Resistencia al desgaste y a la Fatiga por Contacto Rodante (RCF)
Ejemplos típicos:
R260 / AREMA Grado 1 → ~260 HB
R350HT / AREMA Grado Premium → ~340–370 HB
2. Cómo afecta la dureza al proceso de soldadura
2.1 Durante el ciclo térmico
Al soldar, el riel sufre:
Calentamiento > 900 °C
Enfriamiento no uniforme
Esto genera:
Transformaciones metalúrgicas en la ZAC
Pérdida o aumento local de dureza
Cuanto más duro es el riel original, más sensible es a una soldadura mal controlada.
2.2 Riesgos en rieles de alta dureza (HT / HSH)
Fenómeno
Efecto
Enfriamiento rápido
Formación de martensita frágil
Gradiente térmico elevado
Tensiones residuales altas
Microestructura inestable
Microfisuración temprana
Diferencia de dureza
Concentración de esfuerzos
Por eso los rieles HT exigen parámetros específicos de soldadura.
3. Efecto de la soldadura sobre la dureza (perfil típico)
En una soldadura bien hecha:
El metal de aporte ≈ dureza del riel
La ZAC tiene una transición suave
No hay picos duros ni zonas blandas abruptas
En una soldadura defectuosa:
Zonas demasiado duras → fisuras frágiles
Zonas demasiado blandas → desgaste acelerado
4. Soldar dos rieles de DIFERENTE dureza
Aquí está el problema grande.
4.1 Qué ocurre metalúrgicamente
Si unes, por ejemplo:
R260 (≈260 HB) con R350HT (≈360 HB)
Se genera:
Asimetría térmica
Diferente velocidad de enfriamiento
Microestructuras distintas a cada lado
Resultado:
ZAC “dura” de un lado
ZAC “blanda” del otro
4.2 Efectos mecánicos en servicio
Efecto
Consecuencia
Diferencia de rigidez
Impactos rueda–riel
Desgaste desigual
Corrugación localizada
Cambio abrupto de dureza
Inicio de RCF
Concentración de tensiones
Microfisuras longitudinales
Fatiga diferencial
Falla prematura del riel más duro
La grieta casi siempre inicia del lado más duro.
4.3 Riesgo cuantificado (referencia operativa)
Vida útil soldadura homogénea: 100%
Vida útil soldadura dureza distinta: 50 – 70%
Incremento de probabilidad de falla: 2 a 3 veces
5. Diferencias según tipo de soldadura
Flash-butt
✔ Permite:
Control preciso del ciclo térmico
Ajustar parámetros a cada riel
Mejor transición de dureza
Es el método recomendado para rieles de distinta dureza.
Aluminotérmica
Limitaciones:
Un solo ciclo térmico
Control limitado del gradiente
Mayor variabilidad
Soldar rieles de distinta dureza con AT incrementa mucho el riesgo.
6. Reglas técnicas aceptadas (AREMA / UIC / EN)
Preferible soldar rieles de misma dureza y grado
Diferencia máxima aceptable:
±20–30 HB (según norma)
No recomendable:
Riel estándar con HT sin transición
Usar riel de transición cuando cambia dureza
7. Medidas de mitigación cuando no hay alternativa
Si forzosamente se deben soldar rieles de distinta dureza:
Soldadura flash-butt obligatoria
Parámetros diferenciados por lado
Rectificado progresivo post-soldadura
Inspección ultrasónica temprana
Ubicar la unión fuera de curvas o zonas críticas
Conclusión:
La unión de rieles con distinta dureza genera gradientes metalúrgicos y mecánicos que incrementan significativamente la probabilidad de fatiga por contacto rodante y microfisuración, reduciendo la vida útil de la soldadura hasta en un 50%, siendo la soldadura flash-butt el método preferente para mitigar este efecto.
El Riel Largo Soldado continuo aporta muchos beneficios a la industria ferroviaria, incluyendo la eliminación de uniones, mayor vida útil del riel, reducción del deterioro de las vías y reducción de costos de mantenimiento. Todos los ferrocarriles desde hace tiempo cuentan con rieles soldados en cierta medida y cada año se instalan más rieles soldados continuos, especialmente en vías principales. La soldadura para ríeles puede realizarse en una planta de soldadura estacionaria ubicada en un patio o planta o en sitio sobre el riel tendido en la vía mediante plantas de soldadura portátiles. TIZACONS ha hecho alianzas comerciales para representar comercialmente a ONE RAIL Group, empresa especialista en soldadura eléctrica a tope (Flash-Butt ) para dar el servicio integral para la aplicación de soldadura en rieles en México, ya sea en planta o por medio de plantas móviles.
