Monitoreo de la degradación artificial en uniones soldadas de aceros microaleados por medio de técnicas de inspección no destructivas

Abstract

This research studied the effect of artificial aging on the microstructure, mechanical properties, and fracture behavior of the longitudinal welded joint between two API 5L steel pipes, one of grade X60 and the other of grade X65. The welded joints were artificially aged at 300 °C for 3, 7, 9, 18, and 45 hours. Microstructural evolution was analyzed using optical microscopy and scanning electron microscopy. The obtained images revealed no significant changes in the microstructure of the welded joints with increasing aging time. Vickers microhardness results showed that both welded joints reached peak hardness after 3 hours of aging, corresponding to the peak-aging stage. For longer aging times, the microhardness tended to decrease and fluctuate due to overaging. Charpy V-notch impact tests showed a decrease in absorbed energy, with minimum values also observed after 3 hours, which coincided with an increase in brittle fracture in the fusion zone and a reduction in ductile fracture in the base material and heat-affected zone. The effect of aging was also evaluated using non-destructive testing techniques. The thermoelectric potential of the welded joints was measured using the hot-tip technique at temperatures of 55, 60, 65, and 70 °C. A higher sensitivity to aging-induced changes was observed as the hot-tip temperature increased. Electrical conductivity was determined using eddy current testing (ECT), with inspection frequencies of 150 kHz for X60 and 130 kHz for X65. Results showed an inverse relationship between electrical conductivity and microhardness. Finally, the alternating current potential drop (ACPD) technique was applied at a frequency of 4 Hz, allowing the electrical conductivity of the welded joints to be determined from the electrical resistance of the material.

En este trabajo de investigación se estudió el efecto del envejecimiento artificial sobre la microestructura, las propiedades mecánicas y el tipo de fractura en la unión soldada longitudinal de dos tuberías de acero API 5L, una de grado X60 y otra de grado X65. Las uniones soldadas fueron sometidas a envejecimiento artificial a 300 °C durante 3, 7, 9, 18 y 45 horas. La evolución microestructural se analizó mediante microscopía óptica y microscopía electrónica de barrido. Las imágenes obtenidas revelaron que no se presentan cambios significativos en la microestructura de las uniones soldadas con respecto al tiempo de envejecimiento. Los resultados de microdureza Vickers mostraron que ambas uniones alcanzan un máximo de dureza después de 3 horas de envejecimiento, asociado al pico de envejecimiento. Para tiempos mayores, la microdureza tiende a disminuir y fluctuar, como consecuencia del sobreenvejecimiento. Las pruebas de impacto Charpy V evidenciaron una disminución en la energía absorbida, alcanzando valores mínimos también después de 3 horas, lo cual coincide con un aumento en la fractura frágil en la zona de fusión y una disminución de la fractura dúcil en el material base y zona afectada térmicamente. El efecto del envejecimiento también se evaluó mediante técnicas de ensayos no destructivos. El potencial termoeléctrico de las uniones soldadas se midió mediante la técnica de punta caliente, utilizando temperaturas de 55, 60, 65 y 70 °C, observándose una mayor sensibilidad para detectar los cambios inducidos por el envejecimiento al incrementar la temperatura de la puna caliente. La conductividad eléctrica se determinó mediante corrientes inducidas (Eddy Currents), usando frecuencias de 150 kHz para el X60 y 130 kHz para el X65. Los resultados mostraron una relación inversa entre esta propiedad y la microdureza. Finalmente, se aplicó la técnica de caída de potencial en corriente alterna a una frecuencia de 4 Hz, lo que permitió determinar la conductividad eléctrica de las uniones soldadas a partir de la medición de la resistencia eléctrica del material.