Pruebas de microdureza en zonas afectadas por calor

Unir metales por soldadura es una habilidad que demanda exactitud y experiencia. La calidad de la soldadura depende de la combinación de los materiales usados en la base y el material de relleno. 

No todos los metales se pueden soldar, y no todos los materiales de relleno trabajan bien con materiales base aceptables.  Aunque el material base y el material de relleno son complementarios, la soldadura está sujeta a efectos detrimentales debido a el proceso de soldado.

La microestructura de los materiales base siempre se altera por la fusión de su sustancia. El calor generado por la fuente de energía, seguido del enfriamiento del material causa cambios en el área alrededor de la zona de fusión. Ésta área modificada, también llamada como la zona afectada por calor (HAZ- Heat affected zone) puede variar en tamaño y fuerza. En general, la extensión y magnitud de la HAZ es inversamente proporcional a la tasa de difusividad y enfriamiento del material, por ejemplo, en el caso donde la difusividad térmica es alta, la tasa de enfriamiento del material es alta, y la HAZ es pequeña; en el caso donde la difusividad térmica es baja, la tasa de enfriamiento es más lenta y la HAZ es más grande.

Fig.1: Dibujo esquemático de soldadura.

En el dibujo de arriba (Fig.1), el gris oscuro representa la unión soldada ó zona de fusión, el gris claro representa el material base, y el gris medio es la zona afectada por calor (HAZ). De hecho, la HAZ es una porción del material base que no se ha fundido, pero que sus propiedades mecánicas han sido alteradas por el calor del proceso de soldadura. Es entendible, que esta alteración pude ser detrimental, causando esfuerzos que reducen la fuerza del material base, conduciendo a fallas catastróficas. Es por ello que la prueba de soldadura es una parte esencial del control de calidad.

Las pruebas de soldadura se dan de dos formas: Métodos No-destructivos tales como técnicas de impacto acústico que detectan la presencia de fracturas, y métodos destructivos, donde una muestra de soldadura es sujeta a una serie de pruebas de esfuerzos que al final resulta en su destrucción. Las pruebas destructivas son más fáciles de realizar, y arroja información más fácil de interpretar que un método no destructivo. Para soldaduras, la prueba de microdureza es una forma fácil de medir la habilidad de la muestra para resistir la deformación plástica de una fuente estándar.

En el siguiente ejemplo, se han realizado identaciones en una muestra de soldadura donde la zona afectada por calor es claramente visible gracias al CLEMEX CMT. HD.


Análisis de soldadura: Pasos de medición de microdureza


La muestra es escaneada resultando en una macro vista de toda la muestra. Viendo la muestra como un todo, la zona de fusión y la zona afectada por calor (HAZ) son claramente visibles y distinguibles del material base, incluso con una superficie rallada. (Fig. 2).

Fig.2: Imágen completa de la muestra.

En este caso, debemos identar la muestra en tres profundidades diferentes. Usando la herramienta de anotación del software es fácil dibujar diferentes patrones de líneas que determinarán donde se posicionarán.

La herramienta de línea, convenientemente muestra la distancia en micro metros  conforme la línea es dibujada, nos permite dibujar tres “líneas de profundidad” empezando de la parte exterior de la muestra, a profundidades exactas de 5000, 10 000 y 15 000 micro metros. De estos puntos, una serie de líneas perpendiculares son dibujadas que determinaran la ruta de las identaciones (Fig. 3).

Ahora es fácil dibujar un punto de inicio a 2000 micro metros exactamente de la zona afectada por calor en el material base. Ningún otro software permite esté nivel de exactitud.

Una vez que el LAYOUT es dibujado, la imagen es transferida en la ventana del “STAGE PATTERN” patrón de desplazamiento. Aquí es donde se determina el espacio entre las identaciones y su posición (Fig. 4). El identador automático sigue el patrón de desplazamiento para probar la dureza del material de la muestra (Fig.5).

Fig 3: Paso 1: Dibuje líneas rectas para determinar la profundidad. Paso 2: Las líneas rojas indican la ruta. Paso 3: Distancia de 2000 micro metros del borde de la zona afectada por calor en el material base. Paso 4: Las líneas dibujadas en CYAN indican el comienzo y fin de cada desplazamiento.
Fig.4: Las referencias fijadas (en azul). Referencia 1: 30 identaciones, Referencia 2: 42 identaciones; Referencia 3: 56 identaciones.

Fig5: La muestra ha sido identada siguiendo la guía dibujada con anterioridad.

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