¿Qué es la fatiga en el acero soldado?

La fatiga causa más del 90 por ciento de las fallas en componentes de ingeniería con piezas de acero soldadas. La fatiga en equipos estacionarios es una gran preocupación, sin embargo, es crucial en equipos móviles, que experimentan cargas impredecibles, haciéndolos susceptibles a fallas por fatiga.

¿Qué es la fatiga?

La fatiga en el acero soldado ocurre cuando quita y vuelve a aplicar una carga de magnitud insuficiente repetidamente en una sola aplicación. Cuando la carga supera un cierto umbral, crea grietas microscópicas en el acero, que gradualmente alcanzan un tamaño crítico y se propagan inesperadamente, provocando fallas estructurales. Varios factores, como la falta de fusión, la forma y la falta de penetración, afectan la vida de fatiga de una estructura. En el acero soldado, los defectos de diseño proporcionan lugares ideales para la formación de grietas. En su totalidad, la falla por fatiga ocurre rápidamente, con una fase de iniciación inexistente.

¿Qué es la vida a fatiga?

El término vida de fatiga en ingeniería se refiere a la cantidad de ciclos de tensión que el acero soldado puede soportar antes de que ocurra una falla estructural. Cuando se trata de acero, los ingenieros siempre trabajan con un valor teórico para la magnitud de la tensión, por debajo del cual el acero funcionará de manera óptima independientemente del número de ciclos de tensión.

Los ingenieros que prueban la resistencia a la fatiga del acero soldado se centran en las deformaciones, los defectos internos, la técnica de soldadura y la concentración de tensión en la punta de la soldadura.

Al identificar fallas en estructuras y equipos de acero soldado, hay dos tipos comunes de fallas:

1. Fallo estático:el fallo estático comienza con una deformación plástica obvia que puede detectar fácilmente y reparar adecuadamente. La falla estática rara vez causa accidentes repentinos y catastróficos.
2. Falla por fatiga:la falla por fatiga a menudo comienza con grietas microscópicas que aumentan gradualmente de tamaño, lo que reduce la eficacia de carga de un área. Si no se detectan las grietas a tiempo, a menudo se producen fallas catastróficas repentinas en la estructura y el equipo.

Fatiga en acero soldado

Durante las últimas décadas, los ingenieros han dedicado mucho tiempo a investigar fallas por fatiga en acero soldado, mientras invierten tiempo y energía en desarrollar un sistema que les permita predecir la vida útil y reducir la cantidad de fallas estructurales.

Debido a la naturaleza catastrófica de las fallas relacionadas con la fatiga, existen diferentes técnicas no destructivas que los ingenieros utilizan para inspeccionar y probar las huellas de fatiga, por ejemplo, inspecciones visuales e imágenes ultrasónicas, entre otras. Sin embargo, los principales logros para ayudar a prevenir catástrofes relacionadas con la fatiga se centran en las técnicas de soldadura que abordan los problemas de fatiga en el diseño y la fabricación de una soldadura.

Técnicas de mejora de soldadura

La soldadura reduce inherentemente la vida de fatiga de las piezas y estructuras de acero, lo que presenta un desafío de diseño continuo. Existen diferentes técnicas que los diseñadores e ingenieros utilizan para aumentar la resistencia a la fatiga y la resistencia del acero soldado y, posteriormente, reducir las fallas estructurales relacionadas con la fatiga. Incluyen:

Técnicas de rectificado de punta soldada

Un molinillo de rebabas utiliza un molinillo neumático de alta velocidad que se mueve a una velocidad de hasta 40.000 rpm. El pulido con rebabas elimina los defectos de la superficie y mezcla el metal de soldadura con la placa base, lo que le da a la soldadura una forma que reduce la concentración de tensión local. El proceso se centra en la eliminación de defectos y muescas de la puntera soldada.

Una amoladora de disco modifica la forma de la soldadura eliminando las inclusiones de restos y las socavaduras. En comparación con el molinillo de rebabas, es más rápido, por lo tanto, más rentable, pero también deja marcas de esmerilado, que sirven como sitios de iniciación para las grietas por fatiga. El pulido con discos reduce el riesgo de incidentes de fatiga entre un 20 y un 50 por ciento, que es relativamente menor que el pulido con rebabas.

Técnicas de refundición de puntas soldadas

La técnica de refundición de la base soldada funde la región soldada a poca profundidad, lo que aumenta sustancialmente la resistencia a la fatiga de la unión soldada. El proceso de refundición utiliza un equipo de soldadura por plasma o un gas inerte de tungsteno (TIG). El principal inconveniente de esta técnica es que no existe un criterio de inspección que le ayude a evaluar si el proceso fue satisfactorio.

Métodos de granallado

La soldadura de dos materiales crea una tensión residual de tracción a partir de la contracción de la soldadura una vez que se enfría, lo que debilita la resistencia a la fatiga del acero. Una forma de mejorar la resistencia a la fatiga es introducir tensiones residuales de compresión, que dan mejores resultados.

Las técnicas de encierro introducen tensión de compresión; es un proceso de trabajo en frío que impacta la superficie con una herramienta o pequeñas bolas de metal creando deformaciones plásticas. En última instancia, el proceso de estampación mejora la resistencia a la fatiga, lo que permite mayores resistencias del acero.

Métodos para aliviar el estrés

A diferencia del método de granallado, los métodos de alivio de tensión funcionan para reducir la tensión residual de tracción creada por la contracción. Las técnicas de alivio de tensión se enfocan en refinar el procedimiento de soldadura y controlar las temperaturas que distorsionan la soldadura.

Varias industrias, fabricantes y herramientas utilizan acero soldado para sus piezas. Comprender los factores internos que contribuyen a la falla del equipo es crucial para el proceso de diseño. Los diseñadores que trabajan con acero soldado pueden crear maquinaria que aborde los problemas de fatiga desde el principio. Si tiene una necesidad de fabricación o soldadura, comuníquese con Swanton Welding. Nuestra tecnología innovadora y soldadores expertos le brindarán un excelente producto en todo momento.