Tesis y Trabajos de Investigación PUCP
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Ítem Texto completo enlazado Elaboración y calificación de un procedimiento de soldadura y calificación de soldadores para el soldeo de planchas antidesgaste Hardox de 500 HB con planchas de acero estructural ASTM A36(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-04-23) Huamán Torres, Rodnny Ademir; Lean Sifuentes, Paul PedroEl presente documento está enfocado en la elaboración de un procedimiento de soldadura, calificación del procedimiento y calificación de soldadores para poder soldar dos tipos de materiales los cuales son la plancha antidesgaste Hardox y el acero estructural ASTM A36; con ello, se detallan los parámetros necesarios, criterios y recomendaciones dados por los códigos AWS D14.3 - Ed. 2019, AWS B2.1 - Ed. 2021 y el uso del código AWS D1.1 - Ed. 2020, el cual sirve para poder estimar los valores de temperatura de pre calentamiento y temperatura entre pases, ya que la plancha antidesgaste no está listada en dichas fuentes, pero es considerada como acero de alta resistencia que puede trabajar en movimiento de tierra y de manera estructural. Por otro lado, se toma en cuenta los criterios y recomendaciones dados por el fabricante de la plancha antidesgaste para su correcto uso al momento de ser soldado; así como también, se toma en consideración lo recomendado por el mismo fabricante para la elección del material de aporte adecuado con el fin de obtener una adecuada calidad de soldadura frente a los problemas que podrían presentarse al soldar estos dos tipos de materiales diferentes, ya que el soldeo de materiales disímiles siempre ha sido un gran reto para la industria que lo requiere. El caso acotado para el presente documento, una vez planteado el uso correcto de normas, códigos y criterios, es el soldeo de orejas de izaje de acero ASTM A36 sobre planchas Hardox de 500 HB, que forman parte de los liners de molinos, con un tipo de junta en filete, soldado alrededor, pues debido a la exigencia de su aplicación final, que es el transporte e instalación de dichos liners, busca una solución óptima que pueda asegurar una buena junta soldada. Adicionalmente, se contempla un plan de inspección desde la etapa de fabricación o producción hasta la puesta en marcha del trabajo realizado, el cual está basado en las normas, códigos y requerimientos que se describen en el presente trabajo, dando finalmente un correcto procedimiento y la calificación de soldadura para la unión de los materiales descritos.Ítem Texto completo enlazado Estudio del efecto del tratamiento térmico en las repetidas reparaciones por soldadura sobre la dureza, resistencia al impacto y microestructura en tuberías de acero aleado ASTM A335 grado P5(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-10-16) Caballero Espinoza, Saul Cesar; Lean Sifuentes, Paul PedroLos aceros aleados ferríticos ASTM A335 son ampliamente utilizados en la industria petroquímica y plantas de energía, debido a su adecuada resistencia mecánica (-29°C a 593°C con presiones de 105.5 kg/cm2 [10.4 MPa] y 13.4 kg/cm2 [1.3 MPa] respectivamente [1]) y resistencia a la corrosión frente a los aceites crudos que contienen sulfuro de hidrogeno y otros agentes corrosivos [2] y [3]. Los aceros ASTM A335 Gr. P5, son usados como tuberías para vapor, intercambiadores de calor, condensadores y catalizadores [3]. Al soldar, reparar o deformar los aceros ASTM A335 Gr. P5, las transformaciones microestructurales y las tensiones internas residuales pueden reducir la fiabilidad y durabilidad de la tubería en servicio; con el fin de reducir la influencia de tales transformaciones microestructurales y tensiones internas, se realiza la operación de tratamiento térmico, tal como lo especifican los códigos de construcción (ASME B31.3 [4], ASME B31.1 [5] y Welding Procedure GP 18-07-01 [6]). En la presente tesis se realizó la soldadura de cupones simulando las repetidas reparaciones en donde se varió las condiciones (configuraciones) del tratamiento térmico con el objetivo de obtener valores de dureza y energía absorbida mediante el ensayo Charpy V que cumplan con los requerimientos de los códigos de construcción, además que la microestructura obtenida sea aceptable; otro de los objetivos es determinar la variación de dureza, resistencia al impacto y microestructura simulando las repetidas reparaciones desde la primera hasta la cuarta reparación con la mejor condición (configuración) de tratamiento térmico obtenida. La metodología seguida fue la siguiente: PRIMERO, se caracterizó el metal base en estado virgen (o suministro); SEGUNDO, se determinó de acuerdo a la revisión del estado