Bajo el término
fisuración inducida por el ambiente (EIC: Enviromental Induced Cracking) se
engloban una serie procesos de fisuración de desarrollo subcritico, que
resultan de la acción sinérgica de un factor tensional y una degradación
producida por el medio. Este tipo de fenómenos se designan por el término
genérico de corrosión bajo tensión o tenso corrosión.
Para muchos autores, la
Fisuración Inducida por Hidrogeno (HIC) se considera un caso particular de tensocorrosión,
en el que la progresión se produce por el efecto enfragilizador derivado de la
generación y absorción de hidrógeno en el material. Desde AZTERLAN se
prefiere la interpretación de este tipo de fallos como un caso particular de
fragilización por hidrogeno, en el que la fuente de hidrógeno no corresponde al
proceso de fabricación, sino que se genera por un proceso corrosivo en
servicio.
La fragilización
ambiental por hidrógeno o inducida por procesos de corrosión (EHE: Enviromental
Hydrogen Embrittlement), es un fenómeno ampliamente documentado a nivel
experimental, pero que no suele contemplarse en la etapa de diseño (salvo tal
vez en aplicaciones con protección catódica u ánodo de sacrificio) y rara vez
se toma en consideración en los estudios de fallo de componentes estructurales,
como por ejemplo elementos de fijación. Sin embargo, la utilización de
elementos de fijación de alta resistencia con recubrimiento de sacrificio (como
por ejemplo el zinc) implica un riesgo potencial de sufrir este tipo de fragilización
inducida por el medio y debería contemplarse siempre en la casuística de fallo.
En elementos de fijación
con recubrimiento de zinc es conocido el riesgo potencial de fragilización por
hidrógeno provocado por aspectos intrínsecos al proceso de fabricación, como
por ejemplo el baño ácido previo al galvanizado en caliente, o el propio
proceso de aplicación de recubrimientos electrolíticos. De cualquier forma,
pocas veces se valora adecuadamente el comportamiento de este recubrimiento por
su carácter anódico. Los
recubrimientos de zinc están diseñados para actuar como metal de sacrificio
protegiendo al acero de la corrosión. Si en estos recubrimientos anódicos se
genera cualquier tipo de deterioro o daño que afecte a la integridad del mismo,
dejando por ejemplo zonas de metal expuestas, se crearía un acoplamiento
galvánico entre el recubrimiento y el metal expuesto, que convertiría en
catódica esta zona de metal desnudo, evitando su corrosión. Esta capacidad de
protección del zinc sobre el acero, incluso en zonas desnudas, se conoce como protección
catódica y es característica de este tipo de recubrimientos.
Ahora bien, la presencia de discontinuidades o agrietamientos en la capa
del recubrimiento de Zinc que deje expuesto el metal al electrolito, posibilita
la existencia de pilas galvánicas entre el Zn y el acero. Toda la superficie
del elemento de fijación recubierta por el zinc actúa como ánodo, liberando
átomos de hidrógeno en posiciones catódicas; que además presentan un área reducida, en relación al
área anódica, lo que incrementa la intensidad de la emisión. El hidrógeno
desprendido se difunde hacia el acero desnudo (posición catódica de la pila)
posibilitando la capación local de hidrogeno atómico difusible en dicha
posición. La fuente de hidrógeno por tanto sería el propio proceso de corrosión
de la capa de recubrimiento.
El riesgo potencial se
incrementa si se considera que es precisamente en las posiciones más tensionadas,
como radios de acuerdo o fondos de rosca, donde más posibilidad hay de encontrar
agrietamientos en el recubrimiento. La hidrogenación se concentra en el frente
de grieta, que es además el punto máximo de concentración de esfuerzos, posibilitando
así la fragilización y la progresión de la grieta mediante la sucesiva
hidrogenación del frente de grieta, hasta que la reducción de la sección alcanza
un valor crítico que provoque el colapso del elemento.
La apariencia
macroscópica de la superficie de fractura de este tipo de fallos, en muchos
casos, recuerda a la de una rotura a fatiga. Con la particularidad de que al
ser dependiente de la propia tensión de apriete, si el reparto de ésta es
relativamente uniforme en la sección, es frecuente que presente varios frentes
simultáneos de progresión radial, nucleados en todo el contorno de la sección.
La textura de la zona de
progresión presenta carácter granular, especialmente en los estadios iniciales
en torno a la periferia, atenuándose progresivamente hacia el interior, donde
se genera una textura característica en forma de “helechos” que designamos como
arborescente. Es frecuente que la etapa final de la rotura, no afectada por la
hidrogenación, presente caracteres muy diferentes, incluso dúctiles y que los
límites de ambas zonas estén muy bien definidos, sin apenas transición, similar,
de nuevo, a los fallos a fatiga.
Si ya de por sí cualquier
incidencia de fallo por fragilización de hidrógeno en un lote de elementos
“idénticos”, fabricados en “idénticas”
condiciones, solo afecta a una pequeña parte de componentes de forma
aparentemente aleatoria, este tipo de enfragilizacion ambiental presenta un
carácter aun más aleatorio, puesto que incluye muchos más parámetros o
condiciones necesarias para el desarrollo del fallo.
Un aspecto muy importante
para el diagnóstico de este tipo de fallo es el tiempo que transcurre desde el
momento de montaje, hasta que se produce la rotura diferida. Si se trata de un
periodo inferior a tres días, todo apunta a un fallo de fragilización por hidrógeno
correspondiente a una fuente intrínseca. Si por el contrario el fallo se
produce después de varios días o incluso meses, se puede considerar
prácticamente descartable la vía intrínseca, y es cuando la hipótesis de la
hidrogenación ambiental debiera incluirse entre las posibilidades a analizar.
AZTERLAN ha desarrollado durante los últimos años numerosas investigaciones
en este ámbito, cuya incidencia es bastante más severa de lo que parece o se reconoce
a nivel industrial.
El diagnóstico de un fallo de estas
características es complejo y en cierta forma incómodo, puesto que la
responsabilidad del mismo no se identifica de forma clara en ninguna de las partes
actoras (tanto la tecnología empleada para la fabricación del componente, como el
diseño o el montaje de la unión han sido llevados a cabo correctamente, y sin
embargo, la unión ha fallado). El conocimiento metalúrgico y la experiencia en
fenómenos de mecánica de fractura, junto con el uso de herramientas analíticas
avanzadas, facilitan sin embargo la identificación de dichos fenómenos.
A quien tuvo la grandiosa idea de publicar esto mil gracias por hacerlo desinteresadamente y en pro del conocimiento del que ignora estos temas
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