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- Tutorial Nº 55 -

Patologías de las Uniones
Soldadas

Índice de contenidos:

1- Introducción

1.1- Generalidades

1.2- Factores que intervienen en la aparición de defectos

2- Defectos externos en la soldadura

2.1- Generalidades

2.2- Deformaciones y alabeos

2.3- Preparación incorrecta

2.4- Geometría incorrecta del cordón de soldadura

2.5- Falta de alineación

2.6- Defectos superficiales

2.7- Cebado inadecuado del arco

2.8- Descuelgues

3- Defectos internos en la soldadura

3.1- Generalidades

3.2- Porosidades

3.3- Inclusiones de escorias

3.4- Grietas

 


DESARROLLO DEL CONTENIDO


1- Introducción

1.1- Generalidades

En este tutorial se va a realizar un estudio de los distintos puntos críticos o discontinuidades que pueden aparecer en las uniones soldadas, y que una vez ejecutadas pueden desembocar en defectos que mermen las propiedades resistentes de los propios cordones de soldadura.

La presencia de estas discontinuidades en los cordones de soldadura no son siempre visibles, por lo que requerirá del empleo de técnicas de inspección o ensayos para su detección.

La realización de estos ensayos (una veces serán ensayos de tipo no destructivos y otras serán de tipo destructivos) permitirán la identificación de aquellos cordones que sean defectuosos para su subsanación o reemplazo. En otros casos, será suficiente una inspección visual para detectar defectos en la soldadura, por ser estos de naturaleza externa.

 

1.2- Factores que intervienen en la aparición de defectos

Son muchos los aspectos a tener en cuenta a la hora de ejecutar una unión soldada y su falta de control puede conducir a la aparición de defectos en la soldadura. Estos factores se pueden agrupar, según la secuencia de los trabajos, en:

Trabajos previos: la aparición de defectos en el cordón de soldadura puede ser debida, básicamente, por la falta de una correcta preparación de bordes de las piezas a unir;

Durante el proceso de soldeo: definir y controlar los parámetros de soldeo (intensidad y tensión de corriente en el caso de soldaduras eléctricas, velocidad de avance del electrodo, caudal de gas...) es muy importante para evitar discontinuidades en el baño de fusión que terminarán por originar defectos en el cordón de soldadura.

En la fase posterior al proceso de soldeo (post-soldadura): el ritmo de enfriamiento del conjunto soldado y el cómo se lleve a cabo este enfriamiento puede condicionar la aparición de discontinuidades en el propio cordón.

2- Defectos externos en la soldadura

2.1- Generalidades

Los defectos externos en la soldadura, en general, son los más fáciles de apreciar. A continuación se exponen los casos de defectos externos más comunes que se presentan en las uniones soldadas:

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Deformaciones y alabeos de las piezas soldadas;

Defectos derivados de una preparación incorrecta previa al soldeo;

Dimensiones o perfil incorrecto en la geometría del cordón de soldadura;

Falta de alineación de las piezas soldadas;

Presencia de defectos superficiales en el cordón de soldadura (mordeduras, formación de cráteres, poros...);

Imperfecciones externas derivadas de un mal cebado del arco;

Descuelgues del cordón de soldadura.

 

2.2- Deformaciones y alabeos

La presencia de deformaciones y alabeos del conjunto soldado tiene su origen en la presencia de tensiones residuales que se genera por el aporte de calor durante la ejecución de la soldadura para mantener fluido el baño de fusión.

Deformaciones y alabeos en la soldadura

Este tipo de defecto, una vez que ocurre, es difícil de eliminar por lo que es muy conveniente prevenir la aparición de tales deformaciones antes que intentar recuperar la geometría inicial del conjunto una vez que éste se ha deformado.

En general, una adecuada elección de la secuencia de soldeo y seguir cierta simetría en la distribución y el diseño de los cordones de soldadura ayudará a limitar la aparición de deformaciones y alabeos en el conjunto soldado.

De todos modos, se invita al lector a consultar el Tutorial Nº 58: "Recomendaciones para la Ejecución de Uniones Soldadas" donde se recoge una serie de consideraciones en cuanto al diseño y ejecución de los cordones de soldadura, con el objetivo de tratar de limitar la aparición de estas tensiones residuales que son el origen de las deformaciones.

