Instituto Tecnológico de Villahermosa INGENIERÍA CIVIL CATEDRÁTICO: Ing. Noemí Méndez de los Santos MATERIA: Construcción de estructuras de acero ENSAYO: Capitulo2: Metalurgía de la soldadura (Manual de soldaduras). ALUMNO: José Francisco Antonio Alamilla 8vo. Semestre Horario: 8:00 p.m. A 9:00 p.m. Villahermosa, Tabasco a 2 de Junio del 2010

La metalurgia se define como el estudio de las operaciones industriales, tales como las técnicas, elaboración y tratamiento de los metales y sus aleaciones, cabe recordar que cada metal tiene una estructura cristalina definida en su forma en los cristales y la distancia de los átomos. Las estructuras cristalinas más comunes son el cúbico de cuerpo centrado con un átomo en cada uno de sus ocho esquinas y uno al centro de la celda un ejemplo de ello es el acero al carbono y el cromo, cúbico de caras centradas se visualiza un cubo con un átomo en cada una de sus ocho esquinas y un átomo en cada una de sus seis caras, el cobre y el aluminio presentan esta estructura; y el hexagonal compacto se localiza un átomo en el centro y en cada punto del hexágono, tres átomos en cada aristas de un triangulo localizado entre la tapa y base del hexágono, como en el caso del zinc y el magnesio que tienen este tipo de estructura. La mayoría de los metales de uso común son aleaciones o más bien contienen más de un metal, esto sucede cuando los átomos que constituyen los cristales se modifican, cuando pasa lo contrario los átomos de un metal que forman la menor parte de la aleación reemplazarán al azar a los átomos del metal que forman la mayor parte de la aleación. Se le llama solución solida substitucional cuando los cristales son esencialmente del mismo tamaño que el metal de menor proporción; puesto que se considerará disuelto en el metal de mayor proporción de la aleación. Si los átomos del metal de menor proporción en la aleación son mucho más pequeños que los del reticulado mayor, no se reemplazara los átomos del metal de mayor proporción, sino más bien se localizará en puntos entre espacios interpuestos conocidos como intersticios en el reticulado, a esta condición se le llama solución solida intersticial. Si en una forma, llámese intersticial o substitucional, los átomos del metal de menor proporción en la aleación, no pueden disolverse por completo, formarán un compuesto químico. Por eso cuando las estructuras cristalinas son complicadas, dan como resultado la formación de tipos de mezclados en agrupamientos atómicos, estos se denominan compuestos inter metálicos. La solidificación es un proceso físico que consiste en el cambio de estado de la materia de líquido a sólido producido por una disminución en la temperatura, en el cual se forma un cristal pequeño que se denomina núcleo.

A medida que la solidificación continua hay un crecimiento de cristales que adopta formas de ramas, y subramas en ángulos rectos entre sí; cuando las ramas se tornan gruesas, crecen y llenan los espacios que hay entre otras ramas se denomina dendritas. El metal completamente solidificado está formado por cada uno de los cristales dendríticos, cuando ellos crecen hasta encontrar los cristales dendríticos adyacente, forman áreas irregulares, que se le denomina con el nombre de granos. El tamaño de los cristales y de los granos constará del ritmo de crecimiento del cristal, dependiendo de la velocidad de enfriamiento del metal fundido solidificándose, lo cual la micro estructura es responsable en gran parte de las propiedades del metal, por ejemplo en el hierro que tiene una estructura cristalina de reticulado de cubico de cuerpo centrado y a partir de su punto de ebullición pasa a cubico de caras centradas, esto quiere decir que hay un cambio de estructura cristalina y se le conoce como transformación de fase o alotrópica. El diagrama de hierro-carbono específica en gran detalle las condiciones de calentamiento y enfriamiento relativamente que representa cambios de equilibrio en ciclos térmicos de la soldadura, sobre la forma de utilizar el calor. También proporciona datos acerca de los comportamientos de los aceros en conexión con los cambios de temperatura de la soldadura y, representa principalmente el compuesto conocido como carburo de hierro, también llamado cementita. Una solución sólida de carbono en hierro alfa o delta (Cubico de cuerpo centrada) se conoce como ferrita, una solución sólida de carbono en hierro gamma se conoce como austenita (Cubico de caras centradas). La formación de la ferrita continuará hasta que se alcance una temperatura de 727°C, en este punto la austenita restante desaparece por completo, transformándose en una estructura conocida como perlita más ferrita. Esta es una mezcla de ferrita y carburo de fierro y esta estructura se retendrá hasta la temperatura ambiente. En la soldadura el incremento y disminución de la temperatura hace que esta se modifique tan rápido que no habrá equilibrio, si se da el enfriamiento más rápido, la transformación de austenita a ferrita será apreciablemente más baja, como en la perlita, si el enfriamiento es extremadamente rápido la austenita podrá no tener suficiente tiempo para transformarse completamente en ferrita y perlita, y su micro estructura será diferente.

