11

COMPORTAMIENTO, DISEÑO Y COMPORTAMIENTO, DISEÑO Y CÁLCULO DE UNIONES SOLDADASCÁLCULO DE UNIONES SOLDADAS

Escuela de Ingenieria de EdificaciónEscuela de Ingenieria de EdificaciónCurso 2010Curso 2010

JUAN GUERRERO DE ARRATEJUAN GUERRERO DE ARRATE

Welding EngineerWelding Engineer

22

ÍNDICEÍNDICE

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

ANÁLISIS DE LAS UNIONES SOLDADASANÁLISIS DE LAS UNIONES SOLDADAS

CASOS PRÁCTICOSCASOS PRÁCTICOS

CONCLUSIONESCONCLUSIONES

33

CLAVESCLAVES

FÓRMULA DE APLICACIÓNFÓRMULA DE APLICACIÓN

mw

u

mww

uan

;3 222

44

CLAVESCLAVES

HOMOGÉNEOSHOMOGÉNEOS ISÓTROPOSISÓTROPOS CONTINUOSCONTINUOS

55

CLAVESCLAVES

¿PROCESO SOLDADURA ADECUADO?¿PROCESO SOLDADURA ADECUADO? ¿COMPORTAMIENTO DUCTIL O FRAGIL?¿COMPORTAMIENTO DUCTIL O FRAGIL? ¿QUÉ CARGA AGOTA UN CORDÓN?¿QUÉ CARGA AGOTA UN CORDÓN? ¿QUÉ CARGA ABSORBE CADA ¿QUÉ CARGA ABSORBE CADA

CORDÓN?CORDÓN? ¿CUALQUIER DISTRIBUCIÓN EN ¿CUALQUIER DISTRIBUCIÓN EN

EQUILIBRIO, PUEDE SER ACERTADA EQUILIBRIO, PUEDE SER ACERTADA SIEMPRE QUE LA UNIÓN DESARROLLE SIEMPRE QUE LA UNIÓN DESARROLLE TODA SU CAPACIDAD PLÁSTICA?TODA SU CAPACIDAD PLÁSTICA?

66

¿QUE OCURRE EN LA ZONA DE ¿QUE OCURRE EN LA ZONA DE UNIÓN?UNIÓN?

ESTADOS TENSIONALES MUY COMPLEJOSESTADOS TENSIONALES MUY COMPLEJOS

TENSIONES RESIDUALESTENSIONES RESIDUALES

ESTADO TRIAXIAL DE TENSIONESESTADO TRIAXIAL DE TENSIONES

POSIBILIDAD DE ALGÚN DEFECTOPOSIBILIDAD DE ALGÚN DEFECTO

CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL EN LA CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL EN LA ZONA DE UNIÓN DIFERENTES A LAS DEL ZONA DE UNIÓN DIFERENTES A LAS DEL METAL BASEMETAL BASE

77

ESTADOS TRIAXIALES DE ESTADOS TRIAXIALES DE TENSIONESTENSIONESLO QUE NO HAY QUE HACERLO QUE NO HAY QUE HACER

88

POSIBILIDAD DE ALGÚN POSIBILIDAD DE ALGÚN DEFECTODEFECTO

POROSPOROS

99

POSIBILIDAD DE ALGÚN POSIBILIDAD DE ALGÚN DEFECTODEFECTO

FALTA DE PENETRACIÓNFALTA DE PENETRACIÓN

1010

MACROGRAFÍAS MACROGRAFÍAS

Arco manual con electrodos revestidos

Arco sumergido

1111

MICROGRAFÍASMICROGRAFÍAS

Estructuras de referenciaEstructuras de referencia

Acero 0,8% C Acero 0,3% CAcero 0,8% C Acero 0,3% C

1212

MICROGRAFIASMICROGRAFIAS

Estructuras de referenciaEstructuras de referencia

Acero ferrítico 0,02%C Acero austeníticoAcero ferrítico 0,02%C Acero austenítico

1313

MICROGRAFÍASMICROGRAFÍAS

Estructuras de referenciaEstructuras de referencia

Acero 0,2 % CAcero 0,2 % C

Grano equiáxico Grano columnarGrano equiáxico Grano columnar

1414

MICROGRAFÍASMICROGRAFÍAS

Estructuras de referenciaEstructuras de referencia

ZAC Zona reaustinizadaZAC Zona reaustinizada

1515

MICROGRAFÍASMICROGRAFÍAS

Estructuras de referenciaEstructuras de referencia Ac. Martensítico ¿Les toca a uds?Ac. Martensítico ¿Les toca a uds?

