En este trabajo se describen las modificaciones que se han hecho al ensayo Varesrrainr para obrener el máximo de información de una probeta. Se ensayaron aceros inoxidables del tipo 347 estándar y&nbsp;modificado, encontrando que la técnica usada puede detectar diferencias en la tendencia al agrietamiento de la zona fundida, zona afectada térmicamente del metal previamente fundido y del metal base

Lundin, Carl D.

Osorio, Víctor M.

Contribuciones Científicas y Tecnológicas

Nuevos conceptos en el ensayo Varestraint Carl D. Lundin*, Víctor M. Osario** RESUMEN: En es/e rrabajo se describen las modificado· nes que se han hecho al ensayo Varesrrainr para obrener el máximo de información de ww probew. Se ensamron aceros inoxidables del ripo 34 7 esrfmdar r nwdi/i'ca~lo. enconrrando que la récnica usada puede dereuar diferencias en la rendencia al agrieramienro de la :ona jimdida. :ona afee rada rérmicamenre del mewl ¡Jrei'Úimellle Jimdido r del mera/ base. INTRODUCCIÓN El método Varestraint es utilizado para detectar la suscept i-bilidad al agrietamiento en caliente y se ha popularizado entre los investigadores porque puede simular las condicio-nes necesarias para el agrietamiento en caliente en una estructura soldada en probetas de laboratorio. El en ayo emplea un cordón que reproduce condiciones térmicas que ~on idénticas a las que se producen en soldaduras reales. El efecto mecánico de esfuerzos es simulado por una deformación aplicada en forma externa. Este ensayo es bastante flexible, puesto que los factores metalúrgicos y mecánicos se pueden variar en forma independiente. Después del desarrollo inicial de este ensayo hecho por Lundin y Savage ( 1 ), muchas modificaciones se han reali-zado al diseño del equipo. Se hace una revisión de estas modificaciones en el "Welding Research Council Bulletin 280" (2). Inicialmente estas modificaciones consistieron en las dimensiones y diseño de la probeta, del proceso de soldadura y de cómo deformar la probeta. Las medidas originales de la probeta usada eran 12"X2"X 1/4"- 1/2" la tendencia posterior fue hacer probetas más pequeñas. Este ensayo también se ha realizado en atmósfera inerte para obtener grietas cuyas superficies están libres de oxidación para observar la relación que existe entre las grietas y la microestructura. El primer cambio sustancial lo realiza McKeow (4) que desarrolla este ensayo en su forma transversal. En esta forma de ensayar las probetas la deformación es aplicada en forma perpendicular al cordón de soldadura. En este caso se necesita agregar a la probeta trozos del metal para iniciar y terminar el arco de tal manera de evitar la concentración de * Metallurgical Engineering. The University of Tennessee. **Departamento de Metalurgia. Universidad de Santiago de Chile ABSTRACT. This work describes modificarions ofrhe Va-re.wrainr hor cracking resr merhod ro exrend irs urilitr and obrain rhe maximum informarion from a Varesrrainl res/ sample. The resrmerhod was modified ro obrain informa-rion simulraneouslr regarding rhe hor cracking propensity of rhe fusion zone. weld mera/ HAZ and rhe base mera! HAZ. The resulrs of rhe resr on srandard and mod1jied 347 srainless sree/s indicare rhar rhe modified rechnique can derecr discrere differences in rhe cracking suscepribi/in· of rhe rhree :one in a single res/ sample. calor en los extremos. Los investigadores japoneses (5) han desarrollado el ensayo en su forma transversal usando probetas de 150 mm x 350 mm x 6-9 mm de espesor. La probeta se monta como una viga en voladizo para doblarse posteriormente sobre una matriz en el momento en que se realiza el cordón en el sentido del ancho de ésta. La forma transversal del ensayo se ha determinado que es la más adecuada para