UNIVERSIDAD TÉCNICA DEAMBATO FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA INGENIERÍA MECÁNICA INFORME DE MACROGRAFIA LABORATORIO x TALLER SIMULACIÓN CARRERA: Ingeniería Mecánica ASIGNATURA: Ensayos No Destructivos NIVEL: 9no PARALELO: “B” ÁREA ACADÉMICA: E.N.D DOCENTE: Ing. Mg. Juan Paredes PERIODO ACADÉMICO: Marzo 2017 – Agosto2018 PRÁCTICA Nº: 01 I. TEMA: “Ensayo de Macrografía” II. OBJETIVOS Objetivo General. Analizar las diferentes discontinuidades existentes en una junta soldada, de una probeta Objetivos Específicos. Conocer los tipos de discontinuidades existentes . Interpretar la norma AWS D1.1, para efectuar la soldadura SMAW. Conocer la importancia de la macrografía en juntas soldadas. Conocer el procedimiento ideal para realizar el ensayo no destructivo de macrografía. Identificar los tipos de discontinuidades producidas en el cordón de soldadura de la probeta elaborada por medio del método de macrografía. III. MARCO TEÓRICO ENSAYO MACROGRÁFICO El ensayo macrográfico está catalogado dentro de la sección de Metalografía, que es una ciencia dedicada al estudio de las diferentes cualidades de los metales, puestas en relación con la física, la química y la mecánica. Pretende verificar entre otros, la ausencia de defectos, determinar la geometría de la unión soldada o poder observar el grado de penetración de los cordones de soldadura en el material base. [1] La forma más sencilla de realizar el estudio es examinando las superficies metálicas a simple vista, logrando determinar de esta forma las características macroscópicas, de ellos se extraen datos sobre los tratamientos mecánicos sufridos por el material, es decir, determinar si el material fue trefilado, laminado, forjado, entre otros, comprobar la distribución de defectos como grietas superficiales, de forja y rechupes. [2] Los exámenes macroscópicos se realizan generalmente sin preparación especial, pero a veces es necesaria una cuidadosa preparación de la superficie para poner de manifiesto las características macroscópicas. En la macroscopía, se utilizan criterios para el tipo de corte a realizar (transversal o longitudinal) para extraer la muestra dependiendo el estudio a realizar, por ejemplo: [2] Corte transversal: Naturaleza del material, homogeneidad, segregaciones, procesos de fabricación, y otros. Corte longitudinal: Proceso de fabricación de piezas, tipo y calidad de la soldadura y otros. Figura 1: Corte Transversal y longitudinal. Fuente: Tomado de [2] Los ensayos micrográficos se realizan sobre muestras o probetas de los materiales que han de ser sometidos a estudio, preparamos una superficie que luego de ser pulida convenientemente, se ataca con reactivos químicos apropiados a la finalidad de la determinación a realizar. [2] No obstante, el procedimiento de preparación de la superficie es básicamente el mismo para ambos ensayos metalográficos. Los pasos a seguir en el procedimiento de preparación son los mismos para todos los materiales difiriendo solo las herramientas de corte y el grado de finura de los papeles de esmeril según la dureza del material. El reactivo de ataque a utilizar depende del tipo de aleación. Los estándares más comunes utilizados en macrografía son ASTM E340, ASTM E381, ASME Secc. IX, AWS D1.1 y API 1104. [2] Procedimiento para la preparación de una muestra metalográfica. Selección de la muestra. Cuando se trata de un examen micrográfico o macrográfico; el corte se realizará en toda la sección longitudinal o transversalmente. [3] Extracción de la muestra En esta parte hay metales muy dúctiles, como metales puros, aleaciones de aluminio, magnesio y láminas de acero de muy bajo carbono, aleaciones frágiles y materiales tratados térmicamente, se usarán sierras de mano, en cualquiera que sea el procedimiento (micro o macrográfico) se deberá cuidar que el material no se caliente, puesto a que puede verse afectado las propiedades del material. [3] Desbaste Es la operación después del corte y tiene por objeto preparar la