¿Qué es la zona afectada por el calor (HAZ) en la soldadura?

Una soldadura no es sólo el cordón brillante que se puede ver. Justo al lado, en el metal que nunca se derritió, hay una banda oculta que la soldadura cambió silenciosamente para siempre. Esa banda es la zona afectada por el calor, o HAZ, y suele ser la parte más débil y complicada de toda la articulación. Comprender la HAZ es un gran paso adelante respecto a simplemente colocar cordones bonitos, porque las fallas a menudo comienzan allí y no en la soldadura misma. Esta explicación cubre qué es la zona afectada por el calor, por qué se forma, si es más frágil y cómo controlarla.

La zona afectada por el calor (HAZ) es el área del metal base junto a una soldadura que no se derritió pero que cambió por el calor de la soldadura. El calor altera la estructura y las propiedades del grano del metal sin fundirlo. Esto es lo que eso significa en la práctica.

Las tres zonas de una soldadura

Cada soldadura por fusión realmente tiene tres regiones:

• El metal de soldadura, la parte que se fundió y solidificó por completo.
• La zona afectada por el calor, metal que permaneció sólido pero fue modificado por el calor.
• El metal base no afectado, lo suficientemente lejos como para que el calor no lo altere.

La HAZ se encuentra en el medio y es donde silenciosamente comienzan muchos problemas de soldadura.

Respuesta directa: qué es la ZAT y por qué es importante

Aquí están los elementos esenciales:

• La HAZ es metal base cerca de la soldadura que se calentó pero no se derritió.
• El calor cambia la estructura de su grano, y por tanto sus propiedades.
• Puede volverse más duro, más quebradizo o más débil que el metal original.
• Su tamaño depende del aporte de calor, más calor genera una ZAC más amplia.
• Muchas fallas de soldadura comienzan en la HAZ, no en el cordón de soldadura.

Debido a que la HAZ ha cambiado pero es invisible, merece tanta atención como la soldadura misma.

¿Por qué se forma la ZAT?

La zona afectada por el calor se forma por un hecho simple: el intenso calor de la soldadura no se detiene en el borde del baño fundido. El calor fluye hacia el metal circundante, y aunque ese metal nunca se calienta lo suficiente como para derretirse, sí se calienta lo suficiente como para cambiar. Los metales tienen una estructura de grano interna, y calentarlos y luego enfriarlos pueden alterar esos granos, hacerlos crecer, encogerlos o cambiar su disposición. Esos cambios estructurales alteran las propiedades del metal, como su dureza, tenacidad y resistencia, a pesar de que el metal mantuvo su forma. La región donde esto sucede es la ZAT. Cuánto cambia depende en gran medida de cuánto calor entró y qué tan rápido se enfrió el metal, razón por la cual los soldadores hablan tanto sobre el aporte de calor y las velocidades de enfriamiento.

¿Es la ZAT más frágil?

Una pregunta común e importante es si la zona afectada por el calor es más frágil que el metal base y, a menudo, la respuesta es sí. En muchos aceros, el rápido calentamiento y enfriamiento de la soldadura puede endurecer la ZAT, y el metal más duro tiende a ser más frágil, lo que significa que es más propenso a agrietarse bajo tensión. Esto es especialmente preocupante cuando el hidrógeno y la tensión se combinan, lo que puede provocar grietas en una ZAC endurecida. Es por eso que la ZAC es frecuentemente el eslabón más débil y por qué tantas fallas de soldadura y grietas se originan allí y no en el cordón de soldadura. No todas las HAZ terminan siendo frágiles y los diferentes metales se comportan de manera diferente, pero la lección general es válida: la HAZ es una región modificada cuyas propiedades pueden ser peores que las del metal circundante, por lo que es necesario gestionarla, no ignorarla.

Cómo controlar la ZAT

La buena noticia es que los soldadores pueden influir en la zona afectada por el calor, principalmente controlando cuánto calor entra y qué tan rápido sale. Un aporte de calor más bajo generalmente produce una ZAT más pequeña, por lo que las técnicas y configuraciones que evitan descargar el exceso de calor ayudan a mantener la zona afectada estrecha. Una velocidad de desplazamiento más rápida limita de manera similar la cantidad de calor que penetra en el metal circundante. La gestión de la velocidad de enfriamiento es la otra gran palanca: un enfriamiento demasiado rápido puede endurecer y fragilizar la ZAC en muchos aceros, por lo que el precalentamiento controlado y la temperatura entre pasadas ralentizan el enfriamiento y reducen el riesgo de agrietamiento, lo cual es una práctica estándar en materiales más gruesos o propensos a agrietarse. Diferentes metales necesitan diferentes enfoques. El aluminio, por ejemplo, conduce muy bien el calor y tiende a perder resistencia en una zona amplia en lugar de endurecerse, por lo que las estrategias difieren según el material. El hilo conductor es pensar en la entrada de calor y el enfriamiento, no solo en la perla visible.

