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Defectología en SoldaduraGermán Llamatumbi

Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica, Universidad de las Fuerzas Armadas-ESPEgere_mix@yahoo.com.mx

Abstract.- This document was prepared in order tofamiliarize students with the different types discontinuitiesand defects to be found in a welding process.

I. SOLDADURA

Las discontinuidades y defectos en soldadura se puedenclasificar en superficiales e internas:

II. SUPERFICIALES

A. Exceso de penetraciónSe producen por efecto de un movimiento que causa la

penetración del electrodo dentro de los biseles, los cuales sondistribuidos en esas áreas. Este exceso de penetración produceuna chorreadura interna de material la que puede retener o noescoria en su interior.Este defecto suele producir, por ejemplo en soldaduras degasoductos, desgaste por erosión. La imagen radiográfica dauna densidad más clara en el centro del ancho de la imagen(Fig. 1), ya sea extendida a lo largo de la soldadura o engotas circulares aisladas, pudiendo presentar en su interior unamancha deforme negra.

Figura 1. Exceso de penetración

B. Falta de Penetración

Como en las uniones en U o en V la raíz es visible por la caraposterior, esta imperfección puede considerarse superficial.A menudo la raíz de la soldadura no quedará adecuadamenterellena con metal dejando un vacío que aparecerá radiográfi-camente como una línea oscura firmemente marcada, gruesa ynegra, continua o intermitente reemplazando el cordón de laprimer pasada. Esta penetración incompleta puede ser debidaa una separación excesivamente pequeña de la raíz, a unelectrodo demasiado grueso, a una corriente de soldadura insu-ficiente, a excesiva velocidad de pasada, penetración incorrectaen la ranura, etc. . Este defecto por lo general no es aceptabley requiere la eliminación del cordón de soldadura anterior yrepetición del proceso. (Fig. 2)

Figura 2. Falta de penetración

III. CONCAVIDADES

A. Concavidad externa o Falta de relleno

Es una soldadura que tiene una disminución de refuerzoexterno, por poco depósito de material de aporte en el rellenodel cordón.

La imagen radiográfica muestra una densidad de la solda-dura más oscura que la densidad de las piezas a soldarse, lacual se extiende a través del ancho completo de la imagen.(Fig. 3).

Concavidad externa

B. Concavidad internaEs insuficiente refuerzo interno de la soldadura en su cordón

de primera pasada, el cual al enfriarse disminuye su espesorpasando a ser menor que el del material base (Fig. 4)

Figura 4. Concavidad interna

C. Socavaduras o mordeduras de bordesLa socavadura es una ranura fundida en el metal base,

adyacente a la raíz de una soldadura o a la sobremonta, que

no ha sido llenado por el metal de soldadura.Son debidas a un arco incorrecto ( por la corriente utilizadao por la longitud del mismo), se producen extracciones demateriales en la superficie del elemento a soldar la cual puedeser anterior (del lado de la sobremonta) o posterior (lado de laraíz o primera pasada) Ver (Fig. 5) a) y b) respectivamente.Un electrodo húmedo puede provocar socavado. Otra causade socavado en los laterales del cordón es una alta velocidadde traslación del arco a causa de una rápida solidificación delmetal de soldadura.La imagen radiográfica muestra una línea gruesa que bordeael cordón soldado, de densidad homogénea (lado exterior) ouna imagen circundante al cordón de primera pasada no muynegra (lado interior).

Figura 5. Socavaduras o mordeduras de bordes

D. QuemadoEs una zona de la pasada de raíz donde la penetración

excesiva ha causado que el aporte de la soldadura penetredentro de la misma soplándose.Resulta de factores que producen un calor excesivo en un áreadeterminada tales como excesiva corriente, velocidad lenta delelectrodo, manejo incorrecto del electrodo, etc. Hay destruccióncompleta de biseles.La imagen radiográfica muestra una densidad localizada másoscura con bordes borrosos en el centro del ancho de la imagen.Puede ser más ancha que la imagen del cordón de raíz. (Fig.6)

Figura 6. Quemado

E. SalpicadurasSon imperfecciones consistentes, como su nombre lo indica,

en esférulas de metal fundido depositadas aleatoriamente so-bre el cordón y su vecindad (Fig. 7). Pueden ser provocadaspor humedad en el revestimiento del electrodo. Generalmente,no tienen importancia respecto a la calidad de la soldadura.

