Agrietamiento por hidrogeno

EL AGRIETAMIENTO INDUCIDO POR HIDRÓGENO EN SOLDADURAS DE ACERO
JORGE ENRIQUE GIRALDO
Departamento de Ingeniería Mecánica, Facultad de Minas, Universidad Nacional de Colombia, Medellín

CÉSAR AUGUSTO CHAVES
Departamento de Ingeniería Mecánica, Facultad de Minas, Universidad Nacional de Colombia, Medellín Recibido para revisión 22 de Septiembre de 2000, aceptado 21 de Agosto de 2001, versiónfinal recibida 21 de Enero de 2002

RESUMEN: El agrietamiento inducido o asistido por hidrógeno (HIC) en soldaduras por fusión de aceros ferríticos se presenta siempre y cuando existan simultáneamente los siguientes factores: un nivel crítico de concentración de hidrógeno, un nivel crítico de esfuerzos de tracción y una microestructura susceptible, normalmente martensita. El mecanismo denucleación y crecimiento de este tipo de grietas se explica por el efecto fragilizante que tiene el hidrógeno en el acero, por su alta rata de difusión y por la existencia de zonas con esfuerzos triaxiales máximos en el frente de una entalla o concentrador de esfuerzos. La ubicación de estas grietas, es decir si se presentan en el metal fundido o en la zona afectada térmicamente (ZAT), se explica a travésde las diferencias que presenta el acero en estado austenítico (estructura cúbica de cara centrada) y en estado ferrítico (cúbico de cuerpo centrado) en cuanto a la solubilidad y difusividad de hidrógeno atómico, para lo cual la templabilidad relativa entre el metal base y el metal fundido se convierten en los factores fundamentales para poder predecir su localización en uniones soldadas. PALABRASCLAVES: Agrietamiento inducido por hidrógeno (HIC), zona afectada térmicamente (ZAT), fragilización. ABSTRACT: Hydrogen induced or assisted cracking (HIC) in fusion welds on ferritic steels is associated with the combined effects of the following variables: presence of a critical concentration of hydrogen, a critical level of tensile stresses and a susceptible microstructure, usually martensite.Incubation and growth mechanism for this kind of cracking is explained by the hydrogen embrittlement of steels, the very high diffusion rate of hydrogen into the steel and the existence of a maximun triaxial stress state in front of a notch or stress increaser. The location of these cracks, in the weld metal or in the heat affected zone (HAZ), is explained by the differences on atomic hydrogensolubility and diffusivity between austenitic steel (face-centered cubic) and ferritic steel (body-centered cubic); the relative hardenability among parent metal and weld metal is the basis for a correct prediction of the HIC location in welded joints. KEYWORDS: Hydrogen induced cracking (HIC), heat affected zone (HAZ), embrittlement.

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INTRODUCCIÓN

El agrietamiento inducido por hidrógeno(HIC por sus siglas en Inglés) o agrietamiento en frío en soldaduras por fusión de aceros ferríticos representa el problema tecnológico más comunmente encontrado durante la fabricación de estructuras soldadas. En vista de su ocurrencia y de la gran cantidad de pérdidas que se han presentado por este fenómeno, es un tema que se ha desarrollado ampliamente tanto en el ámbito de la investigación como anivel tecnológico y ha influenciado significativamente el desarrollo de los aceros estructurales a lo largo de la historia. No obstante lo anterior, todavía en nuestro medio se denota una falta de claridad en la comprensión del fenómeno del HIC, lo cual se refleja en pérdidas económicas en la industria

de las construcciones soldadas y/o en la obtención de productos no confiables. El objetivode este trabajo es presentar una explicación conceptual sobre el mecanismo de nucleación y crecimiento de las grietas inducidas por hidrógeno en soldaduras de acero, lo cual se abordará en esta primera parte del trabajo, y tratar las variables que tienen influencia en el fenómeno para que los ingenieros tengan herramientas que los ayuden a desarrollar procedimientos de soldadura adecuados para...