Tratamiento de precalentamiento y poscalentamiento

DEFINICIÓN

El principal objetivo del precalentamiento es reducir la velocidad de enfriamiento durante la operación de soldadura, con el fin de:

- modificar la microestructura

- promover la difusión de hidrógeno

- modificar el nivel y distribución de las tensiones residuales

Desde un punto de vista general, el precalen­tamiento incluye la temperatura entre pasadas cuando se trata de soldadura en multipasadas cuando el calor generado durante la soldadura no es suficiente para mantener la temperatura de precalentamiento entre pasadas sucesivas.

La temperatura de precalentamiento es la mí­nima temperatura que debe ser alcanzada en to­do el espesor del material antes de soldar, y que debe extenderse en una zona suficientemente an­cha a ambos lados de la junta soldada.

En la práctica la temperatura de precalenta­miento puede fijarse entre temperatura ambiente y 450°C, y aún hasta 600-700°C en casos muy específicos como la soldadura del hierro fundido.

La temperatura de precalentamiento debe ser balanceada con el calor aportado durante la ope­ración de soldadura de acuerdo al tipo de acero y en función de las propiedades requeridas para la junta soldada.

Para soportar las condiciones de servicio principalmente debido a la reducción de los problemas que se mencionaron antes.

El precalentamiento se hace en metales altamente conductivos para mantener suficiente calor en el área de trabajo de soldadura.

En los trabajos de naturaleza critica  la temperatura de precalentamiento debe controlarse de modo preciso. En estos casos, se usan sistemas de calentamiento controlable, y se conectan pares termoeléctricos directamente a la parte que se esta calentando. Los pares termo eléctricos directamente a la parte que se esta calentando.

FASES EN TODO TRATAMIENTO TÉRMICO

En todo tratamiento térmico se distinguen tres fases:

1 - Calentamiento hasta la temperatura adecuada.
2 - Mantenimiento a esa temperatura hasta obtener uniformidad térmica.
3 - Enfriamiento a la velocidad adecuada.

De acuerdo con las variantes de estas fases se obtienen los distintos tratamientos.

Explicación de cada una de estas fases:

Fase 1.ª Si en esta fase se llega a la temperatura de transformación superior, toda la estructura se convierte en austenita.

Si el calentamiento es suficientemente lento, la transformación se logra a las temperaturas que aparecen en la figura siguiente.

Si el calentamiento se hace a distintas velocidades, la transformación empieza y termina tanto más tarde cuanto mayor se la velocidad, aún para el mismo acero.

Fase 2.ª Esta fase tiene por objeto lograr el equilibrio entre la temperatura del centro y la periferia y con ello la homogeneización de la estructura. Deberá ser tanto más larga cuanto más rápido haya sido el calentamiento.

Fase 3.ª Es la fase decisiva en la mayoría de los tratamientos. Para lograr el constituyente deseado hay que partir de la estructura austenítica, si queremos que haya transformación.

Si el enfriamiento es lento, la temperatura de transformación y los constituyentes obtenidos son los que aparecen en la figura anterior, según la composición del acero.

Si el enfriamiento se hace a distintas velocidades, el comienzo y el final de transformación es distinto, y las estructuras resultantes serán distintas aún para el mismo acero.

Si esta tercera fase se hace escalonadamente, es decir, enfriando rápidamente hasta una cierta temperatura y luego se la mantiene a esa misma temperatura durante el tiempo suficiente, se comprueba que también se logra la transformación. Se dice de estas transformaciones que son a temperatura constante o isotérmica. Las transformaciones isotérmicas tienen la ventaja, sobre las logradas en el enfriamiento contínuo, de que la estructura resulta muy homogénea, mientras que en el enfriamiento contínuo pueden resultar varios tipos de cristales. Uniendo los puntos de principio de transformación resulta una curva característica para cada acero. A la izquierda o por encima de ella, todo está en forma austenita.

Uniendo los puntos finales de transformación se obtiene otra curva, detrás de la cual o debajo de ella toda la masa estará transformada. Estas se llaman de las "eses" por su forma característica, y al diagrama se le llama de las TTT (transformación, Tiempo, Temperatura).

Las temperaturas Ms y Mf son muy importantes y representan el principio y el final de la transformación en martensita.

Con estas curvas resulta fácil comprender los efectos de los tratamientos térmicos. Variando las fases se pueden variar los resultados.

