UNE-EN_ISO_15653

norma españolla

UNE-EN N ISO 15653

Junio 2011 TÍTULO

Materriales metálicos Métod do de ensayo para la determinación de la resistencia a la fractu ura cuasiestática de las soldaduras 1 (ISO 15653:2010)

Metallic materials. Method of test for the determination of quasistatic fracture f toughness of welds. (ISO 156553:2010). Matériauxx métalliques. Méthode d'essai pour la détermination de la ténacité quasi q statique à la rupture des soudures. (ISO 15653:2010).

CORRESPONDENCIA

Esta norma n es la versión oficial, en español, de la Norma Europea EN ISO O 15653:2010, que a su vez adopta la Norma Internacionnal ISO 15653:2010.

OBSERVACIONES

ANTECEDENTES

Esta norrma ha sido elaborada por el comité técnico AEN/CTN 14 Soldadura y técnicas conexass cuya Secretaría desempeña CESOL.

Editada e impresa por AENOR Depósito legal: M 26631:2011

LAS OBSE ERVACIONES A ESTE DOCUMENTO HAN DE DIRIGIRSE A:

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Grupo 29

S

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NORMA EUROPEA EUROPEAN STANDARD NORME EUROPÉENNE EUROPÄISCHE NORM

EN ISO 15653 Abril 2010

ICS 25.160.40

Versión en español

Materiales metálicos Método de ensayo para la determinación de la resistencia a la fractura cuasiestática de las soldaduras (ISO 15653:2010)

Metallic materials. Method of test for the determination of quasistatic fracture toughness of welds. (ISO 15653:2010)

Matériaux métalliques. Méthode d'essai pour la détermination de la ténacité quasi statique à la rupture des soudures. (ISO 15653:2010).

Metallische Werkstoffe. Prüfverfahren zur Bestimmung der quasistatischen Bruchzähigkeit von Schweiβverbindungen. (ISO 15653:2010).

Esta norma europea ha sido aprobada por CEN el 2010-01-23. Los miembros de CEN están sometidos al Reglamento Interior de CEN/CENELEC que define las condiciones dentro de las cuales debe adoptarse, sin modificación, la norma europea como norma nacional. Las correspondientes listas actualizadas y las referencias bibliográficas relativas a estas normas nacionales pueden obtenerse en el Centro de Gestión de CEN, o a través de sus miembros. Esta norma europea existe en tres versiones oficiales (alemán, francés e inglés). Una versión en otra lengua realizada bajo la responsabilidad de un miembro de CEN en su idioma nacional, y notificada al Centro de Gestión, tiene el mismo rango que aquéllas. Los miembros de CEN son los organismos nacionales de normalización de los países siguientes: Alemania, Austria, Bélgica, Bulgaria, Chipre, Croacia, Dinamarca, Eslovaquia, Eslovenia, España, Estonia, Finlandia, Francia, Grecia, Hungría, Irlanda, Islandia, Italia, Letonia, Lituania, Luxemburgo, Malta, Noruega, Países Bajos, Polonia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Rumanía, Suecia y Suiza.

CEN COMITÉ EUROPEO DE NORMALIZACIÓN European Committee for Standardization Comité Européen de Normalisation Europäisches Komitee für Normung CENTRO DE GESTIÓN: Avenue Marnix, 17-1000 Bruxelles © 2010 CEN. Derechos de reproducción reservados a los Miembros de CEN.

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EN ISO 15653:2010

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PRÓLOGO El texto de la Norma EN ISO 15653:2010 ha sido elaborado por el Comité Técnico ISO/TC 164 Ensayos mecánicos de los materiales metálicos en colaboración con el Comité Técnico CEN/TC 121 Soldadura, cuya Secretaría desempeña DIN. Esta norma europea debe recibir el rango de norma nacional mediante la publicación de un texto idéntico a ella o mediante ratificación antes de finales de octubre de 2010, y todas las normas nacionales técnicamente divergentes deben anularse antes de finales de octubre de 2010. Se llama la atención sobre la posibilidad de que algunos de los elementos de este documento estén sujetos a derechos de patente. CEN y/o CENELEC no es(son) responsable(s) de la identificación de dichos derechos de patente. De acuerdo con el Reglamento Interior de CEN/CENELEC, están obligados a adoptar esta norma europea los organismos de normalización de los siguientes países: Alemania, Austria, Bélgica, Bulgaria, Chipre, Croacia, Dinamarca, Eslovaquia, Eslovenia, España, Estonia, Finlandia, Francia, Grecia, Hungría, Irlanda, Islandia, Italia, Letonia, Lituania, Luxemburgo, Malta, Noruega, Países Bajos, Polonia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Rumanía, Suecia y Suiza.

DECLARACIÓN El texto de la Norma ISO 15653:2010 ha sido aprobado por CEN como Norma EN ISO 15653:2010 sin ninguna modificación.

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ISO 15653:2010

ÍNDICE Página PRÓLOGO .............................................................................................................................................. 7 1

OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN ............................................................................. 8

2

NORMAS PARA CONSULTA ............................................................................................. 8

3

TÉRMINOS Y DEFINICIONES .......................................................................................... 8

4

SÍMBOLOS Y UNIDADES ................................................................................................... 9

5

PRINCIPIO........................................................................................................................... 10

6 6.1 6.2 6.3

ELECCIÓN DEL DISEÑO DE LA PROBETA, ORIENTACIÓN DE LA PROBETA Y LOCALIZACIÓN DE LA ENTALLA .......................................... 11 Clasificación del área objetivo para la entalla ................................................................... 11 Diseño de la probeta ............................................................................................................. 11 Orientación de la probeta y del plano de la grieta ............................................................. 11

7 7.1 7.2

METALOGRAFÍA ANTES DEL MECANIZADO .......................................................... 15 Evaluación microestructural de macrosecciones. .............................................................. 15 Requisitos adicionales para el ensayo de la zona afectada térmicamente ....................... 16

8 8.1 8.2 8.3 8.4

MECANIZADO .................................................................................................................... 16 Tolerancias en las dimensiones de la probeta .................................................................... 16 Localización de la entalla para probetas con entalla en el espesor .................................. 17 Localización de la entalla para probetas con entalla en la superficie .............................. 17 Mecanizado de la entalla ...................................................................................................... 17

9 9.1 9.2

PREPARACIÓN DE LA PROBETA ................................................................................. 22 Preagrietamiento por fatiga................................................................................................. 22 Ranurado lateral .................................................................................................................. 22

10

APARATOS DE ENSAYO, REQUISITOS Y PROCEDIMIENTO DE ENSAYO ....... 22

11 11.1 11.2 11.3 11.4

METALOGRAFÍA TRAS EL ENSAYO ........................................................................... 22 Generalidades ....................................................................................................................... 22 Probetas con entalla a través del espesor ........................................................................... 23 Probetas con entalla en la superficie ................................................................................... 23 Evaluación del pop-in ........................................................................................................... 23

12 12.1 12.2 12.3 12.4

ANÁLISIS TRAS ENSAYO ................................................................................................ 26 Elección de las propiedades de tracción ............................................................................. 26 Klc ........................................................................................................................................... 27 δ y J ........................................................................................................................................ 27 Requisitos de cualificación ................................................................................................... 27

13

INFORME DEL ENSAYO .................................................................................................. 31

ANEXO A (Informativo) EJEMPLOS DE LOCALIZACIONES DE ENTALLAS ..................... 32 ANEXO B (Informativo) EJEMPLOS DE METALOGRAFÍAS ANTES Y DESPUÉS DE ENSAYO............................................................................................. 34

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ANEXO C (Normativo)

MODIFICACIÓN DE TENSIONES RESIDUALES Y TÉCNICA DE PREAGRIETADO...................................................... 36

ANEXO D (Normativo)

EVALUACIÓN DEL POP-IN ................................................................. 38

ANEXO E (Informativo) ENSAYO DE PROBETAS CON ENTALLA POCO PROFUNDA .... 44 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................... 48

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ISO 15653:2010

PRÓLOGO ISO (Organización Internacional de Normalización) es una federación mundial de organismos nacionales de normalización (organismos miembros de ISO). El trabajo de preparación de las normas internacionales normalmente se realiza a través de los comités técnicos de ISO. Cada organismo miembro interesado en una materia para la cual se haya establecido un comité técnico, tiene el derecho de estar representado en dicho comité. Las organizaciones internacionales, públicas y privadas, en coordinación con ISO, también participan en el trabajo. ISO colabora estrechamente con la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) en todas las materias de normalización electrotécnica. Las normas internacionales se redactan de acuerdo con las reglas establecidas en la Parte 2 de las Directivas ISO/IEC. La tarea principal de los comités técnicos es preparar normas internacionales. Los proyectos de normas internacionales adoptados por los comités técnicos se envían a los organismos miembros para votación. La publicación como norma internacional requiere la aprobación por al menos el 75% de los organismos miembros que emiten voto. Se llama la atención sobre la posibilidad de que algunos de los elementos de este documento puedan estar sujetos a derechos de patente. ISO no asume la responsabilidad por la identificación de cualquiera o todos los derechos de patente. La Norma ISO 15653 fue preparada por el Comité Técnico ISO/TC 164 Ensayos mecánicos de los materiales metálicos, Subcomité SC 4, Ensayos de tenacidad. Fractura (F), Péndulo (P), Desgarro (T).