la evaluación de la susceptibilidad al agrieta-miento en caliente de la zona fundida. El ensayo en su forma transversal aparece como un complemento al ensayo Varestraint original en aplicación y utilización. El interés del ensayo en su forma transversal es evaluar varilla de aporte en la zona fundida para cuyo efecto se prepara una probeta con un bisel. donde se deposita el metal de aporte que se va a ensayar, para luego preparar la superficie a las condiciones que el ensayo requ iere. La segunda generación de este ensayo surgió con el llamado ensayo Varcstraint de punto conocido coloquial-mente corno TJGAMAJIC. Éste consiste en hacer en forma autógena con el proceso TIG una pileta líquida de penetra-ción incompleta en el medio de una probeta de 6 pulgadas de longitud, 1" de ancho y 1/4" de espesor. sujeta en sus dos extremos. Después de algunos segundos que se mantiene el arco, la probeta es deformada tomando la forma del contor-no de la matriz que está montada en una base móvil. Normalmente la cara de la poza líquida es doblada en tensión. mientras ésta se encuentra todavía fundida; la zona afectada térmicamente alrededor de la poza es examinada en busca de grietas. Se puede tomar como una variable el tiempo de deformación. Esta modificación trata de resolver la imposibilidad del ensayo original para acomodar sus dimensiones a una escala pequeña. Conceptualmente la mayor diferencia entre el ensayo Varestraint de punto y el Varestraint móvil, está en la historia térmica de la región soldada. En el test convencio-nal el aumento de deformación es aplicado como en un cordón de soldadura depositado en forma real. 3 5 Figura l . Representación esquemática del equipo de ensayo Varestraint modificado. En e l test Varestraint de punto la deformación es aplica-da a una región alrededor de una pileta líqu ida estacio-naria. El ensayo TIGAM AJI C ha sido utilizado en forma exitosa para comparar los resultados de varios materiales en base a la susceptibilidad al agrietamiento en caliente en la zona fu ndida y en la zona afec tada térmicamente. Sin 36 embargo. el hecho que el arco sea en un punto estacionario produce una distribución de temperatura alrededor de la zona fundida que difiere marcadamente de la distribución de temperatura encontrada en la soldadu ra de producción para un material de espesor dado. Esta deficiencia fue considerada crítica y a pesar de lo exitoso de la compara-ción realizada de los materiales. el cordón de soldadura producido por la torcha móvil es considerado lejos más real. La versión con torcha móvil fue desarrollado y usado originalmente en Oak Ridge National Laboratories (6. 7). La modificación de torcha móvil fue simple y ha sido utilizada por muchos investigadores desde que se introdujo en 1970 (2) . Algunas modificaciones fueron hechas por Turncr (8) y luego el equ ipo TIGAMAJIC permanece inalterable hasta las modi ficaciones que se describen más adelante. Se incorporaron modificaciones al diseño del equipo y al concepto del ensayo. La modificación del diseño permite ensayar las probetas en forma longitudinal o transversal con una simple rotación del cabezal. El cambio conceptual involucra la eva luación de la susceptibilidad al agrieta-miento en caliente de la zona fu ndida. ZAT del metal base y ZAT de un material previamente fundido . Esta nueva metodología no solamente es más económica. sino que además permite la evaluación para todo tipo de grietas en ólo una probeta. aumentando la información disponible de cada probeta. En la Figura 1 se muestra el dibujo esquemático de l equipo empleado. En la Figura 2 se muestra el cabezal montado para ensayar una probeta en forma longitudinal (a) y en forma transversal (b). La incorporación del ensayo en forma transversal nos lleva a preparar una probeta en forma distinta; los dos tipos de probeta son maquinadas a parti r del material hasta un espesor de 0. 