El ABC de la soldadura por arco

CTOD

Las estructuras soldadas, pueden fracturarse con rapidez de manera inestable, debido a los defectos de soldadura y a las grietas por fatiga que se producen en las zonas de estrés concentrado de una soldadura bajo tensiones más bajas de lo esperado. Las fracturas inestables o fracturas frágiles, pueden ocurrir inesperadamente en períodos cortos de tiempo antes del fin de la vida útil diseñada de la estructura. Por lo tanto, este tipo de fracturas pueden causar graves daños a una construcción soldada.

Para prevenir este tipo fracturas inestables, el campo de la mecánica de fracturas ha sido establecido. Las investigaciones sobre parámetros de fractura nos permiten estimar la resistencia a las fracturas de una construcción de manera sistemática.

Los parámetros de fractura incluyen el factor de intensidad de tensiones (K), y el desplazamiento integral-J de apertura de punta de agrietamiento (CTOD). Hoy en día, el CTOD es generalmente utilizado en el diseño estructural y de componentes, como también en la evaluación de la aceptabilidad de la extensión de agrietamiento y de las cargas aplicadas admisibles. Las pruebas CTOD han sido utilizadas principalmente para aceros de carbono-manganeso y de bajas aleaciones en el rango de temperatura de transición dúctil/frágil, y se ha encontrado muy útil en pruebas de procedimiento de soldadura para trabajos en las estructuras marítimas del mar del Norte.

Las pruebas CTOD han sido especificadas en la Norma Británica (BS 7448-91), la Norma de Ingeniería de Soldadura de Japón (WES 1108-95) y la norma Americana ASTM (ASTMEl 290-93).

La mayoría de pruebas CTOD constan de tres puntos de curvatura, utilizando una muestra de grosor completo que tenga una muesca y una pre-grieta por fatiga en la punta de la muesca. En la etapa inicial de la carga de la muestra, la deformación plástica ocurre en la punta de la griega por fatiga original, causando una cierta cantidad de desplazamiento en la apertura de la punta de la grieta, dentro del período de Rac ― Fig. 1.

El patrón de fractura de la muestra es analizado e identificado de acuerdo a las siguientes descripciones; es decir, a partir de una fractura completamente frágil hasta el colapso total del plástico:
(1) Para una fractura frágil (ya sea por agrietamiento inestable o por un crujido en el registro de carga y desplazamiento) que se produce en la fase inicial de carga; el valor CTOD se designa δc.
(2) Para una fractura frágil que ocurre y sigue un crecimiento lento (dúctil) de agrietamiento; el valor CTOD se designa δu.
(3) Para un crecimiento lento (dúctil) de agrietamiento para fracturar la muestra a la máxima capacidad de carga bajo condiciones de crecimiento estable de agrietamiento; el valor CTOD se designa Delta M δm.

El valor CTOD es determinado como el desplazamiento de apertura (mm) medido con un medidor de clip en la punta de la grieta por fatiga original, cuando la fractura frágil de (1) o (2) se produce por encima de estas, o cuando la carga máxima ha sido alcanzada por primera vez bajo la condición de (3). Es decir, el valor CTOD de una estructura en particular muestra el grado en el cual la estructura es durable bajo cargas aplicadas cuando contiene una grieta que puede ser detectada por pruebas no destructivas. Con un valor CTOD más grande, la estructura puede acomodar una grieta más larga o cargas más grandes.

El valor CTOD puede verse afectado por la temperatura y el espesor del material; por lo que el requisito del CTOD se determina de acuerdo a la temperatura de servicio y al espesor máximo de la pared de la estructura correspondiente; por ejemplo, un CTOD a -10° C ≥ 0.25 mm para estructuras en alta mar. Con las recientes tendencias de realizar construcciones soldadas cada vez más grandes y de operar en ambientes cada vez más severos en los mares gélidos, los requisitos han tendido a volverse aún más estrictos.

Fig. 1: Crecimiento de grieta por fatiga original y la transición de desplazamiento de carga con una muestra de curva de tres puntos

Fig. 1: Crecimiento de grieta por fatiga original y la transición de desplazamiento de carga con una muestra de curva de tres puntos

(Referencia: Guía técnica de Kobe Steel, No. 395, 2003)


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