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1 OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN Esta norma internacional especifica los métodos para determinar la resistencia a la fractura en términos de K (factor de intensidad de tensiones), δ (desplazamiento de los flancos de la grieta, CTOD) y J (equivalente experimental de la integral J) para soldaduras en materiales metálicos. Esta norma internacional es complementaria a la Norma ISO 12135, que cubre todos los aspectos del ensayo de la resistencia a la fractura del metal base y que necesita usarse junto con este documento. Esta Norma Internacional describe métodos para determinar los valores puntuales de la resistencia a la fractura. No se debería considerar como una manera de obtener una curva R válida (curva de resistencia al crecimiento de la grieta). Sin embargo, los métodos de preparación de probetas descritos en esta norma internacional se podrían emplear de forma válida para la determinación de curvas R para soldaduras. Los métodos usan probetas con grietas previamente generadas por fatiga en los que se ha hecho una entalla, tras el soldeo, en un área objetivo concreta en la soldadura. Se describen los métodos para evaluar la idoneidad de la soldadura para la ubicación de la entalla en el área objetivo, la cual se puede situar bien en el metal de soldadura o bien en la zona afectada térmicamente (ZAT), y también, cuando sea apropiado, para evaluar la eficacia de las grietas por fatiga al muestrear estas áreas. 2 NORMAS PARA CONSULTA Las normas que a continuación se indican son indispensables para la aplicación de esta norma. Para las referencias con fecha, sólo se aplica la edición citada. Para las referencias sin fecha se aplica la última edición de la norma (incluyendo cualquier modificación de ésta). ISO 3785 Materiales metálicos. Designación de los ejes de las probetas en relación a la textura del producto. ISO 12135 Materiales metálicos. Método unificado de prueba para la determinación de la tenacidad a la fractura cuasi estática. 3 TÉRMINOS Y DEFINICIONES Para los fines de este documento, se aplican los términos y definiciones incluidos en la Norma ISO 12135 además de los siguientes: 3.1 anchura de la zona de alargamiento, AZA: Aumento en la longitud de la grieta asociada al achatamiento de los flancos de la grieta - es decir, previo al comienzo del crecimiento inestable de la grieta, pop-in (véase 3.3) o del crecimiento lento y estable de la grieta – y que ocurre en el mismo plano que la grieta previamente generada por fatiga. 3.2 área objetivo: Posición de los flancos de la grieta, previamente provocada por fatiga, dentro del metal de soldadura o de la AZA. NOTA Véanse los apartados 3.7 y 3.9.

3.3 pop-in: Discontinuidad abrupta en el registro de la fuerza en función al desplazamiento, caracterizada por un aumento repentino en el desplazamiento acompañado generalmente por una disminución también repentina en la fuerza, después de la cual tanto el desplazamiento como la fuerza aumentan de nuevo por encima de sus correspondientes valores en el pop-in. 3.4 compresión local: Compresión controlada aplicada a probetas en el sentido del espesor en el ligamento no entallado previo al agrietamiento por fatiga empleando placas de compresión de acero templado. NOTA Véase el anexo C.

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3.5 soldeo: Operación por la cual dos o más piezas se unen mediante calor, fricción, presión o los tres, de tal manera que hay continuidad en la naturaleza del metal entre estas piezas. NOTA Puede o no usarse metal de aporte, la temperatura de fusión de la cual está en el mismo orden que el material base.

3.6 soldadura: Unión de piezas de metal hecha por soldeo. 3.7 metal de soldadura: Todo metal fundido durante la fabricación de una soldadura y retenida en la soldadura. 3.8 metal de base: Metal a unir por la soldadura. 3.9 zona afectada térmicamente, ZAT: Zona en el metal base que está afectada metalúrgicamente por el calor de soldeo. 3.10 línea de fusión, LF: Unión entre el metal de soldadura y la zona afectada térmicamente del metal de base. 3.11 localizador de soldadura, LS: Posición objetivo para los flancos de la grieta por fatiga, definido respecto a la línea de referencia. NOTA Véase la figura A.1 para ejemplos.

3.12 microestructura específica, ME: Microestructura objetivo para los flancos de la grieta por fatiga. NOTA Véase la figura A.2 para ejemplos

3.13 probeta en blanco (bruta): Probeta preparada con metal de soldadura y metal base antes de la entalla. 3.14 tratamiento térmico posterior al soldeo: Tratamiento térmico aplicado tras el soldeo con el objetivo de reducir las tensiones residuales o modificar las propiedades de la soldadura. 4 SÍMBOLOS Y UNIDADES Para los fines de este documento, se aplican los símbolos y unidades dados en la tabla 1, así como los incluidos en la Norma ISO 12135.

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Tabla 1 − Símbolos y unidades Símbolo Unidad

Designación

d 1, d 2

mm

Longitudes de las características microestructurales asociadas con el pop-in.

h

mm

Anchura efectiva de la soldadura, definida como la distancia más corta entre los flancos de grieta por fatiga y la línea de fusión de soldadura dentro la parte central correspondiente al 75% del espesor (véanse figuras 13 y 14).

HV10

Dureza Vickers usando una fuerza de 10 kg.

N

En el plano normal a la dirección de soldeo.

P

En el plano paralelo a la dirección de soldeo.

Q

Dirección que sigue el espesor de la soldadura.

Rp0,2b

MPa

0,2% de desviación del límite elástico del metal base a la temperatura del ensayo de fractura

Rp0,2w

MPa

0,2% de desviación del límite elástico del metal de soldadura a la temperatura del ensayo de fractura

Rmb

MPa

Resistencia a la tracción del metal base a la temperatura del ensayo de fractura

Rmw

MPa

Resistencia a la tracción del metal de soldadura a la temperatura del ensayo de fractura

s1

mm

Distancia entre los flancos de la grieta y el área objetivo medida en el plano de la grieta (véase figura 12).

s2

mm

Distancia entre los flancos de la grieta y el área objetivo medida perpendicularmente al plano de la grieta (véase figura 12).

V, V1, V2

mm

Separación de los labios de la grieta.

X

Dirección paralela a la dirección principal del flujo del grano del metal base.

Y

Dirección transversal a la dirección principal del flujo del grano y al espesor del metal base.

Z

Dirección a través del espesor del metal base.

Δapop

mm

Longitud máxima del crecimiento frágil de la grieta (más allá de la AZA, véase 3.1) asociado con el pop-in

λ

mm

Longitud de la microestructura específica medida en la metalografía antes o después del ensayo (véase figura B.2).

5 PRINCIPIO Esta norma internacional especifica procedimientos para la determinación de la resistencia a la fractura en probetas de soldadura con entalla y pre-fisuradas por fatiga. Concierne a los casos donde los flancos de grieta están: a) localizados con respecto a una característica de la soldadura de interés, referida como “localizador de soldadura” (LS); b) específicamente localizados en una microestructura de interés, referida como “microestructura específica” (ME). El examen metalográfico de la soldadura se usa para confirmar que la característica objetivo de la soldadura y la microestructura objetivo están presentes en los flancos de la grieta y que lo están en suficiente cantidad para realizar el ensayo. Se eligen la geometría de la probeta y la orientación de la entalla, haciendo crecer entonces una grieta por fatiga desde la punta de la entalla hasta la característica objetivo de la soldadura o la microestructura objetivo, aplicando a la probeta una fuerza cíclica controlada. El objetivo del ensayo es determinar la resistencia a la fractura de la soldadura en ausencia de tensiones de soldadura significativas. Para conseguir esto y obtener un frente plano de la grieta por fatiga, pueden requerirse modificaciones en el procedimiento de generación previa de grietas por fatiga. Estas modificaciones normalmente son necesarias cuando se ensayan soldaduras brutas o soldaduras donde los esfuerzos residuales han sido parcialmente relajados.

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El ensayo de resistencia a la fractura se realiza y evalúa de acuerdo a la norma ISO 12135 pero sujeta a los requisitos adicionales de este método de ensayo en cuanto a los análisis (véanse 12.1, 12.2 y 12.3) y la calificación tras el ensayo (véase 12.4). A menudo se requiere un examen metalográfico tras el ensayo para asegurar que los flancos de la grieta están localizados en la característica y/o microestructura objetivo de la soldadura y para determinar la importancia de los pop-ins. La secuencia de operación se resume en la figura 1. 6 ELECCIÓN DEL DISEÑO DE LA PROBETA, ORIENTACIÓN DE LA PROBETA Y LOCALIZACIÓN DE LA ENTALLA 6.1 Clasificación del área objetivo para la entalla Una probeta seleccionada para un ensayo de localizador de soldadura (LS) pretende ensayar una región de soldadura definida respecto a la posición de referencia (por ejemplo, la línea central del metal de soldadura). Una probeta seleccionada para un ensayo de microestructura específica (ME) pretende muestrear una microestructura específica presente total o parcialmente en el frente de grieta dentro de la parte central correspondiente al 75% del espesor de la probeta. NOTA Algunos ejemplos de localizaciones de entalla en LS y ME se muestran en el anexo A.

