Análisis de las tensiones residuales mediante difracción de neutrones en soldaduras por difusión en aceros ferríticos y bainíticos

DI LUOZZO N.; FONTANA M.; CABEZA S.

Córdoba

Congreso; Reunión Anual de la Asociación Física Argentina; 2021

Asociación Física Argentina

Las soldaduras por difusión mediante una fase líquida transitoria (Transient Liquid Phase Bonding, TLPB) se llevan a cabo calentando la juntura hasta la temperatura de proceso, manteniendo esta temperatura para dar lugar al proceso de interdifusión entre los elementos aleantes del material de aporte y del metal base, y enfriando la juntura hasta temperatura ambiente.Estas soldaduras se caracterizan por realizar el aporte de calor de manera simultánea en un volumen que comprende tanto la juntura como la zona afectada por el calor (ZAC). Teniendo en cuenta lo anterior, con sólo permitir que la etapa de enfriamiento se realice por convección natural, la misma insume un tiempo en el rango de las decenas de minutos. Esto difiere completamente de lo que ocurre en la mayoría de los procesos de soldadura por arco eléctrico, donde el aporte de calor se realiza de manera prácticamente puntual, dando lugar tanto a fuertes gradientes térmicos como velocidades de enfriamiento.En todos los procesos de soldaduras, las tensiones residuales (TR) - es decir las tensiones debidas al proceso de manufactura de una pieza - se desarrollan durante el enfriamiento debido a gradientes térmicos y/o variaciones en el volumen específico debido a transformaciones de fase. Teniendo en cuenta lo anterior, las soldaduras TLPB tienen un área de oportunidad para desarrollar TR inferiores a las de los procesos de soldadura por arco eléctrico - con máximos que prácticamente alcanzan la tensión de fluencia del metal base.A tal fin, se realizó un escaneo de las TR en piezas soldadas por el proceso TLPB que comprende la juntura y la ZAC. Este escaneo se llevó a cabo mediante difracción de neutrones, teniendo presente su capacidad de penetración en metales en el orden de las decenas de mm. De esta manera se pudo medir las TR tanto en la proximidad de la superficie exterior como en el núcleo de las piezas soldadas.En particular, se estudiaron soldaduras de barras de aceros ferrítico y de baja aleación - ASTM A108 1011 y 4140 respectivamente, de 25 mm de diámetro. A su vez, como material de aporte se utilizaron cintas metálicas amorfas del sistema Fe-Si-B. Las TR se obtuvieron a partir de la medición de las deformaciones elásticas del plano (211) del Fe en la dirección radial, circunferencial y axial de las barras, utilizando una longitud de onda de 1.71713 Å y un volumen de interacción de 2x2x2 mm³.El principal objetivo de este trabajo es analizar el alcance que tiene el aporte de calor de manera simultánea en toda juntura - y su consecuente reducción en la velocidad de enfriamiento - para reducir las TR. Esto se debe a que, si bien favorecemos la reducción de gradientes térmicos en la pieza soldada, no necesariamente se tiene el mismo efecto en las TR que se originan durante la transformación de austenita en ferrita + perlita y en bainíta + martensita, para los grados de acero 1010 y 4140 respectivamente