F.5.E — Regiones afectadas por el calor adyacentes a soldaduras

F.5.E.1.1 — Generalidades

Los métodos dados en F.5.4.4 para estimar la severidad y extensión del ablandamiento en la zona afectada por el calor adyacente a soldaduras tiende a ser algunas veces pesimista. Este apéndice da tratamientos alternos para tales casos, que producen valores más favorables de kz (severidad, véase F.5.E.2) y z (extensión, véase F.5.E.3).

En F.5.E.4 se consideran los posibles beneficios del envejecimiento artificial posterior a la soldadura.

Como alternativa del cálculo se permite encontrar la extensión de la región afectada por el calor experimentalmente mediante mediciones de dureza. En F.5.E.5 se dan pautas para hacerlo.

F.5.E.1.2 — Control térmico

La extensión del ablandamiento en la zona afectada por el calor, y algunas veces su severidad, depende de la temperatura entre pasadas To, esto es, la temperatura del material parenteral adyacente al comienzo de la colocación de una pasada de soldadura cualquiera. Los siguientes factores tienden a elevar To:

• (a) Ccolocación de pasadas previas en una unión con pasadas múltiples
• (b) Soldadura previa en una unión cercana
• (c) Uso de precalentamiento

Un excesivo aumento de temperatura puede prevenirse haciendo control térmico durante la fabricación, esto quiere decir, dejando enfriar el metal adecuadamente entre pasadas. Los métodos dados en F.5.4.4.2 y F.5.4.4.3 para estimar los efectos en la zona afectada por el calor son válidos si el control térmico satisface:

A menudo es posible reducir la extensión del ablandamiento en la zona afectada por el calor, y algunas veces su severidad, ejerciendo un control térmico aún más estricto, es decir, especificando un valor menor de To. Para aprovechar esta mejoría, el diseñador debe especificar cuál será el control más estricto a usar y dar el valor reducido al que se limitará To. Cuando se adopte esta práctica, se pueden usar reglas más favorables para la región afectada por el calor dadas en F.5.E.2.3, F.5.E.3.3 y F.5.E.3.4.

F.5.E.2.1 — Valores modificados de kz

Cuando la resistencia está gobernada por pa o pv, en vez de po, se permite tomar un valor modificado de k′z para el coeficiente de ablandamiento, como se da en la tabla F.5.E.1, en lugar del valor normal de kz dado en la tabla F.5.4.5. Esto se aplica para lo siguiente:

• (a) Cortante en vigas (véase F.5.4.5.3)
• (b) Falla local en miembros a tensión (véase F.5.4.6.1 (b))
• (c) Aplastamiento local en miembros a compresión (véase F.5.4.7.6)

El uso del valor modificado k′z en estos casos, es favorable para la mayoría de los materiales (pero no todos).

F.5.E.2.2 — Valor de kz para otros materiales

El coeficiente de ablandamiento (kz o k′z) para materiales no cubiertos por las tablas F.5.4.5 y F.5.E.1, puede encontrarse usando la tabla F.5.E.2.

F.5.E.2.3 — Material de la serie 7***

Para las soldaduras en tales aleaciones que están sometidas a esfuerzo de tensión actuando en forma transversal al eje de la soldadura, el coeficiente de ablandamiento (kz = k′z) debe tomarse como el valor A. El valor de B puede usarse para otras condiciones de esfuerzo.

El valor A debe normalmente tomarse de la tabla apropiada (tabla F.5.4.5 o F.5.E.1). Sin embargo, se permite usar un valor más favorable en los siguientes casos:

• (a) Caso 1. Soldadura aislada recta con una sola pasada sin precalentamiento: El valor A puede tomarse igual al valor B, es decir, 1.0 para la condición T4 y 0.8 para la condición T6.
• (b) Caso 2. Otras soldaduras con control térmico más estricto: El valor A se puede tomar como sigue:
• (1) Para 40°C < To ≤ 80°C

• (2) Para To ≤ 40°C

Donde:

F.5.E.3.1 — Generalidades

Los métodos dados en F.5.4.4.3 para obtener la dimensión z pueden conducir a sobrestimar de extensión de la zona afectada por el calor. Los siguientes artículos dan tratamientos alternos que pueden usarse para obtener estimativos más favorables en ciertos casos.