En cuanto a la manera de detectar este tipo de imperfecciones, en algunos casos una inspección visual determina la presencia de deformaciones y defectos en la geometría final del conjunto soldado, en otros, es necesario emplear aparatos de medidas para detectar las desviaciones producidas respecto a la geometría inicial de las piezas.

 

2.3- Preparación incorrecta

Una preparación incorrecta previa a la ejecución de la unión soldada, puede ser el origen de otras discontinuidades o defectos que pueden invalidar el propio cordón una vez realizado.

Aspectos como cuidar la separación entre las piezas a unir, o la elección correcta del tipo de cordón a ejecutar en función del espesor y del procedimiento de soldadura, ayudarán a prevenir la aparición futura de defectos.

Como continuación, se invita al lector a consultar el Tutorial Nº 40: "Fundamentos de la Soldadura por Arco Eléctrico" donde se recogen recomendaciones sobre cómo realizar una adecuada preparación previa de las piezas a soldar.

Por último, recordar la importancia de disponer de aparatos de medidas (calibrador, etc.) que permitirán una inspección y control de las variables que rigen los trabajos de preparación previa de una soldadura.

 

2.4- Geometría incorrecta del cordón de soldadura

Se entiende como geometría incorrecta del cordón de soldadura a la debida tanto a unas dimensiones incorrectas dadas al cordón de soldadura como a una forma geométrica no adecuada de su perfil.

- Dimensiones incorrectas de la soldadura:

Básicamente se refiere a un cuello o espesor de garganta inadecuado, problemas por sobre-espesor o su contrario, falta de espesor del cordón, así como a los descuelgues que se produzcan del cordón de soldadura.

Espesor de garganta de la soldadura

El origen para que se produzcan dimensiones incorrectas del espesor de garganta de la soldadura pueden ser:

Un avance lento en la ejecución del cordón;

Empleo de electrodos demasiado gruesos;

Manejo inadecuado de la pinza portaelectrodos;

Emplear una secuencia de deposición de cordones inadecuada.

Un espesor de garganta diferente del que debiera tener influye en la capacidad resistente del cordón.

 

Para los casos de sobre-espesor del cordón de soldadura por un aporte excesivo de material, su origen se debe a factores como:

Velocidad de avance excesivamente lenta;

Empleo de electrodos demasiado gruesos;

Número de pasadas excesivas.

Para los casos contrarios de falta de espesor, las causas serían las contrarias a las mencionadas anteriormente.

Ante un defecto por dimensión incorrecta del cordón, puede actuarse rellenando con una nueva soldadura sobre la anterior hasta alcanzar el espesor final deseado para casos de falta de espesor. En otros caso, la solución pasa por eliminar completamente la soldadura ejecutada y volver a soldar.

Para comprobar las dimensiones alcanzadas en los cordones de soldadura una vez ejecutados se emplean galgas de soldadura.

 

Galgas de soldadura

Figura 3. Galgas de soldadura

- Perfil incorrecto:

La forma del perfil del cordón que se consigue en soldadura manual depende mucho de la pericia del soldador. Soldadores más experimentados ejecutarán cordones de mejor aspecto y con el perfil adecuado. Pero no sólo de la experiencia del soldador depende la forma conseguida de la soldadura. Así si los parámetros de soldeo no son los adecuados también pueden dar lugar a un perfil incorrecto del cordón.

Un perfil incorrecto del cordón de soldadura tiene influencia sobre el comportamiento mecánico que ofrezca el cordón. En efecto, geometrías defectuosas en la realización del perfil del cordón puede producir concentración de tensiones que terminan mermando la capacidad resistente del propio cordón y su agotamiento prematuro por fatiga ante cargas dinámicas.

 

Perfil del cordón de soldadura

Figura 4. Perfil del cordón de soldadura

Ante un defecto por perfil incorrecto del cordón, puede actuarse amolando la superficie exterior de la soldadura hasta conseguir la forma deseada si se trata de un cordón final, y si se trata de un cordón entre pasadas se puede corregir controlando de una forma más exhaustiva los próximos cordones a ejecutar, o bien eliminado el cordón defectuoso antes de depositar los siguientes sobre él.

 

2.5- Falta de alineación

En este caso los bordes a unir de las distintas piezas no están en el mismo plano, por lo que existe una falta de alineación entre bordes enfrentados.

