El zona afectada por el calor de la soldadura Es la zona donde el metal base sólido a ambos lados de la soldadura experimenta cambios evidentes en su estructura y propiedades bajo la acción del ciclo térmico de la soldadura, denominada zona afectada por el calor de la soldadura. Una unión soldada es un proceso de soldadura que consta de tres partes: el cordón de soldadura, la zona de fusión y la zona afectada por el calor.

1. Definición

Bajo la acción de un zona afectada por el calor de la soldadura En la soldadura por fusión, el área donde la estructura y las propiedades cambian dentro de un cierto rango cerca de ambos lados de la soldadura se denomina “zona afectada por el calor de la soldadura", o la "Zona Cercana a la Soldadura" (Zona Cercana a la Soldadura). ). La unión soldada se compone principalmente de dos partes, el cordón de soldadura y la zona de sombra caliente, y hay una zona de transición entre ellas, llamada zona de fusión. Por lo tanto, para garantizar la calidad de las uniones soldadas, es necesario que la estructura y las propiedades de la soldadura y la zona afectada por el calor cumplan con los requisitos al mismo tiempo. Con el uso continuo de diversos aceros de alta resistencia, aceros inoxidables, aceros resistentes al calor y algunos materiales especiales en la producción, los problemas existentes en la zona afectada por el calor de la soldadura se vuelven más complicados y se han convertido en el área débil de las uniones soldadas. Por lo tanto, los investigadores en muchos países han prestado gran atención a la zona afectada por el calor de la soldadura.

La extensión de la ZAT varía según el aporte de calor del proceso de soldadura, la conductividad térmica del material y la velocidad de enfriamiento. Un mayor aporte de calor o velocidades de enfriamiento más lentas suelen resultar en una ZAT más grande.

2. Distribución tisular

Según el zona afectada por el calor de la soldadura El acero para soldadura se divide en dos categorías: el acero con baja tendencia al temple, como el acero de bajo carbono y algunos aceros de baja aleación, se denomina acero de temple duro; y el acero con tendencia al endurecimiento. Los aceros de mayor calidad, como el acero de carbono medio, el acero aleado templado y revenido de bajo y medio carbono, etc., se denominan aceros de temple fácil. Debido a la diferente tendencia al temple, la estructura de la zona afectada por el calor de soldadura de ambos tipos de acero también es diferente.

3. Rendimiento

La distribución microestructural de la zona afectada por el calor de la soldadura no es uniforme, por lo que su rendimiento tampoco lo es. Esta zona es diferente del cordón de soldadura, y este último puede cumplir con los requisitos de rendimiento ajustando su composición química y el proceso de soldadura adecuado. El rendimiento de la zona afectada por el calor no se puede ajustar en cuanto a su composición, lo que se debe a un problema de falta de uniformidad que se produce bajo la acción de los ciclos térmicos de la soldadura. En estructuras soldadas generales, se consideran principalmente el endurecimiento, la fragilización, el reforzamiento y el ablandamiento de la zona afectada por el calor, así como sus propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión y fatiga, que se determinan según los requisitos específicos de uso de la estructura soldada.

Endurecimiento

La dureza de la zona afectada por el calor de soldadura depende principalmente de la composición química y las condiciones de enfriamiento del acero a soldar, y su esencia es reflejar el rendimiento de diferentes estructuras metalográficas. Debido a que la prueba de dureza es más conveniente, la dureza más alta HMAX de la zona afectada por el calor se utiliza a menudo para juzgar el rendimiento de la zona afectada por el calor, lo que puede predecir indirectamente la tenacidad, la fragilidad y la resistencia al agrietamiento de la zona afectada por el calor. En el proyecto, el HMAX de la zona afectada por el calor se ha utilizado como un índice importante para evaluar la soldabilidad. Cabe señalar que incluso la misma estructura tiene diferente dureza, lo cual está relacionado con el contenido de carbono del acero y la composición de la aleación. Por ejemplo, la dureza de la martensita con alto contenido de carbono puede alcanzar los 600 HV, mientras que la dureza de la martensita con bajo contenido de carbono es de tan solo 350-390 HV.

