Ensayo de fisuración en frío de la soldadura de acero para tuberías X80

Características y desafíos de la soldadura del acero para tuberías X80: 

El acero para tuberías X80 se fabrica mediante el proceso de control termomecánico (TMCP) y tecnología de microaleación, lo que le confiere alta resistencia y tenacidad. Se trata de un acero de grano ultrafino y alta pureza. Por lo tanto, este tipo de acero exige condiciones especiales en el proceso de soldadura, principalmente para prevenir el crecimiento de grano, el ablandamiento local y la fragilización en la zona afectada por el calor (ZAC), garantizar la pureza y el refinamiento del grano del metal de soldadura, y seleccionar métodos de soldadura adecuados y optimizar los procesos de soldadura.

Problema del crecimiento de grano y contramedidas:

El crecimiento de grano en la ZAC es un fenómeno inevitable, y el crecimiento del grano reduce el rendimiento de la unión soldada. Para controlar el crecimiento del grano en la zona afectada por el calor (ZAC) del acero para tuberías bajo alta entrada de calor, se suelen utilizar métodos de soldadura con baja entrada de calor o soldadura por haz de alta energía para reducir la zona de grano grueso, sin afectar así el rendimiento de la junta soldada. Sin embargo, en condiciones de soldadura con baja entrada de calor, es probable que se produzcan fisuras en frío en la soldadura. Por lo tanto, es necesario precalentar la soldadura antes de soldar, y se estudia el efecto del precalentamiento sobre la susceptibilidad a las fisuras en frío del acero para tuberías X80 ajustando la temperatura de precalentamiento.

Variación de la tasa de fisuración a diferentes temperaturas de precalentamiento: 

La tasa de fisuración de la junta soldada de acero para tuberías X80 con un espesor de pared de 7,9 mm y un diámetro exterior de 610 mm varía significativamente a diferentes temperaturas de precalentamiento. En condiciones de precalentamiento a temperatura ambiente y 50 °C, la tasa de fisuración transversal es de aproximadamente el 30 %. Cuando la temperatura de precalentamiento alcanza los 100 °C, la tasa de fisuración transversal disminuye al 3,55 %. Cuando la temperatura de precalentamiento alcanza los 150 °C, la tasa de fisuración transversal es de tan solo el 0,85 %. Esto indica que la tasa de fisuración disminuye significativamente al aumentar la temperatura de precalentamiento; cuando la temperatura de precalentamiento llega a los 100 °C, la tasa de fisuración transversal es muy inferior al 20 %, y la susceptibilidad a la fisuración se reduce considerablemente.

Cambios en la estructura metalográfica y mecanismo de resistencia a la fisuración:

La estructura metalográfica de la unión soldada del acero para tuberías X80 difiere según la temperatura de precalentamiento. A medida que aumenta la temperatura de precalentamiento y disminuye la velocidad de enfriamiento, la estructura bainita granular en la zona de fusión aumenta y las láminas de bainita se refinan. Las láminas de bainita se dividen, adelgazándose gradualmente las láminas de la misma orientación, y los límites lamelares actúan como límites de grano. Cuando la fisura se propaga hasta el límite de la placa, se produce la fractura, lo que dificulta eficazmente la propagación de la fisura durante la fractura a baja temperatura y mejora la tenacidad de la soldadura.

Causas del agrietamiento en frío:

El agrietamiento en frío es el resultado de la combinación de la tendencia al endurecimiento, el contenido de hidrógeno y el confinamiento. El acero para tuberías X80 tiene un bajo contenido de carbono y una baja tendencia al endurecimiento, lo que le confiere cierta capacidad para suprimir el agrietamiento en frío. Sin embargo, con el aumento del grado de resistencia y el espesor de la placa, persiste cierta tendencia al agrietamiento en frío. En la soldadura en campo, debido al uso de materiales de soldadura con alto contenido de hidrógeno, como electrodos de celulosa y alambres tubulares autoprotegidos, la energía de la línea de soldadura es relativamente baja y la velocidad de enfriamiento es relativamente rápida, lo que incrementa aún más el riesgo de agrietamiento en frío.

Mecanismo del precalentamiento en la difusión de hidrógeno:

El hidrógeno es uno de los principales factores que causan el agrietamiento en frío durante la soldadura. La difusión y acumulación de hidrógeno requieren cierto tiempo, lo que provoca un retraso en la aparición de grietas en frío. En condiciones de precalentamiento, la velocidad de difusión del hidrógeno en la soldadura se acelera significativamente y la concentración de hidrógeno en el metal de soldadura disminuye rápidamente. Simultáneamente, el precalentamiento también ralentiza la velocidad de enfriamiento de la soldadura. Temperaturas de precalentamiento más altas resultan en velocidades de enfriamiento más lentas y un mayor tiempo para que el hidrógeno difusivo escape. Una gran cantidad de hidrógeno difusivo escapa por difusión acelerada, reduciendo así su contenido en la zona afectada por el calor. Esta es la razón principal por la que aumentar la temperatura de precalentamiento puede reducir significativamente la velocidad de propagación de grietas.

Conclusión:

1. El acero para tuberías X80 tiene un bajo contenido de carbono y una baja tendencia al endurecimiento. Generalmente, no se requiere tratamiento térmico ni otras medidas de aislamiento después de la soldadura.
2. Al realizar ensayos de ranura en Y oblicua en acero para tuberías X80, las imágenes metalográficas de grietas cerca de la zona de fusión muestran características de grietas transgranulares, consistentes con la morfología típica de las grietas en frío.
3. Al aumentar la temperatura de precalentamiento desde la temperatura ambiente hasta 150 °C, la tasa de agrietamiento disminuye aproximadamente del 30 % al 0,85 %, lo que indica que el precalentamiento reduce significativamente la susceptibilidad al agrietamiento en frío.
4. Los mecanismos por los cuales el precalentamiento reduce la sensibilidad al agrietamiento en frío incluyen: la aceleración de la difusión y el escape de hidrógeno, la reducción de la velocidad de enfriamiento y el refinamiento de la estructura laminar bainítica.

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