El ABC de la soldadura por arco

Fluencia lenta & Rotura por fluencia lenta

Cuando una muestra de metal mantiene una cierta tensión a una temperatura alta, la deformación plástica empieza a ocurrir, la cual, al pasar el tiempo, deviene en una fractura - incluso si la tensión es menor que el límite de fluencia del metal. Este fenómeno se llama "fluencia lenta".

Es más probable que una fluencia lenta ocurra cuando la temperatura se incrementa bajo una cierta cantidad de tensión. Por lo tanto, la resistencia a la fluencia lenta es una de las cualidades importantes de las estructuras de acero resistentes al calor, tales como calderas industriales operadas a altas temperaturas durante largos períodos. Tales materiales resistentes al calor incluyen aceros con Cr-Mo, aceros inoxidables y súper-aleaciones.

Cuando una muestra de metal se mantiene bajo una tensión y temperatura constantes, la muestra se deforma exhibiendo una curva de tensión o una "curva de fluencia lenta" con el tiempo, como se muestra en la Fig. 1. Las propiedades de fluencia lenta de un metal se pueden conseguir, ya sea mediante una "prueba de fluencia lenta" o por una "prueba de rotura por fluencia lenta." En las pruebas de fluencia lenta, la velocidad de fluencia es determinada por la medición continua de la deformación por tracción de la muestra en condiciones de tensión y temperatura constantes. Los métodos de prueba de fluencia lenta se especifican en las normas nacionales tales como ASTM E139 y JIS Z 2271. En las pruebas de rotura por fluencia lenta, el tiempo que toma para que una rotura por fluencia ocurra cuando la muestra se mantiene bajo tensión y temperatura constantes, revela la resistencia a la rotura por fluencia lenta. Los métodos de prueba de rotura por fluencia lenta también se encuentran claramente especificados, por ejemplo, en la norma ASTM E139 y JIS Z 2272. Generalmente las pruebas de rotura por fluencia se llevan a cabo, y sus resultados son ampliamente utilizados como información básica para el diseño de estructuras con el fin de soportar temperaturas elevadas.

Fig. 1: Curva de fluencia lenta (tensión y temperatura constantes)

Los diagramas de tensión en relación con el tiempo de rotura, obtenidos a través de las pruebas de rotura por fluencia lenta, describen líneas rectas o líneas rotas como se muestra en la Fig. 2. Con este diagrama, la resistencia a la rotura por fluencia lenta durante una cantidad específica de tiempo puede ser determinada. Además de la resistencia, las pruebas de rotura por fluencia lenta proporcionan información sobre la elongación, reducción del área, y el carácter de las fracturas. Por lo tanto, es posible comparar diferentes materiales en términos de sus propiedades de fluencia lenta.

Fig. 2: Diagramas típicos de tensión en función del tiempo de rotura en las pruebas de rotura por fluencia lenta del metal de soldadura con 2.25Cr-1Mo.

Las propiedades de fluencia lenta de los materiales pueden verse afectadas por factores tales como la composición química, el método de producción, el tratamiento térmico, la microestructura y el tamaño de grano de cristal. Como se muestra en la Fig. 3, la resistencia a la fluencia lenta de los materiales puede ser influenciada por el tipo y la cantidad del elemento de aleación; siendo el Mo uno de los elementos más eficaces que mejoran la resistencia a la fluencia lenta. En la evaluación de las propiedades de fluencia lenta de aceros y metales de soldadura se deben examinar a fondo las diferencias en la estructura metalúrgica, química, proceso de producción y ciclo térmico.

Últimamente, las temperaturas y presiones de operación de los equipos resistentes al calor tienden a ser mayores con el fin de mejorar la eficiencia de producción. Para continuar con esta tendencia, también se han mejorado los insumos de soldadura para proporcionar suficientes propiedades de fluencia lenta a temperaturas elevadas equivalentes a aquellas pertenecientes a los materiales de acero avanzados.

Fig. 3: Resistencia a la fluencia lenta vs. el elemento de aleación de hierro puro.

Referencia: Exposición de los Términos de Soldadura, SWS, 1999

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