Metalografía in situ como prueba no destructiva y preventiva
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X CONFERENCIA MEXICANA DE PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS Metalografía in situ como prueba no destructiva y preventiva Dr. ing. Juan Manuel Salgado L. María Inés Alvarado Arteaga
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X CONFERENCIA MEXICANA DE PRUEBAS NO
DESTRUCTIVAS
Metalografía in situ como prueba
no destructiva y preventiva
Dr. ing. Juan Manuel Salgado L.
María Inés Alvarado Arteaga
¿Qué es CIDESI?
• El Centro de Ingeniería y DEsarrollo Industrial es un
Centro CONACyT fundado el 9 de Marzo de 1984;
cuya misión es generar valor en las empresas de
transformación, contribuyendo a la competitividad ,
mediante el desarrollo y aplicación de conocimiento
relevante y pertinente, con personal altamente
calificado y estándares de clase mundial.
• EL CIDESI tiene sedes en Querétaro, Monterrey,
Tijuana, y en el Edo. De México.
CIDESI: Generando valor a través del
conocimiento.
Metalografía in situ
• La metalografía in situ es la inspección en campo de
la microestructura del material de un componente
industrial.
• Mediante esta técnica puede determinarse las fases
presentes en la microestructura del material, tipo y
tamaño de grano (cualitativamente), la existencia de
maclas, forma y tipo de inclusiones, estado de
precipitación de carburos metálicos, la presencia de
picaduras por corrosión, etc.
Utilidad de la metalografía in situ.
• Determinación del estado de precipitación de
carburos metálicos en la microestrutura de
componentes que trabajan a temperatura.
• Determinación del tipo de tratamiento térmico de los
componentes.
• Diferenciación entre aceros y fundiciones de hierro.
• Determinación de la presencia de carburos
precipitados en los límites de grano en acero
inoxidable austenítico.
Ventajas de la metalografía in situ.
• Técnica que proporciona resultados rápidos.
• Técnica que permite analizar diferentes materiales y
equipos.
• Técnica simple de realizar.
• Técnica económica.
• Técnica con buena definición de la microestrutura
bajo observación.
• Técnica que permite variación de aumentos
Desventajas de la metalografia in
situ. • Se requiere de persona con conocimiento en
metalurgia y en la técnica.
• Su aplicación esta limitada por el espacio donde se
encuentra el equipo.
• La variación de aumentos depende del tipo de
microscopio utilizado.
• La inspección debe ser avalada por micrografias y no
queda testigo.
• La técnica no puede ser realizada fuera de la
temperatura ambiente.
ANTECEDENTES
Antecedentes
• La industria nacional ha operado por más de 30 años
y este paso del tiempo ha llevado a que ciertos
componentes requieran reparaciones en el
componente fallado o en su caso este deberá ser
remplazado. Cabe mencionar que este tipo de
prácticas (reparación improvisada) ocurren debido a
que un paro imprevisto del equipo por un periodo de
tiempo largo genera perdidas económicas.
• Cabe mencionar que es practica común realizar estas
reparaciones improvisadas por medio de soldadura.
• La inspección de componentes que trabajan en
condiciones criticas, altas temperaturas, altas
presiones, o medios corrosivos ha sido realizado
fundamentalmente mediante la medición de espesores
de pared por medio de técnicas de ultrasonido. Este
tipo de ensayo indica sobre cierto daño en el material
pero no puede dar información sobre el mecanismo
de degradación microestructural de los componentes
en donde no existe una disminución de espesores.
Antecedentes
• Es bien conocido que el proceso de soldadura induce
a cambios en la microestructura y que estos cambios
microestructurales llevan a diferencias en las
propiedades mecánicas y en al caso de acero
inoxidable, a reducción en la resistencia a la
corrosión. Esto último es muy importante en el caso
de componente fabricados con este material; y por
ello, cuando un componente de acero inoxidable es
reparado, se requiere de una forma de evaluar el daño
metalúrgico causado por el proceso de soldadura de
reparación.
Soldadura de reparación.
Soldadura de reparación
• En la práctica diaria el proceso de reparación por
medio de soldadura se lleva a cabo basándose en la
experiencia de los soldadores, y la consecuencia de
ello es que existan casos en que el daño en la zona
afectada por el calor de la soldadura de reparación de
la pieza aparece en un periodo de tiempo muy corto.
• Esto da lugar a paros no programados de la planta
para poder reparar por soldadura o en caso de que se
consiga la refacción intercambiar el componente
dañado.
