Defectos de penetración de soldadura y racionalización de la medición e inspección

Propiedades mecánicas y fracturas de las soldaduras

Las soldaduras (cordones de soldadura y penetración) que unen estos materiales base, siendo también material metálico, incluyen materiales de relleno (como varillas y alambres de soldadura) que han sido fundidos y solidificados.
En la soldadura por arco típica, por ejemplo, las estructuras metálicas cambian continuamente no sólo en el metal de soldadura sino también en las partes de los materiales base afectadas por el calor de la soldadura. Junto con este cambio, las propiedades mecánicas de los materiales metálicos también cambian continuamente. Por otra parte, el refuerzo, que se forma en la superficie del cordón de soldadura, presenta discontinuidades. La concentración de discontinuidades conduce a una desviación de las propiedades mecánicas, provocando así fracturas debido a la concentración de tensiones.

Diseño de la resistencia y calidad de la soldadura

En el diseño de la resistencia de los productos metálicos, los materiales se seleccionan generalmente asumiendo la carga que se aplicará a los productos y determinando la carga que se aplicará a cada material metálico. Asimismo, las cargas aplicadas a las soldaduras de cada material deben tenerse en cuenta en el diseño de la resistencia, lo que establece así un estándar para la calidad de soldadura que debe alcanzarse.
Por lo tanto, es importante inspeccionar la calidad de la soldadura sobre la base del diseño de la resistencia midiendo, por ejemplo, el grosor de la garganta (o la sección transversal de la garganta, el tamaño de la sección transversal del cordón de soldadura después de soldar), la longitud de la pierna y la profundidad de penetración. La calidad de las soldaduras se puede evaluar mediante la medición macroscópica de las secciones transversales después de la soldadura.

Profundidad de penetración y defectos de penetración

La profundidad de penetración está estrechamente relacionada con la fuerza de la unión. Cualquier defecto de penetración en las soldaduras, como una relación inapropiada entre la profundidad de penetración y el material base, afectará en gran medida a la calidad y la resistencia de la soldadura. Tomando como ejemplo la soldadura a tope, a continuación, se describen los defectos de penetración típicos.

Penetración insuficiente

Es un defecto en el que la cantidad de penetración es insuficiente en comparación con la profundidad de penetración requerida, debido a factores como la aplicación insuficiente de calor al metal fundido. La figura muestra un ejemplo de soldadura de solapa. En la soldadura a tope, este defecto se produce fácilmente en el fondo de las ranuras. En el caso de un acoplamiento en T de placa delgada (filete horizontal), la penetración se considera insuficiente si la profundidad de penetración es del 20% o menos de la placa delgada.

Fusión incompleta

Un defecto en el cual partes del metal base no han sido penetradas por el metal fundido. La figura muestra un ejemplo de un acoplamiento en T de placa delgada (filete horizontal). Este defecto está causado, por ejemplo, por la aplicación insuficiente de calor al metal fundido y el flujo previo del metal fundido. En la soldadura circunferencial, también se debe a que los cordones anteriores y posteriores se transfieren a la soldadura de solapa antes de que hayan penetrado lo suficiente.

Soldadura de penetración total, soldadura de penetración parcial y su resistencia

Diferentes ranuras también provocan diferentes patrones de penetración, lo que da lugar a diferencias en la resistencia de las soldaduras.

Soldadura de penetración total

La soldadura de penetración total es un método de soldadura en el que la ranura del material base que se va a unir se une y se incrusta con materiales de unión fundidos (varilla de aporte y alambre de soldadura), como en la soldadura a tope.
Se puede decir que las soldaduras de penetración total son altamente fiables en el diseño de la resistencia, ya que tienen la misma tensión de prueba que el material base. Por otro lado, requieren una alta calidad de soldadura. Es necesario prestar especial atención a los extremos de las soldaduras para evitar defectos como las soldaduras con socavones. También es importante controlar y ajustar el refuerzo, ya que la tensión se concentra en el refuerzo excesivo, provocando grietas u otros problemas de este tipo.

Soldadura de penetración parcial

La soldadura de penetración parcial es un método en el que se crea una ranura parcial en el material base. En este método, el material base sólo se suelda parcialmente, mientras que la soldadura de penetración total suelda todo el grosor de la placa del material base. Aunque la soldadura de penetración total se utiliza en general, la soldadura de penetración parcial es necesaria en algunos casos, como cuando las secciones unidas están entrelazadas debido al diseño y la fabricación de los materiales.