El localizador de soldadura (LS) en el que la ubicación de la entalla de la línea central del metal de soldadura muestree predominantemente regiones de grano afinado, puede dar valores erróneos (demasiado elevados) de resistencia a la fractura para soldaduras de dos pasadas desalineadas o multipasadas paralelas. Para estas soldaduras se recomienda usar las localizaciones de la entalla para la microestructura específica (ME) mostradas en las figuras A.2 iv) y A.2 v), respectivamente. 6.2 Diseño de la probeta El diseño de la probeta debe ser de configuración plegada con entalla compacta o de borde único como se define en la norma ISO 12135 y puede ser de lateral plano o con ranura lateral. Las probetas de doblado con entalla en el espesor de la placa (véanse figuras 2, 3 y 4, probetas de metal base XY e YX y probetas de metal de soldadura NP y PN) hacen referencia a probetas con entalla en el espesor, mientras que aquellas con entalla en la superficie del plano de la placa (véanse figuras 2, 3 y 4, probetas de metal base XZ e YZ y probetas de metal de soldadura NQ y PQ) hacen referencia a probetas con entalla en la superficie. NOTA Las tolerancias dimensionales de las probetas de soldadura son menos estrictas que aquellas para ensayos del metal base (véase 8.1).

Las probetas de ensayo deben tener la dimensión B o W (véase figura 5) igual al espesor total del metal base adyacente a la soldadura a ensayar (excluyendo el exceso del metal de soldadura). Se permite el ensayo de probetas sub-dimensionadas (es decir, B o W < espesor total en las direcciones Q para el metal de soldadura y Z para el metal base en las figuras 2, 3 y 4) y/o probetas con ranura lateral, pero deben identificarse adecuadamente como tal en el informe del ensayo. Los resultados de las probetas subdimensionadas o con ranura lateral pueden diferir respecto a los de probetas de espesor total debido al efecto de escala o a las diferentes regiones microestructurales ensayadas. 6.3 Orientación de la probeta y del plano de la grieta Se debe definir la orientación de la probeta y del plano de la grieta respecto a las direcciones de trabajo de los metales de soldadura y base usando la identificación descrita en las figuras 2,3 y 4.

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Figuraa 1 − Diagrama de flujo para ensayo

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Leyenda 1 Dirección de laminado N = en el plano normal a la dirección de soldadura P = en el plano paralelo a la dirección de soldadura Q = en la dirección del espesor de la soldadura Primera letra en la designación: dirección normal al plaano de la grieta Segunda letra en la designación: dirección prevista de propagación p de la grieta. Véase la Norma ISO 3785 para la definición de X, Y y Z. Las orientaciones de la probeta NP y PN se deben referrir a la entalla en la dirección espesor, mientras que las orientaciones de las probetas NQ y PQ se deben referir a entallas en la superficie.

d orientación del plano de la grieta para probetas Figura 2 − Código de de resistencia a la l fractura de metal base y metal de soldadura

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Leyenda 1 ZAT 2 Soldadura 3 Orientación NP/XY de la probeta de soldadura 4 Orientación NP/YX de la probeta de soldadura 5 Grieta pasante NP/ZX o NP/ZY X = dirección de laminado Q = en la dirección del espesor de la soldadura

Para ensayos de la ZAT, donde la dirección del laminado del metal base puede afectar la resistenciaa a la propagación de la grieta, las orientaciones del metal de solddadura y base se pueden combinar para dar la direccióón de soldadura y la dirección de laminado del metal base como se s muestra en esta figura y en la figura 4. Figura 3 − Código de orientación del plano de la grieta para probetas de resistencia a la fractura u soldadura a tope típica y una unión en forma de cruz para ensayo de la ZAT de una

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Leyenda 1 Dirección de laminado

Para ensayos de la ZAT, donde la dirección del laminado del metal base puede afectar la resistenciaa a la propagación de la grieta, las orientaciones del metal de solddadura y base se pueden combinar para dar la direccióón de soldadura y la dirección de laminado del metal base como se s muestra en esta figura y en la figura 3. Figura 4 − Código de orientación del plano de la grieta para probetas de resistencia a la fractura n un ángulo α a la dirección de laminado del metal baase para ensayo de la ZAT en para una soldadura a tope típica y una unión en forma de cruz en ángulo 7 METALOGRAFÍA ANTES DEL MEC CANIZADO 7.1 Evaluación microestructural de macrrosecciones. Cuando se define un área objetivo para entaalla como ME, o bien las macrosecciones por separado o bien los extremos de las soldaduras se deben preparar de mannera que el plano de la sección sea perpendicular a la dirección de soldeo. Estas secciones transversales de soldadura deben d corresponder a la longitud de soldeo a ensayar para p asegurar que la microestructura objetivo está presente en laa posición objetivo de la punta de la grieta y en suficieente cantidad para el ensayo. Las macrosecciones deben estar puulidas, atacadas con ácido y examinadas con un aum mento adecuado para identificar el área objetivo antes de fabricaar la probeta. Cuando se preparen macrosecciones poor separado, se debe registrar su posición a lo largo de la soldadurra. El examen de las macrosecciones de utilizarsse para establecer que a) en una probeta con entalla a través del espesor, e los flancos de la grieta previstos es probable que q se ubiquen en el área objetivo dentro del 75% del espesor central; b) en una probeta con entalla en la superficiee, los flacos de la grieta prevista no están a más de 0,5 mm m del área objetivo.

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Si la microestructura deseada no está presente, hay una cantidad insuficiente para el ensayo, o no se alcanzan las tolerancias para la posición de los flancos de la grieta, la soldadura se debe rechazar y se considerará inadecuada para el ensayo según el criterio ME. En este caso se puede seleccionar una nueva área objetivo o preparar una nueva soldadura. Si se va a emplear la probeta de plegado y la microestructura específica se encuentra en suficiente cantidad para el ensayo, pero las tolerancias para la posición de los flancos de la grieta no se cumplen, se pueden usar los procedimientos de ensayo de las probetas de entalla poco profunda descritos en el anexo E para el acuerdo entre las partes implicadas. Debido a la restricción inferior de los flancos de la grieta asociada a una entalla poco profunda, el valor de la resistencia a la fractura determinada a partir de una probeta con entalla poco profunda (0,10 ≤ ao/W ≤ 0,45) (ao = longitud inicial de la grieta, W = espesor de la probeta) puede ser mayor que el obtenido de una probeta con entalla estándar (0,45 ≤ ao/W ≤ 0,70) para la misma microestructura de la punta de la grieta. El significado de esta posible diferencia debe considerarse cuando se use una probeta con entalla poco profunda. 7.2 Requisitos adicionales para el ensayo de la zona afectada térmicamente Cuando el área objetivo es una ME en la ZAT, se deben realizar exámenes microestructurales adicionales a aquellos del apartado 7.1 sobre macrosecciones pulidas y atacadas para determinar si la microestructura objetivo está o no en el 75% del espesor central y en suficiente cantidad para un ensayo exitoso. Las posiciones y longitudes medidas de la microestructura objetivo pueden opcionalmente presentarse en forma de mapa (un ejemplo se muestra en el anexo B). Si se dibuja tal mapa, se debe incluir el espesor total de la macrosección, mostrando las posiciones de la microestructura objetivo. El porcentaje de la microestructura objetivo debe calcularse sobre el 75% del espesor central de la probeta. Cuando se seleccionen probetas con entalla superficial, la macrosección se debe usar para confirmar que la microestructura objetivo está presente dentro del rango 0,45 ≤ ao/W ≤ 0,70. Si se considera como improbable que los flancos de la grieta por fatiga estén localizados de acuerdo con el criterio de aceptación de la ME, debe plantearse la revisión del área objetivo, preparando una nueva soldadura o usando una probeta con entalla poco profunda como se describe en el apartado 7.1. 8 MECANIZADO 8.1 Tolerancias en las dimensiones de la probeta Se deben mecanizar probetas brutas partiendo del producto, de manera que el área objetivo identificada para el ensayo puede ser entallada con éxito. Las probetas se deben mecanizar con las tolerancias dimensionales definidas aquí previamente a la realización de la entalla. Las probetas compactas deben cumplir con los requisitos dimensionales de la Norma ISO 12135. Las probetas de doblado estándar se deben ajustar a la figura 5. Las probetas de doblado con entalla poco profunda (véanse 7.1, 7.2 y el anexo E) se deben asimismo ajustar a la figura 5 excepto cuando la longitud de la grieta relativa deba estar en el rango 0,10 ≤ ao/W ≤ 0,45. NOTA 1 Las tolerancias dimensionales en la figura 5 para la probeta estándar de doblado con entalla de borde único son intencionalmente menos estrictas que los de la Norma ISO 12135 para minimizar la alteración del producto de soldeo original.

La desalineación de la soldadura, la distorsión de la soldadura y la curvatura de la probeta bruta (para probetas extraídas de secciones de tubería) deben ajustarse a los requisitos de la figura 6. El requisito de rectitud del 2,5% de W en los lados de la probeta en bruto aplica a las curvaturas de tubería (expresadas como la relación entre el radio de la tubería y el espesor de la soldadura) ≥ 10. Las juntas soldadas que no cumplan los requisitos especificados de rectitud/desalineación deben enderezarse mediante doblado local antes de la entalla. Los puntos de aplicación de la fuerza de enderezamiento se deben localizar a una distancia mínima B de la región a entallar. Es esencial que la región a entallar no esté deformada por operaciones de enderezamiento. Un método para enderezar probetas brutas a partir de secciones curvas se ilustra en la figura 7.

