura, la martensita puede volverse perjudicialmente dura y reducir la ductilidad en el
metal de soldadura y/o en la zona afectada por el calor de la soldadura. El agrietamiento en frío se evita al restringir
el templado de la microestructura con parámetros de soldadura correctos. La templabilidad del acero y de los
consumibles de soldadura surge de su valor de carbono equivalente.
5.2 Control del contenido de hidrógeno en una junta soldada
Mantener el nivel de hidrógeno bajo en el consumible de soldadura y en la zona afectada por el calor es esencial
para evitar el agrietamiento en frío. Se recomienda utilizar un método de soldadura con nivel bajo de hidrógeno y
consumibles de soldadura con nivel bajo de hidrógeno para conseguir un contenido de hidrógeno máx. de 5 ml/100
g. Puede conseguirse un nivel de hidrógeno bajo con los consumibles de soldadura correctos, por ejemplo, soldadura
por arco protegido con gas (MAG) con alambre sólido y alambre con núcleo fundente, soldadura por arco sumergido
y varillas con revestimiento básico para soldadura por arco de metal manual. Deben cumplirse las instrucciones del
fabricante al seleccionar, utilizar y almacenar consumibles de soldadura.
La introducción de hidrógeno en la junta soldada aumenta por la humedad en la superficie del canal, así como por
la suciedad y los contaminantes, como por ejemplo grasa o pintura. Para minimizar el agrietamiento en frío, la parte
superior del canal debe mantenerse completamente seca y limpia de metal antes de, y durante, la soldadura.
5.3 Mitigación de tensión residual en una junta soldada
El agrietamiento en frío puede impedirse de forma eficiente al liberar la tensión residual. La forma más sencilla de
liberar tensión residual en las juntas soldadas de los aceros Raex es utilizar consumibles de soldadura ferríticos o
austeníticos de resistencia de la soldadura inferior al metal base (hilo de menor resistencia). La tensión también puede
liberarse con ciertas técnicas de soldadura. Especialmente cuando se sueldan chapas delgadas, debe optimizarse el
tamaño de la soldadura y deben evitarse las soldaduras innecesariamente grandes. La temperatura debe mantenerse
uniforme en las diferentes partes de la estructura en todas las etapas de la soldadura. Si es necesario, la estructura a
soldar debe estar sujeta o asegurada durante la soldadura por puntos o la soldadura normal.
5.4 Consejos prácticos para la planificación y ejecución de soldaduras
Las alternativas para liberar tensión residual y mejorar la resistencia de la estructura soldada se presentan en la tabla 8.
Tabla 8. Alternativas prácticas para liberar tensión residual
Libere tensión residual incluso durante la etapa de planificación
Minimice las diferencias de rigidez en diversas partes de la estructura
Optimice el tamaño de la soldadura
Prevea y controle las distorsiones
Utilice pretensado en la soldadura de grandes estructuras
Favorezca pequeñas bandas en las construcciones a soldar
Realice un uso correcto de canales de penetración completa de doble cara cuando se suelden chapas gruesas
Rectifique para suavizar los bordes y las esquinas de una estructura de acero soldada
Realice el acabado de la soldadura de una estructura crítica para la fatiga mediante el rectificado de las conexiones entre
las soldaduras y el metal de base
5.5 Soldadura a la temperatura de trabajo correcta
Una temperatura de trabajo elevada idónea y una aportación de calor suficiente ralentizan el enfriamiento de una
junta soldada hasta alcanzar la velocidad correcta. Estas medidas evitarán el agrietamiento en frío.
La temperatura de trabajo correcta se determina en función de los siguientes factores:
• Grado de acero y su valor de carbono equivalente
• Espesor de chapa combinado
• Aportación de calor
• Contenido de hidrógeno del consumible de soldadura
• Valor de carbono equivalente de los consumibles de soldadura
• Nivel de resistencia de los consumibles de soldadura (no compatibles / alta resistencia)
• Tipo de consumible de soldadura (ferrítico / austenítico)
La necesidad de elevar la temperatura de trabajo aumenta con el carbono equivalente, la dureza y el espesor de
chapa del grado de acero. Los valores de carbono equivalente típicos de los aceros Raex para cada espesor de chapa
se indican en sus fichas técnicas respectivas. Los valores de carbono específicos de la chapa que se pueden usar en la
preparación de un plan de soldadura detallado se indican en los certificados de material.
