Siclo termico de la soldadura

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CICLO TERMICO DE LA SOLDADURA
El estudio de los ciclos térmicos en soldadura es un tema lo suficientemente complejo como para que se evalúen distintos enfoques, estos son por ejemplo: - utilizar ecuaciones térmicas que permitan establecer una distancia característica, compararla con mediciones in situ, obtener regresiones para analizar la coherencia de los valores, todo esto suponiendo unacantidad importante de simplificaciones, - otro enfoque más atractivo es desde el punto de vista de microestructura analizando las ecuaciones de difusión y transformaciones de fases que permitan determinar la distancia entre las isotermas.

OBJETIVO La soldadura por arco eléctrico es un proceso en el cuál una muy intensa fuente de calor en movimiento es aplicada sobre la superficie de trabajo. Puederesultar sumamente interesante predecir la forma de los gradientes de temperatura que genera en el metal base (MB) esta fuente de calor, para entender fenómenos tales como: el ancho y la profundidad de penetración, los cambios microestructurales que se producen en la zona afectada por calor del metal base, las tensiones residuales que se generan así como la realización de predicciones sobreposibles problemas de fisuración de la junta, todos ellos en función de un determinado calor aportado ó “heat input”.

CATEDRA : METALURGIA DE LA SOLDADURA

El proceso de soldadura por arco eléctrico por ser una operación totalmente localizada, tiene algunas características de las técnicas de fusión y otras del tratamiento térmico convencional, esto se debe a que presenta una zona de materialtotalmente fundido y otra en la cual el material ha sufrido un calentamiento. Este proceso ocurre en tiempos muy cortos y con una variación de temperaturas extremas que van desde la fusión hasta aquellas que no afectan la estructura del metal base. Como consecuencia de esto se originan velocidades de enfriamiento variables y muy rápidas dentro de cada zona.

zona fundida fusión p a rc ial

m etalbase n o afectado

zona de tran sfo r m a ció n

zona de transform ación

zona sobrecalentada

CATEDRA : METALURGIA DE LA SOLDADURA

La distribución de temperatura y la velocidad de enfriamiento está influenciada por: el aporte de energía, el diámetro del electrodo, la temperatura inicial o de precalentamiento T0, la geometría de la junta, las características térmicas del material,condiciones particulares de enfriamiento.

La velocidad de enfriamiento a una determinada temperatura está gobernada por la difusividad térmica del material ‘a’ dada por:

a=

λ ρC p

(m2/seg)

CATEDRA : METALURGIA DE LA SOLDADURA

Tabla 2: Propiedades térmicas de distintos materiales. Material Capacidad Difusividad Conductivida Temperatur volumétrica térmica d térmica a de fusión 2 -1(K) a(m s ) ρc(Jm-3K-1) λ(Jm-1s-1K-1) Aluminio 2,7x106 8,5-10x10-5 229 933 Acero al 4,5x106 9,1x10-6 41,0 1800 carbono Acero 9% 3,2x106 1,1x10-5 35,2 1673 Niquel Acero 4,7x106 5,3x10-6 24,9 1773 austenitico Inconell 600 3,9x106 4,7x10-6 18,3 1673 Aleaciones de 3,0x106 9,0x10-6 27,0 1923 Ti Cobre 4,0x106 9,6x10-5 384,0 1336 Monel 400 4,4x106 8,0x10-6 35,2 1573

T=12,7mm; E=40J/cm; To= 27ºC 200A;25V; 7,5 cm/ min

Hacia la izquierda del punto cero tenemos isotermas de calentamiento y hacia al derecha de enfriamiento. Considerando que la temperatura de fusión del acero es de 1539ºC y la temperatura correspondiente a la transformación austenítica es de 815 ºC, entonces entre estas dos isotermas tenemos la región sobrecalentada y entre 815 y 540 ºC la región transformada

.

T=12,7mm;E=20J/cm; To= 27ºC 200A; 25V; 15 cm/ min

CATEDRA : METALURGIA DE LA SOLDADURA

T vs t. Cada curva se obtiene con termocuplas colocadas a distintas distancias del centro del cordón. •Las temperaturas máximas alcanzadas decrecen rápidamente cuando la distancia al punto considerado al centro del cordón aumenta, •Los tiempos requeridos, para llegar a la temperatura máxima son cada vez mayores a...
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