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Cuando no sea posible enderezar una probeta bruta tomada de una tubería, se puede cortar un bloque rectangular del material de ensayo a partir de la tubería y unirlo mediante soldadura hasta lograr las piezas con la extensión adecuada. La longitud total del bloque de ensayo y las extensiones deben dar una probeta de suficiente longitud para satisfacer los requisitos de curvatura de la figura 6. Las uniones soldadas deben estar lo suficientemente distantes como para no afectar a la microestructura objetivo. NOTA 2 Los procesos de soldeo láser y por haz de electrones han resultado útiles para producir juntas estrechas de baja distorsión entre el bloque de ensayo y las extensiones.

Cuando se desea una probeta de espesor de sección completa, el mecanizado se debe mantener en un nivel mínimo para cumplir los requisitos de tolerancias y de compresión local (véase el capítulo C.2). El exceso de metal de soldadura se debe mecanizar al mismo nivel que la superficie del producto original. Cuando el espesor del metal en cada lado de la soldadura se diferencia en un 10% o más, la probeta bruta se debe mecanizar para obtener el espesor de la cara más delgada. En estos casos, se debe registrar las dimensiones iniciales y finales de la probeta bruta. 8.2 Localización de la entalla para probetas con entalla en el espesor El procedimiento para la localización de la entalla en el espesor para la orientación NP del plano de la grieta se ilustra en la figura 8. La superficie a entallar (cara A) y la superficie opuesta (cara B) se pulen ambas y se atacan para revelar la soldadura y ZAT. Se traza una línea de referencia es cada superficie preparada A y B en el plano normal al eje de la probeta ± 5° y a lo largo de la microestructura objetivo. Estas líneas trazadas se prolongan en las superficies normales a las superficies preparadas. Se construye luego una nueva línea de manera equidistante a las líneas prolongadas. Esta línea se usa para delimitar el plano previsto de la entalla mecanizada en la superficie A. NOTA Se concibe este procedimiento para asegurar que los flancos de la grieta definitiva estén en la microestructura objetivo (especialmente si está en la ZAT) cuando el eje de la probeta no es perpendicular a la dirección de soldadura y ao/W = 0,5. Si ao/W ≠ 0,5, la línea construida para delimitar el plano previsto de la entalla mecanizada se ajusta lateralmente para asegurar que la punta de la grieta final está en la microestructura objetivo.

8.3 Localización de la entalla para probetas con entalla en la superficie El procedimiento para la localización de la entalla en la superficie para la orientación NP del plano de la grieta se ilustra en la figura 9. Las superficies laterales (aquellas a ángulos rectos respecto a la superficie a entallar) son pulidas y atacadas paras revelar el metal de soldadura y la ZAT. Las líneas de referencia se trazan hacia arriba a partir del área de la microestructura objetivo seleccionada hacia la superficie a entallar. Perpendiculares que surgen de las líneas trazadas (en el plano normal al eje de la probeta ± 5°) se marcan (de nuevo punzonado) en la superficie a entallar. Se construye una nueva línea de manera equidistante a las dos líneas. Esta línea se usa para delimitar el plano previsto de la entalla mecanizada. NOTA Se concibe este procedimiento para asegurar que los flancos de la grieta definitiva, en el espesor medio de la probeta, esté en la microestructura objetivo cuando el eje de la probeta no es perpendicular a la dirección de soldadura.

8.4 Mecanizado de la entalla El mecanizado de la entalla debe seguir las directrices de la Norma ISO 12135.

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1

probeta de sección rectangular anchura = W espesor = B = 0,5 W longitud de la grieta = a = 0,45 W a 0,7 W rango de carga = 4 W anchura de la entalla = 0,065 Wmáx. rectitud de la probeta, véase la figura 6

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2

probeta de sección cuadrada anchura = W espesor = B = W longitud de la grieta = a = 0,45 W a 0,7 W rango de carga = 4 W anchura de la entalla = 0,065 Wmáx. rectitud de la probeta, véase la figura 6

Figura 5 − Dimensioness y tolerancias proporcionales para probetas plegadaas

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Leyenda 1 Puntos de carga 2 Superficie curvada debido al radio del tubo 4 W = rango

ncias para desalineación, distorsión y curvatura Figura 6 − Toleran en probettas plegadas con entalla de borde único

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Leyenda 1 Fuerza de enderezamiento aplicada 2 Soldadura

do para el enderezamiento de probetas plegadas Figura 7 − Métod

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Leyenda 1 Línea de referencia trazada A 2 Línea de fusión 3 Cara B (cara sin entalla) 4 Línea de referencia trazada B 5 Cara A (cara con entalla) 6 Entalla

Figura 8 − Procedimiento para laa localización de la entalla usando líneas de referenciia trazadas en una probeta con entallla en el espesor (orientación NP del plano de la grietta)

Leyenda 1 Entalla 2 Línea de fusión 3 Cara con entalla 4 Línea de referencia trazada B 5 Línea de referencia trazada A 6 Cara A 7 Cara B

beta Figura 9 − Procedimiento para la localización de la entalla usando en una prob con entalla en la superficie (orientación NP del plano de la grieta)

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9 PREPARACIÓN DE LA PROBETA 9.1 Preagrietamiento por fatiga El preagrietamiento por fatiga se debe realizar de acuerdo con la Norma ISO 12135. Para probetas donde la punta prevista de la grieta por fatiga se localiza en el metal depositado, el cálculo de la máxima fuerza de preagrietamiento por fatiga, Ff, y el factor de intensidad de tensiones por fatiga máximo, Kf, deben basarse en las propiedades de tracción del metal depositado, es decir, la región en la cual se localiza la grieta por fatiga. En todos los otros casos, se deben usar las propiedades del material adyacente con los valores más bajos de las propiedades de tracción. Se debe completar cualquier tratamiento térmico posterior al soldeo o de relajación de tensiones antes del preagrietamiento por fatiga. Cuando sea posible, el uso de la longitud de grieta por fatiga más corta permitida en la Norma ISO 12135 está recomendado para minimizar el arqueamiento del frente de la grieta por fatiga y la desviación de la grieta del área objetivo especificada. Pueden surgir problemas para cumplir los requisitos de rectitud del frente de la grieta por fatiga especificados en el apartado 12.4, especialmente con probetas preparadas a partir de soldaduras brutas o donde las tensiones residuales han sido parcialmente relajadas. En tales casos, deben considerarse los procedimientos dados en el anexo C. NOTA 1 La magnitud y distribución de las tensiones residuales en probetas soldadas o parcialmente relajadas de tensiones dependen del material, del procedimiento de soldeo, el grado de limitación y la preparación de la probeta tras el soldeo. NOTA 2 Las tensiones residuales pueden (o no) contribuir a desigualar el crecimiento de la grieta por fatiga, y pueden tener un efecto en la determinación de la tenacidad a la fractura resultante.

Si la probeta se prepara a partir de una soldadura donde las tensiones residuales se han relajado, entonces los procedimientos del anexo C pueden no ser necesarios. NOTA 3 Un frente de grieta por fatiga recto puede indicar tensiones residuales a) bajas o b) uniformes en las inmediaciones de la punta de la grieta.

Si la prefisura por fatiga no cumple los requisitos de rectitud del apartado 12.4, se deben por tanto realizar modificaciones al procedimiento de preagrietamiento por fatiga de acuerdo con el anexo C. Cuando se hagan dichas modificaciones, los resultados de la resistencia a la fractura deben identificarse como se describe en el apartado 12.4.4. 9.2 Ranurado lateral Cuando se selecciona ranurado lateral, se debe realizar de acuerdo a los requisitos de la Norma ISO 12135. 10 APARATOS DE ENSAYO, REQUISITOS Y PROCEDIMIENTO DE ENSAYO Los aparatos, requisitos y procedimientos para los ensayos de Klc, δ y J deben ser tal y como se describen en la Norma ISO 12135. 11 METALOGRAFÍA TRAS EL ENSAYO 11.1 Generalidades La metalografía tras el ensayo se debe aplicar a probetas designadas para el ensayo ME para verificar la localización de los flancos de la grieta en la microestructura objetivo. Una sección que contenga la cara de la fractura se debe cortar de la probeta. Cuando el área objetivo esté en el ZAT, se debe eliminar la sección del lado de la probeta que contenga el metal depositado. Esta sección se debe usar para el análisis tras el ensayo descrito en los apartados 11.2 y 11.3 para verificar la microestructura en los flancos de la grieta por fatiga. No se requiere seccionado tras el ensayo cuando el área objetivo está en LS.

