La presente investigación tiene como objetivo comprobar la factibilidad de uso de una varilla material de aporte, de geometría tubular, en el proceso de soldadura de un acero inoxidable AISI 316L mediante soldadura GTAW. Se elimina de esta manera la necesidad de uso de gas de protección en algunas de las etapas del proceso generando asi un ahorro considerable en la utilización de gas de protección. Para lograr tal cometido, se ha efectuado ensayos electroquímicos para comparar la resistencia a la corrosión de uniones soldadas con material de aporte convencional y el propuesto en esta investigación. Todas las muestras fueron sometidas a ensayos de obtención de potencial de corrosión en circuito abierto y a ensayos potenciodinámicos. Se hallaron así valores como intensidad de corrosión y velocidad de penetración de corrosión. En base a los resultados obtenidos se ha podido caracterizar cualitativamente las propiedades de la capa pasiva del material. Además de los ensayos electroquímicos, se ha realizado también ensayos de metalografía para poder caracterizar la microestructura de las muestras. Los resultados indican que no existe una pérdida de propiedades anticorrosivas de la unión soldada empleando el material de aporte tubular, todas las microestructuras observadas son adecuadas y los valores obtenidos de velocidad de corrosión e intensidad de corrosión son aceptables, tomando como referencia el metal base AISI 316L cuyos valores de Intensidad de corrosión y velocidad de penetración de corrosión son respectivamente 3,985 mg/cm2*y y 5,006 um/y (obtenidos en la presente investigación) comparados contra los valores del cordón de soldadura del aporte TG-X 316L 1,881 mg/cm2*y y 2,363 um/y y los valores del material de aporte convencional ExsaTIG2010Mo 2,075 mg/cm2*y y 2,606 um/y, se observa que los valores del material de aporte tubular son tan buenos como los obtenidos para las soldaduras realizadas con material de aporte convencional. Se concluye que es factible la utilización de este material de aporte, particularmente, su mejor utilidad está enfocada en la soldadura de tuberías y tanques, generando así un ahorro considerable en la utilización de gas de protección. / Tesis

Los aceros inoxidables 13CrNiMo con bajo contenido de carbono, surgen como alternativa para el reemplazo de materiales más caros en el uso como sistemas de transporte de fluidos de las industrias de gas y petróleo, con concentraciones importantes de cloruros, pCO<SUB>2</SUB>, pH<SUB>2</SUB>S y temperatura elevadas. El bajo contenido en carbono permite salvar algunos problemas vinculados a la operación de soldadura. Con el fin de obtener una alta tenacidad, se realizan tratamientos térmicos de precalentamiento y de post soldadura, los mismos se aplican sobre la zona de soldadura, e involucran además al metal base, produciendo en este tipo de materiales en particular, un cambio en el tenor de austenita retenida en toda la matriz a temperatura ambiente, en una clara modificación de la microestructura del metal. En esta tesis se estudia el impacto que las variaciones en la microestructura tienen sobre la película pasiva formada sobre la aleación de acero inoxidable 13CrNiMo y la influencia de esta última sobre la corrosión localizada. Además se determinan las propiedades estructurales y electrónicas de la película pasiva formada, vinculándolas a la susceptibilidad a la corrosión localizada. Para el estudio se tomaron muestras de la aleación sometidas a diferentes tratamientos térmicos post soldadura y se caracterizaron microestructuralmente determinando el contenido de austenita retenida en cada caso. Las muestras fueron sometidas a medidas potenciodinámicas cíclicas para hallar su susceptibilidad a la corrosión localizada. Tanto el potencial de picado como el potencial de repasivación se desplazaron en el sentido anódico a medida que el porcentaje de austenita retenida aumentaba en la muestra. Las muestras sometidas a tratamientos que involucran dobles revenidos promovieron mayor porcentaje de austenita retenida. Dada la correlación hallada entre los potenciales de picado y el tenor de austenita retenida, se dispone de una indicación de que la formación de las películas pasivas formadas sobre la superficie, muestren la misma tendencia. Medidas cronopotenciométricas revelan que el espesor de las películas aumenta en función del mayor contenido de austenita retenida. Los estudios de Mott Schottky, muestran que la película pasiva se comporta como un semiconductor tipo n con una densidad de donores que es esencialmente independiente del potencial en el estado pasivo. La impedancia de la interfase ha sido modelada convenientemente considerando una versión corregida del modelo de defectos puntuales, lo que permite obtener el coeficiente de difusión de esos defectos y una estimación del espesor de la película. La velocidad de auto‐reparación de la película pasiva tiende a ser más rápida en el material cuyo contenido de austenita retenida es mayor. La conformación estructural de película es de doble capa, así como la estructura de las películas anódicas para otros aceros inoxidables.