Figura 7. Salpicadura en soldadura

En la imagen radiográfica, aparecen como manchitas blan-cas, redondeadas, aisladas o en colonias. En algunas técnicasde soldadura que emplean electrodos de tungsteno (volframio),las salpicaduras de este metal se dibujan como circulitos muyclaros y nítidos. Entonces, conviene asegurarse de que se trata, efectivamente, de salpicaduras y no de inclusiones.

F. Falta de continuidad en el cordónSe originan al interrumpir el soldador el cordón y no em-

palmar bien la reanudación del trabajo. Su severidad es muy

variable ya que, en los casos más severos, pueden considerarseauténticas faltas de fusión transversales, en tanto que en otrasocasiones, son simples surcos normales al eje del cordón.Su aspecto radiográfico es el de una línea oscura u oblicua,relativamente nítida. (Fig. 8).

Figura 8. Falta de continuidad

G. Erosiones y huellasSon un grupo de defectos que tienen un origen mecánico

de abrasión, deformación o arranque de material. Puedendividirse en:

G1. Exceso de rebajado: Producido durante el mecanizadoo amolado excesivo del cordón, en consecuencia, éste quedaligeramente cóncavo.La apariencia radiográfica se muestra como áreas ligeramentemás oscuras que el campo adyacente, con contornos difusos,difíciles de percibir y que siguen la trayectoria del cordón.

G2. Huellas de amolado o burilado: Surcos en la superficiedel metal base o del cordón, marcados por la muela o burilmanejados inhábilmente. Radiográficamente aparecen comosombras ligeramente oscuras, rectilíneas y paralelas.

G3. Huellas de mecanizado: Erosiones producidas porherramientas que preparan la soldadura o por un imperfectomecanizado de la misma.La radiografía las muestra como líneas ligeramente oscuras,dibujadas nítidamente y paralelas.

G4. Martillazos, golpes en general: Son deformacioneslocales producidas por choques de objetos contra el metal baseo contra el cordón.Radiográficamente los martillazos se señalan como arcos li-geramente oscuros, con un borde bien marcado, más denso,a partir del cual se disfuma la mancha; los granetazos comopuntos, a manera de poros, oscuros, etc. .

G5. Restos de electrodos: Cuando se suelda con equiposautomáticos en atmósfera inerte y electrodo continuo, pue-den quedar, al efectuar el cordón de penetración, restos delalambre-electrodo que sobresalen, a veces, varios centímetrosde la base de la unión soldada.En la radiografía, aparecen como unos palitos claros queparten del eje del cordón. También pueden aparecer restos deelectrodos cuando éstos han sido abandonados, por ejemplo,en el interior de una tubería. En este caso solo es un material

superpuesto, fácilmente eliminable por no ser solidario con launión.

IV. INTERNAS

FISURASPueden ser clasificadas en:

A. Fisuras longitudinalesSe pueden producir en el centro del cordón (generalmente

por movimientos durante o posteriores a la soldadura) o enla interfase del material base con el de aporte (por causa deun enfriamiento brusco o falta de correcto precalentamiento engrandes espesores). (Fig. 9)Cuando este defecto aparece en el metal de la soldadura se lollama "fisura de solidificación"mientras que si se produce en laZAC se llama "fisura de licuación"(intergranular).Estos dos tipos comprenden la llamada fisuración en caliente yse producen por la combinación de una composición químicadesfavorable( elementos que forman precipitados de bajo pun-to de fusión, por ejemplo azufre que forma SFe -solidificaciónde bordes de grano) y tensiones de solidificación, restriccióno deformación. En este caso el precalentamiento no tiene casiinfluencia sobre estos defectos.La única precaución posible es la de soldar con bajo aportetérmico. Son bastantes raras y típicas de ciertos aceros inoxi-dables estabilizados como el AISI 321 y especialmente el 37 yciertos aceros bonificados como el HY 80.La fisuración en frío (de hidrogeno) longitudinal es menosfrecuente que las transversales. La imagen radiográfica es unalínea ondulante muy negra y fina en el centro del cordón o enla base del mismo (similar al espesor de un cabello).

