Análisis de falla y recuperación por soldadura de un cigüeñal de motor estacionario

Abstract

El presente trabajo de investigación aborda el estudio del análisis de falla de un cigüeñal de motor estacionario de 4 tiempos a gasolina, fabricado en acero al carbono y, posteriormente, el desarrollo de un procedimiento de recuperación mediante soldadura de la zona afectada. El cigüeñal presentó una fractura en el extremo del eje de trabajo luego de 400 horas de funcionamiento. Se aplicó el procedimiento recomendado por la ASM para el análisis de la superficie de fractura y determinar la causa raíz de la falla. Mediante análisis químico se concluyó que el acero con el cual se fabricó el cigüeñal fue del tipo AISI/SAE 1045. Se determinaron las propiedades mecánicas mediante ensayos de dureza y se obtuvo que el acero utilizado para la fabricación del componente poseía características similares a un acero AISI/SAE 1045 sometido a temple y revenido. El análisis fractográfico determinó que la fractura fue del tipo frágil y ocurrió debido a la presencia de condiciones de cargas cíclicas y un concentrador de esfuerzos geométrico. Posteriormente al análisis de falla, se procedió a la elaboración de un WPS preliminar para la calificación del procedimiento de recuperación por soldadura. Se determinó un proceso de soldadura GTAW mediante aporte ER90S-B3 siguiendo los lineamientos de las normas AWS D14.6 y AWS B2.1. El procedimiento preliminar fue evaluado mediante ensayos de inspección visual, análisis con partículas magnéticas, líquidos penetrantes, ensayo de doblado, examen macrográfico, ensayos de dureza y análisis químico. Se ejecutó el procedimiento de soldadura en el cigüeñal y se analizó el efecto del tratamiento térmico post soldadura (PWHT) en cuatro muestras, sometidas a un PWHT a temperaturas de 690 °C, 500 °C, 400 °C y 300 °C, durante 1 hora. Se encontró que, a una menor temperatura de PWHT, la dureza se incrementa en la zona afectada por el calor (ZAC) y, principalmente, en el metal de aporte (MA). Esto se comprobó mediante un análisis metalográfico, confirmando la presencia de microestructuras duras en la en la ZAC, MA y en el metal base (MB).