Ingeniero Civil Químico / Este estudio consistió en determinar el efecto de la hidrodinámica en la corrosión de acero al carbono en soluciones con concentraciones de NaCl en el rango 0,01-0,1 M. Para esto se fabricó una celda en acrílico en la cual se colocó una placa de acero rectangular. La forma triangular del canal de la celda permite tener un gradiente de velocidades sobre la placa de acero. Se realizó un estudio cualitativo fotografiando las placas rectangulares de acero antes y después de ser corroídas. Se utilizó SEM-EDS para el análisis de la superficie del acero sin corroer y después de ser corroído, lo que permitió observar y contar los picados y las inclusiones compuestas de Mn, Al, Ca, S, O y Fe. Para comparar cuantitativamente la velocidad de corrosión entre las placas se contó el número de núcleos de corrosión a simple vista y el número de picados utilizando las microfotografías tomadas por una cámara digital conectada a un microscopio óptico. A partir de las mediciones se determinó que el número de picados disminuye con el aumento de la velocidad del fluido y que hay, además, una velocidad crítica sobre la cual la formación de picaduras se inhibe completamente. Se determinó que la velocidad crítica se encuentra en el rango 1-2,5 [m/s], sin embargo no se observó una dependencia clara de esta velocidad crítica en función de la concentración de NaCl. Esta velocidad crítica es similar a la medida en otros metales, lo que lleva a concluir que la inhibición o disminución de la corrosión se debe a la rápida repasivación producto de la alta transferencia de masa entre la superficie y la solución de los reactantes (oxígeno) y productos de corrosión.

En el presente trabajo de título se estudió la factibilidad de endurecer superficialmente un acero al carbono por deposición de ferro-aleaciones, mediante la utilización de electrodescarga (ESD). El ESD se puede describir como un proceso de microsoldadura de tipo pulsante, en el cual se transfiere material desde un ánodo (electrodo) hacia una pieza de trabajo (substrato) mediante pulsos de corriente de corta duración y alta intensidad. La deposición se realizó manualmente mediante un dispositivo rotatorio fabricado localmente. Se fabricaron ánodos cilíndricos, de 5 mm de diámetro y de 50 mm de longitud, aproximadamente, empleando las siguientes aleaciones ferrosas: de boro, de molibdeno, de cromo y de titanio. Las distintas ferro-aleaciones se mezclaron con grafito en dos porcentajes: estequiométrico y mayor al estequiométrico. Las ferro-aleaciones y el grafito se molieron hasta un tamaño de polvo de 53 µm aproximadamente; después, se compactaron a una presión de 2070 MPa y se sinterizaron a 900 °C. Las ferro-aleaciones se depositaron sobre un acero SAE 1020, usando un voltaje de 100 V y una atmósfera protectora de argón. Las capas depositadas se caracterizaron mediante micrografías y macrografías ópticas, microdureza Vickers y difracción de rayos X (DRX). Las macrografías mostraron que las superficies del depósito resultaron rugosas e irregulares, características del proceso ESD. Las micrografías mostraron un espesor de capa irregular cuyo valor promedio, dependiendo de la ferro-aleación, estuvo entre 62 y 233 µm. La microdureza de las capas se midió a temperatura ambiente y luego de un calentamiento a 600 °C en un horno con atmósfera de argón, encontrándose en ambos casos un endurecimiento desde el substrato hasta la superficie de la capa depositada. Los valores obtenidos estuvieron entre 7,5 y 11 veces el valor nominal del substrato (176 HV). Los análisis de DRX, dependiendo de la ferro-aleación aplicada, mostraron entre otros compuestos, en la capa depositada la presencia de Carburo de Hierro (Fe7C3), Boruro de Hierro (Fe0,91B0,09), Carburo Hierro Cromo (Cr1,75Fe5,25C3), Óxido de Carburo de Titanio (TiC0,32O0,46) y Carburo de Titanio (Ti2C), los cuales se formaron durante la aplicación del proceso ESD. Se concluyó que es posible endurecer superficialmente el acero SAE 1020 mediante la deposición de ferro-aleaciones por ESD. La dureza de las capas depositadas se mantuvo inclusive al someterlas a una temperatura de 600 °C.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / Con el fin de reducir los tiempos de construcción y aumentar la productividad para ahorrar costos en obras de hormigón armado (H.A), se han desarrollado diversos métodos para prefabricar refuerzo de barras de acero, como por ejemplo aquellos que reemplazan las amarras de alambre por puntos de soldadura. La normativa vigente utilizada en Chile para el diseño de estructuras de H.A. sismo-resistentes no permite la soldadura de barras como medio de fijación a la vez que los ingenieros poseen escasa información sobre el efecto de la soldadura por puntos en la resistencia y ductilidad de las barras de acero de refuerzo, así como en su comportamiento ante solicitaciones cíclicas. Por lo tanto, es necesario recabar y generar información con respecto a la práctica ya mencionada. Las investigaciones presentadas en este trabajo en elementos de H.A. con refuerzo prefabricado con puntos de soldadura, así como en probetas de barras de refuerzo con barras transversales soldadas, concluyen que para ciertas aplicaciones y bajo ciertas condiciones el uso de soldadura como medio de fijación podría practicarse en estructuras sismo resistentes. El trabajo experimental incluido en esta memoria consiste en someter probetas de barras de acero soldable (φ16 y φ22) con barras transversales (φ10 y φ12 respectivamente) fijadas mediante un punto de soldadura a ensayos de tracción, y barras de acero soldable (φ16) con una barra transversal (φ10) fijada mediante un punto de soldadura a ensayos cíclicos de amplitud constante (4%) con relación de aspecto Largo/Diámetro=6 (L/D=6) para restringir el efecto del pandeo. Con este protocolo de ensayo se pretende ver en qué medida la soldadura por puntos afecta la resistencia y ductilidad de las barras de acero de refuerzo, así como en la vida a la fatiga de bajos ciclos y capacidad de disipación de energía. Los resultados de los ensayos de tracción revelan que la soldadura por puntos no afecta en mayor medida las propiedades mecánicas del acero de refuerzo. Los resultados de los ensayos cíclicos evidenciaron en primer lugar que no existen mayores diferencias en la vida a la fatiga de bajos ciclos y en la capacidad de disipación energía entre barras de acero soldable y barras tradicionales. En segundo lugar, se observó que barras sin soldadura y barras con crucetas soldadas no presentan grandes diferencias en cuanto a energía disipada y vida a la fatiga de bajos ciclos.