F.5.E.3.2 — Fórmula modificada para z

Se permite usar la siguiente expresión para z, en lugar de la dada en el literal (b) de F.5.4.4.3.

Donde:

El factor extra δ se toma normalmente como 1.0, pero en los siguientes casos (a) y (b) se permite un valor menor:

• (a) Para una unión para la que existen tres o más caminos de temperatura válidos:

Un camino de temperatura válido es el definido en el literal (e) de F.5.4.4.3.

• (b) Para una unión recta de longitud L menor que 5zo:

Cuando una unión cabe en ambas categorías, el valor de δ debe ser tomado como el menor de los valores dados en (a) y (b).

F.5.E.3.3 — Determinación alternativa de α

Se permite tomar un valor menor de α en los casos Q y R de la tabla F.5.4.6 para una unión en la que se aplique (a) o (b):

• (a) Control térmico normal: tc no excede 25 mm y el área total A (en mm²) de los depósitos de soldadura en la unión es conocida:

• (b) Control térmico más estricto:

Donde:

F.5.E.3.4 — Determinación alternativa de η

Cuando se especifica un control térmico más estricto, se permite leer η en la figura F.5.E.1 en lugar de usar el literal (e) de F.5.4.4.3. Las cantidades necesarias para la figura se deben tomar como se indica enseguida:

Cuando tc > 25 mm y se usa precalentamiento, no se permite ninguna mejoría de η. En tales casos se debe usar el valor total de η = 1.33.

F.5.E.5.1 — Generalidades

Se permite determinar la extensión de la zona afectada por el calor experimentalmente (véase el literal (g) de F.5.4.4.3). El método más usual es conducir una medición de dureza.

F.5.E.5.2 — Método experimental

El método preferido es el que emplea la técnica Vickers Diamond. Se puede aplicar a cualquier prototipo o fabricación de prueba representando parte de la estructura. El procedimiento consiste en tomar una serie de lecturas de dureza a varias distancias de la soldadura y luego determinar en qué punto las propiedades del material parenteral se han recuperado. Preferiblemente, el espécimen debe ser seccionado perpendicularmente a la soldadura y las lecturas deben tomarse a medio espesor sobre la cara cortada (después de la preparación adecuada de la superficie). Sin embargo, puede ser posible tomar las lecturas directamente sobre la superficie del componente.

F.5.E.5.3 — Método de interpretación 1

Hay dos métodos permitidos para interpretar los resultados de los cuales el método 1 es preferible.

Un gráfico de dureza típico tiene la forma mostrada en la figura F.5.E.2. Sobre él se pueden distinguir dos puntos A y B tal como se muestra. La dimensión z, usada en el diseño para definir la distancia que se extiende la zona afectada por el calor desde la soldadura, debe tomarse como sigue:

Donde:

F.5.E.5.4 — Método de interpretación 2

Puede ser usado si sólo se puede distinguir el punto B en el gráfico, es decir, el punto en el que la dureza del material parenteral se ha recuperado efectivamente. El punto A no se puede localizar con facilidad. En este caso, z debe tomarse como:

NOTA 1. En la columna de producto E, S, P, DT, WT y F se refieren, respectivamente, a extrusión, lámina, plancha, tubería extruida, tubería soldada y forjados.

NOTA 2. Refiérase a F.7.4.4.2 (b) para ver la aplicabilidad de los valores A y B para el material 7020.

NOTA 1 - es el valor normal. k′z es un valor modificado para usar en ciertos casos (F.5.E.2.1).

NOTA 2. - Notación:

NOTA 3 - El valor tomado nunca debe exceder 1.0.