Las temperaturas de trabajo recomendadas para Raex 400, Raex 450 y Raex 500 se muestran en la figura 9. Las
recomendaciones se basan en el estándar EN 1011-2. Las temperaturas que se muestran en la figura 9 se aplican a la
soldadura con consumibles de soldadura ferríticos no compatibles con contenido de hidrógeno de 5 ml/100 g o inferior.
Figura 9. Aceros Raex. Las temperaturas (°C) de trabajo recomendadas para soldadura cuando se realiza la
aportación de calor se eligen según las recomendaciones en la figura 10.
Ruukki Raex
Espesor de chapa, mm
10
20
Raex 400
Raex 450
+20
+75
Raex 500
+20
+100 +125 +150
+20
30
+75 +100
+100
40
+125
+125 +150
50
60
+150
80
+175
+175
+175
70
+200
+200
La temperatura de trabajo normalmente se eleva mediante precalentamiento. En soldadura multipasada, la energía
aportada a la junta por la pasada anterior puede bastar para mantener la temperatura de trabajo correcta antes
realizar la soldadura de la siguiente pasada, por lo que no se requiere calentamiento externo durante la soldadura. En
soldadura multipasada, se aplican las recomendaciones de temperatura de trabajo, como la temperatura de entre paso
mínima. La temperatura de entre paso no puede ser inferior a la recomendación de temperatura de trabajo ni superior
a +220 °C. Cuanto menor contenido de hidrógeno genere el método de soldadura, menos necesidad existirá de elevar
la temperatura de trabajo. Si es necesario utilizar consumibles de soldadura con HD>5 ml/100 g, la temperatura de
trabajo debe elevarse por encima de los valores que se indican en la tabla. La necesidad de aumentar la temperatura
de trabajo disminuye a medida que aumenta la aportación de calor.
Aumentar la temperatura de trabajo es especialmente importante en la soldadura por puntos y en la soldadura de
reparación, porque una soldadura pequeña y local se enfría rápidamente y se endurece a una velocidad rápida. Debe
evitarse iniciar y detener la pasada de soldadura en las esquinas de una estructura. La experiencia en la soldadura
de aceros templados demuestra las ventajas evidentes del precalentamiento. Incluso un precalentamiento moderado
hasta temperaturas inferiores a +100 °C afecta favorablemente a la soldabilidad, también para espesores de chapa
que no requieren precalentamiento de acuerdo con las instrucciones. En la soldadura de estructuras de gran tamaño
y complicadas, así como en condiciones especialmente difíciles, debe emplearse una temperatura de trabajo superior
a los valores de las tablas, aunque inferior a +220 °C. No deben emplearse temperaturas de trabajo o temperaturas de
entre paso superiores a éstas, puesto que pueden reducir la dureza de la soldadura.
• 6 Obtención de la combinación de propiedades óptima en juntas soldadas
La resistencia, dureza y resistencia al desgaste son los aspectos necesarios para las juntas soldadas de acero resistente
al desgaste. En función del uso y de las condiciones de tal uso, existen otros requisitos como la resistencia a impactos
y propiedades específicas del caso. Al margen de la dureza, no existe ningún requisito numérico general adicional. Las
propiedades óptimas en el área de soldadura se aseguran con los parámetros de soldadura correctos y la temperatura
de trabajo recomendada.
6.1 Parámetros de soldadura recomendados
Los parámetros de soldadura recomendados se determinan con la variable t8/5. Conseguir las condiciones óptimas en
una junta soldada requiere que la aportación de calor seleccionada se corresponda con un tiempo de enfriamiento t8/5
= 10–20 segundos. En el trabajo de soldadura práctico, el tiempo de enfriamiento de 10 segundos se corresponde con el
valor mínimo de aportación de calor, y el tiempo de enfriamiento de 20 segundos con el valor máximo de aportación
de calor. Un valor de t8/5 excesivamente pequeño (enfriamiento rápido) aumenta el templado de la zona afectada por el
calor y la susceptibilidad al agrietamiento en frío. Un valor de t8/5 excesivamente grande (enfriamiento lento) reduce la
dureza, la resistencia y la tenacidad a impactos de la junta.
La figura 10 muestra los valores mínimo y máximo recomendados de la aportación de calor para aceros Raex. Se han
considerado las temperaturas de trabajo que se indican en la figura 9 para determinar los límites de la aportación
de calor. Los valores de aportación de calor mínimos en la figura 10 pueden reducirse al aumentar la temperatura de
trabajo. Esto puede ser necesario, por ejemplo, en soldadura por puntos y en soldadura de refuerzo o pasadas en la
raíz.