del arte el óptimo valor del parámetro “P” del PWHT de las uniones soldadas del acero ASTM A335 Gr. P5, este parámetro fue seleccionado buscando los mayores valores de resistencia al impacto; TERCERO, se elaboró la Especificación del Procedimiento de Soldadura (WPStesis), las variables de soldadura de este WPStesis no fueron utilizadas para los tratamientos térmicos, ya que cada tratamiento térmico tiene una condición (configuración) especifica; CUARTO, se realizó la soldadura de un cupón utilizando las variables del WPStesis y el óptimo valor del parámetro “P” obtenido, después se realizaron los ensayos de Dureza, Impacto Charpy V y Análisis de la Microestructura con la finalidad de que los valores obtenidos sean razonablemente comparables con los valores obtenidos en estudios anteriores, y sirvan de comparación con los valores obtenidos en la soldadura de cupones simulando las repetidas reparaciones; QUINTO, se soldaron cupones simulando tres y cuatro reparaciones utilizando las variables del WPStesis con cuatro condiciones (configuraciones) diferentes de tratamiento térmico, antes de tales reparaciones, los cupones fueron soldados utilizando las variables del WPStesis con el parámetro “P” = 20.26; SEXTO, se realizó la soldadura de los cupones simulando las repetidas reparaciones desde la primera hasta la cuarta reparación utilizando las variables del WPStesis con la mejor condición (configuración) del tratamiento térmico obtenida. Los resultados de los valores de dureza y resistencia al impacto de los cupones soldados con tres y cuatro reparaciones son cercanos entre sí, y sus microestructuras son similares; el análisis de los efectos de las configuraciones de tratamiento térmico son: con parámetro “P” = 20.26, han disminuido en promedio en -9% (ZAC) y 8% (ZAC) la dureza y resistencia al impacto respectivamente con respecto al “cupón soldado sin reparación”; con parámetro “P” = 21.79, han disminuido en -34% (ZAC) y -34% (MA) en dureza y resistencia al impacto respectivamente con respecto al “cupón soldado sin reparación”; con PWHT a 950°C por 2h, han disminuido en promedio en -27% (ZAC) y -96% (MA) en dureza y resistencia al impacto respectivamente con respecto al “cupón soldado sin reparación”, además su microestructura presenta los mayores tamaños de grano de ferrita y colonias de carburos coagulados en los bordes de grano; con tratamiento térmico antes (950°C por 2h) y después (725°C por 2h) de la soldadura, han variado en promedio en -9% (ZAC) y +21% (ZAC) en dureza y resistencia al impacto respectivamente con respecto al “cupón soldado sin reparación”, además la dureza ha disminuido en -25% en el MB. Los resultados y análisis de los valores de dureza y resistencia al impacto de los cupones soldados desde la primera hasta la cuarta reparación con PWHT con la mejor condición (configuración) del tratamiento térmico obtenido en el párrafo anterior, son: la máxima disminución en promedio de dureza es -13% (ZAC) en la cuarta reparación, y la máxima disminución en promedio en resistencia al impacto es – 12% en la segunda reparación. Se concluye que la configuración optima del tratamiento térmico para las juntas soldadas con tres y cuatro reparaciones del acero ASTM A335 Gr. P5 es cuando presenta un PWHT con parámetro “P” = 20.26, ya que presenta disminuciones pequeñas en la dureza y resistencia al impacto, además la microestructura es favorable ya que presenta principalmente una matriz de ferrita con carburos dispersos aleatoriamente. Otra conclusión es que la configuración del tratamiento térmico paras las juntas soldadas reparadas antes (950°C por 2h) y después (725°c por 2h) de la soldadura es aceptable, ya que los valores de dureza, resistencia al impacto y microestructura son cercanos a lo obtenido en el “cupón soldado sin reparar”, sin embargo, se requiere mayores recursos y tiempo para ejecutar los tratamientos térmico antes y después de la soldadura. Otra conclusión es que la configuración del PWHT para las juntas soldadas reparadas con parámetro “P” = 21.79 no es aceptable, ya que la dureza y la resistencia al impacto presentan disminuciones considerables. Otra conclusión es que la configuración del PWHT para las juntas soldadas reparadas a 950°C por 2h no es aceptable, ya que la dureza y la resistencia al impacto presentan disminuciones severas, además su microestructura es frágil debido al incremento en el tamaño de grano y los carburos coagulados en los bordes de grano. Además, se concluye se concluye que las juntas soldadas reparadas del acero ASTM A335 Gr. P5, pueden ser reparadas hasta cuatro veces, con PWHT con parámetro “P” = 20.26 aplicado desde la primera hasta la cuarta reparación, debido a que no se obtuvo disminuciones severas en la dureza, resistencia al impacto y microestructura comparado con los resultados obtenidos en el “cupón soldado sin reparar”.