El resultado final

La zona afectada por el calor es la banda de metal base al lado de una soldadura que nunca se fundió pero que fue modificada por el calor de la soldadura, alterando su estructura de grano y sus propiedades como dureza, tenacidad y resistencia. Es importante porque a menudo es la parte de la unión más débil y propensa a agrietarse, y en muchos aceros puede terminar más dura y quebradiza que el metal circundante, razón por la cual tantas fallas comienzan allí. Los soldadores controlan la HAZ gestionando la entrada de calor y la velocidad de enfriamiento, utilizando un calor más bajo, una velocidad de desplazamiento adecuada y una temperatura de precalentamiento o entre pasadas cuando sea necesario, con el enfoque exacto dependiendo del metal. Preste atención a la HAZ y estará pensando como un soldador que construye uniones duraderas, no sólo cordones que se ven bien.

Preguntas frecuentes

¿La zona afectada por el calor es más frágil que el metal base? A menudo sí, especialmente en los aceros. El rápido calentamiento y enfriamiento de la soldadura puede endurecer la ZAT, y el metal más duro tiende a ser más frágil y propenso a agrietarse bajo tensión. Esta es la razón por la cual la HAZ es frecuentemente la parte más débil de una unión y donde comienzan muchas grietas y fallas de soldadura, aunque el comportamiento exacto depende del metal.

¿Cómo se puede reducir el tamaño de la zona afectada por el calor? Principalmente controlando el calor. Una menor entrada de calor y una velocidad de desplazamiento adecuada limitan la cantidad de calor que penetra en el metal circundante, lo que mantiene la ZAT más estrecha. Gestionar el enfriamiento con precalentamiento y temperatura entre pasadas ayuda a prevenir el endurecimiento y el agrietamiento en aceros propensos a agrietarse. La combinación correcta depende del metal y el espesor, pero un menor exceso de calor generalmente significa una ZAC más pequeña.

¿Tiene el aluminio una ZAC mayor que el acero? El aluminio conduce el calor mucho mejor que el acero, por lo que el calor se propaga más y puede crear una zona afectada amplia. En lugar de endurecerse como muchos aceros, el aluminio tiende a perder resistencia en esa zona (ablandándose cerca de la soldadura). Por lo tanto, la ZAT se comporta de manera diferente: con el aluminio, la preocupación suele ser la reducción de la resistencia en un área amplia en lugar del endurecimiento y la fragilidad que se observan en el acero.

¿Dónde está ubicada la zona afectada por el calor? La HAZ se encuentra en el metal base inmediatamente al lado de la soldadura, entre el metal de soldadura fundido y el metal base no afectado más alejado. Es el anillo o banda de metal que se calentó lo suficiente como para cambiar pero no lo suficiente como para derretirse. No es visible como una parte separada de la cuenta, pero es una región distinta con propiedades alteradas.

¿Por qué las fallas en las soldaduras suelen comenzar en la ZAT? Porque la ZAT es un metal modificado cuyas propiedades pueden ser peores que las del metal base circundante, especialmente si se endurece y se vuelve quebradizo durante la soldadura. Eso lo hace más vulnerable al agrietamiento bajo tensión, especialmente donde hay hidrógeno presente. Dado que ha cambiado pero es invisible, es fácil pasarlo por alto, razón por la cual los inspectores y soldadores vigilan de cerca la HAZ.

¿Qué es el aporte de calor en la soldadura? El aporte de calor es una medida de cuánto calor el proceso de soldadura aporta al metal, influenciado por la corriente, el voltaje y la velocidad de desplazamiento. Un mayor aporte de calor significa que más calor penetra en el metal circundante, lo que produce una zona afectada por el calor más amplia, mientras que un menor aporte de calor mantiene la ZAC más estrecha. Controlar la entrada de calor es una forma clave en la que los soldadores gestionan el tamaño y las propiedades de la ZAT.

Referencias

• Referencias del fabricante sobre la zona afectada por el calor, el precalentamiento y el comportamiento de la zona afectada por el calor (industria), thefabricator.com.
• Guía de soldadura de aluminio de Hobart Brothers sobre contracción, agrietamiento y HAZ (fabricante), hobartbrothers.com.
• Referencias de la Sociedad Estadounidense de Soldadura sobre aporte de calor, precalentamiento y metalurgia de soldadura (industria), aws.org.