Se describe la tenacidad a la fractura como la propiedad que define el comportamiento de un material cuando este se encuentra fisurado, el estudio de estas propiedades de los materiales se ha convertido en uno de los campos de estudio de los últimos años debido a que al conocer esta propiedad se puede afinar los parámetros de diseño planteados para los sólidos continuos. Uno de los métodos de determinación de estos parámetros es experimentalmente, mediante la pre fisuración por fatiga de probetas de tal manera que se pueda desarrollar una grieta en un ambiente de laboratorio, y así poder desarrollar su posterior ensayo al someter la probeta agrietada a tracción. En el presente trabajo de tesis, se ha determinado experimentalmente el valor de los parámetros más importantes de tenacidad a la fractura K, J y CTOD para las tuberías de API 5L de grado X65, usadas ampliamente en el transporte de hidrocarburos. En particular, se busca determinar el valor de la integral J debido a que ésta plantea una mayor cantidad de información de la cual se puede derivar los otros dos parámetros. La muestra se caracterizó bajo ensayos de tracción, impacto y análisis químico, y finalmente se realizó el pre fisurado por fatiga para las probetas desarrolladas por electro erosión antes de los ensayos de tracción. En el último capítulo, se muestran los resultados obtenidos experimentalmente; los cuales son validados con los criterios de ASTM E 1820. Asimismo, se determinaron los resultados a partir de los ensayos de impacto propuestos por API 579 y que se comparan con los resultados de ASTM E 1820. Por último, se estudió el cambio en la cara de la grieta, señalándose las etapas de pre fisura y rotura para los diferentes ensayos realizados.

