¿Qué es el agrietamiento por hidrógeno o el agrietamiento retardado o el agrietamiento en frío?

¿Qué es el agrietamiento por hidrógeno o el agrietamiento en frío?

El agrietamiento inducido por hidrógeno (HIC), que se conoce comúnmente como agrietamiento por hidrógeno o agrietamiento retardado o agrietamiento en frío, se produce en aceros al carbono o de baja aleación (si digo precisamente que se trata de aceros ferríticos) cuando el hidrógeno atómico se difunde en él y forma hidrógeno molecular durante la soldadura de Aceros al carbono y aceros de baja aleación. . Es causado por la difusión de hidrógeno a las tensiones más altas, parte endurecida de la soldadura. Ocurren generalmente en la Zona Afectada por el Calor (ZAT) en los aceros C-Mn, pero pueden extenderse al metal de soldadura ya que existe un mayor riesgo de formar una microestructura frágil en la ZAT; la mayoría de las grietas frías se encuentran en el metal base. . Menos cambios en el metal de soldadura ya que los consumibles de soldadura contienen menor contenido de carbono.

Se sabe que una cierta cantidad de hidrógeno suele estar presente en el baño de soldadura. Esto proviene de la descomposición de la humedad que generalmente está presente en los fundentes (revestimiento de electrodos, fundente sumergido, relleno de alambres con núcleo de fundente) y que también puede estar presente en los gases de protección. Ocasionalmente, la alta humedad en ciertos días también puede aumentar la cantidad de hidrógeno que podría introducirse en el baño de soldadura.

Por qué lo decimos Agrietamiento en frío o agrietamiento retardado

Agrietamiento en frío porque las grietas se forman solo cuando la soldadura se ha enfriado por debajo de aproximadamente 100 ° C; y
Agrietamiento por hidrógeno retardado porque pueden formarse grietas varias horas o días después de la
finalización de la soldadura ).

Fenómenos de craqueo de hidrógeno

El hidrógeno se disocia (separa) en el arco y se transforma en estado atómico o ionizado en el metal fundido.

H 2 O = H 2 + O, H 2 = 2H, H = H + + e

La cantidad de hidrógeno absorbido en el metal de soldadura depende de la presión parcial de hidrógeno y la temperatura. Por lo tanto, la solubilidad de hidrógeno en el metal de soldadura es de 35 ml H 2 /100 g de metal de soldadura a 1800 ° C. Al disminuir la temperatura, la porción más alta se vuelve a difundir. Para el hierro, la solubilidad en equilibrio depende, además de la temperatura, también de la estructura reticular, del tipo de celda elemental (cbc, cfc).

Cortesía de imagen: GSI SLV Duisburg

Las figuras anteriores muestran la máxima solubilidad en hidrógeno que puede presentarse en el metal de soldadura incluso en caso de enfriamiento rápido. Pero en el enfriamiento rápido, se puede forzar la liberación de hidrógeno molecular incrustado en las cavidades de la red, pero también en los espacios. Especialmente el elemento se concentra en el rango de dislocaciones y límites de grano.

Debido a sus radios atómicas muy bajas (25 pm), (140 pm para el hierro), el elemento hidrógeno ya puede difundirse notablemente a temperatura ambiente. Ahora, en las áreas de microestructura y celosía con mayor energía, el hidrógeno atómico se recombina en las moléculas de gas. Debido a la recombinación, así como al gran número de moléculas de hidrógeno en tales áreas de microestructura, la presión del gas hidrógeno aumenta fuertemente localmente, por lo que los enlaces de la microestructura pueden romperse localmente resultando poros o grietas.

Este proceso de difusión, incluidos los mecanismos de recombinación o disociación, puede extenderse durante períodos que duran desde minutos hasta varias semanas. 

Factores que afectan la formación de grietas de hidrógeno

La tendencia a formar grietas por hidrógeno depende de los siguientes factores:
1. Cantidad de hidrógeno presente en el baño de soldadura: Cuanto mayor sea la cantidad de hidrógeno presente en el baño de soldadura, mayor será la posibilidad de que se formen grietas por hidrógeno. La cantidad de hidrógeno que se introduce en la piscina depende de factores como el proceso de soldadura utilizado; el diseño del consumible de soldadura y sus condiciones de almacenamiento; y la presencia de humedad, aceite, grasa, etc. en la pieza a soldar. Generalmente, GTAW y GMAWintroducir la menor cantidad de hidrógeno en el baño de soldadura y estos se denominan procesos de bajo contenido de hidrógeno. La cantidad de hidrógeno introducido en los procesos SMAW y FCAW dependerá de la designación del electrodo, el fabricante del electrodo y las condiciones en las que se hayan almacenado los electrodos. Por ejemplo, los electrodos E7018 se pueden proporcionar en envases sellados al vacío y estos electrodos deben introducir una cantidad muy baja de hidrógeno en el baño de soldadura. Sin embargo, si después de abrir el paquete y antes de su uso, se permite que los electrodos permanezcan al aire libre en un ambiente de alta humedad por un período de algunas horas o días, entonces la cantidad de hidrógeno que ingresa al baño de soldadura será mayor y esto aumentará las posibilidades de que el hidrógeno se agriete.

2. Presencia de tensiones bloqueadas: cuanto mayor sea la magnitud de las tensiones bloqueadas, más fácil será que se formen las grietas de hidrógeno. Las tensiones residuales (contracción de la zona de soldadura contra el acero más frío) siempre están presentes en las soldaduras. Además, puede haber tensiones debido a una gran sujeción (la pieza de trabajo es demasiado rígida para moverse).
Además, si hay muescas, las tensiones se magnifican en estos lugares y las grietas de hidrógeno se pueden formar más fácilmente. Algunas de estas ubicaciones incluyen la pasada de raíz en una soldadura de ranura, soldadura de un lado en la barra de respaldo o barra de respaldo sin empalmar para una soldadura longitudinal. 
3. Dureza / microestructura del acero: En general, cuanto más dura es la zona afectada por el calor, mayor es su tendencia a formar grietas por hidrógeno. Una microestructura más dura significa que tiene una menor proporción de ferrita y más fases similares a la martensita. Dependiendo del contenido de hidrógeno y la tensión, la dureza por encima de la cual puede ocurrir el agrietamiento por hidrógeno varía de 300 a 400 HV. Si se forma una zona dura afectada por el calor en la soldadura o no, depende de la capacidad de endurecimiento del acero, que a su vez depende de la composición del acero (cantidad de C, Mn, Cr, Ni, Mo, etc.) y la velocidad a la que la soldadura se enfría. Como se mencionó en la sección anterior, la velocidad a la que se enfría la soldadura depende de la energía del arco, el espesor del acero y el precalentamiento.Haga clic aquí para calcular la temperatura de precalentamiento con nuestra calculadora en línea

Cómo evitar el agrietamiento por hidrógeno

Una vez que se ha seleccionado y comprado un acero para soldar, las opciones disponibles para contrarrestar el

La posibilidad de agrietamiento por hidrógeno incluye:

  • Minimice la restricción de las juntas soldadas.
  • Evite las muescas en el área de la soldadura.
  • Utilice un proceso de bajo contenido de hidrógeno.
  • Utilice consumibles con bajo contenido de hidrógeno y asegúrese de que se almacenen correctamente.
  • Utilice una energía de arco alta para reducir la velocidad de enfriamiento (pero esto puede reducir otras propiedades como resistencia y tenacidad).
  • Utilice precalentamiento (y postcalentamiento); su función principal es ralentizar la velocidad de enfriamiento por debajo de 100 ° C y dar más tiempo para que el hidrógeno se difunda.