Existen varios sistemas para unir los rieles, la mayoría de las soldaduras en ríeles consiste en soldadura aluminotérmica, soldadura eléctrica a tope y soldadura a presión de gas.
En México predominan dos tipos de soldadura para la unión de rieles comúnmente utilizadas:
Soldadura aluminotérmica (Tipo “QP” y tipo “LP”) (AL)
Soldadura eléctrica a tope (Flash butt) (FB)
Haremos un analisis comparativo entre los dos tipos de soldadura, donde solo tomaremos en cuanta la soldadura aluminotérmica tipo “QP” contra la eléctrica tipo (flash butt). En el análisis comparativo nos enfocaremos en los factores que influyen para la aparición de soldaduras defectuosas y en que fallan los procesos.
1. Visión general de ambos procesos AT FB
Tipo de proceso
Químico–metalúrgico in situ
Eléctrico–mecánico industrial
Lugar típico
Vía en operación, in situ
Planta fija o Plantas mobiles
Control del proceso
Medio–bajo
Muy alto
Repetibilidad
Variable
Muy alta
Incidencia de defectos
Alta si no hay control
Baja
2. Soldadura aluminotérmicaIncidencia de defectos y causas 2.1 ¿Por qué es más propensa a defectos? La soldadura aluminotérmica (AT) depende mucho del factor humano y del entorno. Aunque es robusta, no es un proceso “automático”. 2.2 Defectos más frecuentesa) Porosidad internaCausa en el proceso: Humedad en: Moldes Carga aluminotérmica Superficie del riel Mal precalentamiento Efecto: Inclusiones gaseosas Núcleos de inicio de microfisuras por fatiga b) Inclusiones de escoriaCausa: Tiempo incorrecto de colado Mala geometría del molde Deficiente limpieza del riel Efecto: Concentradores de esfuerzo Fisuración prematura en cabeza o alma c) Falta de fusión / unión incompletaCausa: Precalentamiento insuficiente Alineación incorrecta del riel Carga mal dosificada Efecto: Falla frágil Separación parcial bajo carga d) Dureza excesiva en Zonas de Aplicación de Calor (ZAC)Causa: Enfriamiento rápido Composición química inadecuada Uso incorrecto del kit de soldadura Efecto: Microfisuras térmicas Propagación acelerada de grietas 2.3 Fallas críticas del proceso aluminotérmicoPuntos donde suele fallar el proceso: Personal no certificado Moldes con humedad ó reutilizados Falta de control de temperatura Condiciones ambientales adversas (lluvia, viento, frío)
Conclusión: La soldadura aluminotérmica no es mala, pero mal ejecutada es el punto más débil de la vía.
3. Soldadura eléctrica a tope (flash-butt, (FB))Incidencia de defectos y causas 3.1 ¿Por qué tiene menor tasa de defectos? Porque es un proceso: Automatizado Parametrizado Repetible Con control de calidad integrado 3.2 Defectos posibles (menos frecuentes)
a) Inclusiones internas longitudinales Causa: Parámetros eléctricos incorrectos Contaminación superficial previa Efecto: Defectos internos detectables por ultrasonido
b) ZAC con gradiente de dureza inadecuado Causa: Ciclo térmico mal ajustado Mala programación según tipo de riel Efecto: Diferencia de rigidez Inicio de fatiga a largo plazo
c) Desalineación geométrica Causa: Defecto en mordazas Mala calibración del equipo Efecto: Incremento de cargas dinámicas Fatiga acelerada
3.3 Fallas críticas del proceso flash-butt Puntos débiles reales: Falta de calibración del equipo Uso de parámetros estándar en rieles especiales (HT, HSH) Control deficiente posterior al recalcado (upset)
3.4 Control de Calidad en el proceso flask-butt Al Contratar los servicios de TIZACONS de soldadura en rieles a tope (Flash-butt) con ONE RAIL, El proceso flash-butt al ser automatizado es un proceso muy susceptible de monitorear sus parámetros, donde se monitorean y reportan el 100% de las soldaduras elaboradas. Cuando se detecta una soldadura fuera de parámetros, esta se corta y se realiza nuevamente, reduciendo así la incidencia de soldaduras defectuosas en los rieles, mejorando la confiabilidad de la soldadura eléctrica.
Conclusión: Cuando falla una soldadura eléctrica a tope (Flash-butt), suele ser por gestión del proceso, no por el proceso en sí.