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En caso de fractura frágil, la verificación de que los flancos de la grieta realmente representan la microestructura específica no garantiza que el comienzo de la grieta ocurra necesariamente en dicha microestructura. Puede ser necesario un posterior seccionado y metalografía (si se requiere por el cliente) para identificar la microestructura en el inicio de la fractura. Los procedimientos de seccionado recomendados son los mismos que aquellos descritos para la evaluación del pop-in y se proporcionan en el anexo D. 11.2 Probetas con entalla a través del espesor 11.2.1 Seccionado Se debe seccionar la probeta con entalla a través del espesor en un plano perpendicular a la superficie de fractura, tras los flancos de la grieta por fatiga, en una posición dentro de los 2 mm de la longitud máxima de la pre-grieta por fatiga, y debe incluir la grieta por fatiga sobre la parte central correspondiente al 75% del espesor de la probeta (B o BN para probetas con ranura lateral) (véase figura 10, sección A). La superficie de corte se debe examinar metalográficamente para asegurar que la grieta por fatiga era realmente representativa de la microestructura específica. 11.2.2 Evaluación La superficie metalográfica preparada se debe examinar para asegurar que el frente de la grieta por fatiga representa la ME y que la ME esté localizada en la parte central correspondiente al 75% del espesor (B o BN). Se debe preparar un mapa microestructural con registros de las posiciones y longitudes de la microestructura específica en la parte central correspondiente al 75% del espesor (B o BN). Un ejemplo de una probeta con entalla en la ZAT se muestra en el anexo B. 11.3 Probetas con entalla en la superficie 11.3.1 Seccionado Si la probeta fractura por hendedura, la superficie de fractura se debe examinar con un aumento adecuado para identificar el lugar de iniciación, y se debe tomar al menos una sección tan cerca como sea posible a esta posición. Si sólo ha tenido lugar el crecimiento estable de la grieta, se debe tomar la sección en la longitud máxima de la pre-grieta por fatiga. El plano de la sección debe ser perpendicular al plano de la entalla/grieta (véase figura 11). La identificación del lugar de iniciación de la fractura puede realizarse visualmente, pero puede requerir la ayuda de un microscopio óptico o un microscopio electrónico de barrido (SEM). 11.3.2 Evaluación La superficie metalográfica preparada se debe examinar para asegurar que los flancos de la grieta por fatiga representa la ME. Si la ME está por delante del flanco de la grieta por fatiga, se debe medir la distancia de separación mínima, s1, con una exactitud de ± 0,05 mm (para orientación del plano de grieta NQ, véase la figura 12 a). Si la microestructura específica está a un lado de los flancos de la grieta por fatiga, se debe medir la distancia de separación, s2, con una exactitud de ± 0,05 mm (véase la figura 12 b). NOTA Podría ser necesario seccionar las dos superficies de fractura para establecer estas distancias.

11.4 Evaluación del pop-in Se deben ignorar los pop-in con caídas en la fuerza e incrementos en el desplazamiento de menos de 1%. Se deben considerar todos los otros pop-in como significativos a menos que se muestren irrelevantes por los procedimientos fractográficos y metalográficos descritos en el anexo D. NOTA El criterio para la evaluación del pop-in descrito en la Norma ISO 12135 aplica para el ensayo de material homogéneo y puede ser inapropiado para soldaduras. La experiencia indica que, para el ensayo de soldaduras, el tamaño del pop-in normalmente está relacionado con la longitud del material frágil presente en los flancos de la grieta. Pequeños cambios en la posición del flanco de la grieta pueden alterar el tamaño del pop-in.

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Medidas en milímetros

Leyenda 1 Sección B 2 Sección A 3 Cortes 4 Flancos de la pre-grieta por fatiga 5 Entalla 6 Superficie a examinar (pulida y atacada) 7 Grieta por fatiga

Figura 10 − Procedimiento de seccionado s tras el ensayo para identificar la microesttructura en la grieta por fatigga en una probeta con entalla a través del espesor

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Leyenda 1 Cortes 2 Entalla 3 Grieta por fatiga 4 Superficie a examinar (pulida y atacada)

Figura 11 − Seccionado trras el ensayo de una probeta con entalla en la superfiicie

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Leyenda 1 Cordón de soldadura 2 Metal depositado recalentado 3 Flanco de grieta por fatiga 4 Metal depositado recalentado 5 ME (microestructura objetivo específica)

Figura 12 − Medida de s1 y s2 en una probeta ME con entalla en la superficiie (orieentación NQ del plano de la grieta) 12 ANÁLISIS TRAS ENSAYO 12.1 Elección de las propiedades de tracciión Cuando los flancos de la grieta se localizan completamente c en el metal depositado, las propiedades dee tracción pertinentes deben ser aquellas determinadas usando unaa probeta de tracción sólo con metal depositado. Cuanndo se localice en, o parcialmente en, la ZAT transformada, debe aplicar a la resistencia mayor entre el metal base y el metal depositado. NOTA El desplazamiento de los flancos de la grieta (CTOD, crack tip opening displacement) en la ZAT está afectada por la resistencia y el tamaño de la ZAT y las microestructuras adyacentes. Para subestimar la tenacidad a la fractura CTOD se usará la mayor resistencia entre el metal base y el metal depositado.

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Para aceros al carbono y al C-Mn, si las propiedades de tracción del metal base y el metal depositado no se pueden medir, se pueden estimar (en MPa) a temperatura ambiente a partir de correlaciones con las durezas medidas (en HV10) de la siguiente manera: Metal base[1], Rp0,2b = 3,28 HV10 − 221, para 160 < HV10 < 495

(1)

Metal de soldadura, Rp0,2w = 2,35 HV10 + 62, para 170 < HV10 < 330

(2)

Metal base, Rmb = 3,3 HV10 − 8, para 100 < HV10 < 400

(3)

Metal de soldadura, Rmw = 3,0 HV10 + 22,1, para 170 < HV10 < 330

(4)

Para aceros ferríticos, cuando ensayo de tensión por debajo de la temperatura ambiente no puede hacerse y cuando el límite elástico convencional de 0,2 por ciento a baja temperatura del ensayo de rotura deseado no está disponible, el límite elástico a baja temperatura se puede estimar (en MPa) a partir del límite elástico a temperatura ambiente usando las siguientes relaciones[2]: Rp0,2(a baja temperatura, T) = Rp0,2(a temperatura ambiente) +

105 − 189 (491 + 1,8T )

(5)

donde T es la temperatura de ensayo de rotura deseada, en ºC, y es mayor que -196 ºC. 12.2 Klc

Se debe realizar la interpretación del registro de ensayo para determinar Klc de acuerdo a la Norma ISO 12135, pero con los requisitos adicionales del apartado 12.1 de esta norma internacional en lo que aplica a la selección apropiada de Rp0,2. 12.3 δ y J

Se debe realizar la interpretación del registro de ensayo para determinar δ y J a partir de probetas estándar plegadas o compactas de acuerdo a la Norma ISO 12135, pero sujeta a los requisitos adicionales del apartado 12.1. Cuando se emplee un probeta plegada con entalla poco profunda (0,10 ≤ ao/W ≤ 0,45), se debe realizar la interpretación del registro de ensayo para determinar δ y J de acuerdo con el anexo E. 12.4 Requisitos de cualificación 12.4.1 General

Todas las comprobaciones de cualificación listadas en la Norma ISO 12135 son aplicables a esta norma internacional, pero con las siguientes modificaciones. 12.4.2 Relación de la anchura de la soldadura al ligamento de la grieta

Para los ensayos en el metal depositado, los procedimientos de estimación de δ se deben considerar como cualificado por esta norma internacional cuando se cumplan los requisitos siguientes[3] [4]: a) para una grieta en el centro de la soldadura, la relación entre la anchura de la soldadura (mayor que la parte central correspondiente al 75% del espesor) y la longitud del ligamento de la grieta debe ser mayor de 0,2, es decir, 2h/(W – a0) > 0,2 [véanse las figuras 13 a) y 13 b) para probetas con entalla en el espesor y las figuras 14 a) y 14 b) para probetas con entalla en la superficie]; b) para una desviación de la grieta desde la línea central de soldadura, la relación entre la anchura efectiva de soldadura (la distancia más corta entre el plano de la grieta y la línea de fusión de la soldadura sobre la parte central correspondiente al 75% del espesor) y la longitud del ligamento de la grieta debe ser mayor de 0,1, es decir, h/(W – a0) > 0,1 [véanse figuras 13 c) y 13 d) para probetas con entalla en el espesor y las figuras 14 c) y 14 d) para probetas con entalla en la superficie];

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c) para los dos casos a) y b) anteriores, un requisito adicional es que la relación del 0,2% de desviación del límite elástico del metal depositado y 0,2% de desviación del límite elástico del metal base debe estar en el rango entre 0,50 a 1,50, es decir,

0,50 <

Rp0,2w Rp0,2b

< 1,50

(6)

Para ensayos en el metal de soldadura, se deben considerar los procedimientos de estimación[3] [4] de J como cualificados a esta Norma Internacional cuando la relación entre el límite elástico convencional de 0,2 por ciento del metal de soldadura y el metal base esté en el rango entre 0,50 y 1,25, es decir, 0,50 <

Rp0,2w Rp0,2b

< 1, 25

(7)

Para ensayos en la ZAT, se deben usar los procedimientos de estimación de δ y J de la Norma ISO 12135 (véase 12.1 para la elección del límite elástico para el cálculo de δ). Cuando se registren los resultados, se deben indicar el límite elástico convencional de 0,2 por ciento para el metal base y el metal depositado. NOTA Estas estimaciones y procedimientos de cualificación pueden producir un error del ±10% en δ o J del metal depositado. Las sobrestimaciones se producen cuando Rp0,2w/Rp0,2b > 1,50 para δ, y >1,25 para J; las subestimaciones se producen cuando Rp0,2w/Rp0,2b < 0,50 para δ y J [3] [4]. Cuando se determine la tenacidad a la fractura de la ZAT, los procedimientos de estimación de J y δ pueden producir un error de ±5% y de -20% a +10% respectivamente para 0,7 < Rp0,2w/Rp0,2b < 2,5[5].