1616

A uds les toca relacionarA uds les toca relacionar

¿Cuántas estructuras distintas observas?¿Cuántas estructuras distintas observas?

1717

ASPECTOS DE SOLDABILIDADASPECTOS DE SOLDABILIDAD

Control del calorControl del calor

1818

ASPECTOS DE SOLDABILIDADASPECTOS DE SOLDABILIDAD

Energías brutas aportadasEnergías brutas aportadas

1919

DIAGRAMA DE ENFRIAMIENTO DIAGRAMA DE ENFRIAMIENTO CONTINUOCONTINUO

EstructurasEstructuras

2020

CARBONO EQUIVALENTECARBONO EQUIVALENTE

Medida de su tendencia potencial a Medida de su tendencia potencial a fisurarse durante la soldadurafisurarse durante la soldadura

Se calcula aplicando la fórmula que ampara Se calcula aplicando la fórmula que ampara los elementos que componen químicamente los elementos que componen químicamente el acero con sus ponderados coeficientes el acero con sus ponderados coeficientes de influencia en el agrietamiento durante la de influencia en el agrietamiento durante la soldadura en relación al C.soldadura en relación al C.

(%)1556

CuNiVMoCrMnCC

2121

FISURACIÓN EN FRÍOFISURACIÓN EN FRÍO

Características del metal baseCaracterísticas del metal base Efecto del hidrógenoEfecto del hidrógeno Tensiones residualesTensiones residuales Los aceros al carbono son sensibles si su Los aceros al carbono son sensibles si su

contenido es altocontenido es alto Son sensibles si están aleados Son sensibles si están aleados

(templabilidad)(templabilidad) Sensibles si su espesor es altoSensibles si su espesor es alto

2222

¿QUE OCURRE CON LAS ¿QUE OCURRE CON LAS LIGADURAS CINEMÁTICAS DE LA LIGADURAS CINEMÁTICAS DE LA

UNIÓN?UNIÓN?

MATERIALIZARLASMATERIALIZARLAS DEBEN CUMPLIR LAS RESTRICCIONES DEBEN CUMPLIR LAS RESTRICCIONES

CINEMÁTICASCINEMÁTICAS

2323

Tensiones residuales y Tensiones residuales y concentración de tensionesconcentración de tensiones

¿Influyen las tensiones residuales en las ¿Influyen las tensiones residuales en las fórmulas simplificadas de diseño?fórmulas simplificadas de diseño?

¿Los efectos locales de concentración de ¿Los efectos locales de concentración de tensiones originados por la geometría de los tensiones originados por la geometría de los cordones, son considerados?cordones, son considerados?

2424

UNIONES SOLDADAS A TOPEUNIONES SOLDADAS A TOPE

Formas de preparaciónFormas de preparación

2525

Consideraciones de las uniones a Consideraciones de las uniones a topetope

No hay cambio cualitativo en la transmisión de No hay cambio cualitativo en la transmisión de esfuerzosesfuerzos

La concentración es absorbida por la plastificaciónLa concentración es absorbida por la plastificación Si la soldadura es de penetración total no es Si la soldadura es de penetración total no es

necesaria ninguna comprobaciónnecesaria ninguna comprobación No se empleará un solo cordón de soldadura a No se empleará un solo cordón de soldadura a

tope con penetración parcial para transmitir tope con penetración parcial para transmitir esfuerzos de tracción perpendiculares a su eje esfuerzos de tracción perpendiculares a su eje longitudinallongitudinal

2626

SOLDADURA EN ÁNGULOSOLDADURA EN ÁNGULO

Análisis y clasificaciónAnálisis y clasificaciónCambio cualitativo transmisión esfuerzos

2727

Consideraciones de las uniones en Consideraciones de las uniones en ánguloángulo

Hay un complejo estado tensional diferente al de las Hay un complejo estado tensional diferente al de las piezas unidas que hace practicamente imposible un piezas unidas que hace practicamente imposible un estudio analíticoestudio analítico

