Estudio teórico experimental de la resistencia a fatiga de uniones soldadas a tope considerando la influencia de la geometría de la unión y el ciclo térmico de enfriamiento (2017)
Resumen: Se realizó un estudio teórico experimental mediante la caracterización de la resistencia a fatiga en uniones soldadas a tope considerando la geometría y el ciclo térmico de enfriamiento. Se utilizó el proceso de soldadura manual por arco eléctrico (SMAW) en unión soldada a tope, con acero estructural ASTM A36 tipo placa de espesor 6 mm como metal base, y electrodo revestido E6013. En los ensayos de fatiga uniaxial se seleccionaron 8 réplicas por cada tratamiento para un total de 32 probetas. En el arreglo experimental se consideraron dos niveles tanto para el sobreespesor del cordón, como para la intensidad del medio de enfriamiento utilizando, un enfriamiento lento (aire tranquilo) y un enfriamiento rápido (inmersión en agua). Se relacionaron las propiedades mecánicas y fractomecánicas de las zonas de la unión soldada (zona de fusión, zona afectada térmicamente y material base) con la propagación de grietas por fatiga, con base en el conteo de microestriaciones y ensayos experimentales como: tensión uniaxial, dureza por microindentación, energía de impacto Charpy y análisis metalográfico para cada uno de los tratamientos bajo estudio. En el análisis teórico se parametrizó el sobreespesor del cordón y el radio del borde de soldadura, para ello se realizó un diseño experimental a tres niveles. La geometría de un grupo de cordones de soldadura reales es digitalizada y emulada en la construcción de los modelos de sólido 3D, definiendo una grieta semielíptica superficial en el borde de la soldadura. Mediante el Método de los Elementos Finitos se obtuvieron ecuaciones analíticas para el factor de agnificación por soldadura (Mk). Entre los resultados inicialmente se destacó la marcada influencia del sobreespesor del cordón en la vida de fatiga, un mayor sobreespesor significa una reducción en la redicción de vida de fatiga de hasta un 42% para la unión soldada considerada; y en segundo lugar se obtuvo el factor de intensidad de esfuerzos en el vértice del perímetro de la grieta a medida que incrementa su tamaño. Lo anterior provoca que la grieta durante su propagación estable se torne cada vez más alargada y estrecha. Las ecuaciones analíticas obtenidas para Mk pueden ser utilizadas en modelos de gestión de vida para este tipo de unión soldada.