12.4.3 Rectitud del frente de grieta

Para los ensayos de δ y J usando probetas de doblado, el requisito de rectitud del frente de grieta por fatiga debe ampliarse a 0,2 a0; sin embargo, para probetas compactas no debe aumentarse. Los ensayos para Klc usando probetas compactas o plegadas deben cumplir completamente con la Norma ISO 12135. NOTA 1 Los requisitos de rectitud del frente de grieta se basan en evidencia empírica a partir de probetas de doblado[6]. NOTA 2 Para cumplir con los requisitos del ensayo de ME y LS, puede ser imposible reducir las exigencias de los requisitos de rectitud del frente de grieta, y pueden ser necesarios los requisitos más estrictos de la Norma ISO 12135.

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Leyenda 1 Grieta a través de la línea central de soldadura 2 Grieta fuera de la línea central de soldadura

NP) Figura 13 − Definición de h y 2h en probetas con entalla a través del espesor (N a partir de soldaduras por dos o por un solo lado.

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d h y 2h en probetas con entalla en la superficie (NQ Q) Figura 14 − Definición de a partir de soldaduras por dos o por un solo lado. 12.4.4 Símbolos usados para identificar loos valores de reistencia a la fractura Además de los símbolos requeridos por la Norma N ISO 12135 para identificar los valores de resisteencia a la fractura, se deben usar los siguientes: a) K, J, δ (sin superíndices) se deben usar cuando las modificaciones del anexo C al procedimientoo de preagrietamiento por fatiga NO se hayan realizado; d usar para identificar los resultados a partir de probetas cuando el b) KM, JM, δM (M como superíndice) se deben procedimiento de preagrietamiento por faatiga se HAYA MODIFICADO de acuerdo con el anexoo C. 12.4.5 Probetas con entalla a través del espesor Cuando el seccionamiento y el examen metaalográfico tras el ensayo de las probetas ME de acuerdo con el apartado 11.2 muestre que el frente de la grieta por fatiga realmente representa al mismo tiempo el área objetivo designada y, cuando se especifique, las longitudes designadas dee la microestructura específica dentro de la parte centraal correspondiente al 75% del espesor (B o BN), el resultado dee la resistencia a la fractura debe considerarse cualifi ficado. Cuando estos requisitos no se hayan satisfecho, la resistenncia a la fractura de la microestructura específica no se ha h determinado y los resultados de la prueba no se deberán considderar cualificados. 12.4.6 Probetas con entalla en la superficiie Cuando el seccionamiento y el examen metaalográfico tras el ensayo de las probetas ME de acuerdo con el apartado 11.3 muestre que los flancos de la grieta por fatigga realmente representa el área objetivo designada o quue las dimensión s1 o s2 (véase 11.3.2) es < 0,5 mm, el resultado de la resistencia a la fractura debe considerarse cualifficado. Cuando estos requisitos no se satisfagan, la resistencia a la fractura de la microestructura específica no se haa determinado y los resultados del ensayo no se deberán considerrar cualificados.

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13 INFORME DEL ENSAYO

El informe del ensayo debe estar de acuerdo con la Norma ISO 12135, pero con la siguiente información adicional: a) si se usó entalla de localizador de soldadura (LS) o microestructura específica (ME); b) la orientación del plano de la grieta de acuerdo con las figuras 2, 3 y 4; c) los espesores originales del metal depositado y del metal base adyacentes a la soldadura; d) los resultados metalográficos previos del examen de la macrosección (si aplica); e) las propiedades de tracción del metal depositado y base y el método usado para obtener los valores; f) la anchura efectiva de la soldadura, h, si aplica; g) el método usado para conseguir un frente recto de grieta por fatiga e inclusión de un superíndice en el símbolo del resultado de acuerdo al apartado 12.4.4, si aplica; h) evaluación de la relevancia del pop-in (si aplica) de acuerdo con el anexo D; i) si el resultado puede considerarse cualificado en función del muestreo de la grieta del área objetivo designada; j) las distancias s1 o s2 (si aplican) para la entalla ME; k) si se usó una probeta de doblado con entalla poco profunda de acuerdo al anexo E y, en ese caso, el valor de ao/W.

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ANEXO A (Informativo) EJEMPLOS DE LOCALIZACIONES DE ENTALLAS

Este anexo proporciona ejemplos de localiizaciones típicas usadas al ensayar el metal de soldaadura y la ZAT con probetas de doblado con entalla a través deel espesor y en la superficie. La figura A.1 muestra las localizaciones de la entalla en el localizador de soldadura (LS S), mientras que la figura A.2 muestra localizaciones de la entalla en la microestructura específica (ME). Orientación

Geometría

Localizacióón de la entalla

NP

B × B o B × 2B

NQ

B×B

Línea central dell metal depositado a partir de la raíz de d la soldadura

NP

B × B o B × 2B

ZAT con entalla que intercepta la línea de fusión en la mitad del espesor

NP

B × B o B × 2B

ZAT con entalla que intercepta la línea de fusión a un u cuarto del espesor

PQ

B×B

Transversal a la soldadura s

PN

B×B

Transversal a la soldadura, s en la línea central de soldadura s

Línea central dell metal depositado

Figura A.1 − Ejemplos de loccalizaciones de entallas en localizadores de soldaduraa (LS)

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Orientación

Dimensiones de la sección transversal (espesor × anchura)

Localización de la entalla

NP

B×B

Metal depossitado columnar en la línea centrall de soldadura

NQ

B×B

Raíz de solddadura o segundo lado soldadoo

NQ

B×B

ZAT de granno grueso adyacente al metal de soldadura s columnar

NP

B × B o B × 2B

Máximo vollumen de metal depositado columnar c depositado

NP

B × B o B × 2B

Máximo vollumen de metal depositado columnar c

NP

B × B o B × 2B

Grieta a parttir de una muestra de una región específica e dentro de la ZAT

Figura A.2 − Ejemplos de locaalizaciones de entallas en microestructuras específicaas (ME)

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ANEXO B (Informativo) EJEMPLOS DE MET TALOGRAFÍAS ANTES Y DESPUÉS DE ENSAYO

La metalografía antes del ensayo de una maacrosección atacada es necesaria cuando se especifica el e ensayo de una ME para la ZAT. Las figuras B.1 y B.2 son un ejjemplo del método de cuantificación de la cantidad de microestructura m ZAT, es este caso ZAT adyacente al metal depositado columnar. La figura B.2 muestra cómo prepparar un mapa de la microestructura objetivo identificada en la macrosección (figura B.1) en la parte central correspoondiente al 75% del l entalla idealizada espesor de la probeta. Las longitudes individduales de ME (λ) a lo largo de una línea representando las se suman para dar el porcentaje de ME preseente. Cuando se especifica el ensayo ME, es necesaria la metalografía tras el ensayo para confirmar quue la microestructura objetivo esté presente cerca de los flancos de d la grieta por fatiga, por ejemplo, y para verificar el mapa m mostrado en la figura B.2 para la sección A en la figura 10.

Leyenda 1 Metal depositado en columna 2 Línea de entalla idealizada 3 ZAT adyacente al metal depositado columnar

Figura B.1 − ZAT Z adyacente al metal depositado columnar para una líneea de entalla idealizada en la macrosección

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Leyenda 1 Peinado 2 Raíz 3 ZAT objetivo λn

λ Porcentaje de microestructura específica (sobre el 75% medio del espesor) =

λ1

0, 75 B

× 100

Figura B.2 − Mapa microestrructural de la ZAT adyacente al metal depositado collumnar

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ANEXO C (Normativo) MODIFICACIÓN DE TENSIONES RESIDUALES Y TÉCNICA DE PREAGRIETADO

C.1 Generalidades

Una de las siguientes técnicas, especificadas en los capítulos C.2 y C.3, debe emplearse normalmente para ensayar probetas brutas de soldeo o con una relajación parcial de tensiones. Según acuerdo, se pueden emplear procedimientos alternativos si son documentados y validados. La técnica usada debe indicarse en el informe de los resultados del ensayo. NOTA 1 Estas técnicas normalmente son innecesarias para soldaduras que han sido relajadas de tensiones mediante un tratamiento térmico posterior al soldeo. NOTA 2 En probetas brutas de soldeo o con una relajación parcial de tensiones, la tensiones residuales de soldadura estarán presentes. Sin embargo, la magnitud y la distribución de estas tensiones pueden ser diferentes de aquellas presentes en la soldadura de las que se tomaron las probetas. Las tensiones residuales pueden provocar formas del frente de grieta por fatiga inaceptables y, además, pueden afectar la determinación de la resistencia a la fractura. La experiencia ha mostrado que la compresión local realizada antes del preagrietado por fatiga reducirá las tensiones residuales hasta niveles bajos y uniformes[7][8], de este modo se minimizan estos efectos. Una técnica alternativa que puede producir grieta por fatiga aceptablemente rectas, en particular en las soldaduras de secciones gruesas de soldadura donde no se puede aplicar compresión local, es el método escalonado de agrietamiento por fatiga con alta relación R[9]. Sin embargo, pueden permanecer tensiones residuales significativas en el ligamento por delante de la grieta por fatiga (W – a0), y esto puede afectar a la resistencia a la fractura[10]. NOTA 3 La compresión local puede afectar a la resistencia a la fractura en algunos materiales y bajo ciertas condiciones de ensayo, pero es difícil predecir qué materiales podrían ser susceptibles. Sin embargo, la experiencia indica que es preferible aceptar este riesgo que obtener un resultado de una probeta con una forma inaceptable de grieta por fatiga.

