Evolución microestructural

By | 29 mayo, 2014

Evolución microestructural

A partir de la evolución en la tecnología de fabricación de chapas de acero se ha requerido el desarrollo de nuevos consumibles de soldadura que produzcan depósitos con propieda de mecánicas similares a las del metal base.

De la gran cantidad de trabajos que se han desarrollado sobre consumibles aceros de alta resistencia en los últimos 25 años la mayoría se dedicaron a obtener una máxima tenacidad y ductilidad para un nivel de resistencia dado, a través del control microestructural del metal de soldadura. La microestructura final del metal de soldadura dependerá de complejas interacciones entre muchas variables importantes como:

 

  • El contenido de aleación total
  • Concentración, composición química y distribución de tamaños de las inclusiones no metálicas.
  • Microestructura de solidificación.
  • Tamaño de grano austenítico primario.
  • El ciclo térmico.

En este sentido la evolución microestructural estará influenciada por fenómenos como las reacciones metal-gas o metal-escoria, el proceso de solidificación, la formación de inclusiones y las transformaciones de fase en estado sólido, siendo las variables operativas del proceso controlantes de dichos fenómenos.

microestructuras soldadura
Reacciones gas-metal, escoria-metal y gas-escoria-metal en soldadura:
En el metal de soldadura líquido puede tener lugar un número importante de reacciones,que en primer lugar, se darán en la gota líquida formada en la punta del electrodo, posteriormente durante la transferencia desde el electrodo a la pileta líquida y por último en la pileta líquida propiamente dicha. Estas reacciones incluyen:
  1. Solución de gas, causando reacciones gas-metal o reacciones con otros elementos disueltos en el metal líquido.
  2. Evolución de gas.
  3. Reacción con la escoria o fundente.
Este tipo de reacciones tendrán un fuerte efecto en la evolución microestructural, tanto durante la solidificación como posteriormente en el estado sólido.
A su vez, en cada proceso de soldadura se tendrá el desarrollo preferencial de algunas de las mencionadas reacciones de acuerdo a sus características particulares.En general, las reacciones químicas de desoxidación que tienen lugar a elevadas temperaturas controlarán la composición química del metal de soldadura y estarán influenciadas por el tipo de consumible (metal de aporte, gas y/o escoria), la composición del metal base y las condiciones de proceso.
La característica de estas reacciones en los procesos de soldadura por arco eléctrico es que tienen lugar en segundos, en un volumen de material pequeño donde los gradientes de temperaturas son del orden de los 1000ºK/mm con velocidades de enfriamiento de hasta 1000ºK/seg. Como resultado de este comportamiento fuertemente no isotérmico es muy difícil dilucidar la secuencia de reacciones que tendrán lugar durante las distintas etapas del proceso de soldadura .
transicion soldadura
La etapa de alta temperatura comprende tanto reacciones gas-metal como escoria-metalque tienen lugar en la punta del electrodo, en el plasma del arco o en la parte caliente de la pileta de soldadura debajo de la raíz del arco. El rango de temperaturas de esta etapa es de 1600-2400ºC.
La segunda etapa comienza inmediatamente después del pasaje del arco y estácaracterizada por las reacciones de desoxidación, como precipitación de inclusiones no metálicasen la pileta de soldadura seguida por la separación parcial de las partículas formadas hacia lasuperficie desde el metal líquido.
La separación entre estas dos etapas no es una frontera definida, sino que la desoxidación y la separación de fases pueden ocurrir simultáneamente con la oxidación en la parte caliente de la pileta de soldadura.
soldadura soldador
La oxidación parcial acompaña inevitablemente la soldadura de aceros, pudiendo ser fuentes de oxígeno tanto el relleno o revestimiento de los electrodos como el gas de protección utilizado. Las reacciones de oxidación ocurren rápidamente bajo las condiciones que imperan,debido a las altas temperaturas y las grandes áreas de interfase de contacto disponibles para las interacciones.
Durante el enfriamiento, las concentraciones de oxígeno establecidas a altas temperaturas tienden a reajustarse por la precipitación de nuevas fases. En este sentido, la supersaturación de oxígeno respecto del contenido de reactantes para la desoxidación aumenta y provee así la fuerza impulsora para la nucleación de óxidos, por lo que las reacciones de desoxidación avanzan rápidamente a través del crecimiento de núcleos que superan el tamaño crítico.
Las condiciones de equilibrio establecen el límite del grado de desoxidación que puede lograrse.Sin embargo en la realidad el factor que controla la desoxidación del metal de soldadura es la velocidad para remover las inclusiones formadas de la pileta de soldadura debido al tiempo limitado disponible para la separación de las partículas precipitadas.
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Está bien establecido que la velocidad de flotación de los óxidos generalmente depende de su velocidad de crecimiento, ya que las grandes inclusiones se separan mucho más rápidamente que las pequeñas, de acuerdo con la ley de Stokes .
El crecimiento de los óxidos puede tener lugar tanto por difusión de los reactantes desde el líquido hacia el núcleo del óxido o por coalición y coalescencia de inclusiones ascendentes , pudiendo ser afectado por factores tales como densidad de núcleos,tensiones interfaciales y el grado de agitación del metal líquido.

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