Análisis de microfisuras en el soportado de máquinas marinas mediante aceros microaleados de alto límite elástico

Abstract

Todos los elementos estructurales sometidos a fluctuaciones de cargas cíclicas son propensos a la fatiga, pudiendo originar la iniciación y propagación de grietas en áreas de concentración de tensiones que podrían producir un colapso en la estructura. Las estructuras navales están expuestas a cargas cíclicas adversas debidas a un determinado comportamiento de la mar, fuerzas de propulsión, condiciones de carga, etc., que pueden provocar fallos por fatiga. Los movimientos alternativos producidos por la maquinaria suponen un aspecto crítico debido al elevado número de ciclos de carga. En general, el soportado de equipos y maquinas marinas requiere estructuras que trabajen en condiciones muy rigurosas, siendo esencial conseguir una tenacidad adecuada tanto en el metal base como en la zona afectada por el calor, ZAC, en el caso de soportes de acero soldados. Dado que el comportamiento a fatiga está influenciado en gran medida por el tipo de material, se ha elegido un acero de alta resistencia y baja aleación (USITEN 355 0.5 Ni Grado I), idóneo para su utilización en estructuras que requieren adecuados valores de resiliencia y tenacidad a bajas temperaturas de trabajo. Para una operación exitosa en dichas condiciones, es esencial asegurar un incremento en el número de ciclos a los que una grieta se extiende en la estructura, en especial por la zona afectada por el calor de la soldadura, ZAC, sin que se produzca una rotura súbita, así como obtener una tenacidad adecuada tanto en metal base como en la ZAC a bajas temperaturas. La limitación en el contenido de carbono con objeto de conseguir una mejora en su soldabilidad y la reducción en el contenido de manganeso, se compensa en estos aceros con la adición de microaleantes (V, Nb, Al) que, en forma de carburos y nitruros, frenan el crecimiento del tamaño de grano y contribuyen a disminuir su fragilidad. En el presente trabajo, se han llevado a cabo pruebas de dureza, resiliencia CVN (Charpy) y de CTOD (Crack Tip Opening Displacement), para garantizar que en el proceso de soldadura utilizado (SMAW), los consumibles utilizados y los procedimientos de soldadura, los valores de fractura por fatiga, CTOD y tenacidad a la fractura sean aceptables con los estándares que le son aplicables. Así mismo, se establece una correlación entre los parámetros de soldadura y los resultados obtenidos en los ensayos de fractura de tal forma que, si los resultados obtenidos en los ensayos no fueran satisfactorios, se pueda aplicar la solución adecuada en el soldeo para que los parámetros que regulan los ensayos de fractura sean aceptables. El trabajo aquí desarrollado es útil como guía y referencia para futuros trabajos de investigación de mecánica de la fractura en aceros microaleados.