C.2 Compresión local

La compresión local[7] [8] se aplica a través del 88% al 92% del ligamento (W – a) en frente de la entalla mecanizada antes del preagrietamiento por fatiga y el ranurado lateral. La compresión debe englobar la punta de la entalla y aplicarse a través de placas de compresión de acero endurecido para producir una deformación plástica total de hasta un 1% al espesor de la probeta (véanse notas 1 y 2). En la figura C.1 se da una orientación de los esfuerzos que se necesitan aplicar a probetas de sección rectangular. Dependiendo del espesor, B, la compresión local puede aplicarse de un lado o una compresión de hasta 0,5% de B puede aplicarse simultáneamente en cada lado de la probeta (véase la figura C.1). Se pueden emplear múltiples aplicaciones de esfuerzos de compresión bajas. En tales casos, ninguna dimensión del área de contacto de las placas debe ser menor de 0,5B (véase la figura C.1). Además, la deformación final debe hacerse lo más cercana a la punta de la entalla. Pueden ser necesarias la aplicación de varios esfuerzos para conseguir las deformaciones plásticas requeridas, que deben medirse hasta ± 0,025 mm o ± 0,1% de B, el que sea mayor. Para probetas comprimidas localmente, la dimensión B usada para el cálculo de la fuerza de fatiga y el factor de intensidad de tensión debe ser B en la región de la entalla medida tras la compresión local. NOTA 1 Puede ser necesario el mecanizado local del ligamento a comprimir en ambos lados de la probeta para asegurar una superficie de apoyo suave para las placas y para conseguir una deformación uniforme.

Cualquier abultamiento en la cara posterior del ligamento que provoque la distorsión de la probeta de doblado en tres puntos en el punto de aplicación de carga debe eliminarse por mecanizado. NOTA 2 La experiencia indica que una deformación total igual al 1% de B puede ser demasiado para algunas soldaduras y materiales, y que con menos se pueden obtener frentes de grieta más rectos. Pueden ser necesarias varias pruebas para establecer las condiciones óptimas. NOTA 3 Cualquiera que sea la técnica elegida y cuando hay poca experiencia con la combinación técnica/material, se aconseja que el programa de ensayo incluya probetas de sobra para confirmar que el procedimiento elegido lleva a pregrietas con una rectitud aceptable.

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C.3 Método escalonado con alta relación R En la técnica escalonada del agrietamiento con alta relación R[9], el preagrietamiento por fatiga coonsiste en dos pasos, cada uno a relaciones de tensiones por fatigga diferentes, R. Para el primer paso, se usa la relación de tensiones R = 0,1 (es decir, el valor R convencional para preagrietamiento) hasta que la pregrieta por fatiga haya alccanzado una longitud de alrededor de un 1 mm. En el segundo paso, R se incrementa a 0,7 y la pregrieta por fatigaa alcanza la longitud deseada. El mismo Kf (máximo valor de K) se s usa en los dos pasos. NOTA El uso de R > 0,1 es inconsistente con los reqquisitos de preagrietamiento por fatiga en la Norma ISO 12135. Loos trabajos experimentales indican que la resistencia a la fractura puede inncrementarse si R > 0,1[8] [11].

Leyenda 1 W menos la longitud de la entalla mecanizada 2 1% de B (o 0,5% de B en cada lado) Rp0,2 es el menor de los valores del metal base y el metaal depositado C = 8% a 12% de (W – a)

Figura C.1 − Tratamientos alternativos de compresión local

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ANEXO D (Normativo) EVALUACIÓN DEL POP-IN

D.1 Generalidades

Este procedimiento debe usarse para evaluar la aceptabilidad de los pop-in clasificados como significativos de acuerdo al apartado 11.4. Si el pop-in se evalúa como significativo de acuerdo a la Norma ISO 12135, no se requieren ni fractografía ni metalografía tras el ensayo, y el pop-in se considera significativo. Sin embargo, si el pop-in es evaluado como irrelevante de acuerdo a la Norma ISO 12135, la importancia actual con respecto a esta norma internacional puede determinarse a partir de los procedimientos de evaluación fractográficos metalográficos descritos en los capítulos D.2 a D.5. Todo pop-in debe considerarse significativo excepto si la caída de la fuerza y el aumento del desplazamiento son menores del 1% o pueda demostrarse lo contrario mediante un examen metalográfico. Los valores de δ y J medidos en el primer evento de pop-in se deben designar δpop y Jpop, respectivamente. D.2 Fractografía

Se deben examinar ambas caras de la fractura en busca de evidencia de un crecimiento retardado de grieta frágil, generalmente en el plano de la grieta de fatiga, y se debe medir el máximo crecimiento de la grieta, Δapop, excluyendo la AZA (véase la figura D.1). Donde no se pueda encontrar evidencia de tal crecimiento retardado de la grieta frágil, la importancia del pop-in debe evaluarse de acuerdo a la Norma ISO 12135. El pop-in se puede producir por una grieta retardada que corra en el plano perpendicular al plano de la pregrieta por fatiga. A esto a veces se le denomina “descosido”. Se debe informar de la resistencia a la fractura en el pop-in causada por un descosido pero podría no caracterizar la reistencia a la fractura del material para orientación de la grieta deseada. Podrían ser necesarias una probeta diferente y una orientación en el plano de la grieta para caracterizar una resistencia a la fractura del material en el plano del descosido. La evaluación de la importancia estructural de un descosido está fuera del alcance de esta norma internacional. D.3 Seccionado y metalografía

Se debe examinar una o ambas superficies de fractura que contienen un crecimiento retardado de grieta frágil mediante microscopía óptica y/o microscopía electrónica de barrido (SEM) para identificar el lugar primario de iniciación de la fractura. Cuando los flancos de la grieta se localicen en la ZAT, se debe examinar la superficie de la fractura adyacente a la soldadura. Tras marcar la posición de inicio, se debe realizar una sección metalográfica a través del punto de iniciación en un plano perpendicular al plano de la grieta por fatiga como se muestra en la figura D.2 para una probeta con entalla a través del espesor y en la figura D.3 para una probeta con entalla en la superficie. Las secciones deben estar pulidas y atacadas con ácido de acuerdo con las prácticas normales metalográficas para exámenes microestructurales. D.4 Evaluación

Se debe examinar la sección metalográfica tomada de una probeta con entalla a través del espesor (véase la figura D.4) y se debe medir la longitud, d1, de la microestructura específica paralela al frente de grieta en el punto de inicio. Se deben medir las longitudes de microestructuras similares presentes en la sección central correspondiente al 75% de B (o BN en el caso de probetas con ranura lateral), pero sin interceptar con el frente de grieta y se debe registrar la máxima longitud individual, d2 (véase la figura D.4). Si la sección está más allá de los flancos de la grieta por fatiga, puede ser necesaria una sección adicional detrás de los flancos de la grieta por fatiga para medir d2.

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Se debe examinar la sección metalográfica tomada t a partir de una probeta con entalla en la superfi ficie (la figura D.5) y se debe medir la longitud total, d1, de la regiión microestructural en la que el pop-in se inició. Esta longitud l d1 sólo debe incluir la región microestructural por delantee de los flancos de la grieta por fatiga (véase figura D.5)). Puede tomarse más de una sección para evaluar la dimensión de d1. D.5 Importancia del pop-in Tras el examen metalográfico, se debe consiiderar el pop-in como significativo si: a) para una probeta con entalla a través del espesor: P, calculado de acuerdo con la Norma ISO 12135, es menor del 5% y d1 > d2; o b) para una probeta con entalla en la superfiicie. P es menor del 5% y Δapop < d1. c d2 > d1 o d1 < Δapop porque puede ocurrir un poop-in más largo si se Un pop-in se debe considerar significativo cuando muestrea más de la microestructura frágil o si está presente más delante de los flancos de la grietaa. Pueden necesitarse ensayos posteriores para confirmar o rechaazar esta posibilidad. En la figura D.6 se muestra unn diagrama de flujo ilustrando la evaluación del pop-in.