Mala alineación entre bordes en la soldadura

El origen por el cual se puede producir una falta de alineación entre bordes puede ser debido a:

Una mala preparación previa, no prestando especial atención en el posicionamiento inicial de las piezas a soldar;

Por producirse una deformación excesiva originada durante el proceso de soldadura, relacionada con una elección errónea de la secuencia de soldeo o un deficiente diseño ligado a una mala simetría en la distribución de los cordones de soldadura.

Este tipo de defectos tiene una incidencia sobre el comportamiento mecánico y resistente de la soldadura, debido a que suelen generar puntos de concentración de tensiones que terminan por fragilizar la soldadura. Además puede servir de origen a otros defectos que pueden producirse, como por ejemplo, que exista una mala fusión del cordón.

Para evitar este tipo de defectos se recomienda emplear un tiempo inicial en labores de preparación previa, controlando, mediante inspección inicial, una correcta alineación de bordes.

 

2.6- Defectos superficiales

Dentro de los llamados defectos superficiales de la soldadura se engloba a una serie patologías que afectan al aspecto visual de la superficie del cordón, como son, mordeduras, cráteres, poros y otras irregularidades. A continuación se estudian cada una de ellas.

- Mordeduras:

En la figura adjunta se puede apreciar el aspecto que presenta un cordón de soldadura con mordedura.

Defectos de mordeduras en la soldadura

El origen por el cual se puede producir este tipo de defectos puede ser muy diverso, como:

Empleo de una intensidad elevada de corriente eléctrica;

Uso del electrodo empleando una velocidad incorrecta en su avance;

Uso de un electrodo con diámetro excesivo;

Un manejo incorrecto de la pinza porta-electrodos.

Este tipo de defectos tiene una incidencia sobre el comportamiento mecánico y resistente de la soldadura, debido a que suelen generar puntos de concentración de tensiones que terminan por fragilizar la soldadura. Además puede servir de origen a otros defectos de naturaleza interna que pueden producirse en el cordón.

Este tipo de defecto es muy típico que se presente cuando existe un mal control de los parámetros de soldeos, así como cuando las soldaduras han sido ejecutadas por operarios poco cualificados.

Como norma general, cuando aparecen mordeduras en el cordón su remedio pasa por la eliminación completa del cordón y se nueva ejecución.

 

- Cráteres:

Los cráteres en la soldadura tienen su origen en los momentos de interrupción brusca del arco.

Cráter en el cordón de soldadura

Cada vez que se interrumpe el establecimiento del arco, se provoca una especie de hondonada, similar a un cráter, en el metal base.

Cada vez que se origina un cráter, es recomendable volver a rellenar con deposiciones de soldadura, pues de lo contrario puede dar origen a la formación de agrietamientos, e incluso otros defectos de naturaleza interna.

También se pueden eliminar mediante amolado de la zona y volviendo a verter un cordón que comience en un punto anterior al cráter, para dar uniformidad. En todo caso, siempre es aconsejable un adecuado manejo de la pinza porta-electrodo para evitar interrupciones no deseadas del arco eléctrico que den origen a la formación de cráteres.

 

- Poros:

Los poros son defectos que se producen en la superficie del cordón en forma de pequeños agujeros. Su origen puede ser muy diverso, por ejemplo, por soldar con una intensidad de corriente más elevada de lo que corresponde, por separar en demasía el electrodo del baño de fusión originando un arco demasiado largo que fomenta la presencia de aire, por emplear electrodos húmedos, etc.

Si los poros se originan en la superficie de cordones interiores que van a ser rellenados por otros en sucesivas pasadas, pueden dar origen a discontinuidades internas, por lo que se recomienda su eliminación.

En definitiva, factores como falta de habilidad por parte del operario soldador, de un control inadecuado de los parámetros de soldeo (intensidad de corriente, polaridad, velocidad de avance...), establecimiento de un arco errático o inestable, o fallos en la elección del electrodo, son determinantes para que aparezcan irregularidades en el aspecto final del cordón de soldadura.

 

2.7- Cebado inadecuado del arco

El proceso de soldadura por arco eléctrico comienza con el cebado o establecimiento del arco, operación mediante la cual se forma el arco eléctrico entre el extremo del electrodo y la pieza a soldar.