125" con un ancho de 1" y un largo de 5": además en estas probetas se reemplaza el orificio de los ex tremos por un vaciado en forma de U con un extremo radial que permiten al alineamiento de la probeta . Estos vac iados han s ido usados por muchos investiga-dores en vez de los orificios que se usaron en los primeros ensayos, esto permite que la probeta se deslice libremente en forma longitudinal y no agregarle los esfuerzos de trac-ción, de tal manera que la probeta queda sometida sólo a doblado. El pasador que se fija en el vaciado es ajustable al espesor de la probeta. Las probetas para el ensayo en su forma longitudinal y transversal se muestran en la Figura 3 y 4 respectivamente. La terminación de 32 rms es recomendable pero se puede utilizar otra dependiendo de la zona que se desea evaluar. Los trozos de mate¡ial que ~e agregan en los bordes para el ensayo transversal se sueldan en su parte inferior y sólo en el centro . Para la evaluación de aceros inox idables austeni ticos ( 1 /8" de espesor) se ha encontrado apropiado el proceso TIG utilizando como condiciones de operación 100 Amp, 12 volt, 10 pulg/min y como gas protector el argón. Para otros espesores o distinto material base. los parámetros de soldadura a usar son diferentes. La evaluación del agrietamiento en caliente se reali za usando un aumento de deformación (usualmente 0-4%) y la detección de las grietas y medidas se realizan en la superfi-cie soldada con 70 x. Figura 2. Equipo de ensayo Varestraint en su forma longitudi-nal (a) y transversal (b). 25 ~ ~ .. ~· ~ Figura 3. Probeta para el ensayo Varestraint en su forma longitudinal. Figura 4. Probeta para el ensayo Varestraint en su forma transversal. Los datos de las grietas se tabulan normalmente como número de grietas, longitud máxima, largo total de las grietas e inicio de las grietas. El cambio más importante en el concepto del ensayo se refiere a la técnica de multipasada que nos permite evaluar una zona fundida. ZAT del metal base y ZA T del metal previamente fundido. usando una sola probeta. El ensayo de multipasada para la evaluación de estas tres zonas es llevado a cabo como sigue (Figura 5): Después de posicionar la probeta en el equipo, se realizan dos pases paralelos a una separación predeterminada dependiendo de la entrada de energía, espesor y composición química de los materiales a ensayar. El tercer pase es posicionado de tal manera de producir una zona afectada térmicamente en el metal base que se superpone con la ZAT del metal base gen~rado por el segundo pase y simultáneamente produce una ZA T en el metal previamente fundido por el primer pase. Para hacer más atractivos los resultados del agrieta-miento en caliente de las ZAT, un cuarto y quinto pase son superpuestos sobre e l tercer pase. El número de pases fue restringido a cinco en el acero inoxidable austeniticos para evitar la excesiva di storsion de la probeta. La deformación es aplicada en el último pase apenas la torcha pasa el centro de la probeta, de manera que la deformación es aplicada a una interfase solidificada en el centro de la probeta directa-mente en el punto más elevado de la matri z. De esta manera se superponen cuatro ZA T del metal base y se superponen tres ZA T del metal previamente fundido que son deforma-dos junto con la zona fundida del qui!JtO pase. Este concep-to efectivamente duplica las condiciones de microestructu-ras que se obtienen en la soldadura de multipasada en las tres regiones descritas y permite la evaluación indepen-diente de cada región . Utilizando esta técnica , varias for-mas de grietas en