4. Comparación directa de incidencia de fallas
Criterio
Aluminotérmica
Flash-butt
Variabilidad del resultado
Alta
Muy baja
Dependencia del operador
Muy alta
Baja
Frecuencia de microfisuras
Alta
Muy baja
Defectos internos
Comunes
Poco comunes
Detección temprana
Difícil
Fácil
Vida útil típica
Menor
Similar al riel
5. Relación directa con microfisuración del riel
Las soldaduras defectuosas generan:
Tensiones residuales
Zonas frágiles
Discontinuidades metalúrgicas
creación de micro fisuras
Las soldaduras aluminotérmicas tienen mayor probabilidad de presentar defectos en las soldaduras que las eléctricas.
Resultado: Iniciación temprana de fatiga por contacto rodante (RCF) Fisuras internas no visibles Fracturas súbitas del riel
Todo ello se traduce en “Potencial accidente”
6. Conclusión técnica
“La soldadura aluminotérmica presenta mayor probabilidad de defectos debido a la variabilidad del proceso y su dependencia del factor humano, mientras que la soldadura eléctrica a tope (flash-butt) ofrece mayor confiabilidad metalúrgica y geométrica al estar basada en un proceso controlado y repetible.”
En el mes de enero de 2026, en España se presentaron accidentes ferroviarios por rieles rotos. Esta situación nos ha puesto a pensar en la vida del riel, el activo mas valioso de la superestructura ferroviaria.
Tizacons Servicios Ferroviarios al estar directamente involucrado en la aplicación de soldaduras aluminotérmicas y soldaduras eléctricas de riel a tope (flash-butt) queremos comentar sobre las causas que pueden afectar la vida de los rieles y la seguridad operativa del Ferrocarril, donde adicional al desgaste del riel, enfatizaremos sobre los factores que provocan microfisuras en los rieles.
Las microfisuras en el riel ferroviario (micro-cracks) son un problema crítico porque suelen ser el origen de fallas mayores si no se detectan a tiempo. En términos prácticos, casi nunca tienen una sola causa, sino una combinación de esfuerzos mecánicos, térmicos y metalúrgicos.
1. Fatiga por carga repetitiva (principal causa)
Cada paso de rueda genera:
Altísimas tensiones de contacto (Hertzianas)
Microdeslizamientos rueda–riel
Con el tiempo esto produce:
Fatiga por contacto rodante (RCF – Rolling Contact Fatigue)
Microfisuras superficiales que luego crecen hacia el interior
Se presenta Típicamente en:
Curvas
Zonas de frenado
Vías con tráfico pesado o frecuente
2. Tensiones térmicas (especialmente en riel largo soldado)
En rieles soldados continuos (LSR / CWR):
El riel está “confinado”
Cambios de temperatura generan esfuerzos de compresión o tracción
Esto puede provocar:
Microfisuras longitudinales
Iniciación de grietas en la cabeza o alma del riel
Muy común en climas con amplitud térmica alta
3. Defectos metalúrgicos de origen
Desde la fabricación pueden existir:
Inclusiones no metálicas
Segregaciones de carbono
Porosidad microscópica
Estos defectos:
Actúan como concentradores de esfuerzo
Facilitan el inicio de microfisuras bajo carga
4. Soldaduras defectuosas (aluminotérmicas o flash-butt)
Una soldadura mal ejecutada puede presentar:
Zonas con dureza excesiva o insuficiente
Tensiones residuales
Microgrietas en la zona afectada por el calor (ZAC)
Es una causa muy frecuente de fisuras internas difíciles de detectar visualmente
5. Desgaste ondulatorio y corrugación
La corrugación del riel genera:
Cargas dinámicas cíclicas
Vibraciones de alta frecuencia
Resultado:
Propagación acelerada de microfisuras superficiales
Aparición de head checks
6. Mala interacción rueda–riel
Problemas típicos:
Perfil de rueda incorrecto
Conicidad excesiva
Falta o exceso de lubricación en curvas
Esto aumenta:
Esfuerzos tangenciales
Microfisuras oblicuas en la cabeza del riel
7. Mantenimiento insuficiente
Cuando no se realiza:
Rectificado periódico del riel
Inspección de Ultrasonido ferroviario
Control de alineación y nivelación (calzado y nivelación de la vía)
Eliminación de zonas aguachinadas.
Las microfisuras:
No se eliminan a tiempo
Crecen hasta convertirse en grietas críticas o fracturas completas
Tipos comunes de microfisuras asociadas
Para ponerlo en contexto técnico:
Head checks → Microfisuras inclinadas en la cabeza
Squats → Defectos por fatiga con mancha oscura superficial
Shelling → Desprendimiento por fisuras internas
Vertical split head → Evolución severa de microfisuras internas
Uno de los principales factores de defectos en los rieles es provocado por las microgrietas en la Zona Afectada por el Calor (ZAC) muy relacionados con la aplicación de las soldaduras en rieles, con causas físicas, mecanismos de iniciación, propagación y consecuencias operativas.