Cuando el carbono se mantiene en un estado supersaturado y la austenita no transformada es retenida, a esta nueva estructura se conoce como martensita. Cuando se hace una soldadura ocurren cambios de temperatura, dimensiones y crecimientos de cristales o granos. A medida que el metal de la soldadura se congela los cristales forman granos, los cuales se enfrían rápidamente hasta que ya no halla metal líquido. Las variaciones tanto en la composición, como en las velocidades de enfriamiento darán lugar a variaciones de la micro estructura, esta es una de las razones principales por lo cual la soldadura debe estudiarse. La velocidad de enfriamientos o templado es de importancia fundamental y está controlada por el proceso, procedimientos, metal y masa. El ritmo de cambio disminuye a medida que es mayor la distancia desde el centro de la soldadura. Uno de los problemas de la soldadura es la segregación durante las transformaciones y transferencia de energía en pocas palabras el ciclo térmico, esto se relaciona con la solubilidad de los elementos de los metales particularmente aleaciones. La AWS define a la soldabilidad como la capacidad de un material para ser soldado bajo las condiciones de fabricación impuestas dentro de una estructura especifica y convenientemente diseñada para tener un buen rendimiento al servicio que se pretende utilizar; para tener una mejor soldabilidad es necesario que el material para soldar sea satisfactorio para el uso y su diseño de la soldadura sea adecuado para su utilización. Los dos factores más importantes para la soldabilidad es la capacidad de endurecimiento y la susceptibilidad a las fracturas de la estructura ya endurecida; ambas se incrementan usando un contenido de carbono más alto, por lo cual su fórmula es la siguiente 0.5% de carbono, 1.5% Magnesio, 3.5% Níquel, 1% de cobre, y 0.5% Molibdeno. La capacidad de endurecimiento está relacionada con la velocidad de enfriamiento, si este es más rápido tiende a producir una mayor dureza; por ejemplo en los aceros con capacidad de endurecimientos relativamente bajo, se puede producir un zona suave afectada por el calor, aquí se incrementa la energía por calor, pero en los aceros con capacidad en endurecimientos mas alta, la tendencia hacia la fractura y la dureza máxima se verán reducida por una velocidad de enfriamiento mas lenta.

Los aceros para construcción se pueden agrupar en cinco clasificaciones generales, dependiendo de si son o no endurecibles y de la naturaleza de la estructura ,debido a la acción reciproca con respecto a la fractura por hidrogeno, las cinco clases son: aceros suaves no endurecibles y bajo carbono, acero con baja capacidad de endurecimiento con poca susceptibilidad a las fracturas, acero con baja capacidad de endurecimiento con bastante susceptibilidad a las fracturas, aceros con alta capacidad de endurecimiento y baja susceptibilidad a la fractura, y aceros altamente endurecibles, las precauciones que deben tomarse van desde los procesos de bajo hidrógenos, para un calentamiento previo y utilización de los procesos de energía por calor alto. Algunos tratamientos térmicos son aplicables a los metales, por lo cual para que esto suceda las operaciones de un inspector de soldadura es el que asegura el tiempo y temperatura requerida para cumplir los tratamientos térmicos básicos que debe conocer, uno de ellos es el tratamiento recocido que tiene una aplicación de incrementar los cambios de deformación en frio sin fracturarse en los aceros expensos de la resistencia, el normalizado, consiste en calentar un acero a una temperatura de 38°C arriba de su límite critico aplicando después un enfriamiento con aire calmado, lo cual disminuirá su ductilidad, cuando se produce por calentamiento de un acero entre 10 y 38°C y un enfriamiento rápido cuya velocidad excede a la crítica de enfriamiento del acero, este proceso se describe como templado, cuyas características son de alta dureza y resistencia, en el proceso revenido se calienta el acero a una temperatura inferior a la crítica con el fin de transformar algunos esfuerzos internos del material. La metalurgia en la soldadura es necesario comprenderla y analizarla por los efectos sobre la estructura de los metales; lo cual las características tanto físicas como químicas juegan un papel importante en donde influyen en los comportamientos y ciclos térmicos del metal, por lo cual se hace presente los cristales cuanto calor es necesario para la correcta fusión del metal. Corporación Mexicana de Investigación en Materiales, S.A. de C.V. (COMINSA), Manual de soldaduras, Saltillo Coahuila, (2010).