Precalentamiento según el tipo de material

Los aceros se puede clasificar de acuerdo con el contenido de carbón y  se dividen en tres grupos:

(a)  acero de bajo carbón         0.05 a 0.30 % C

(b)  acero de mediano carbón  0.30 a 0.60 % C

(c)  acero de alto carbón          0.60 a 1.70 % C

Para aceros de bajo carbón

Se consideran aceros de bajo carbón todos los comprendidos en las siguientes especificaciones.

Astm- a106 grado a

Astm- a53   grado a

Astm- a192 grado a

Astm- a178  grado a

Astm- a161  bajo carbón

Astm- a179  grado a

Astm- a214 grado a

Astm- a285  grado a, b

Composición química en por ciento

carbón (c)                     0.06-0.18

Manganeso      (MN)     0.27-0.63

Silicio   (si)                    0.25-máx.

Fósforo             (p)      0.048-máx.

Azufre               (s)      0.058-máx.

Los aceros de bajo carbón son dúctiles, maleables y altamente maquinables, son tenaces, resistentes a la tensión y altamente soldables.

El precalentamiento antes de soldar no es necesario en secciones delgadas, pero en espesores gruesos mayores que 1” (25 Mm.) deberá ser de 38 °c mínimo, para todos los espesores en general la temperatura nunca será menor de 10 °C antes de iniciar cualquier trabajo de soldadura.

El tratamiento termino solo aplica en aquellos trabajos en donde se requiera reducir la corrosión por esfuerzo para impartir buenas propiedades de tenacidad en tales condiciones el tratamiento térmico posterior deberá ser aplicado entre 593 °C a 675 °C.

Los electrodos para al soldadura de acero bajo carbón , son electrodos clasificados de la A.W.S.:

E 6010

E 6011

E 6015

E 6016

También se recomiendan los electrodos de la clasificación A.W.S.:

E 7015-a1

E 7016-a1

E 7018-a1

Precalentar a 14 °C - 315 °C y posteriormente hacer el relevado de esfuerzo a 620°C – 675 °C de una hora por pulgada de espesor por una hora mínimo.

Para aceros de mediano carbón 

Se consideran aceros de mediano carbón todos los comprendidos en las siguientes especificaciones:

Astm- a106 grado b

Astm- a53   grado b

Astm- a210 grado a-1, C

Astm- a178  grado C

Astm- a285  grado C

Astm- a515  grado 55, 60, 65, 70

Astm- a36

Composición química en por ciento

Carbon (c)                               0.35 max

Manganeso      (mn)                0.29 – 1.06

Silicio                (si)                  0.10 - min.

Fósforo             (p)                   0.048-máx.

Azufre               (s)                   0.058-máx.

Los aceros de mediano carbón son mas resistentes y duros que los anteriores también son mas difíciles de soldar ya que para los efectos  de soldabilidad cuanto mayor sea el porcentaje de carbón, mayor será la dificultad, debido al endurecimiento producido por la temperatura aplicada durante la soldadura.

El precalentamiento antes de soldar no es necesario tratándose de secciones delgadas, pero en secciones gruesas, deberá aplicarse entre 38 – 149 °C recomendándose electrodos de bajo hidrógeno para ambos casos.

El tratamiento térmico posterior no es necesario, excepto en el caso de aquellos trabajos donde se requiera reducir los esfuerzos por corrosión opaca proporcionar buenas propiedades de tenacidad, en tales condiciones el tratamiento térmico deberá aplicarse entre 593 – 675 °C.

Los electrodos recomendados para la soldadura del acero mediano carbón, son electrodos clasificados de la A.W.S.:

E 6010

E 6015

E 6016

Precalentar a 38 °C cuando la temperatura ambiental sea menos de 10 °C o el espesor del material exceda de ¾”.

También se recomiendan los electrodos de la clasificación a.w.s.:

E 7010-a1

E 7016-a1

E 7018-a1

Hacer un precalentamiento de 149 °C a 315 °C y posteriormente hacer un relevado de esfuerzos de 620 °C a 675 °C de una hora por pulgada de espesor de una hora mínimo.

Cuando no es deseado o no se pueda aplicar el relevado de esfuerzo, se recomienda utilizar electrodos de la clasificación A.W.S.:

E 310

E 315

E 316

E 310 cb

E 315cb

  

Lo mismo para aceros que tengan una adición en porcentajes bajos de cromo, molibdeno y níquel, se recomiendan electrodos de la clasificación A.W.S.:

E 7015-b1

E 7016-b2

E 7016-b3

Hacer un precalentamiento y un relevado de esfuerzos de 149 °C  a 315 °C y de 620 a 675 °C y dar un enfriamiento de una hora por pulgada de espesor por una hora mínimo y al aire ambiental.