Soportes de barandilla en atmósfera marina C4
Una empresa fabrica 600 soportes de barandilla para una pasarela peatonal situada a 80 m del puerto de Valencia. La atmósfera se clasifica C4 marina, con viento cargado de cloruros y ciclos de humedad. El soporte es una placa de 3 mm soldada a un tubo y se fija con tornillos M8; el cálculo indica una carga de servicio de 2,8 kN por soporte y una sección neta de 18 mm² en la zona roscada. Se exige un coeficiente de seguridad de 1,5 sobre el límite elástico y una vida útil de 25 años. Los soportes de AISI 304 instalados en una obra cercana mostraron picaduras rojizas en la zona afectada por el calor de la soldadura a los 14 meses. La tabla de candidatos disponible da: AISI 304, Rp0,2 = 210 MPa, PREN 18,2, coste 1,0; AISI 316L, Rp0,2 = 190 MPa, PREN 24,1, coste 1,35; aleación 6061-T6, Rp0,2 = 240 MPa, sin picaduras pero potencial galvánico con tornillos inoxidable, coste 0,9; dúplex S32205, Rp0,2 = 450 MPa, PREN 34,8, coste 1,9. El taller puede soldar dúplex solo con aporte y procedimiento certificados, lo que añade dos semanas al plazo.
1. Calcula la tensión de servicio y el límite elástico mínimo exigido. ¿Qué candidatos cumplen y cuál elegirías? Justifica con el PREN y el coste relativo, no solo con la resistencia mecánica.
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Cálculo mecánico
- Tensión de servicio: σ = F/A = 2800 N / 18 mm² = 155,6 MPa.
- Límite elástico mínimo: Rp0,2,min = 1,5 × 155,6 = 233,4 MPa.
Cumplen por resistencia el 6061-T6 (240 MPa, margen de solo 2,8 %) y el dúplex S32205 (450 MPa). El AISI 304 (210 MPa) y el AISI 316L (190 MPa) no cumplen con el coeficiente 1,5, aunque se cambie el material de los tornillos.
Selección
El 6061-T6 no es una buena opción: su margen es mínimo, la zona afectada por la soldadura puede perder resistencia y formar par galvánico con tornillos de acero inoxidable en un ambiente húmedo salino. El AISI 304 ya ha fallado por picaduras en la misma exposición; su PREN 18,2 es bajo para C4 marina. El 316L mejora algo (PREN 24,1), pero no alcanza el límite elástico exigido y sigue siendo sensible a picaduras en zonas de soldadura y rendijas. El dúplex S32205 tiene PREN 34,8, muy superior, y Rp0,2 de 450 MPa; su sobrecoste es 1,9/1,35 = 1,41 respecto al 316L, pero evita repetir la sustitución de 600 soportes a los pocos meses. Elegiría dúplex S32205 con procedimiento de soldadura certificado, aceptando las dos semanas adicionales, salvo que el cliente prefiera rediseñar la unión para eliminar la soldadura y reducir la tensión.
2. Define el plan de cualificación del soporte soldado en dúplex antes de fabricar las 600 unidades: procedimiento, probetas, ensayos y criterios de aceptación.
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Antes de producción
- Cualificar el procedimiento de soldadura con WPS y PQR según una norma reconocida, por ejemplo ISO 15614-1, usando consumible de tipo 2209 y controlando aporte térmico, temperatura entre pasadas y limpieza. Cualificar también a los soldadores.
- Fabricar un lote piloto con la geometría real, incluida la placa de 3 mm y el tubo, y realizar inspección visual al 100 %, líquidos penetrantes en las soldaduras y control dimensional.
- Verificar la microestructura: contenido de ferrita en metal depositado y zona afectada, habitualmente dentro del intervalo 35-55 %, y comprobar ausencia de fases intermetálicas mediante metalografía y, si se especifica, ASTM A923.
- Ensayos mecánicos del cupón: tracción, doblado y, si el espesor lo permite, resiliencia; dureza para detectar zonas frágiles.
- Ensayo de corrosión en cloruros, por ejemplo ASTM G48 método A, y niebla salina ASTM B117 como criba complementaria. Criterio: sin picaduras ni pérdida de masa por encima del límite acordado.
En producción
Inspección visual al 100 %, penetrantes por muestreo o al 100 % en la unión crítica, control de ferrita por lote, verificación de consumibles y trazabilidad. No aceptaría un criterio basado solo en la niebla salina, porque el riesgo real es la corrosión por picaduras en rendijas y zona afectada por el calor.
3. Si el plazo obliga a usar AISI 316L, propón una modificación o protección que pueda acercarse a los 25 años de vida y explica sus límites frente al dúplex.
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Con 316L no se cumple el coeficiente de seguridad sobre el límite elástico con la sección actual: habría que aumentar la sección neta o rebajar la carga, no basta con cambiar el acabado. Además, la resistencia a picaduras es limitada en C4 marina, especialmente en la zona afectada por la soldadura.
Medidas posibles:
- Rediseñar para eliminar rendijas y sellar la unión con soldadura continua; evitar solapes y zonas donde se acumule agua salina.
- Pasivar y decapar las soldaduras, controlar la contaminación férrica y usar un procedimiento de soldadura que minimice el calor aportado.
- Proteger con recubrimiento de alta durabilidad o sistema mixto, con inspección y reparación programadas.
- Aumentar el espesor solo como margen estructural, no como sustituto de la resistencia a picaduras.
Límites: el recubrimiento puede dañarse y generar picaduras localizadas; la inspección periódica encarece el mantenimiento y no garantiza 25 años sin intervención. El 316L podría aceptarse para una vida menor o con mantenimiento programado, pero no es equivalente al S32205 en esta exposición.