superficie plana a examinar; la cual se prepara con lijas de agua, con diversas granulometrías. El uso del agua durante el desbaste, así como la limpieza y el secado cada vez que se pase de una lija a otra. El desbaste se realiza desde una granulometría de 100 pasando por 180, 220, 240, 320, 400,500 hasta los 600; donde a mayor numeración más fina es la granulometría. [3] Pulido Tiene por finalidad eliminar de la superficie de la probeta las rayas finas producidas en la última operación del desbaste y conseguir una superficie sin rayas y con alto pulimiento. El pulido mecánico se realiza en una pulidora que tiene un disco de metal, este disco esa impregnado con una suspensión acuosa de polvo (alúmina) o pasta de diamante. Como paño de pulido se utilizan: paños de brillar, gamuza o pana. Como abrasivo de pulido su utiliza: la asta de diamante, solución de polvo de diamante, solución de óxido de aluminio y oxido de magnesio en polvo. Concluida esta operación se lava con agua la probeta y se le pasa un trozo de algodón con agua jabonosa, se seca y luego se lava con alcohol. [3] Ataque y observación al microscopio El ataque se realiza con un reactivo apropiado para cada tipo de metal. [3] El ataque consiste en aplicar algunas gotas de reactivo sobre la superficie del metal, durante cierto tiempo. [3] Después del tiempo transcurrido, se lava la superficie con agua y posteriormente con alcohol y finalmente se seca con un secador. [3] Fotografía Para registrar el campo micrográfico o macrográfico de interés se toma fotografías del microscopio. [3] Aplicaciones de la macrografía. Dicho análisis metalográfico tiene muchas aplicaciones tales como: [3] o Líneas de flujo en productos forjados. o Micro y macrorechupes. o Segregaciones, e inclusiones. o Distribución de las fases que componen la aleación. o biomateriales-implantes quirúrgicos (existen prótesis de acero, así como también materiales cerámicos y plásticos que favorecen la osteointegración). o Los materiales cerámicos, de semiconductores y electrónica en general son estudiados. o Polímeros biodegradables para la industria alimenticia. o En electrónica, se estudian uniones soldadas de metal con cerámicos. o Pulvimetalúrgia, en verde y sinterizados. o Degradación microestructural. o Análisis de superficies de fracturas por medio de MEB. o Caracterización de morfología de falla y soldadura. o Estudio de los métodos de fabricación. o Estudio de la influencia de la microestructura en las propiedades elásticas. o Seguimientos y procesos de temple. o Estudio de la degradación por el clima y los tratamientos termoquímicos. CLASIFICACIÓN DE LOS TIPOS DE SOLDADURA Se pueden distinguir primeramente los siguientes tipos de soldadura: Soldadura heterogénea: Se efectúa entre materiales de distinta naturaleza, con o sin metal de aportación: o entre metales iguales, pero con distinto metal de aportación. Puede ser blanda o fuerte. Figura 2: Soldadura heterogénea. Fuente: Tomado de [4] Se pueden clasificar en: Soldaduras blandas y soldaduras fuertes. Soldadura homogénea: Los materiales que se sueldan y el metal de aportación, si lo hay, son de la misma naturaleza. Puede ser oxiacetilénica, eléctrica (por arco voltaico o por resistencia), etc. Si no hay metal de aportación, las soldaduras homogéneas se denominan autógenas. Por soldadura autógena se entiende aquélla que se realiza sin metal de aportación, de manera que se unen cuerpos de igual naturaleza por medio de la fusión de los mismos; así, al enfriarse, forman un todo único. [4] Figura 3: Soldadura homogénea Fuente: Tomado de [4] Se pueden clasificar en: Por presión, por fusión, por ambas cosas. TIPOS DE JUNTAS Podemos realizar la siguiente clasificación de los tipos básicos de juntas a ser soldadas. Las más conocidos son: [5] Figura 4: Tipos de Uniones de placas. Fuente: Tomado de [5] IV. LISTADO DE EQUIPOS, MATERIALES Y RECURSOS Tabla 4.1: Equipos, materiales y recursos. EQUIPOS DE PROTECCIÓN PERSONAL Descripción Ilustración Mandil Casco