Influencia de la entrada de calor en las características mecánicas y micro-estructurales finales de la zona afectada por el calor (zac) en uniones soldadas en tubería para transporte de hidrocarburos

Abstract

El objetivo de esta investigación fue evaluar la influencia de la entrada de calor en las propiedades mecánicas y micro-estructurales finales de la Zona Afectada por el Calor (ZAC) en uniones soldadas en tubería API 5L Gr. X65, para transporte de hidrocarburos, empleando los procesos SMAW, GMAW STT, FCAW-S y GMAW SCT. El conocimiento del efecto térmico en la ZAC de las juntas soldadas es importante para la optimización de los parámetros de soldadura utilizados cuando se unen aceros de alta resistencia y baja aleación como es la tubería API 5L, debido a que esto tendrá una gran influencia en las propiedades mecánicas y metalúrgicas finales de la unión soldada. Se evaluaron las propiedades mecánicas y metalúrgicas de siete ensambles soldados con distintas entradas de calor y parámetros de soldadura para obtener diferentes afectaciones térmicas e investigar las variaciones en los componentes de la junta soldada como son, el metal de soldadura, zona afectada por el calor y el metal base, debido al calor aportado por el proceso y combinación de procesos de soldadura. La caracterización se efectuó mediante análisis de composición química, ensayos de dureza y microdureza, microscopía óptica (OM), microscopía electrónica de barrido (SEM), pruebas de tensión, doblado y sanidad; se diseñaron cuatro procedimientos de soldadura que fueron calificados siguiendo los requerimientos del estándar API 1104, mediante cuatro procesos de soldadura aplicados en forma individual o combinados, en cada uno de los siete arreglos de tubería empleados. Los resultados obtenidos con las diferentes entradas de calor muestran que la propiedad mecánica de resistencia a la tensión disminuye con el aumento en la entrada de calor a la unión soldada. El ensayo de microdureza muestra una zona de ablandamiento en la zona de transición entre el metal base y la ZAC, con mayor pérdida de dureza a medida que aumenta el calor de entrada, en cambio la ZAC presenta un aumento en su dureza a medida que se disminuye el calor de entrada. En las propiedades metalúrgicas la evaluación metalográfica muestra la presencia de estructuras ferríticas, bainítica, perlítica y trazas de austenita retenida presentando incremento tanto en cantidad como en engrosamiento de la ferrita y las colonias de bainita a medida que se incrementa el calor de entrada. El análisis elemental semicuantitativo (EDS) mostró que el contenido de Si, Mn y Fe aumentó levemente en la ZAC de las juntas soldadas examinadas, conforme aumenta el calor de entrada en el metal base; esto se debe al efecto térmico provocado por el calor aportado por los diferentes procesos de soldadura empleados.

Abstract The objective of this research was to evaluate the influence of heat input on the mechanical and micro-structural end of the heat affected zone (HAZ) in welded pipe joints properties API 5L Gr. X65, for transportation of hydrocarbons, using SMAW, GMAW STT, FCAW-S and GMAW SCT processes. The knowledge of the thermal effect in the HAZ of the welded joints is important for optimizing the welding parameters used when high strength steels and low alloy as API 5L pipe join, since this will have a great influence on the final mechanical and metallurgical properties of the weld joint. Mechanical and metallurgical properties assemblies seven welded were assessed with different heat inputs and welding parameters for different thermal affectations and investigate variations in components such as the welded joint, the weld metal, heat affected zone and the base metal due to heat contributed by the combination process and welding process. The characterization was performed by analysis of chemical composition, hardness and micro hardness testing, optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), stress testing, bending and nick testing; four welding procedures that were classified according to the requirements of the API standard 1104, using four welding processes applied alone or combined, are designed in each of the seven employees piping arrangements. The results obtained with the different heat inputs show that the mechanical properties of tensile strength decreases with increasing heat input to the weld. The microhardness testing shows a softening zone in the transition zone between the base metal and the HAZ, with greater loss in hardness with increasing heat input, however the HAZ shows an increase in hardness as it reduces heat input. In the metallurgical properties metallographic examination shows the presence of ferritic structure, bainitic, perlitic, showing increase in both quantity and thickening of the ferrite and bainite colonies as the heat input increases. Elemental analysis semiquantitative (EDS) showed that the content of Si, Mn and Fe slightly increased in the HAZ of welded joints examined, with increasing heat input in the base metal this is due to the thermal effect caused by the heat supplied by different welding processes employed.