Aplicación de nuevas metodologías en la caracterización mecánica y microestructural de la ZAT de una unión soldada

Abstract

Las uniones soldadas son objeto de continua investigación y análisis al ser componentes críticos en el aseguramiento de la integridad estructural de cualquier componente o estructura. El diseño convencional de una unión soldada hoy en día, sigue basándose en la aplicación de una serie de ecuaciones empíricas que no cubren todos los complejos fenómenos que se desarrollan durante el proceso. Por esta razón, el aseguramiento de su integridad sigue realizándose mediante la realización de una serie de pruebas experimentales sobre un testigo o cupón soldado de acuerdo con el diseño a verificar. El uso de herramientas numéricas, no sólo facilita el diseño, al incorporar las distintas relaciones empíricas anteriormente comentadas, sino que permite obtener resultados con un coste mucho menos elevados. No obstante, y aún en continua mejora, los softwares actuales aun son incapaces de predecir la microestructura concreta de las distintas zonas de la ZAT y, consecuentemente en ciertos casos (cuando hay transformaciones de fase que impliquen cambios volumétricos importantes), no predicen correctamente las consecuencias mecánicas del proceso. Para solventar estos problemas y conseguir desarrollar un software capaz de poder afrontar la caracterización de una unión soldada con total garantía es necesario no solo utilizar datos provenientes de ensayos convencionales, sino aplicar nuevas metodologías de caracterización que permitan evaluar el comportamiento de zonas muy concretas de la unión, como la ZAT. En esta tesis se afronta la caracterización tanto microestructural como mecánica de un tipo de soldadura denominada "black-white". Las soldaduras black-white son uniones entre aceros estructurales poco aleados (black) utilizando aportes austeníticos (white) y tienen la peculiaridad de ser muy sensibles a la variación de cualquier parámetro de soldadura, lo que las hace idóneas para este estudio. Tras realizar un amplio análisis experimental que ha permitido establecer relaciones fiables entre las variables de soldeo implicadas y los resultados obtenidos, se han utilizado éstos en la implementación de un software, basado en elementos finitos. Este software no sólo es capaz de tener en cuenta todos los fenómenos físicos y químicos que se producen durante el proceso de soldeo sino que predice la microestructura final de las distintas zonas de la unión, así como los campos de tensiones y deformaciones asociados al proceso. No obstante, y aunque los datos necesarios para alimentar dicho programa proceden de una caracterización metalúrgica y mecánica convencional, su mejora pasa necesariamente por la adicción de datos que estos ensayos no pueden suministrar. Así, para poder determinar el comportamiento mecánico de las distintas zonas de la ZAT, se ha utilizado un tipo de ensayo miniatura denominado small punch test (SPT). Tras evaluar la aplicabilidad de este ensayo en la caracterización de las distintas zonas de la ZAT, se analizar y proponer correlaciones entre los parámetros característicos de este ensayo y los del ensayo de tracción, tradicionalmente utilizados en la definición de los modelos de comportamiento de los materiales.