para soldar Guantes EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS Descripción Ilustración Electrodos Soldadora Cepillo Placas de Acero Cierra Esmeril de banco Tornillo de banco Herramientas de lijado y pulido Zona de lijado Zona para el pulido Nital 4 Secador Fuente: Autores V. ACTIVIDADES A DESARROLLAR PREPARACIÒN METAL BASE 1. Obtener dos placas de acero ASTM A36 150x50x12mm. Figura 5. Placas de acero ASTM A36. Fuente: Autores 2. Tomar las medidas de las placas con la ayuda de un calibrador pie de rey para realizar la probeta con un bisel en X, y así realizar los trazos correspondientes. Figura 6. Toma de medidas. Fuente: Autores 3. Con la ayuda del esmeril efectuamos el corte para realizar el bisel tipo X. para la preparación de la junta. Figura 7. Perfeccionamiento del material mediante el esmeril de banco Fuente: Autores SOLDADURA DE PLACA. 4. Mediante el empleo de la lima y el cepillo de acero retirara todas las impurezas. Figura 8. Pulido de impurezas Fuente: Autores 5. Con la ayuda de una soldadora GMAW se procede a realizar el cordón de soldadura en la junta anteriormente preparada en X, cabe destacar que la soldadora deberá estar con el amperaje correspondiente. Figura 9.. Soldadura de la placa. Fuente: Autores 6. Mediante la ayuda del cepillo de acero retirar toda la escoria presente en la placa recién soldada. Figura 10. Placa sin escoria. Fuente: Autores PREPARACIÒN DE LA PROBETA 7. Mediante una cortadora plasma realizar un corte en la placa soldada a una distancia horizontal de 30mm. Figura 11. Corte en caliente. Fuente: Autores 8. Con la ayuda de una sierra mecánica realizar un segundo corte en segmentos de 30 mm desde un extremo cortado a 20 mm. Figura 12. Corte en frio Fuente: Autores 9. Una vez obtenida la pieza de 120 x 30 x 12 mm se realizará un tercer corte desde el cordón a una distancia de 30mm tanto a la derecha como a la izquierda para así obtener las probetas para el ensayo. Figura 13. Probeta. Fuente: Autores ENSAYO DE MACROGRAFIA. 10. La sección que se cortó en frio será la sección tomada en cuenta para el estudio, y para realizar el ensayo. 11. Realizar el desbaste de la probeta siguiendo un orden desde la lija de mayor grano hasta menor grano 240, 320, 400, 1500 granos /pulg2 hasta que el área de estudio quede totalmente lisa. 12. Pulir la probeta con la ayuda de la pulidora de disco hasta que la misma tenga una apariencia de espejo. Figura 14. Pulido de la probeta. Fuente: Autores 13. Una vez que la probeta este totalmente con apariencia de espejo, realizar el ataque con nital 4. Figura 15. Ataque químico de la sección pulida. Fuente: Autores 14. Secar la probeta. Figura 16. Probeta seca Fuente: Autores Visualizar las líneas de fusión y las discontinuidades que se presentan en el cordón de soldadura. Figura 17. Visualización de discontinuidades en el cordón de soldadura. Fuente: Autores 15. Una vez concluido el ensayo analizar las discontinuidades existentes en el cordón de soldadura. VI. RESULTADOS OBTENIDOS Universidad Técnica de Ambato Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica Semestre: Noveno semestre Materia: Ensayos No Destructivos (E.N.D.) REPORTE DE INSPECCIÓN VISUAL Nombre del NO APLICA Inspector L.GALVEZ-A.IZA-C. PEREZ-J. SOLIS cliente Dirección del Fecha de NO APLICA 13/04/2018 Fecha ultima insp. 17/04/2018 cliente inspección Horario de Teléfono NO APLICA 11H00 Horario de salida 13H00 entrada Institución Ingeniería Revisado por Ing. Juan Paredes Numero examen 1 realiza Mecánica REGISTRO DE DATOS Inspección: Ensayo Micrográfico Detalles constructivos: Ubicación: Plano Orientación: Horizontal Capacidad: No aplica Reparaciones: Ninguna Espesor de No aplica pintura: Largo de la placa 150 mm Espesor de la 12 mm placa: Ancho de la placa: 50 mm Tramos de 40x30x12 mm estudio: EQUIPO Y TECNOLOGÍA APLICADAS Tipo Ejecución Detalle(fots) Linterna SI ☐ NO x Equipo de Luz halógena SI ☐ NO x iluminación Lámparas portátiles SI ☐ NO x Luz natural SI x NO ☐ Otro SI ☐ NO x