La presente tesis aborda el estudio del comportamiento mecánico del acero de alta resistencia y baja aleación EN 10025-6 S690QL en respuesta a cargas de impacto, considerando la variación de la temperatura como un factor clave. Para lograrlo, se llevó a cabo una revisión de la literatura relacionada con aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA), su comportamiento mecánico, los distintos tipos de fractura, la caracterización de materiales y los ensayos de impacto instrumentado. El estudio se inició con la caracterización del material. Posteriormente, se procedió a evaluar la influencia de la temperatura en el comportamiento mecánico del material frente a cargas de impacto. Se llevaron a cabo ensayos de impacto instrumentado a diversas temperaturas (-80°C, -60°C, -50°C, - 40°C, -30°C, -20°C, 0°C y 20°C). Finalmente, se realizó un análisis de los resultados y se examinaron los gráficos obtenidos en dichos ensayos. Se logró establecer una relación directa entre la disminución de la temperatura y los siguientes efectos en el material: una reducción en su capacidad para absorber energía, un aumento en su comportamiento frágil y una disminución en su tenacidad. Además, se verificó que la temperatura de transición calculada a partir de la curva Energía absorbida vs. temperatura se encuentra en proximidad al valor especificado en la especificación técnica del material.

Los 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”. / Tesis

Un pilote se ve afectado por diferentes solicitaciones de cargas (vertical, horizontal y momentos). La investigación analiza un pilote bajo una carga horizontal con los métodos analíticos/numéricos y un ensayo de campo. El ensayo para analizar comportamiento experimental fue realizado en Chilca, donde el ensayo de carga a escala real proporciona una base sólida para la comprensión del problema. El pilote cilíndrico, de acero A572 grado 50 de 24” de diámetro (½” de espesor). La profundidad enterrada del pilote es de 8.80 m y la carga lateral se aplica a una distancia de 0.40 m de la superficie. El ensayo siguió los lineamientos de la norma ASTM D3966. La caracterización geotécnica del sitio fue realizada en conjunto con la empresa. Con los ensayos de campo SPT y refracción sísmica se obtuvieron las propiedades mecánicas del suelo. Las propiedades del pilote de acero son conocidas por tratarse de un acero normalizado. Con estos datos se realizaron los análisis. Los cálculos analíticos y numéricos se compararon con las mediciones experimentales a través de gráficas de desplazamientos y momentos flexionantes a lo largo del pilote. El método de curvas p-y (Matlock y Reese) proporciona resultados aproximados y modela adecuadamente la distribución de cargas laterales y desplazamientos del pilote. El Método de Elementos Finitos (MEF) con el programa comercial Abaqus® se usa como herramienta para solucionar el problema. El modelo constitutivo elastoplástico de Mohr Coulomb es usado para analizar el comportamiento del suelo. El MEF modela la interacción suelo-pilote y simula aceptablemente bien el desplazamiento del pilote bajo la acción de la carga lateral. Finalmente, fue realizado un análisis paramétrico con el fin de conocer la influencia de los parámetros del suelo y pilote para entender mejor las respuestas del problema.

La presente investigación tiene como objetivo comprobar la factibilidad de uso de una varilla material de aporte, de geometría tubular, en el proceso de soldadura de un acero inoxidable AISI 316L mediante soldadura GTAW. Se elimina de esta manera la necesidad de uso de gas de protección en algunas de las etapas del proceso generando asi un ahorro considerable en la utilización de gas de protección. Para lograr tal cometido, se ha efectuado ensayos electroquímicos para comparar la resistencia a la corrosión de uniones soldadas con material de aporte convencional y el propuesto en esta investigación. Todas las muestras fueron sometidas a ensayos de obtención de potencial de corrosión en circuito abierto y a ensayos potenciodinámicos. Se hallaron así valores como intensidad de corrosión y velocidad de penetración de corrosión. En base a los resultados obtenidos se ha podido caracterizar cualitativamente las propiedades de la capa pasiva del material. Además de los ensayos electroquímicos, se ha realizado también ensayos de metalografía para poder caracterizar la microestructura de las muestras. Los resultados indican que no existe una pérdida de propiedades anticorrosivas de la unión soldada empleando el material de aporte tubular, todas las microestructuras observadas son adecuadas y los valores obtenidos de velocidad de corrosión e intensidad de corrosión son aceptables, tomando como referencia el metal base AISI 316L cuyos valores de Intensidad de corrosión y velocidad de penetración de corrosión son respectivamente 3,985 mg/cm2*y y 5,006 um/y (obtenidos en la presente investigación) comparados contra los valores del cordón de soldadura del aporte TG-X 316L 1,881 mg/cm2*y y 2,363 um/y y los valores del material de aporte convencional ExsaTIG2010Mo 2,075 mg/cm2*y y 2,606 um/y, se observa que los valores del material de aporte tubular son tan buenos como los obtenidos para las soldaduras realizadas con material de aporte convencional. Se concluye que es factible la utilización de este material de aporte, particularmente, su mejor utilidad está enfocada en la soldadura de tuberías y tanques, generando así un ahorro considerable en la utilización de gas de protección.