Comentaremos sus cusas y consecuencias para las soldaduras aluminotermicas y las soldaduras de riel a tope (flash-butt).
1. ¿Qué es la ZAC en rieles ferroviarios?
La Zona Afectada por el Calor (ZAC) es la región del riel adyacente al cordón de soldadura donde:
No hay fusión
Sí hay transformaciones metalúrgicas
Se generan gradientes térmicos severos
En rieles (aceros perlíticos, microaleados o HT), la ZAC es el punto más vulnerable del sistema soldado, por lo que se debe de cuidar .
2. Qué son las microgrietas en ZAC
Las microgrietas son:
Discontinuidades microscópicas (10–500 μm)
Generalmente intergranulares o transgranulares
Invisibles a simple vista
Detectables solo con UT, Phased Array, o metalografía
Son semillas de falla por fatiga.
3. Mecanismos metalúrgicos que generan microgrietas en la ZAC
3.1 Fragilización por sobrecalentamiento
Durante la soldadura:
La temperatura en ZAC puede superar Ac3 (~900–950 °C)
Se produce:
Crecimiento de grano austenítico
Disolución de cementita
Al enfriar:
Se forma perlita gruesa o bainita frágil
Baja tenacidad → iniciación de microgrietas
3.2 Transformaciones de fase no controladas
Si el enfriamiento es rápido:
Formación local de:
Martensita
Bainita superior dura
Efecto:
Aumento de dureza (>400 HB)
Incompatibilidad mecánica con el riel base
Tensiones internas → microgrietas
3.3 Tensiones residuales térmicas
Gradientes típicos:
Soldadura: 1,200–1,600 °C
Riel base: <100 °C
Esto genera:
Tensiones de tracción en ZAC
Superposición con tensiones de servicio
La ZAC entra en fatiga térmico-mecánica.
3.4 Incompatibilidad de durezas
Especialmente crítica cuando:
Se sueldan rieles de distinta dureza
Riel nuevo vs riel fatigado
Resultado:
Concentración de esfuerzos
Microfisuración preferencial en ZAC del riel más duro
3.5 Hidrógeno difusible
En aluminotérmica:
Humedad en moldes
Material de aporte
Puede provocar:
Grietas retardadas
Microgrietas intergranulares
4. Distribución típica de microgrietas en la ZAC
Perfil longitudinal
Riel base | ZAC blanda | ZAC dura | Cordón | ZAC dura | ZAC blanda | Riel base
Zonas críticas
Límite ZAC–riel base
Pie del patín
Cara de rodadura en curvas
5. Evolución de microgrietas (daño progresivo)
Etapa
Fenómeno
1
Microgrieta metalúrgica
2
Iniciación por fatiga
3
Propagación estable
4
Grieta detectable UT
5
Falla frágil / rotura
En carga pesada, esta secuencia puede tomar solo 2–5 años.
6. Diferencia entre procesos de soldadura
Aluminotérmica
ZAC amplia (25–40 mm)
Difícil control térmico
Alta dispersión de durezas
Mayor incidencia de microgrietas
Flash-butt
ZAC estrecha (10–15 mm)
Ciclo térmico controlado
Recristalización homogénea
Microgrietas raras
7. Microgrietas y fatiga de contacto rodante (RCF)
Las microgrietas en ZAC:
Actúan como iniciadores de RCF
Se combinan con:
Squats
Head checks
Shelling
La ZAC se convierte en el punto de arranque del daño del riel.
8. Detección y límites prácticos
Método
Capacidad
Ultrasonido convencional
>1–2 mm
Phased Array
0.5 mm
Eddy Current
Superficiales
Metalografía
Microgrietas reales
Muchas microgrietas no se detectan hasta que ya crecieron.
9. Cómo se mitigan las microgrietas en ZAC
Diseño de proceso
Preferir flash-butt
Evitar soldar rieles de distinta dureza
Precalentamiento controlado (AT)
Control térmico
Enfriamiento lento y uniforme
Post-calentamiento
Acabado
Rectificado inmediato
Eliminación de entallas
Gestión de activos
Registro de soldaduras
UT temprano (6–12 meses)
Sustitución preventiva
10. Conclusión técnica
Las microgrietas en la Zona Afectada por el Calor (ZAC) no son un defecto puntual, sino un fenómeno metalúrgico sistémico asociado a ciclos térmicos no controlados, incompatibilidad de durezas y tensiones residuales. Su presencia reduce significativamente la vida útil del riel y explica por qué la soldadura aluminotérmica es estadísticamente el eslabón más débil de la vía.