Figura 9. Fisuras longitudinales

B. Fisuras transversalesProducidas principalmente en aceros duros, por combina-

ción de elementos que al enfriarse a la temperatura normalproducen la fisura que puede o no prolongarse al metal base.Pueden ser:

B1. Fisuras en caliente: Denominándose así porque seproducen durante la solidificación de la junta. Las causasprincipales de este defecto en aceros al carbono no aleadoso de baja aleación son:

Medio y alto tenor de carbono en el material base.Alto tenor de impurezas (S y P) en el material base.Elevadas tensiones de contracción (depende de la mayoro menor plasticidad del material de la junta).

Las fisuras en caliente se pueden manifestar en todos los ma-teriales metálicos, ferrosos y no ferrosos. Son intergranulares ypueden tener orientaciones diversas.

B2. Fisuras en frío: Se llaman así porque se forman cuan-do la temperatura se acerca o alcanza la temperatura ambiente.La causa principal es el elevado tenor de hidrógeno en lazona fundida, una elevada velocidad de enfriamiento y lastensiones producidas sobre el cordón por el enfriamiento.En soldadura de aceros dulces y aquellos con baja aleaciónde manganeso y microaleados las fisuras son muy pequeñas( llamadas microfisuras de hidrógeno) y frecuentemente sereagrupan en un cierto número en la misma zona fundida dela junta ; en aceros de elevada resistencia como los bonificados,las fisuras son generalmente más grandes pudiendo atravesartodo el cordón en dirección transversal.Se observa radiográficamente como una línea fina muy negra yrecortada, de poca ondulación y transversal al cordón soldado.(Fig. 10).

Figura 10. Fisuras transversales

C. Fisura de interrupción o arranque (o de cráter)En el arranque de la soldadura por cambio de electrodo

suelen producirse fisuras en forma de estrellas por efectodel brusco enfriamiento y recalentamiento del material ( sonfisuras en caliente).Cuando se interrumpe el arco, se formará un cráter decontracción si la cavidad del arco no se rellena con unacantidad de material fundido adecuado. Los cráteres de arcoson frecuentemente los puntos defectuosos en las soldadurasen razón a que el último material que se solidifica lo hace atensiones muy elevadas, pudiéndose producir segregación.

Generalmente, se observa en radiografía, como tres líneasfinas confluyentes y la del sentido del cordón soldado muchomás larga. (Fig. 11).

Figura 11. Fisuras de interrupción o arranque

D. Fisuras alrededor del cordón (en ZAC )-D1. Fisuración en frío:: Se produce debido a la falta de

precalentamiento (crítica para ciertos tipos de aceros) en acerosduros ( estructuras martensíticas en la ZAC como resultado delciclo térmico de soldadura) o de mucho espesor. Estas fisurasse presentan invariablemente en los granos más gruesos de lazona afectada por el calor (ZAC) del acero. Esto se atribuyeal efecto del hidrógeno disuelto liberado por el electrodo (porejemplo húmedo) o por el metal que se solidifica, por lo quepuede evitarse por precalentamiento y manteniendo el materialsoldado alrededor de unos 200 C un tiempo determinado opor el uso de electrodos básicos. También afectan las tensionesalcanzadas como resultado de la contracción de la junta ogeometrías con entallas.Tienen generalmente una dirección longitudinal, aunque al-gunas veces pueden también ser transversales; pueden serinternas (estar bajo el cordón de soldadura) o aflorar al ladodel cordón.La imagen radiográfica es de líneas negras de poca ondulaciónun poco más gruesas que un cabello, en la zona adyacente alcordón soldado. (Fig. 12).