caliente son anal izados para hacer una 37 EN FORMA LONGITUDINAL SEGUNDA PASADA ULTIMA PASADA PASADA PROBETA ENSAYADA EN FORMA TRANSVERSAL Figura 5. Representación esquemática de una probeta ensaya-da en forma longitudinal y en forma transversal , utilizando la técnica de multipasada, mostrando una ampliación de la zona de interés para la evaluación. caracterización completa del material en relación a su susceptibilidad a l agrietamien to en caliente. Para ilustrar el método se comparan tres aceros inoxidables austeniticos. cuya composición química . tamaño de grano y su potencial para formar ferr ita se e ntregan en la Tabla l . Estos materiales fueron ensayados en forma longitudi-nal usando la técnica de multipasada. Además en forma transversal se ensayó el material C. Los resultados encon-trados e n el ensayo en forma transversal fue ron indicativos sólo en la zona fundida, no se obtuvo respuesta en la ZA T del metal base ni enla ZA T del metal previamente fundido. La presencia de grietas en la zona fundida fue muy superior 4,0 E 3,0 E \/) <( >-w ¡;¡: <!) \/) 2,0 <( -' w o o <!) o:: <( 1,0 -' RESULTADOS DEL ENSAYO VARESTRAINT AGRIETAM lENTO DE LA ZONA FUNDIDA Vs DE F 0 R M A C 1 O N A P L 1 C A 0 A A e B 2 J OEF OR MACIO N APLICA D A Wo) 5 Figura 6. Resultados del ensayo Varestraint comparando el agrietamiento en la zona fundida. en el ensayo realizado en forma transversa l lo cual propor-c iona una diferencia muy notable de comparación en este ensayo. Los resultados de la zona fundida de los materiales ensayados se muestran en la Figura 6 como longitud total de las g rietas vs. deformación. El número de ferrita aparece relacionado con la susceptibilidad al agrietamiento en ca-liente. El efecto de la ferrita junto con la diferencia de composición química controlan las grietas en caliente en la zona fundida. El material más susceptible al agrietamiento en esta zona es el A y el menos susceptible es el C. La respuesta al agrietamiento en caliente de la ZAT del Tabla I COMPOSICIÓN QUÍMICA (%) Material e Mn p S Si Cr Ni N Nb Co GS A 0,045 1,60 0.032 0,007 0,054 17.80 9,7 1 0,67 9,0 B 0,0 14 1,64 0, 120 0,005 O,ü30 18.44 9,25 0.062 0,26 0,06 8,0 e 0,025 1.74 0.033 0,006 0,340 18,25 10.77 0.022 0 ,37 5,0 NF: Contenido de ferrita medido con un magna gage en el metal fundido de una soldadura autógena. GS: Tamaño de grano ASTM. 38 Nb/C NF 14,8 3,0 18,5 5,4 14,8 4,0 RE SULTA DOS DEL ENSAYO VARESTRAINT AGRIETAMIENT O DE LA ZAT DEL ME TAL FUNDIDO Vs DEFORMACION APLICADA 1, 0 1-------------- ----------1 E 0, 8 E "' "" 1--w ~ <!) "' <--' w o o <!) a:: < 0,6 O,¿ 0,2 A B e 0,0 '-------'--.MI!!!~-----'----'----__J O S DEFORHAC IO N APLICADA 1'/o) Figura 7. Resultados del ensayo Varestraint comparando el agrietamiento en la zona afectada térmicamente del metal previamente fundido. E E "' < 1--~ a:: <!) "' <--' UJ o o <!) a:: < RESULTADOS OEL ENSAYO VAREST RAINT AGRIETAMI ENTO OE LA ZAT DEL METAL BASE Vs DEFORM AC ION APliCADA 1. o 1------------------------1 O. 8 A 0,6 0.4 0,2 e 0,0'----'--~~~--~---~~--~ O S DEFO RHACION APLICADA !%) Figura 8. Resultados del ensayo Varestraint comparando el agrietamiento en la zona afectada térmicamente del metal base. E 3.0 E 1/l <( >-liJ a:: <!) 