Este instante mientras dura el "arranque" del arco es especialmente crítico, dado que si no se hace de forma adecuada terminará con la formación de picaduras en la pieza del metal base.

Corresponde al operario y su pericia conseguir un establecimiento del arco correcto que evite la formación de irregularidades, como son las picaduras en la superficie de la pieza.

Estas picaduras superficiales que se forman por un mal cebado del arco pueden dar lugar a defectos que afecten al comportamiento mecánico del conjunto soldado.

Generalmente, estas picaduras superficiales se suelen eliminar mediante un esmerilado y posterior aporte de soldadura para restablecer el espesor final del cordón.

 

2.8- Descuelgues

Los descuelgues en los cordones de soldaduras se originan principalmente por un exceso de fusión del baño de soldadura.

Descuelgue en la soldadura

Un exceso de fusión puede originarse si los parámetros de soldeo (velocidad e intensidad de corriente) no son los adecuados. De hecho, una velocidad lenta en el avance del electrodo, o emplear un nivel de intensidad de corriente alta, producen un exceso de fusión del baño, y por tanto, un mayor riesgo que se produzcan descuelgues en el cordón.

Pero además, los defectos por descolgaduras son también muy común en determinadas posiciones de soldeo, como son las posiciones en cornisa, en techo y en vertical.

Las irregularidades superficiales que constituyen los descuelgues del cordón pueden dar lugar a defectos que afecten al comportamiento mecánico del conjunto soldado, por lo que se aconseja su eliminación una vez producidos.

3- Defectos internos en la soldadura

3.1- Generalidades

Los defectos internos suelen necesitar de instrumentos de inspección (como rayos X) o de ensayos metalográficos para su detección. A continuación se exponen los casos de defectos internos más comunes que se presentan en las uniones soldadas:

Presencia de porosidades internas;

Inclusiones de elementos no metálicos en el interior del cordón;

Falta de fusión;

Falta de penetración;

Grietas.

 

3.2- Porosidades

Comenzamos el estudio de las discontinuidades internas en las soldaduras con las porosidades en el interior de los cordones.

Porosidades interiores en la soldadura

Las porosidades suelen ser consecuencia de reacciones químicas que se producen en el baño de fusión y que dan lugar a la formación de gases.

Este hecho, unido a un posible enfriamiento rápido del cordón, hace que estos gases interiores no tengan tiempo suficiente para evacuarse hacia el exterior, quedándose recluidos y formando pequeñas burbujas o porosidades en el interior.

Estas porosidades internas merman la resistencia mecánica del cordón, dado que son el origen de futuras grietas que terminan propagándose hasta la superficie produciendo el colapso de la soldadura por fatiga ante la acción de cargas dinámicas.

En las zonas donde se produce una interrupción y posterior reanudación del arco suelen aparecer también porosidades internas en el cordón. Generalmente va acompañado de falta de penetración o fusión del baño.

Hay un tipo de porosidad con forma alargada, denominada de tipo vermicular, que aparece cuando queda atrapado gran cantidad de gases en el interior del baño de fusión. Suelen ser típicas cuando se emplean electrodos básicos con revestimiento húmedo.

 

Porosidades interiores de tipo vermicular en la soldadura

Figura 10. Porosidades de tipo vermicular

En general, las causas para que aparezcan porosidades internas en el cordón de soldadura suelen ser las siguientes:

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Empleo de electrodos inadecuados;

Flux húmedo;

Metal base con un alto contenido en C y S;

Velocidad de soldeo excesivamente alta;

Presencia de impurezas superficiales;

Alto voltaje;

Uso de bajo caudal de CO2;

Oxidación de los alambres;

Mala preparación de bordes.

Por último, reseñar que para detectar este tipo de discontinuidades se hace necesario el empleo de ensayos de inspección no destructivos.

 

3.3- Inclusiones de escorias

Este tipo de discontinuidad consiste en que partículas de escorias quedan aprisionadas durante la solidificación del baño.

Generalmente, las partículas de escorias que quedan ocluidas en el interior provienen del revestimiento del electrodo, y en otras ocasiones son el resultado de reacciones químicas que tienen lugar en el baño de fusión.

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Las hay de varios tipos: escorias aisladas, escorias alineadas e incluidas en la raíz.