Figura 12. Fisuras alrededor del cordón (vista con Partículasmagnetizables).

D2. Desgarro laminar: Son fisuras que pueden apareceren aceros dulces y de baja aleación, generalmente asociadas consoldaduras muy tensionadas, cuya geometría produce tensio-nes perpendiculares al plano de laminación sobre el metal base.Aparecen frecuentemente debajo de la ZAC (material base noafectado) y son típicas de juntas en T o en L .Los factores que producen este defecto son sustancialmente:

Tensiones de enfriamiento más o menos intensas, enfunción de la rigidez de la estructura.Geometría de la junta tal que la solicitación actúe desfa-vorablemente sobre el material base. Figs. 13, 14 y 15 ( lasflechas en las figuras indican los arreglos más adecuados).Material base laminado de medio y alto espesor ( 9- 20mm), susceptible a desgarrarse.

Figura 13.

Figura 14.

Figura 15.

E. Falta de penetraciónSe da en la zona de la raíz cuando no ha penetrado el metal

fundido. Si la unión es en X o en K, la raíz queda en el corazónmismo del cordón, siendo la falta del metal de aporte en dichazona rigurosamente interna (Fig. 16).Puede originarse por falta de temperatura, por exceso develocidad de soldado, o por falta de habilidad del soldador.Puede ser que haya falta de penetración parcial (asociada auna falta de fusión) llamada así cuando uno de los talones noha alcanzado a fundirse, o falta de penetración total cuandola abertura de la raíz ha quedado sin rellenar.

Figura 16. Falta de penetración total cuando la 1 en raíz ; 2entre pasadas

Radiográficamente, aparece como una línea oscura continua ointermitente con bordes rectos o irregulares. Conviene advertirque, algunos tipos de uniones (por Ej. unión soldada en ángulosin preparación de bordes) están concebidos de forma quesiempre queda una falta de penetración en determinadas partesde la unión.

F. Falta de fusiónGeneralmente ocasionada por la falta de temperatura sufi-

ciente para fundir el metal base o el cordón anterior ya sólido.Según su localización puede ser:

Figura 17. Falta de fusión : 1 en la raíz; 2 en el bisel; 3 entrepasadas

G. Falta de fusión en el bisel

Fifura 18. Falta de fusión

H. Falta de fusión de un bisel en la raíz (talón)Se produce cuando falta la abertura de la raíz y la tempe-

ratura no es lo bastante elevada; por una incorrecta alineaciónde los elementos a soldar; por fallas en la preparación; pordiferencias de espesor o diámetro, o por deficiente penetraciónpor parte del soldador al realizar la primer pasada.Radiográficamente se ve como una línea oscura y fina, continuao intermitente con los bordes bien definidos. La línea puedetender a ser ondulada y difusa (Ver Fig. 19). En las unionesen X o en K , queda en el mismo centro de los cordones y esfrecuente que vaya asociada a faltas de penetración.

Figura 19. Falta de fusión de un bisel en la raíz.

I. Falta de fusión entre pasadasSe produce en las interfases de la soldadura, donde las capas

adyacentes del metal, o el metal base y el metal de soldadurano se fusionan debidamente debido, principalmente, a unacapa muy fina de óxido que se forma en las superficies. Por logeneral, esta capa de óxido se debe a una falta de calentamientodel metal base o al depósito previo de metal de soldadura envolumen suficientemente alto que impide que cualquier capade óxido, escoria, impurezas, etc. migre a la superficie.Otras causas pueden ser la falta de corriente suficiente o lamala ubicación del arco eléctrico dentro de los biseles, elcual al producirse más sobre uno, deja al otro sin fundir.Radiográficamente se observa una franja negra con densidaden disminución desde el borde al centro. El lateral es recto.A veces, cuando la falta de fusión es entre el metal base y elmetal de aporte, es difícil de interpretar, conviene radiografiarel cordón según direcciones comprendidas en la prolongacióndel plano formado por los bordes del bisel (frecuentemente a45 grados ). (Fig. 20) y (Fig. 17).