Figura 10. Aporte de calor (Q) para soldadura MAG, FCA Y MMA. Valores mínimo y máximo recomendados
Raex 400 Raex 450 Raex 500
Junta a tope
Soldadura de filete en junta en “T”
2.6
Q max
2.4
Q (kJ/mm)
2.2
2.0
Q max
1.8
Q =
0.8 =
U =
v =
1.6
1.4
Q min
1.2
1.0
Aporte de calor (kJ/mm)
Eficiencia térmica para
MAG, FCAW y MMA
Tensión (V), I = Corriente (A)
Velocidad de soldadura (mm/min)
Q min
0.8
0.6
Q = 0.8 x 60 x U x l
1000 x v
1020
30 40 50 60 70
Espesor de la chapa, mm
80
En el trabajo de soldadura práctico, el tiempo de enfriamiento de 10 segundos se corresponde con el valor mínimo de
aportación de calor, y el tiempo de enfriamiento de 20 segundos con el valor máximo de aportación de calor. Un valor
de t8/5 excesivamente pequeño (enfriamiento rápido) aumenta el templado de la zona afectada por el calor (HAZ) y la
susceptibilidad al agrietamiento en frío. Un valor de t8/5 excesivamente grande (enfriamiento lento) reduce la dureza, la
resistencia y la tenacidad a impactos de la junta.
6.2 Zona blanda en juntas soldadas
La alta resistencia y la dureza del acero resistente al desgaste se consigue con aleación y templado. En una soldadura
por fusión, la temperatura de la junta alcanza +1500 °C como mínimo. Por lo tanto, se forman zonas blandas en la
junta cuando se sueldan aceros resistentes al desgaste. Siempre se produce un ablandamiento en la zona afectada por
el calor (HAZ). Además, normalmente el metal de soldadura se mantiene más blando que el metal de base duro. En la
figura 11 se muestra el perfil de dureza típico de las juntas soldadas en aceros Raex.
Figura 11. Aceros Raex. Un perfil de dureza típico de la zona afectada por calor de una junta soldada cuando se
utilizan los tiempos de enfriamiento t8/5 recomendados.
Comparación con un perfil de dureza correspondiente de un acero estructural S355.
Zona afectada por el
calor (HAZ)
Metal de
base
Raex 500
500
Raex 400
300
200
Línea de soldadura
Dureza HBW
Raex 450
400
Acero de
referencia
S355
≈ 5 mm
≈ 10 mm
Distancia desde la línea de soldadura hasta el metal de base
Aspectos generales sobre el perfil de dureza:
• La dureza de la zona afectada por el calor en juntas soldadas de aceros Raex es normalmente inferior a la del metal
de base.
• El perfil de dureza de acero Raex cortado térmicamente desde el borde de corte hacia el metal de base sigue el perfil
de dureza de la zona afectada por el calor, con dos excepciones: la dureza máxima del borde de corte es en cierta
medida mayor, y la zona blanda de la chapa de corte es más estrecha que en una junta soldada.
• La dureza de la zona afectada por el calor en acero S355 es normalmente mayor que la dureza del metal de base; esto
mismo es aplicable a los bordes de corte.
El perfil de dureza de juntas soldadas en aceros Raex:
• La dureza del metal de soldadura depende de la aportación de calor y de la aleación de los consumibles de
soldadura.
• En la zona afectada por el calor, cerca de la línea de soldadura, la dureza es igual que la del metal de base.
• El ablandamiento de la zona afectada por el calor se enfatiza cuando aumenta la aportación de calor, esto es, cuando
el tiempo de enfriamiento (t8/5) es mayor.
• Cuando se disminuye la aportación de calor, la dureza se reduce menos y la zona blanda es más estrecha.
La tendencia al ablandamiento provocada por la soldadura debe considerarse especialmente con grados más duros y
espesores reducidos. Para evitar el ablandamiento, las chapas delgadas deben soldarse a una temperatura ambiente
de +20 °C y no se permite precalentamiento. El ablandamiento se evita mediante la limitación de la aportación de calor
y respetando la temperatura de trabajo/temperatura de entre paso máxima.
