Las uniones soldadas de aluminio pueden sufrir corrosión generalizada, localizada, intergranular y asistida por tensión. Esta guía explica por qué la precipitación de una segunda fase y las diferencias electroquímicas favorecen el ataque intergranular, y cómo la tensión de tracción y un medio corrosivo se combinan para provocar la fisuración por corrosión bajo tensión. Define la tensión crítica, KISCC, JISCC, KIC y la relación da/dt-K de tres etapas, y a continuación evalúa la composición de la aleación, la compatibilidad del material de aportación, la microestructura de la zona de soldadura, la tensión residual y los defectos. La prevención abarca la selección de materiales, los consumibles, la reducción de la tensión residual, el tratamiento térmico y la protección de la superficie. El artículo conserva la notación de la mecánica de la fractura y las relaciones de umbral necesarias para la evaluación técnica.
La corrosión es el deterioro o la destrucción provocados por la interacción química o electroquímica entre un metal y su entorno. Se clasifica en corrosión química o electroquímica, y la más habitual es la electroquímica.
Las uniones soldadas pueden sufrir corrosión general, corrosión localizada o corrosión asistida por tensión. La corrosión general afecta a toda la superficie o a la mayor parte de ella; cuando su velocidad es aproximadamente la misma en todas partes, se denomina corrosión uniforme. La corrosión localizada se desarrolla preferentemente en puntos concretos y mucho más rápido que en el resto de la superficie, como ocurre con la corrosión intergranular o la corrosión por picaduras. La tensión intensifica el ataque y puede provocar corrosión bajo tensión y agrietamiento por corrosión bajo tensión.
La corrosión general es previsible y, en comparación, menos peligrosa. El ataque localizado es difícil de predecir y puede provocar un fallo repentino sin una señal de aviso clara.
El aluminio suele resistir bien la corrosión, pero su comportamiento depende del tipo de aleación, la composición y el entorno. Las aleaciones de aluminio no tratables térmicamente, así como las aleaciones de Al-Mn y Al-Mg, resisten mejor la corrosión que las aleaciones tratables térmicamente de Al-Cu-Mg y Al-Zn-Mg. Las aleaciones de Al-Cu-Mg y sus soldaduras tienden a sufrir corrosión intergranular, mientras que las aleaciones de Al-Zn-Mg y sus soldaduras tienden a sufrir corrosión bajo tensión y agrietamiento por corrosión bajo tensión. Las aleaciones de aluminio suelen resistir la corrosión atmosférica, pero su comportamiento es menos satisfactorio en agua de mar y en climas marinos.
La corrosión intergranular avanza a lo largo de los límites de grano o en las regiones adyacentes y, a menudo, precede a la corrosión bajo tensión.
La superficie puede presentar solo un ligero deterioro, mientras que una red interna de grietas intergranulares reduce sustancialmente la resistencia. Una de las causas principales es la precipitación de una segunda fase en los límites de grano, lo que agota un componente más noble cercano. En el duraluminio de Al-Cu-Mg, por ejemplo, la precipitación de CuAl₂ crea una zona empobrecida en cobre. En un medio compartido, un metal con un potencial más negativo se convierte en el ánodo galvánico y se corroe más fácilmente, mientras que un metal más positivo tiende a actuar como cátodo. Por lo tanto, el cambio microestructural provoca la corrosión intergranular electroquímica. La corrosión bajo tensión es el factor de corrosión más importante a tener en cuenta en el control de fracturas de las estructuras de aluminio soldadas.
La fisuración por corrosión bajo tensión (SCC) es la fractura de una unión sometida a tensión estática en un medio corrosivo. Se produce como resultado de la acción combinada de la tensión —normalmente de tracción— y un entorno específico. Una unión o estructura puede agrietarse espontáneamente con tensiones muy inferiores al límite elástico e incluso en un entorno ligeramente corrosivo. Se trata, por lo tanto, de una forma especialmente peligrosa de fractura frágil a baja tensión.