Figura 20. Falta de fusión entre pasadas

V. INCLUSIONES

Se consideran inclusiones, las impurezas producidas porgases atrapados en la masa del metal durante el proceso defusión, o materiales extraños sólidos (metálicos y no metálicos). Se dividen en:A. Inclusiones gaseosas

Por razones diversas, en el metal de soldadura fundido sepueden formar gases que pueden quedar atrapados si no haytiempo suficiente para que escapen antes de la solidificación dela soldadura. El gas así atrapado, por lo general, tiene la formade agujeros redondos denominados porosidades esféricas, o deforma alargada llamados porosidad tubular o vermicular.La formación de gas puede ser causada por reacciones quími-cas durante la soldadura con alto contenido de sulfuro en laplancha y/o en el electrodo; humedad excesiva en el electrodoo en los bordes de la plancha de base; arco excesivamentecorto; corriente incorrecta o polaridad inversa; corrientes deaire; o limpieza prematura de la escoria al terminar una pasada,pues, no hay que olvidar que la escoria evita el enfriamientodemasiado rápido del metal fundido. La porosidad gaseosapuede producirse en forma aislada (porosidad esférica aislada)o agrupada (nido de poros), en forma alineada, etc. Se veránestos casos a continuación:

B. Porosidad esférica aisladaSon bolsas de gas esféricas producidas por una alteración

en el arco, una oxidación en el revestimiento del electrodo, oelectrodo húmedo y/u oxidado, o una variación en la relaciónVoltaje-Amperaje-Velocidad en la soldadura automática.

La imagen radiográfica da puntos negros en cualquier ubi-cación. (Fig. 21).

Figura 21. Porosidad esférica aislada

C. Porosidad agrupada (Nido de poros)Producida generalmente por un agente oxidante o excesiva

humedad del revestimiento. Pueden también encontrarse capas

de óxido sobre los biseles, las que al fundirse desprenden gas.El tamaño de estos poros es aproximadamente igual en todala zona.La imagen radiográfica da puntos redondeados o ligeramentealargados de una densidad más oscura, agrupados pero irre-gularmente espaciados. (Fig. 22).

Figura 22. Porosidad agrupada

D. Porosidad alineadaGeneralmente surge en la pasada de base del cordón solda-

do, por efecto de la dificultad de penetrar con el electrodo, pormala regulación eléctrica en correspondencia con el fundenteutilizado para máquinas automáticas y por acumulación dealgunos de los elementos del mismo.Radiográficamente se observan círculos alineados, negros, quepueden ir decreciendo o permanecer de igual diámetro.también pueden aparecer poros alargados de 1ra. pasadaCORDÓN HUECO: surgidos por la imposibilidad del hidró-geno producido en electrodos de alta velocidad de escapar,generalmente por insuficiente separación de los biseles.La imagen radiográfica da formas grises inclinadas, semejanteal espinazo de un pez, confluyendo al centro, pudiendo llegara crear un nervio central. (Fig. 23).

Figura 23. Porosidad alineada

E. Porosidad alargada o vermicular

Producida al enfriarse el material, a medida que una burbujade gas está tratando de escapar. Su morfología es alargada, amanera de tubitos curvados , como bastones o sinuosos, y sueletener tendencia a crear un recorrido vertical pudiendo llegar adejar perforada toda una pasada de soldadura.Aunque ocasionalmente pueden aparecer aislados, lo corrientees que formen colonias. Este caso es común en aceros concontenidos especiales, principalmente Inox.En general son más peligrosos que los esféricos debido al efectode entalla que producen. La imagen radiográfica es de marcasalargadas, de color gris y generalmente terminando en círculo.(Fig. 24).