Reparaciones por soldadura en componentes de acero inoxidable
austenítico que fallaron después de la reparación
Reparaciones por soldadura en componentes de acero inoxidable
austenítico que fallaron después de la reparación.
• Objetivo de este trabajo:
• El objetivo es aplicar metalografía in situ en acero
inoxidable austenítico sometido a soldadura de
reparación con el fin de diagnosticar el daño
metalúrgico sufrido en la zona afectada térmicamente
(ZAT).
• En el caso de acero inoxidable austenítico, entiéndase
por daño metalúrgico como la presencia de carburos
metálicos y/o la presencia de fase sigma precipitada.
Tanto los carburos de Cromo como la fase sigma
inducen al empobrecimiento de Cromo en la capa
pasivada del acero inoxidable.
Capa
protectora
de óxido de
cromo Cr2O3
Acero inoxidable
Dimensiones de las placas utilizadas
La soldadura fue realizada con TIG
60°
AISI 304 AISI 304
COMPOSICION TEORICA ACERO AISI 304
Designación C Mn Si P S Cr Ni Mo N otros
AISI
304
0.08 2.00 1.00 0.045 0.030 18.00-
20.00
8.00-
10.00
… … …
AISI
309S
0.02 --- 1.00 --- ---- 24.10 12.70 0.13 0.05 0.16 Cu
ECC= 18.01+(0.31•Mn)+(1.76 •Mo)+(1.58•Si)+( 2.44Ti) – (0.266 Ni)= 17.37%.
ECC= 18.01+(0.31•1.30)+(1.76 •0.25)+(1.58•0.36)+( 2.44•0.014) – (0.266 •8.16)=
17.37%.
Probeta Identificación Designación
1 Material base recibido del
proveedor.
Se resguardo para un análisis por
medio de metalografía “in situ”
MB
2 Material base tratado
térmicamente.
Se resguardo para un análisis por
medio de metalografía de
laboratorio e in situ.
MBSC
3
Sin tratamiento térmico de
solubilización de carburos y
soldadura GTWA
automática.
Se fracciono en dos partes
Probeta 1: sometida a un
tratamiento térmico
durante 3h a 1100°C y
enfriada en agua.
SAT3
Probeta 2: sometida a un
tratamiento térmico
durante 6h a 1100°C y
enfriada en agua.
SAT6
4
Sin tratamiento térmico de
solubilización de carburos y
soldadura GTWA
automática.
Se fracciono en dos partes
Probeta 1: sometida a un
tratamiento térmico
durante 24 h a 1100°C y
enfriada en agua.
SAT24
Probeta 2: sometida a un
tratamiento térmico
durante 48h a 1100°C y
enfriada en agua.
SAT48
5 Tratamiento térmico de
solubilización de carburos
con soldadura manual
Se resguardo para un análisis por
medio de metalografía de
laboratorio e in situ.
SCSM1
6 Tratamiento térmico de
solubilización de carburos
con soldadura manual
Se resguardo para un análisis por
medio de metalografía de
laboratorio e in situ.
SCSM2
7
Tratamiento térmico de
solubilización de carburos
con soldadura manual
Fue seleccionada para ser reparada
mediante soldadura, debido a los
defectos encontrados mediante
radiografía.
SCSM-R1
8 Tratamiento térmico de
solubilización de carburos
con soldadura manual.
Fue seleccionada para ser reparada
mediante soldadura, debido a los
defectos encontrados mediante
radiografía.
SCSM-R2
a) b)
ECC= 18.01+(0.31•1.30)+(1.76 •0.25)+(1.58•0.36)+( 2.44•0.014) – (0.266 •8.16)= 17.37%.
Planos de la metalografía de laboratorio y de la
metalografía in situ.
Plano transversal al espesor donde fueron
tomadas las microestructuras por medio de
metalografia de laboratorio
Plano paralelo al espesor
donde fueron tomadas las
microestructuras por medio
de metalografia in situ.
RESULTADOS
Microestructura del material base en la condición
de entrega
Microestructura a 100X del
material base en la condición
previa a la soldadura.
Microestructura a 500X del
material base e la condición
previa a la soldadura.
Microestructura a 200X del
material base después de un
tratamiento térmico de
solubilización de carburos.
Microestructura a 500X del
material base después de un
tratamiento térmico de
solubilización de carburos.
Golpes de arco
Salpicaduras Socavado
Socavación del cordón
Frente Atrás
Probeta 1 a) b)
Bandas de
deformación
del proceso
de
laminación.
