Componente estructural: cualquier elemento cuya función primordial sea la transmisión de esfuerzos mecánicos o la retención de presión.

Transcripción

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2 Componente estructural: cualquier elemento cuya función primordial sea la transmisión de esfuerzos mecánicos o la retención de presión. Discontinuidad: cualquier aspecto o detalle geométrico, metalúrgico o mecánico que no se encuentre previsto en el diseño original del componente que por su magnitud o características no afecte la performance ni la vida útil del componente. Defecto: cualquier aspecto o detalle geométrico, metalúrgico o mecánico que no se encuentre previsto en el diseño original del componente que por su magnitud o características pueda afectar la performance o la vida útil del componente

3 Concentrador de tensiones: toda discontinuidad geométrica severa o defecto de tipo geométrico que tenga la propiedad de modificar el campo de tensiones en forma local incrementando el valor de las tensiones en su vértice. Cualquier cambio brusco de sección o la presencia de una discontinuidad o defecto planar, constituyen en general un concentrador de tensiones. Discontinuidad (defecto) planar: Toda discontinuidad (defecto) que por su forma pueda considerárselo contenido esencialmente en un plano. Las fisuras constituyen el ejemplo mas típico de este tipo de discontinuidad (defecto). Discontinuidad (defecto) volumétrico (o no planar): Toda discontinuidad (defecto) que por su forma no pueda considerárselo contenido en un plano. Las inclusiones de escoria y la porosidad constituyen el ejemplo mas típico de este tipo de discontinuidad (defecto).

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5 Una unión soldada en un componente fabricado puede fallar en servicio como consecuencia de la presencia de un defecto. Los modos que puede tomar esta falla son diversos. Los mas importantes son: Inestabilidad elástica (pandeo local o generalizado) Excesiva deformación elástica (atascamiento) Excesiva deformación plástica (fluencia generalizada) Inestabilidad plástica (estricción, pandeo plástico) Fatiga de alto ciclo y bajo ciclo Corrosión, erosión, corrosión-fatiga, corrosión bajo tensiones, etc. Creep y creep-fatiga Fractura rápida (frágil,dúctil,mixta)

6 La diapositiva anterior menciona los distintos tipos de falla que pueden ocurrir a un componente estructural en general. Sin ser un listado exhaustivo, incluye los mecanismos de falla mas frecuentes e importantes. Pude verse que estos mecanismos son múltiples y que en algunos casos puede existir una combinación sinérgica entre ellos. Algunos de los tipos de falla mencionados son mas o menos relevantes para el caso de uniones soldadas. En lo que sigue los iremos analizando individualmente, prestándoles mayor o menor atención según esta relevancia.

7 Esta diapositiva muestra un caso común de inestabilidad elástica representado por el pandeo de una columna de sección U en la que se ve la deformación experimentada porlasalasdelamismacomo consecuencia del esfuerzo de compresión aplicado que ha superado la carga crítica.

8 Bajo ciertas condiciones un material que ha alcanzado la condición plástica puede inestabilizarse y conducir rápidamente a un colapso plástico. Un ejemplo conocido de este fenómeno es la estricción que precede a la rotura en el ensayo de tracción de un material dúctil. La inestabilidad plástica puede ser responsable en otros casos de la propagación rápida de una fisura, dando así origen a un fenómeno de fractura dúctil rápida. Hoy se sabe que muchas fallas catastróficas que en el pasado fueron atribuidas a fracturas frágiles, tuvieron su origen como inestabilidades dúctiles.

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10 La fotografía anterior corresponde a la superficie de fractura por fatiga de un eje sometido a flexión rotativa. Puede observarse que la fisura por fatiga se inició en el concentrador de tensiones introducido por el chavetero. También se ven claramente las llamadas líneas de playa que denotan las sucesivas posiciones del frente de fisura hasta que se produce el colapso final de la sección remanente. Puede observarse la baja deformación plástica asociada a la rotura.

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12 La figura anterior muestra una soldadura a tope solicitada transversalmente por cargas variables en la que se ha generado una fisura por fatiga a partir del talón de la sobremonta. Puede observarse también una fisura secundaria. Veremos qué significa que la fisura se haya iniciado en el talón de las sobremonta.

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14 La fotografía anterior muestra una fisura por fatiga a través del cordón de soldadura, iniciada en el concentrador formado por la presencia del respaldo permanente. Por esta misma razón muchas veces los códigos limitan o impiden el empleo de este tipo de respaldo

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19 La fotografía anterior ilustra el caso de una fractura frágil a lo largo de la HAZ del cordón de soldadura de un recipiente de presión. Puede verse claramente la naturaleza catastrófica de este tipo de falla. Obsérvese la ausencia casi completa de deformación plástica a nivel macroscópico.

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21 La fotografía anterior ilustra uno de los casos de fractura frágil mas difundidos en la literatura técnica. Se trata de la rotura catastrófica del tanker T-2 USS Schenectady, acaecida mientras la nave se encontraba amarrada en puerto y descargada. Este caso ilustra con elocuencia las características con que suele presentarse una fractura rápida, es decir: rotura sorpresiva ausencia de sobrecargas diseño clásico correcto

22 De los aproximadamente 5000 barcos de la serie Liberty, Victory y tankers T-2, que los EE.UU. construyeron en los años , unos 800 sufrieron fallas estructurales importantes y unos 200 fracturas mayores. Dado que estos buques incorporaban el concepto de viga buque soldada, se puso en evidencia alguna relación entre el uso de la soldadura y los problemas de falla por fractura rápida. Esta circunstancia llevó al inicio de un programa de investigacióneneltemaque condujo al desarrollo actual de la Mecánica de Fractura.

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