Figura 24. Porosidad vermicular

VI. INCLUSIONES NO METÁLICAS

A. Inclusiones de escorias aisladasLa mayoría de las soldaduras contienen escorias que han

sido atrapadas en el metal depositado durante la solidificación.Son depósitos de carbón u óxido metálicos y silicatos princi-palmente .La escoria puede provenir del revestimiento del electrodo ofundente empleado. El flujo tiene como finalidad eliminar lasimpurezas del metal. Si este no permanece derretido duranteun período suficientemente largo para permitir que la escoriase eleve a la superficie, parte de esa escoria pudiera quedaratrapada dentro del metal. Esta puede a su vez quedar atrapa-da en el metal en pasadas posteriores. Las superficies sucias eirregulares, las ondulaciones o cortes insuficientes contribuiránal atrapado de escoria.Las inclusiones de escoria se asocian frecuentemente con faltade penetración, fusión deficiente, talón de raíz excesivamentegrande, soldadura en V muy estrecha y manipulación defec-tuosa del electrodo.La imagen radiográfica da manchas negras irregulares sobre elcordón de soldadura. (Fig. 25)

Figura 25. Inclusiones de escorias aisladas

B. Escorias alineadasProducidas por inadecuados movimientos del electrodo por

parte del soldador, quedan alineadas sobre el costado delcordón soldado. En el caso de la soldadura automática, elfundente suele quedar atrapado por una regulación de lamáquina, o por falta de limpieza, pero en este caso estará enel centro del cordón. Este tipo de defecto es muy agresivo.La imagen radiográfica muestra sobre uno de los laterales delcordón base una línea ancha con un borde casi recto y el otrodesparejo, color negro, pero densidad homogénea. Para el casode soldadura automática, se observará en el centro del cordón

un triángulo alargado en el sentido de giro, de color negro.(Fig.26).

Figura 26. Escorias alineadas

C. Línea de escorias (huella de carro)Ubicadas entre el cordón de 1ra. y 2da. pasada. Por efecto

de la mala limpieza en la zona de mordeduras que se formansobre el bisel al efectuar la 1ra. pasada, se depositan escoriasa ambos lados de este cordón.La imagen radiográfica muestra líneas paralelas interrumpidasde ancho variable, pero bastante parejas. (Fig. 27)

Figura 27. Línea de escorias

D. Escorias en el interior de perforacionesDentro del metal soldado por efecto de una perforación, se

suele producir un rechupe del material, incorporándosemateriales extraños, provenientes por lo general delrevestimiento del electrodo.La imagen radiográfica muestra una mancha irregular negra,en el centro de la indicación clara de una perforación,semejando un anillo luminoso.

D1. Inclusiones metálicas: A veces , en la masa del metalfundido quedan englobadas partículas de otros metales quepueden ser detectados radiográficamente.

Figura 28. Inclusiones de tungsteno

D2. Inclusiones aisladas: Por efecto o combinación quími-ca de los elementos intervinientes en la soldadura, se suelenno fundir partículas de tungsteno que quedan aisladas endistintas áreas del cordón soldado (TIG), generalmente enaceros inoxidables. La imagen radiográfica muestra puntos deforma muy irregular y de una densidad más baja (muy claros),distribuidos aleatoriamente en la imagen de la soldadura. (Fig.28).

D3. Desalineado (high-low): De las piezas a ser soldadas:En la radiografía se observa un cambio abrupto en la densidaddel film a través del ancho de la soldadura (Fig. 29).

Figura 29. Desalineado

REFERENCIAS

[1] Introducción a los Métodos de Ensayos NoDestructivosÏnstituto Nacional de Técnica Aeroespacial.(Madrid).[En línea].Disponible:http://www.sistendca.com/DOCUMENTOS/Defectologia[1].pdf

[2] Defectos detectados por métodos radiográficos".SergioAuditore. [En línea].Disponible:http://cimec.org.ar/ojs/index.php/mc/article/viewFile/604/575

[3]Normas ASTM [En línea].Disponible:http://www.astm.org/GLOBAL/images/swbspanish.pdf

[4] Código ASME Sec. V [En línea].Disponible:http://es.slideshare.net/masibajarod/la-soldadura

[5] Principali problemi di saldatura e controlo de costruzionimetalliche".Istituto Italiano della Saldatura. [En línea]Disponible:http://es.slideshare.net/fabycach/defectologia