1/l 2.0 <( liJ o o <!) a:: ~ 1.0 o. o o RE SULTADOS DEL ENSAYO VARESTRAINT AGRIETAMIENTO DE LA ZONA FUND IDA 1 1 1 1 1 1 1 1 Vs DEFOR M AC I ON AP LICADA Toansversal L ongitudina l ' 1 2 3 DEFORMACION APLIC ADA (%) 5 Figura 9. Resultados del ensayo Varestraint comparando el agrietamiento en la zona fundida aplicando el ensayo en su forma longitudinal y transversal. metal previamente fundido se muestra en la Figura 7 como longitud total de las grietas vs. deformación , en este caso el material más susceptible es el A y el menos susceptible es el c. La respuesta al agrietamiento en caliente de la ZAT del metal base se muestra en la Figura 8. La respuesta es similar a la obtenida en la ZAT del metal previamente fundido. El material más susceptible en este caso es el A. La Figura 9 muestra los resultados para el material C, empleando el ensayo en su forma longitudinal y transversal con la técnica de multipasada . La extensión de las grietas e n la zona fundida es mucho mayor en el ensayo realizado en forma transversal. en esta modalidad no se encontró grietas en la ZAT del metal prev iamente fundido ni en la ZAT del metal base. La distribución de esfuerzo en la forma transversal es efectivo para generar grietas en la zona fundida solame nte. De esta manera el ensayo Yarestraint en su forma trans-versal se muestra más representativo cuando hay que eva-luar la zona fundida o cuando se necesita una mayor sensi-bilidad del ensayo para revelar d iferencias a la susceptibili-dad al agrietamiento en caliente entre distintos materiales. La Figura 1 O muestra la ubicación típica de las grietas en 39 caliente en la zona fundida , ZAT del metal previamente fundido y ZAT del metal base en el ensayo realizado en forma longitudinal. Grietas en caliente típicas de la zona fundida se muestra en las Figuras 11. La Figura 12 y 13 muestran grietas típicas de la ZAT del metal previamente fundido y ZAT del metal base respectivamente. Figura 10. Superficie típica para ser evaluada en una probeta Varestraint mostrando la ubicación de las grietas en la zona fundida (A), ZA T del metal previa mente fundido (B) y ZA T del metal base (C). Figura 11. Grietas típicas de la zona fundida en aceros inoxida-bles 347,4% deformación aplicada 100X, M.O. CONCLUSIONES l . La utilización del ensayo Yarestraint se ha mejorado notablemente con la introducción de la técnica de multi-pasada que permite evaluar la zona fundida. la ZAT del metal base y la ZAT del metal previamente fundido. 2. La técnica de multipasada permite además. evaluar el efecto de varios ciclos térmicos. 3. Un simple cambio en el diseño nos permite uti lizar el ensayo en forma longitudinal o transversa l. 4. El ensayo en su forma transversal sirve para casos críticos de evaluación a la susceptibilidad al agrieta-miento en caliente de la zona fundida . 5. Se ha hecho más económico el ensayo puesto que de una probeta se obtiene mayor información. 40 Figura 12. Grietas típicas de la ZAT del metal previamente fundido, 4% de deformación aplicada. 150X, M.O. Figura 13. G rietas típicas de la ZA T del metal base, 4% de deformación aplicada, 200X, M.O. REFERENCIAS l. SAVAGE, W. and LUNDIN. C., The Varestraint Test. Welding Joum al 433s-442s. 1965. 2. The Varestrainr Test. Welding Research Council Bulletin 280 August 1982. 3. LESSMAN, G . and GoLO, R ., The Varestrai/1/ Testfor Refracto· ry Metals , Welding Joumal, 50 (1). ls, 8s, 1971. 4. Mc KEOWN, D .. Versatile weld M etal Cracking Test . Metal Construction and British Welding Joumal. (8) 35 1-352. 1970. 5. SENDA. T .. MATSUDA. F .. TAKANO, G ., WATANAKE, K., Ko-suvosJu. T .. and NATSUZAKA, T. , Fundamental lnvestigation on Solidification Crack Susceptibiliry for we/d M erais •vith Transvarestraillf Test, Transaction of the Japan Welding So-ciety, 2 (9) 1-22 . 197 1. 6. SAVAGE. W . and LuNDIN. C .. Evaluation ofthe Weldability of Missile case Materials, Technical Report AFML-TR-65-277, July 1965. 7. LUNDIN. C. and CANONICO. D. Prii'Ote Comunication. Oak Ridge Natio nal Laboratories. 1970. 8. TuRNER. P. and LUNDIN . C. Effecr of !ron on rhe hot craking of Uranium weld Meral-Port l. Welding Joumal. 23-29 . 1970. 

Nuevos conceptos en el ensayo Varestraint

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