Leyenda 1 a o (a + Δa)

Figura D.1 − Medida de Δapop

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Leyenda 1 Sección A 2 Grieta por fatiga 3 Grieta frágil retardada 4 Sección B 5 Cortes 6 Inicio 7 Superficie a examinar (pulida y atacada con ácido) (véase la figura D.4)

Figura D.2 − Procedimiento de seccionado tras el ensayo para identificar la microesstructura de inicio de fracturra en una probeta con entalla a través del espesor

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Leyenda 1 Inicio 2 Grieta frágil detenida 3 Cortes 4 Entalla 5 Grieta por fatiga 6 Superficie a examinar (pulida y atacada con ácido) (véase figura D.5)

nicio Figura D.3 − Seccionado trras el ensayo para identificar la microestructura de in de fractura en e una probeta con entalla en la superficie

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Leyenda 1 Grieta por fatiga d (diagrama inferior) muestreado por la grieta por fatiga enn la región del inicio de la d1 Longitud de la ZAT (diagrama superior) o metal depositado fractura d2 Longitud máxima de la ZAT similar (diagrama supperior) o del metal depositado similar (diagrama inferior) en la seccióón central correspondiente al 75% de B

d frente de grieta) Figura D.4 − Medida de la microestructurra d1 (a través del frente de grieta) y d2 (no a través del en la sección tomada a partir de una probeta p con entalla a través del espesor (sección B en n la figura D.2)

Leyenda 1 a o (a + Δa)

Figura D.5 − Medida de la microesstructura d1 y Δapop en la sección tomada a partir de una probeta con entalla en la superfficie (véase la figura D.3) (ejemplo dado para la ZAT T)

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D de flujo para evaluación del pop-in Figura D.6 − Diagrama

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ANEXO E (Informativo) ENSAYO DE PROBETAS CON ENTALLA POCO PROFUNDA

E.1 Generalidades

Cuando la microestructura específica sólo se puede ensayar usando una probeta de doblado con entalla poco profunda (0,1 ≤ a0/W ≤ 0,45), se puede usar el procedimiento descrito en este anexo mediante el acuerdo entre las partes interesadas. La preparación de la probeta y los procedimientos de evaluación son los mismos que los descritos en el cuerpo principal de esta norma internacional, excepto lo modificado por los capítulos E.2 y E.3 siguientes. NOTA La naturaleza de las soldaduras es tal, que la microestructura específica pueda estar presente sólo cerca de la superficie, lo que excluiría ensayos con probetas estándar. El uso de probetas de doblado con entalla poco profunda permite el ensayo de tales microestructuras. Sin embargo, debido al menor embridamiento de los flancos de grieta asociada a las probetas de doblado de entalla poco profunda, la indicación de la resistencia a la fractura de tal probeta puede ser mayor que la que se habría obtenido de una probeta con entalla estándar (es decir, 0,45 ≤ a0/W ≤ 0,70) para la misma microestructura en los flancos de grieta. Esto puede ser o no significativo con respecto a la aplicación final, pero necesita ser reconocido por las partes implicadas.

E.2 Preparación de la probeta e instrumentación

La configuración de la probeta de doblado debe cumplir con el apartado 8.1 y la figura 5, excepto que la longitud de la grieta debe estar en el rango 0,1 ≤ a0/W ≤ 0,45. La probeta de filos de cuchillo puede ser integral, como se describe en la Norma ISO 12135, o de dos piezas unidas, como se muestra en la figura E.1. La separación de los labios de la grieta, V, se mide directamente mediante una galga de desplazamiento en contacto con los filos del cuchillo. Cuando el filo de cuchillo no es integral, los filos del cuchillo deben ser de una configuración tal que soporte galgas duales de contacto directo, las salidas de los cuales se usan para estimar la separación de los labios de la grieta como si estuvieran medidos por medio de los filos de cuchillo integrales. NOTA Puede ser difícil cumplir los requisitos de rectitud del frente de grieta por fatiga del apartado 12.4.3 en una probeta con a0/W cercano a 0,1. Sin embargo, se ha encontrado que el uso de compresión local, descrito en el capítulo C.2, es útil para conseguir formas rectas del frente de la grieta por fatiga.

E.3 Determinación de J y δ

La determinación de J y δ sigue los procedimientos de la Norma ISO 12135, excepto que los cálculos son diferentes. La relación del factor de intensidad de tensiones para una probeta de doblado en tres puntos es: F S  Ko =   × g1 (ao / W )  W  ( B × BN × W )0,5

(E.1)

donde Ko

corresponde a Kc, Ku, Kuc o Km calculados para los valores de fuerza Fc, Fu, Fuc y Fm, respectivamente, que se definen en la Norma ISO 12135;

S

es el la escala del soporte virador;

g1(ao/W) es el coeficiente adimensional del factor de intensidad de tensiones, los valores específicos de los mismos se tabulan en la Norma ISO 12135;

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Jo

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se calcula para una probeta de doblado en tres puntos a partir de la ecuación:

Jo =

(

K o2 1 − v 2 E

)+

ηc Ao

(E.2)

( B × BN )0,5 (W − ao )

donde Ao

es el área de la componente plástica bajo la fuerza, F, frente a la curva separación de los labios de la grieta, V, tal que Jc corresponde a Jo, calculado usando los valores de Kc, y Fc y Ac en Vc, Ju corresponde a Jo, calculado usando los valores de Ku, y Fu y Au en Vu, Juc corresponde a Jo, calculado usando los valores de Kuc, y Fuc y Auc en Vuc, Jm corresponde a Jo, calculado usando los valores de Km, y Fm y Am en Vm,

y a  a  ηc = 3, 667 − 2,199  o  + 0, 437  o  W  W 

2

(E.3)

Donde se empleen filos de cuchillo de dos piezas, V se estima a partir de las salidas de las galgas duales de contacto directo, usando la siguiente relación:

  1  V − V     V −V  V = V1 − z1  2 1  − 2 x cos arcsen −1   2 1    + 2 x  z2 − z1   2  z2 − z1    

(E.4)

donde V1 y V2

son las separaciones de los labios de la grieta medidas con galgas montadas a distancias z1 y z2, respectivamente, por encima de la superficie entallada (véase figura E.1);

x

es la distancia indicada en la figura E.1.

δo se calcula sustituyendo Jo de la ecuación (E.2) en la ecuación (E.5). Si la probeta está entallada en el metal base o en el metal de soldadura, se usan las ecuaciones (E.5) y (E.6). Las ecuaciones (E.7) a (E.16) son apropiadas para una probeta con entalla en la ZAT[5][15]. δo =

 Rp0,2b m = A0 − A1   Rmb

Jo

(E.5)

 Rp0,2b + Rmb  m  2  

  Rp0,2b  + A2    Rmb

2

  Rp0,2b  − A3    Rmb

3

  

donde

A0 = 3,18 − 0,22(ao/W); A1 = 4,32 − 2,23(ao/W);

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(E.6)

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A2 = 4,44 − 2,29(ao/W); A3 = 2,05 − 1,06(ao/W). Para una probeta con entalla en el metal deppositado, reemplazar Rp0,2b y Rmb en las ecuaciones (E.5) y (E.6) por Rp0,2w y Rmw, respectivamente.

Leyenda 1 Filos de cuchillo 2 Placa ajustadora 3 Micro TIG o soldeo láser. NOTA 1 Los filos de cuchillo se unen a la placa ajusttadora de acero que se suelda al labio de la entalla mediante una solddadura en ángulo realizada con micro TIG o láser. NOTA 2 Las alturas de los filos de cuchillo z1 y z2 inccluyen la altura de la placa ajustadora de acero.

Figura E.1 − Diseño y localizacióón de los filos de cuchillo para galgas duales de contacto usados para estimarr la separación de los labios de la grieta, V Para una probeta entallada en la ZAT:

δo =

J mσ nom

m = −0,111 + 0,817(ao/W) + 1,36 Rnom

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(E.7) (E.8)

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Rnom =

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( Rmb + Rmw )

(E.9)

( Rp0,2b + Rp0,2w )

σnom = λuRp0,2w + (1 − λu)Rp0,2b para M < 1

(E.10)

σnom = Rp0,2 para M = 1

(E.11)

σnom = λoRp0,2w + (1 − λo)Rp0,2b para M > 1

(E.12)

M =

Rp0,2w

(E.13)

Rp0,2b

(

)

λo = 0,5exp  − 1 + 0, 01n 2 ( M − 1)    

(

) 1



λu = 1 − 0,5exp  − 1 + 0, 01n2  −1   M   n=

41,34 1, 464 + 82, 68 ( Rnom −1) 

0,5

− 1, 210

(E.14)

(E.15)

(E.16)

NOTA Los análisis numéricos han mostrado que estos procedimientos de J y δ rinden menos de un 10% de error para 0,1 < a0/W < 0,5 cuando se estima la tenacidad a la fractura del metal de soldadura para 0,75 < M 0,1[3][4]. y cuando se estima la tenacidad a la fractura de la ZAT para 0,70 < M < 2,50 y 0,5 < h/B > 1,25[5][15].

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BIBLIOGRAFÍA

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PISARSKI, H.G., WANG, Y.Y., KIRK, M., and GORDON, J.R., The effect of strength mismatch on CTOD and J estimation procedures for weld fracture toughness measurement, IIW Sub-Commission X F “Weld Mismatch Effect”, GKSS, Geesthacht, Germany, 24 15 April 1995

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STEFFAN, A.A., On the effect of R ratio and Kfmax on fracture toughness measurement, fatigue crack propagation and fatigue closure, Dissertation, Southern Methodist University, Texas, USA, December 1987

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WIESNER, C.S., and PISARSKI, H.G., Significance of pop-ins during initiation fracture toughness tests, 3R International, Vol. 35, October/November 1996, pp. 638 643

[13]

PISARSKI, H.G., HAMMOND, R., and WATT, K., Significance of splits and pop-ins observed during fracture toughness testing of pipeline steel, Proceedings of IPC 2008, 7th International Pipeline Conference, Calgary, Alberta, Canada, 2008, ASME, Paper IPC 2008 64676

[14]

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[15]

WANG, Y.Y., Fracture Mechanics Analysis of HAZ and Interfacial Cracks, CRP summary, EWI report MR9819, November 1998

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