Espejos articulados SI ☐ NO x Equipo de visión Lentes de aumento SI x NO ☐ VT1 Otro SI ☐ NO x Escuadra SI x NO ☐ Calibrador pie de rey SI x NO ☐ Equipos de Flexómetro SI ☐ NO x medida Galga tipo leva SI ☐ NO x Otro SI ☐ NO x CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Tipo Ejecución Detalle Mordeduras SI X NO ☐ Poros SI X NO ☐ Socavadura SI X NO ☐ Falta de Determinación del estado SI ☐ NO X Penetración de integridad de la probeta Salpicaduras SI X NO ☐ Sobremontas SI ☐ NO X Linealidad SI ☐ NO X SMAW SI ☐ NO X GMAW SI X NO ☐ TIG SI ☐ NO X SAW SI ☐ NO X Tipo de Corriente Continua Proceso de corriente: soldadura Tipo de JUNTAS ER70S-6 electrodo: SOLDADAS Diámetro del 0,9 mm electrodo Gas: Argón/C02 Otro No aplica Tipo de Buena apariencia: Textura: Buena Apariencia Porcentaje de visual Bajo afectación: Posible Si recuperación: TIPOS DE DISCONTINUIDADES ITEM DISCONTINUIDADES SUPERFICIAL/INTERNA OBSERVACION 1 Salpicadura Superficial Afectación termica, mala calibración 2 Apertura de arco Superficial Ubicado en el extremo izquierdo con una longitud de 3 mm 3 Poro Interna Centro del cordon, agrupación mínima 4 Socavadura Superficial Ubicado en el extremo derecho del cordon 5 Mordedura Superficial Ubicado en el extremo derecho del cordon VII. CONCLUSIONES Mediante el empleo e interpretación de la norma AWS D1.1, se seleccionó el tipo de bisel adecuado de acuerdo al espesor de la placa, la cual menciona que al tener una placa de 8 mm de espesor se debe dejar una altura del talón de 2mm y el ángulo del biselado es de 30°, conformando lo anterior en una junta tipo Y. Mediante la práctica efectuada se puede concluir que para efectuar la macrografía de la junta soldada, la muestra se prepara de manera destructivamente cortando, maquinando y atacando la muestra de ensayo. El ataque de la muestra crea una reacción química que expone la microestructura o líneas de flujo del material. El procedimiento más efectivo de emplear el análisis macrográfico se puede resumir en cuatro etapas los cuales son Preparación del material base, Proceso de soldeo de las placas, Procedimiento para la obtención de la muestra o probeta de estudio y Procedimiento para el análisis macrográfico. Mediante el empleo de la macrografía en la junta soldada se puede concluir que las discontinuidades que existen son falta de penetración, mordeduras, socavaduras, grietas, salpicaduras, sobre monta excesiva y desalineación, dando como resultado una soldadura de baja calidad. VIII. RECOMENDACIONES Al desbastar la probeta en el banco de lijas 240, 320, 400, 600 granos/pulg2 se lo debe realizar en un solo sentido y girando 90 grados al ir cambiando las lijas respectivamente y de igual manera ir disminuyendo la fuerza que se aplica en cada tramo de lija. Manipular con mucha precaución la pulidora de disco porque puede ocasionar accidentes entre las personas que la utilizan y a más de ello una mala manipulación de la maquina puede perder varias eficiencias como por ejemplo se reduce la velocidad de la misma y eso es perjudicial para nuestros resultados que queremos alcanzar. Al realizar el ataque químico sobre la superficie a estudiar se lo debe realizar con todos los equipos necesarios y siempre estando pendiente del reactivo, pues si se deja actuar mucho tiempo el reactivo en la superficie de estudio se puede quemar, cambiando así los resultados. IX. BIBLIOGRAFÍA [1] Scisa.es. (2018). Ensayo Macrográfico: el estudio del metal | SCI Control & Inspección. [online] Available at: https://scisa.es/ensayo-macrografico/ [Accessed 17 Apr. 2018]. [2] METALOGRAFIA, Comisión General de Energía Atómica, documento pdf; Introducc%25C3%25B3n%2BMetalografia. pdf . [3] PREPARACION DE MUESTRAS METALOGRAFICAS, LABORATORIO N° 1, Universidad Centroamericana José Simeón Cañas. El Salvador: San Salvador. [4] Procedimiento de unión: Soldadura. “Cristóbal de Monroy”. Dpto. de Tecnología. (2018). España: Barcelona. [5] P. MALDONADO, «Macrografía. Análisis de la preparación de los aceros,» 2012.