Necesitan ser calculadasNecesitan ser calculadas El cordon mínimo es de 40 mm o seis veces el ancho de la El cordon mínimo es de 40 mm o seis veces el ancho de la

gargantagarganta No se utilizará un solo cordon de soldadura en ángulo para No se utilizará un solo cordon de soldadura en ángulo para

transmitir esfuerzos de tracción perpendiculares a su eje transmitir esfuerzos de tracción perpendiculares a su eje longitudinallongitudinal

Geometría del cordonGeometría del cordon Dimensiones características del cordónDimensiones características del cordón

2828

Métodos de cálculoMétodos de cálculo

EXPERIMENTALESEXPERIMENTALES NUMÉRICOSNUMÉRICOS APROXIMADOSAPROXIMADOS

2929

Caracterización geométrica del Caracterización geométrica del cordón de soldaduracordón de soldadura

Geometría del cordón-->triángulo isóscelesGeometría del cordón-->triángulo isósceles

3030

Método numéricoMétodo numérico

Análisis por elementos Análisis por elementos finitos (ANSYS)finitos (ANSYS)

Análisis elástico (VON Análisis elástico (VON MISES)MISES)

3131

DILUCIÓN Y ROTURADILUCIÓN Y ROTURA

¿PORQUÉ SE ELIGE LA GARGANTA?¿PORQUÉ SE ELIGE LA GARGANTA?– SECCIÓN DEL CORDÓN QUE TIENE MENOR SECCIÓN DEL CORDÓN QUE TIENE MENOR

SECCIÓN RESISTENTESECCIÓN RESISTENTE– LA SECCIÓN ES DEL MISMO MATERIALLA SECCIÓN ES DEL MISMO MATERIAL

¿ SIGNIFICA ELLO QUE LA ROTURA SE ORIGINA POR ¿ SIGNIFICA ELLO QUE LA ROTURA SE ORIGINA POR LA GARGANTA?LA GARGANTA?

- SE PRODUCIRÁ BIEN POR LA GARGANTA O BIEN SE PRODUCIRÁ BIEN POR LA GARGANTA O BIEN POR CUALQUIER OTRA SECCIÓNPOR CUALQUIER OTRA SECCIÓN

- VALORES MEDIOS DEL ESTADO TENSIONALVALORES MEDIOS DEL ESTADO TENSIONAL

3232

MAGNITUDES QUE MAGNITUDES QUE CARACTERIZAN EL FALLOCARACTERIZAN EL FALLO

Tensiones en el plano de gargantaTensiones en el plano de garganta

aan

nn t

nttn

;

2;

2

3333

REPRESENTACIÓN DE UN REPRESENTACIÓN DE UN PUNTO DE LA SUPERFICIE DE PUNTO DE LA SUPERFICIE DE

ROTURAROTURA EnsayoEnsayo

02

0 FalF nx

02

0

RalF ny

00 HFBRM

0;2

;2

anaLB

HBF

aLB

HBF

3434

SUPERFICIE DE ROTURASUPERFICIE DE ROTURA

PEROIDEPEROIDE

BALÓN RUGBYBALÓN RUGBY

ELIPSOIDEELIPSOIDE

uan

u

an

u

2222

22

2

2

8,1175,0

3535

CRITERIOS DE AGOTAMIENTOCRITERIOS DE AGOTAMIENTO

NO UNIVERSALESNO UNIVERSALES

Norma UNE 14035Norma UNE 14035

Eurocódigo Núm. 3 y Código Técnico de la EdificaciónEurocódigo Núm. 3 y Código Técnico de la Edificación

Norma DIN-4100Norma DIN-4100

uan 222 8,1

mw

u

mww

uan

;3 222

uan ttn 7.0222

3636

CTECTE

Coeficiente de correlación

Coef. Material. Soldadura 1,25

3737

VALORES LÍMITES DE VALORES LÍMITES DE GARGANTASGARGANTAS

Máximos: a Máximos: a ≤ 0,7 e mín≤ 0,7 e mín

Tabla de valores

3838

Clasificación de unionesClasificación de uniones

Con respecto a las acciones.(NDD) Con respecto a las acciones.(NDD) (NDD), NÚMERO, DISPOSICIÓN Y DIMENSIONES DE LOS CORDONES

3939

Clasificación de las unionesClasificación de las uniones

Con respecto a los planos de abatimientoCon respecto a los planos de abatimientoPlanas Espaciales

4040

Limitaciones de longitud de Limitaciones de longitud de cordones longitudinalescordones longitudinales

Sometidos a tracciónSometidos a tracción