En aplicaciones de acero resistentes al desgaste, una zona blanda no acorta normalmente la vida útil del equipo o
la estructura. Sin embargo, en aplicaciones en las que se requiere resistencia estructural, debe considerarse la zona
blanda en el diseño. En estas estructuras, las juntas soldadas no deben situarse en las ubicaciones más sometidas a
tensión.
• 7 Tratamiento térmico
Los aceros templados no se conciben para tratamiento térmico. El tratamiento térmico a temperaturas elevadas
disminuye sus propiedades de dureza, resistencia y resistencia al desgaste. La figura 12 muestra el cambio en la dureza
de los aceros Raex después del revenido a diversas temperaturas. Tal y como se muestra en la figura, parte de la dureza
generada por el proceso de templado ha desaparecido en el revenido.
Figura 12. El efecto de la temperatura de revenido sobre la dureza
Los valores de dureza se han medido a temperatura ambiente después del revenido a temperaturas elevadas.
El tiempo de mantenimiento fue de 2 horas, después del cual los aceros se enfrían en el aire a temperatura ambiente.
600
Dureza HBW
500
400
300
200
Raex 500
Raex 450
Raex 400
+20+100 +200 +300 +400 +500 +600
Temperatura de revenido °C
El tratamiento térmico a una temperatura superior a aproximadamente +220 °C reduce la dureza. Por lo tanto, no
puede liberarse tensión de los aceros Raex sin reducir su dureza. Respectivamente, no se recomienda el tratamiento
térmico post-soldadura (PWHT).
En algunas aplicaciones, se elige revenir el acero templado o liberar tensión después de la soldadura o de otras
operaciones de mecanizado en el taller. En este caso, se aceptan las propiedades mecánicas que implican un
tratamiento térmico de este tipo. La tenacidad del acero templado puede mejorar mediante revenido; esto puede
justificar la decisión de realizar un tratamiento térmico deliberado. La liberación de tensión puede reducir la tensión
generada en una chapa de acero durante la fabricación en el taller.
• 8 Comportamiento del acero en corte térmico
En general, las chapas gruesas y los objetos grandes se cortan mediante el uso de métodos térmicos. Durante el
corte térmico, la superficie del acero se somete a un tratamiento térmico local hasta una profundidad de unos pocos
milímetros desde el borde de corte, incluyendo cambios en la microestructura. Debido a estos cambios, se forma una
capa dura y una capa blanda en el borde de corte.
8.1 Procedimiento de corte térmico
La parte superficial del acero cortado térmicamente experimenta un calentamiento a corto plazo prácticamente hasta
el punto de fusión del acero. Después de cortar, el corte se enfría rápidamente, a menos que se controle la velocidad
de enfriamiento. Debido al tratamiento térmico, la superficie del acero cortada térmicamente experimenta un cambio
en la microestructura, similar a la zona afectada por el calor (HAZ) de una junta soldada. La superficie más exterior de
la pieza cortada se templa. Una superficie que no es demasiado dura es quebradiza y susceptible al agrietamiento en
frío. Se forma una zona blanda debajo de la superficie dura (figura 13). La zona blanda ha experimentado recocido. El
ancho y el nivel de dureza de la superficie dura y la zona blanda dependen del método y los parámetros de corte.
Figura 13. Acero resistente al desgaste templado y cortado térmicamente, chapa de 6 mm de espesor.
El perfil de dureza típico de una superficie cortada térmicamente representada desde el borde de corte hacia el metal
de base. La forma del perfil de dureza depende del grado de acero, del método de corte y de los parámetros de corte.
500
Dureza HBW
450
400
350
300
Laser
Plasma
Oxicorte
0
1
2
3
4
5
6
7
Distancia desde el borde de corte, mm
8.2 Control de la dureza de la superficie mediante la temperatura de trabajo
En el corte térmico, se recomienda controlar la dureza de la superficie tratada térmicamente para asegurar que la
superficie no sufra daños. Una dureza máxima suficientemente baja previene la formación de grietas en el borde de
corte. Las temperaturas de trabajo recomendadas para corte térmico se muestran en la figura 14.
Figure 14. Temperaturas (°C) de trabajo recomendadas para oxicorte
Ruukki Raex
Espesor de chapa, mm
10
20
30
40
50
Raex 400
Raex 450
+75
+100
+125
+20
+75
+100
+125
+150
Raex 500
+20
+100
+125
+150
+20
60
70
+150
80
+175
+175
+175
Puede evitarse el precalentamiento (por encima de la temperatura ambiente) cuando se ajusta la velocidad del corte
térmico para que sea suficientemente lento y cuando se eligen boquillas de corte y otros equipos pertinentes. Para
encontrar el mejor método de corte, se recomienda ponerse en contacto con nuestro Servicio de asistencia técnica y
con el fabricante del equipo de corte.