Sin embargo, es necesario tener cuidado durante la soldadura de penetración parcial en lugares en los que se aplica un momento de flexión o una fuerza de tracción, ya que la resistencia de la soldadura de penetración parcial no suele ser suficiente. Por tanto, el diseño de la resistencia de las soldaduras, así como la medición e inspección de si las dimensiones de la penetración real de la soldadura, como el grosor de la garganta, satisfacen las condiciones de diseño, son todos particularmente importantes.

Imágenes 4K de alta resolución que capturan claramente el límite entre la penetración y el material base

Las secciones transversales de las soldaduras a veces dificultan el juicio y la medición debido al bajo contraste de los límites de la soldadura tanto para la penetración como para el material base. Por lo tanto, estos límites no se pueden observar claramente con un microscopio convencional.

El Microscopio Digital 4K Serie VHX puede capturar los bordes claramente con imágenes 4K de alta resolución. Incluso para las secciones transversales de la soldadura de solapa, cuyo límite entre el metal de soldadura y el material base es difícil de distinguir, ahora es posible observar de forma rápida y clara los bordes de los límites, las diferencias en las estructuras metálicas y las áreas defectuosas.
Estas observaciones eliminan la confusión en la medición dimensional convencional de la penetración y reducen las horas de trabajo a la vez que mejoran la precisión de la inspección.

Mejora de la eficiencia de la medición dimensional de las soldaduras

La medición dimensional de las secciones transversales de la soldadura es una inspección importante relacionada con la resistencia y la calidad. Sin embargo, con un microscopio estereoscópico convencional, es difícil juzgar los puntos de medición debido al bajo contraste entre el material base y los cordones. Además, es necesario realizar una comparación visual con la memoria e introducir manualmente los valores obtenidos, lo que conlleva problemas de errores humanos y una operación complicada.

Con imágenes 4K de alta resolución en su monitor que pueden representar claramente los límites de la soldadura, el Microscopio Digital 4K Serie VHX permite la medición dimensional en 2D de elementos como la longitud de la pierna, la profundidad de la garganta y la profundidad de penetración mediante la sencilla operación de hacer clic en el punto a medir. Puede completar incluso mediciones de orden submicrónico de alta precisión fácilmente y en poco tiempo, logrando así una reducción significativa de las horas de trabajo.
Asimismo, la última función de detección automática de bordes evita las variaciones en los puntos de medición entre operadores. Además, se satisface una amplia variedad de necesidades de inspección gracias a la función que les permite a los usuarios repetir las mediciones dimensionales seleccionando los datos medidos y guardados de un álbum.

Medición de la penetración de la soldadura

Medición dimensional 3D y forma 3D de los cordones de soldadura

Los cordones de soldadura tienen formas irregulares continuas. Si hay defectos (discontinuos) en la superficie del cordón, como refuerzo insuficiente, solapamiento, socavones, picaduras y grietas, no se pueden obtener las propiedades mecánicas deseadas y se pueden producir fracturas. Sin embargo, los microscopios convencionales no pueden enfocar toda la superficie irregular del cordón y no pueden proporcionar la información de altura necesaria para la evaluación de elementos como el refuerzo.

El Microscopio Digital 4K Serie VHX permite una visualización completamente enfocada y una medición dimensional en 3D para objetos que tienen superficies irregulares. Además, al mostrar la forma 3D de los cordones de soldadura, no sólo se puede inspeccionar la forma libremente desde varios ángulos, sino también medir el perfil de cualquier sección transversal. Dado que se pueden analizar las formas y la rugosidad, también se pueden inspeccionar salpicaduras, grietas y problemas similares en la superficie del material base alrededor de los cordones de soldadura.

Creación instantánea de informes de medición e inspección

Hasta ahora, los operadores tenían que enfrentarse no sólo a las complicadas tareas de medición e inspección, sino también a la gran carga de trabajo que supone la creación de informes.
El Microscopio Digital 4K Serie VHX está equipado con una función de elaboración de informes. También se puede instalar Excel en la Serie VHX, como si fuera una PC. La configuración de plantillas por adelantado hace posible introducir al instante no sólo imágenes con aumento, con las dimensiones incluidas, sino también valores medidos y juicios de aprobación/rechazo. Estas plantillas reducen drásticamente el esfuerzo y las horas de mano de obra necesarias para la creación de informes.