Fragilización

La fragilización de la zona de soldadura afectada por el calor suele ser la principal causa de agrietamiento y fallas frágiles en las uniones soldadas. La fragilidad y la tenacidad miden la capacidad de un material para resistir la fractura bajo cargas de impacto y son un reflejo integral de su resistencia y plasticidad. A mayor fragilidad, menor tenacidad y menor capacidad para resistir cargas de impacto. Debido a que la distribución de la microestructura en la zona afectada por el calor no es uniforme, e incluso en algunas piezas, la resistencia es mucho menor que la del metal base, se produce una fragilización grave, convirtiéndola en un punto débil de toda la unión. Por lo tanto, se estudia la fragilización de la zona afectada por el calor, considerando principalmente los mecanismos de fragilización, como la fragilización de grano grueso, la fragilización de la microestructura y la fragilización por envejecimiento por deformación térmica, con el fin de mejorar la tenacidad y las propiedades mecánicas de toda la unión. 

Endurecido

La zona afectada por el calor de la soldadura, especialmente la zona de fusión y la zona de grano grueso, es el punto débil de toda la unión soldada. Por lo tanto, se deben tomar medidas para mejorar su tenacidad. Sin embargo, esta tenacidad no se puede ajustar ni mejorar añadiendo elementos de aleación traza, como la soldadura. Es inherente al material, por lo que solo se puede mejorar dentro de un cierto rango mediante la mejora de la tenacidad del material y la aplicación de ciertas medidas tecnológicas. Según la investigación, el endurecimiento de la zona afectada por el calor de la soldadura puede adoptar las dos medidas siguientes.

Ablandar

Los metales o aleaciones reforzados mediante trabajo en frío o tratamiento térmico generalmente presentan diferentes grados de pérdida de resistencia en la zona de soldadura afectada por el calor. El ablandamiento o pérdida de resistencia en la zona afectada por el calor se debe a la recristalización. Este ablandamiento o pérdida de resistencia en la zona afectada por el calor tiene un efecto relativamente bajo en las propiedades mecánicas de las uniones soldadas, pero no es fácil de controlar.

4. Efectos sobre las propiedades del material

Resistencia y dureza: La ZAC puede presentar distintos niveles de dureza y resistencia en comparación con el metal base. Normalmente, las zonas más cercanas a la soldadura experimentan temperaturas más altas y pueden volverse más duras y frágiles, especialmente en aceros con alto contenido de carbono.

●Tenacidad: La tenacidad de la ZAC puede verse reducida debido a la formación de microestructuras más duras y frágiles. Esto es especialmente crítico en aplicaciones donde la resistencia al impacto es importante.

●Resistencia a la corrosión: En algunos materiales, como ciertos aceros inoxidables, el calor puede provocar cambios que afectan la resistencia a la corrosión, como la precipitación de carburos en los límites de grano.

5. Importancia y control

Integridad estructural: 

Comprender y controlar la zona afectada por el calor de la soldadura es crucial para garantizar la integridad estructural de los componentes soldados, especialmente en aplicaciones críticas como la ingeniería aeroespacial, automotriz y estructural.

Optimizando Parámetros de soldadura: 

①Aporte de calor: Reducir el aporte de calor mediante el ajuste del voltaje, la corriente y la velocidad de soldadura puede ayudar a reducir el tamaño de la ZAT. Un menor aporte de calor resulta en velocidades de enfriamiento más rápidas y un menor tiempo para cambios microestructurales adversos.

②Temperatura entre pasadas: controlar la temperatura entre pasadas (la temperatura entre cada pasada de soldadura) puede influir en la microestructura de la ZAT, mejorando propiedades como la tenacidad.

Precalentamiento y tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT):

①Precalentamiento: Aplicar calor al material antes de soldarlo puede reducir la velocidad de enfriamiento, minimizando así el riesgo de formación de microestructuras indeseables, como la martensita, en los aceros. También ayuda a reducir las tensiones residuales.

2PWHT: La aplicación de calor después de la soldadura puede ayudar a templar las microestructuras duras formadas en la ZAT, mejorando así la tenacidad y reduciendo las tensiones residuales.

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