8.3 Prevención del ablandamiento en el corte térmico
La energía de corte de las secciones de acero grandes se transmite libremente a la chapa circundante, que acelera
el enfriamiento del área de corte y limita el ancho de la zona blanda. Sin embargo, en el oxicorte de chapas
con un espesor inferior a 30 mm, la distancia entre las líneas de corte debe ser superior a 200 mm para evitar el
ablandamiento de la chapa completa. Puede emplearse el orden de corte de forma conveniente para controlar el
ablandamiento.
La reducción del tamaño de la sección y del espesor de la chapa aumenta el ablandamiento. Con secciones pequeñas,
la energía térmica generada por el método de corte y el posible precalentamiento se acumulan en la sección de
corte; esto ralentiza el proceso de enfriamiento. Entre todos los métodos de corte térmico, los que provocan menor
ablandamiento son el corte por láser y el corte por plasma de espesores adecuados. La zona blanda del acero de corte
por láser o plasma es más estrecha que la del acero cortado por oxicorte (figura 13). El corte por plasma sumergido y
el oxicorte controlan de forma eficiente la sección de corte y, por lo tanto, son adecuados para cortar secciones de
todos los tamaños. Para controlar el ablandamiento, se recomienda utilizar métodos de corte en frío, por ejemplo corte
mediante chorro de agua no térmico o corte mediante chorro de agua abrasivo.
8.4 Consejos prácticos para el corte térmico
En climas fríos, debe considerarse el efecto de la temperatura sobre la capacidad de procesamiento de una chapa de
acero en el taller de maquinaria. Las chapas que se hayan almacenado en un entorno frío deben transportarse al taller
con bastante anticipación antes de realizar las actividades de oxicorte y soldadura. La figura 15 muestra el tiempo
necesario para el calentamiento cuando se introduce una chapa de acero desde un lugar sometido a una temperatura
inferior a cero grados. Las medidas se realizaron para chapas con tres espesores diferentes.
Figura 15. Tiempo de calentamiento de chapas de acero frías (-20 °C) en una sala con una temperatura entre
+20 °C y +22 °C.
La prueba se realizó en las instalaciones de Rautaruukki en Raahe en febrero de 2011. Tamaños de chapa de 12 x 1000 x
2000, 21 x 1000 x 1600 y 40 x 1000 x 2000 mm.
+25
+20
+15
Temperatura, °C
+10
+5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18 19 20 21
22 24
-5
-10
-15
Temperatura de la sala
-20
t 1 = 12 mm
t 2 = 21 mm
-25
t 3 = 40 mm
Tiempo, horas
La prueba que se indica en la figura 15 proporcionó los siguientes resultados de calentamiento de -20 °C a +17 °C:
• aproximadamente 8 horas para una chapa de 12 mm
La superficie y el centro de la chapa se calientan a velocidades similares con un cambio tan lento. Debe destacarse
que las chapas gruesas y grandes almacenadas unas sobre otras se calientan incluso con más lentitud. Como norma
básica, puede concluirse que una chapa fría (2 m de ancho, 6 m de largo) que se haya almacenado en el exterior a una
temperatura inferior a cero grados se calienta a la temperatura ambiente en aproximadamente 24 horas.
Consejos prácticos:
• No debe llevarse una chapa de acero templada directamente del almacenamiento en frío al corte térmico.
• Antes del corte, debe permitirse que las chapas frías se calienten completamente hasta la temperatura ambiente
(+20 °C).
• Traslade las chapas del almacenamiento en frío al taller de maquinaria el día anterior.
• Almacene las chapas frías sobre soportes de madera.
• Una chapa de 40 mm fría (-20 °C) se calienta hasta la temperatura ambiente (+20 °C) en aproximadamente 24 horas.
• Cuando se corta chapas gruesas, debe emplearse una temperatura de trabajo elevada, según se indica en la figura 14.
• Para realizar la retirada de virutas de una sección cortada térmicamente, debe eliminarse la superficie templada en
el oxicorte y los bordes afilados mediante rectificado.
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chapas y bobinas de acero laminado en caliente

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