Carburos precipitados en las
bandas de deformación y de
forma
Intergranular.
Micrografía muestra a 200x la microestructura del material
base preparado por metalografía in situ. Se observan carburos
precipitados en los límites de grano y límites de macla.
Carburos
precipitados
en el límite
de macla.
Carburos
precipitados
intergranulares
Material base
después de
soldadura
Cordón de
soldadura
(Dendritas)
Fase sigma σ
Fase sigma σ Carburos
precipitados en
el límite de
grano.
Carburos
precipitados
Carburos
precipitados.
Metalografia in
situ después de
soldadura en el
metal base
Cordón de
soldadura
(dendritas)
Carburos precipitados en el
límite de grano.
Micrografía muestra a 200x la microestructura del
material con tiempo de permanencia de 3 horas,
preparado por metalografía convencional.
Cordón de
soldadura
(dendritas)
Carburos
precipitados
en el límite
de grano.
Microestructuras de
soldadura sin
reparación y después
de ser sometida a un
tratamiento térmico de
3 horas a 600°
Micrografía muestra a 200x la microestructura del material con tiempo
de permanencia de 3 horas, preparado por metalografía in situ.
Resultados de Soldadura de
reparación
Socavado
Inclusiones de
tungsteno
SOCAVADO
SOCAVADO
Probeta seleccionada para el proceso de reparación, como
primer paso se obtuvieron zonas con desbaste mecánico en
cordón de soldadura, las cuales muestran un desbaste
superior al área correspondiente del cordón de soldadura,
esto se realizó con el objetivo de retirar la mayor parte de
material dañado térmicamente por la aplicación de la
primera soldadura.
Desbaste mecánico
Probeta seleccionada para el proceso de reparación,
como primer paso se obtuvieron zonas con desbaste
mecánico en cordón de soldadura, las cuales muestran
un desbaste superior al área correspondiente del cordón
de soldadura, esto se realizó con el objetivo de retirar la
mayor parte de material dañado térmicamente por la
aplicación de la primera soldadura.
Desbaste mecánico
Carburos
precipitados
Fase sigma
σ
Fase sigma
σ
La micrografía muestra a 200x la microestructura de la
probeta SCSM1, preparada por metalografía in situ.
Carburos
precipitados Fase sigma
σ
La micrografía muestra a 200x la microestructura de la
probeta SCSM1, preparada por metalografía in situ.
Carburos
precipitados
Fase sigma
σ
Fase
sigma
Carburos
en el límite
de grano
Fase
sigma
Microestructura
de las muestras
reparadas
Microestructura muestra a 200x la
microestructura de la probeta .
Fase
sigma Grano
crecido
Carburos
precipitados
Cordón de
soldadura.
Precipitación de la fase
sigma.
Fase sigma
σ
Fase sigma
Fase sigma σ
Conclusiones
El presente estudio encontró que acero inoxidable
austenítico que no ha sido sometido a temperatura
puede presentar una microestructura sensibilizada a la
corrosión; en otras palabras, una microestructura donde
existen carburos metálicos precipitados y o la fase
sigma. Por lo tanto seria recomendable analizar la
microestructura del material de construcción de equipo
que trabajaran sometidos a altas temperaturas.
En caso de que este material sea sometido a una proceso
de soldadura esta microestructura puede llevar a fallas
prematuras por corrosión.
Conclusiones
• En este estudio quedo demostrado que en una soldadura,
el diagnostico de la microestructura en la zona afectada
térmicamente (ZAT) puede ser llevado a cabo mediante
metalografía in situ y este hecho cobra relevancia cuando
se aplica en soldadura de reparación de aceros inoxidables
austeníticos.
• La metalografía in situ tiene la capacidad de revelar la
presencia de la fase sigma y de carburos precipitados en
la microestructura de un acero inoxidable austenítico y
con ella predecir el posible daño por corrosión de este
tipo de componentes.
Conclusiones
Por otro lado, este estudio también reveló que los
resultados de la metalografía in situ son comparables
cualitativamente con la técnica de metalografía de
laboratorio. A pesar de que en este estudio se prepararon
muestra cortadas transversalmente al cordón de soldadura
y que la metalografía in situ fue tomada en una de la
superficie de las probetas los resultados de ambas
técnicas coinciden en demostrar la presencia de carburos
metálicos precipitados y fase sigma.
Gracias por su atención 01 800 552-2040
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