Zona Afectada por el Calor (ZAC)
La Zona Afectada por el Calor (ZAC) es la región del metal base que, sin haber alcanzado la fusión, sufre alteraciones microestructurales irreversibles como consecuencia del ciclo térmico impuesto por el proceso de soldadura. Su extensión y características determinan, en gran medida, la integridad mecánica de la unión soldada.
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1. El Ciclo Térmico de Soldadura
Cada punto de la ZAC está sometido a un ciclo térmico específico — calentamiento rápido seguido de enfriamiento — cuya intensidad depende de la distancia a la línea de fusión y de los parámetros operativos.
El parámetro fundamental es el aporte térmico efectivo (ET_ef):
$$ET_{ef} = \frac{\eta \times U \times I}{v}$$
donde:
- η = eficiencia térmica del proceso (ej.: 0,80 para GMAW; 0,65 para GTAW)
- U = tensión de arco (V)
- I = intensidad de corriente (A)
- v = velocidad de soldadura (mm/s)
La unidad es J/mm.
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2. Temperatura de Pico — Fórmula de Rykalin
$$\frac{1}{T_p - T_0} - \frac{1}{T_f - T_0} = \frac{ET_{ef}}{4{,}13 \times \rho c \times t \times y^2}$$
Ejemplo numérico
Datos: ET_ef = 720 J/mm; T₀ = 20 °C; t = 10 mm; y = 1,5 mm → T_p ≈ 1204 °C
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3. Subzonas de la ZAC
| Subzona | T_p (°C) | Microestructura típica | Propiedades |
|---|---|---|---|
| Grano grueso (CGHAZ) | 1100–1500 | Grano austenítico muy grande; martensita o bainita superior | Alta resistencia; tenacidad reducida |
| Grano fino (FGHAZ) | 900–1100 | Grano refinado | Tenacidad aceptable |
| Intercrítica (ICHAZ) | 723–900 | Transformación parcial | Dureza variable; riesgo de fragilización |
| Recocido subcrítico (SCHAZ) | 200–723 | Sin cambio de fase | Leve reducción de resistencia |
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4. Velocidad de Enfriamiento y Espesor Crítico
Chapa fina: $\frac{dT}{dt} = \frac{2\pi \times \lambda \times (T-T_0)^3}{ET_{ef}^2 \times \rho c}$
Chapa gruesa: $\frac{dT}{dt} = 2\pi \times \lambda \times \rho c \times \left(\frac{T - T_0}{ET_{ef}}\right)^2$
El Δt₈/₅ obtenido se compara con las curvas CCT del acero para predecir la microestructura final.
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5. Equivalente de Carbono — EN 1011-2
$$CE = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr + Mo + V}{5} + \frac{Ni + Cu}{15}$$
| CE | Riesgo de agrietamiento | Acción recomendada |
|---|---|---|
| < 0,35 | Bajo | Sin precalentamiento |
| 0,35–0,45 | Moderado | Precalentamiento 75–150 °C |
| 0,45–0,60 | Elevado | Precalentamiento 150–300 °C |
| > 0,60 | Muy elevado | Precalentamiento > 300 °C |
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6. Soldadura Multipasada
Cada cordón sucesivo recalienta la ZAC anterior. Este recalentamiento puede refinar el grano grueso (mejora de tenacidad), crear zonas intercríticas locales o templar la martensita del pase anterior. La secuencia y temperatura entre pasadas deben definirse en el WPS según EN ISO 15614-1.
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7. Medidas de Control Prácticas
- Aporte térmico — Respetar los límites del WPS.
- Precalentamiento — Esencial cuando CE > 0,35.
- Temperatura entre pasadas — Mantener dentro de los límites del WPS.
- TTPS — Alivio de tensiones a 550–650 °C para aceros C-Mn.
- Consumible de bajo hidrógeno — HD ≤ 5 ml/100 g de metal depositado.
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Referencias
- EN 1011-2:2001 — *Welding. Recommendations for welding of metallic materials. Part 2: Arc welding of ferritic steels.* CEN, Brussels.
- Lancaster, J.F. — *Metallurgy of Welding.* 6th ed. Abington Publishing, Cambridge, 1999.
- Chiaverini, V. — *Tecnología Mecánica: Estructura y Propiedades de las Aleaciones Metálicas.* Vol. 1. McGraw-Hill.
- Rykalin, N.N. — *Berechnung der Wärmevorgänge beim Schweissen.* VEB Technik, Berlin, 1953.