Ítem Texto completo enlazado Estudio de la soldabilidad de la unión disimilar de un acero estructural ASTM A36 con una aleación de aluminio AA5052-H34(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-07-13) Moreno Zavala, Guillermo Alejandro; Lean Sifuentes, Paul PedroEn el presente trabajo se estudió la soldabilidad de una unión disimilar formada por el acero estructural ASTM A36 y la aleación de aluminio AA5052-H34. Las uniones disimilares obtenidas no lograron alcanzar la resistencia mecánica mínima indicada en el código AWS B 2.1 que establece que este tipo de uniones como mínimo deben alcanzar 170 MPa de resistencia a la tracción. En esta investigación los mejores resultados obtenidos alcanzaron los 86 MPa de resistencia a la tracción, representando el 50,6% de lo requerido por el código. De los resultados se determinó que no es posible obtener uniones, entre el acero estructural ASTM A36 y la aleación de aluminio AA5052-H34, empleando un solo metal de aporte, pues se presentan problemas de soldabilidad básicamente entre el aporte y el acero. Se hace necesario realizar el proceso de enmantequillado o buttering en el lado del acero mediante el electrodo Cu-8Al. Luego de realizado el buttering, para la elaboración de los cupones de soldadura disimilares se emplearon diversos materiales de aporte y procesos de soldadura en la búsqueda de un procedimiento de soldadura que cumpla con lo estipulado en el código AWS B2.1. Para el desarrollo de este trabajo, se emplearon los procesos de soldadura más comunes en el medio como SMAW, GMAW y GTAW. El procedimiento de soldadura con el que se obtuvieron las mejores propiedades mecánicas fue el realizado mediante el buttering a cinco pasadas mediante el proceso SMAW (62 A, 25 V) y realizando la unión con el proceso GMAW usando un aporte de Al-5Si (15.4 V, 105 A). Estas uniones no cumplieron lo requerido por el código en resistencia mecánica, ni en el ensayo de doblado, pues durante ambos ensayos se produce desprendimiento del buttering y el metal de aporte. En el barrido de durezas realizado a la sección transversal del cordón, en las uniones mencionadas, se apreció que no existe mayor variación en los valores de dureza encontrados en las ZAC de ambos metales, lo que demuestra que se evitó la formación de zonas duras.Ítem Texto completo enlazado Estudio de la soldabilidad de la unión disimilar de un cobre con 5 % de Zn con acero estructural ASTM A36(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-05-16) Ramos Llerena, Ricardo André; Lean Sifuentes, Paul PedroDebido a la poca práctica en el soldeo y obtención de uniones disimilares (materiales de diferente composición química y propiedades mecánicas), los conocimientos sobre estos tipos de uniones son muy reducidos en comparación con las uniones similares. El problema principal de este tipo de uniones es que las características de cada unión son muy particulares según los metales bases que se quieran unir y el material de aporte que se use. En el presente trabajo se estudió la soldabilidad de una unión disimilar formada por una aleación de Cu-5Zn y acero estructural ASTM A36, ambos de 3,0 mm de espesor. El proceso de soldeo empleado fue SMAW. Luego de ensayos previos, se obtuvieron uniones soldadas con propiedades mecánicas satisfactorias empleando como aportes (electrodos) ECuSn-A (Cu-6Sn) y ECuSn-C (Cu-9Sn-3Ni). Las uniones soldadas obtenidas con ambos aportes, fueron ensayadas a tracción, rompiendo en el metal Cu-5Zn. Estas uniones presentan una resistencia máxima a tracción promedio que varía entre el 80% y 84% de la resistencia del metal base Cu-5Zn. Las uniones obtenidas con el aporte ECuSn-C alcanzan una resistencia a la tracción de 243 MPa; mientras que, las uniones obtenidas con el aporte ECuSn-A logran alcanzar 234 MPa. Los valores de elongación (ductilidad) obtenidos a través del ensayo de tracción muestran que con ambos aportes se alcanzan valores muy similares (22 %). De los ensayos de microdureza Vickers realizados, se aprecia que no existe mayor diferencia en los valores de dureza encontrados en ambas ZACs y metales de aporte. De acuerdo a los resultados encontrados en la presente tesis, se recomienda el empleo del aporte ECuSn-C (Cu-9Sn-3Ni) para las uniones soldadas mediante el proceso SMAW entre el acero estructural ASTM A36 y la aleación Cu-5Zn, ambos de 3,0 mm de espesor. Este aporte presenta un costo que es un 8% menor que el aporte ECuSn-A (Cu-5Sn); además, que las uniones presentan un mejor acabado superficial.