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.
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 (menor pero existente)
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
Las microgrietas en la Zona Afectada por el Calor 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.