Las escorias aisladas que aparecen en el baño tiene su origen en:

Una deficiente preparación del chaflán;

Un manejo incorrecto del electrodo;

Empleo de baja intensidad de corriente;

Uso de un electrodo de diámetro excesivamente grande;

Falta de limpieza en el proceso.

En otras ocasiones aparecen las escorias alineadas. Esto es típico en soldaduras que se han realizado con pasadas múltiples, y donde las escorias quedan ocluidas entre los cordones de sucesivas pasadas.

En este caso, las causas más comunes por las que aparecen escorias alineadas son:

Falta de limpieza en el proceso;

Chaflán demasiado cerrado;

Empleo de baja intensidad de corriente;

En general, una mala preparación de borde.

Por último, hay otro tipo de escoria que aparece atrapada en el fondo del cordón. Este tipo de escorias se producen cuando se emplean electrodos de diámetro incorrecto o se hace un manejo inadecuado del mismo, o cuando hay una mala preparación previa (poca separación entre piezas, o un ángulo de chaflán muy agudo).

 

3.4- Grietas

Las grietas son discontinuidades producidas por una rotura localizada, debido a que en ese punto las tensiones locales que se producen son superiores a la carga de rotura del material.

 

Tipos de grietas en soldadura

Figura 11. Tipos de grietas en soldadura

Básicamente se pueden distinguir dos tipos de grietas atendiendo a su localización: grietas localizadas en el metal de aporte y grietas localizadas en el metal base.

 

- Grietas localizadas en el metal de aporte:

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Estas grietas tienen que ver mucho con la calidad que tenga el metal de aporte, y si tiene defectos o falta de homogeneidad. También dependerá mucho de las condiciones de ejecución de la soldadura. Por ello, una forma de reducir el riesgo de producir grietas es cuidando la manipulación del electrodo, evitar velocidades excesivamente altas de avance del electrodo o dando un precalentameinto previo a la pieza a soldar.

Un tipo de grietas que aparece en el metal de aporte son las grietas transversales (ver figura 11). Estas grietas son perpendiculares al eje de la soldadura, de ahí su nombre y pueden llegar a penetrar en el metal base. Pueden producirse debido a la presencia de un contenido excesivo de Mn en el baño. Se originan por tensiones elevadas y/o estructuras de temple, y por lo general son difíciles de reparar.

Las grietas longitudinales (ver figura 11) se producen en el centro de la soldadura en dirección paralela a su eje. Tienen mucha probabilidad de aparecer cuando el conjunto soldado tiene una rigidez excesiva. Típicas en aceros aleados o con excesivo C, y en aceros con elevado contenido en P y S, apareciendo cuando se emplean electrodos que son inadecuados o con presencia de humedad en su revestimiento. Además pueden aparecer cuando se utiliza una lenta velocidad de soldeo o una mala secuencia. También existe riesgo de aparecer este tipo de grietas cuando se produce un enfriamiento muy rápido del baño.

La presencia de grietas en el cráter también es muy común. Como sabemos los cráteres se forman en aquellos puntos donde ocurre una interrupción brusca en el establecimiento del arco entre electrodo y pieza. Los cráteres son zonas donde se produce una concentración de tensiones, y por lo tanto, esto puede ser causa de generación de grietas. Para aliviar este estado tensional en los cráteres se le puede someter a la pieza a un precalentamiento previo, además de un mayor control de la velocidad de enfriamiento para que esta sea menor. Además también se puede actuar depositando una mayor cantidad de material de aporte sobre el cráter, para lo cual es imprescindible un adecuado manejo del electrodo.

 

- Grietas localizadas en el metal base:

Estas grietas aparecerán en la zona afectada térmicamente (Z.A.T.) del metal base y su aparición está muy relacionada con la soldabilidad del metal base.

Por lo tanto, son causas metalúrgicas las que más van a influir en la formación de grietas en el metal base, como puede ser el tipo de aleación que se trate y que influya de manera notable en su mayor o menor grado de soldabilidad.

Para mejorar las condiciones de soldabilidad del metal base conviene someterlo previamente a un precalentamiento, y reducir la velocidad de enfriamiento del conjunto soldado. Es importante también la elección correcta del tipo de electrodo en función de la calidad del metal base.

 

 

 

>> FIN DEL TUTORIAL

 

 

 

 

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