La tensión dominante es la suma de la tensión residual de fabricación y soldadura y la tensión de servicio. La corrosión bajo tensión (SCC) no se produce cuando la tensión aplicada, el factor de intensidad de tensión K o la integral J están por debajo del umbral correspondiente: la tensión crítica σSCC, factor de intensidad de tensión umbral KISCC, o integral de umbral JISCC. Una grieta por corrosión bajo tensión ya existente no se propagará por debajo del umbral. Cuando el factor de intensidad de tensión en la punta de la grieta supera el valor KISCC, la grieta se inicia o se expande; la fractura se produce cuando la expansión alcanza el estado crítico del material.
El proceso de fractura consta de tres etapas: inicio de la grieta, crecimiento subcrítico estable y crecimiento inestable. La corrosión por picaduras y el ataque intergranular suelen convertirse en el origen de las grietas y acortan el tiempo de inicio. Una grieta iniciada se ramifica como la raíz de un árbol; una de las ramificaciones puede convertirse en la grieta principal, de rápido crecimiento, mientras que otras se detienen o crecen lentamente. Una vez establecida, la grieta crece a un ritmo casi constante hasta que se produce inestabilidad mecánica.
La relación entre la velocidad de crecimiento de la grieta da/dt y el factor de intensidad de tensión en la punta de la grieta K suele presentar tres regiones. En la Región I, da/dt desciende bruscamente a medida que K disminuye, y no se produce crecimiento por debajo de KISCC. La región II presenta un crecimiento estable a da/dtII. Cuando K alcanza la tenacidad a la fractura KIC, Comienza la Región III y el crecimiento inestable sigue provocando fracturas.
Desde el punto de vista de la ingeniería, KISCC y da/dtII son índices de resistencia útiles para materiales y uniones soldadas.
A nivel macroscópico, la fractura suele ser perpendicular a la tensión principal y la grieta se ramifica. La acumulación de productos de corrosión elimina el brillo metálico del punto de origen y de la región de crecimiento subcrítico. El punto de origen puede presentar picaduras, corrosión intergranular o un defecto de soldadura. La región final inestable puede presentar patrones radiales o en forma de chevrón. A nivel microscópico, las grietas pueden ser intergranulares, transgranulares o mixtas, dependiendo del entorno y de la tensión. Las superficies de fractura suelen conservar rastros de deformación plástica con patrones similares a los del caramelo de roca, a conchas o a plumas.
Las aleaciones de alta resistencia sometidas a tratamiento térmico, especialmente las aleaciones de Al-Zn-Mg y Al-Zn-Mg-Cu de resistencia ultraalta, son muy susceptibles a la corrosión por tensión (SCC) en las soldaduras. Incluso las aleaciones de Al-Mg resistentes a la corrosión y no sometidas a tratamiento térmico se vuelven susceptibles cuando presentan un alto contenido en magnesio.
A la hora de seleccionar el material de aportación, suelen primar criterios como la soldabilidad, la composición, la resistencia, la ductilidad y la tenacidad. Esto puede dar lugar a grandes diferencias composicionales y microestructurales entre la soldadura y el metal base, así como a las correspondientes diferencias electroquímicas que pueden aumentar la susceptibilidad a la corrosión por tensión (SCC).
La soldadura puede provocar un engrosamiento del grano, la fusión de los límites de grano y la fragilización en los límites de grano en la soldadura, la zona de fusión y la zona afectada por el calor. Estas estructuras no uniformes o fuera de equilibrio pueden aumentar la susceptibilidad a la corrosión por tensión (SCC). Una estructura reticular en equilibrio termodinámico suele ofrecer la mayor resistencia, mientras que una estructura alejada del equilibrio es más susceptible.
La tensión residual tiene un efecto importante. Incluso sin carga externa, la tensión residual de tracción puede ser suficiente para provocar la SCC.
Los defectos planos, en particular las grietas de solidificación o de liquación, provocan una grave concentración de tensiones. Su interacción con la tensión residual de tracción favorece fácilmente la corrosión bajo tensión (SCC).
Dado que la composición, la microestructura y las propiedades mecánicas varían a lo largo de una soldadura, su resistencia a la corrosión por tensión (SCC) suele ser inferior a la del metal base, incluso cuando se eligen correctamente los materiales y se controla adecuadamente el proceso. En un medio líquido que contenga NaCl 3%, por ejemplo, σSCC/ReL es de 0,6 para el metal base de aluminio y de 0,5 para la unión soldada.
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