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1º curso Soldadura y Calderería

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Calderería Introducción Por "Calderería" se entiende la rama de la industria en que se realizan las más diversas construcciones en metal o en aleaciones metálicas, y siempre partiendo de chapas de diversas formas y espesores. Cuando en dichas construcciones intervienen perfiles diversos y siempre de dimensiones relativamente reducidas, suele aplicarse la denominación de "Carpintería Metálica a la subrama que las incluye. La "Calderería", también es conocida o denominada "Construcciones Metálicas" se subdivide en tres grandes sectores en función del espesor de la chapa o plancha utilizada y la dimensiones de los perfiles, en:

Calderería ligera.- Espesor que varía entre [0,5] y [3] mm. Aparatos de calefacción y de ventilación, los de muebles metálicos, puertas y ventanas, etc.

Calderería mediana.- Espesor entre [3] y [10] mm. Depósitos, prefabricación de uso industrial, grúas, tuberías forzadas (de presión),

Calderería pesada. Más de [10] mm de espesor. Tramos y estructuras de puentes, transportadores de grandes dimensiones, estructuras de grandes centrales termoeléctricas, etc. Trazado. El trazado es una .operación previa al mecanizado, conformado, que consiste en dibujar sobre la superficie exterior de la pieza las líneas que deben delimitar sus caras, los centros para su mecanizado, los ejes o planos de simetría, es decir, todas las líneas que han de servir de base para su construcción. La importancia de esta operación estriba entre otras, en que de ella va a depender la construcción posterior de la pieza. Con el trazado se pretende:

Comprobar si la pieza bruta contiene a la pieza acabada.

Repartir proporcionalmente el material.

Facilitar la nivelación y orientación de la pieza sobre la máquina.

Servir de referencia y guía para operaciones de desbaste o acabado, de poca precisión. Según la forma en que se realice el trazado, puede ser:

Trazado plano.

Trazado "al aire"o "en el espacio". En el trazado plano, todas las líneas señaladas están sobre una misma superficie, mientras que en el trazado al aire, aquellas se realizan simultáneamente sobre varias superficies de la pieza o sobre una sola cara, apoyándose en una superficie de referencia (mármol). Para realizar el trazado se necesita una serie de instrumentos tales como:

Mármol

Punta de trazar

Granete.

Regla graduada.

Regla angular

Escuadras.

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Falsa escuadra

Gramil

Sencillo De precisión

Calzos.

Compases.

De puntas De varas

Cubos de trazado y escuadras

Instrumentos de medida.

Metro flexible

Calibre pie de rey

Goniómetro

Trazado plano. Consiste en efectuar sobre la superficie plana de una pieza o chapa una simple operación de dibujo, utilizando en lugar de papel la superficie previamente preparada. En el caso de superficies metálicas (de acero) limpias, estas se humedecen con cal, sulfato de cobre, blanco-españa,... Deberán de tenerse muy en cuenta todos los conocimientos de geometría y dibujo que se posea (son imprescindibles), extremando el cuidado en la exactitud del trabajo. Como norma, deberán de trazarse primero los ejes y a partir de ellos las restantes líneas. Su uso está muy generalizado en los talleres de chapistería y de construcciones metálicas (calderería). Existen varios pasos o fases que es necesario seguir para realizar diversas piezas. Estas fases pueden ser las siguientes:

Calcular las medidas necesarias (ver métodos a emplear).

Trazado de los desarrollos planos.

Corte de uno o varios desarrollos sobre una chapa.

Curvado y conformado de los desarrollos.

Realización y localización de las juntas de los desarrollos (uniones). Técnicas de trazado Exponemos las particularidades de las técnicas de trazado aplicado a los trabajos de calderería y de la construcción metálica. Preparación del material

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El material sobre el que se va a efectuar el trazado, debe estar perfectamente plano si se trata de efectuar trazados planos sobre planchas, o perfectamente enderezados, si el trazado se hace sobre perfiles laminados, tubos, pletinas, etc. Pinturas para trazar Aquellas partes de la chapa sobre las que se va a trazar, es necesario pintarlas, con el fin de destaquen las líneas del trazado; para este fin se puede utilizar tiza blanca simplemente, siempre la pieza trazada no vaya a ser muy manipulada llegue a borrarse el trazado; se evita este inconveniente si se utiliza la pintura compuesta por banco España disuelto en agua, al que se agrega un poco de cola blanca para aumentar su adherencia. Cuando se trata de efectuar trazados sobre tiza blanca, sobre aluminio, cobre, etc., se puede prescindir del pintado de la chapa, efectuando el traza directamente sobre la chapa, pero procurando no rayar demasiado el material; algunas veces se utilizan puntas de latón, sobre todo si se trata de trazar sobre aceros, con lo que el trazado aparecer color; si se desea evitar el rayado del material, el fin de que no quede marca alguna, se puede realizar el trazado con un lápiz de grafito blanco, técnica muy

utilizada en el trazado sobre chapas de cinc, aluminio, etc. Trazado de cotas El trazado de cotas se hace, generalmente, utilizando la regla graduada de acero flexible (fig.). El trazado se lleva a cabo apoyando la chapa o pieza a trazar sobre un mármol o mesa de trazado, haciendo que, tanto la pieza como la regla, apoyen contra un tope, con el fin de que el origen de la medida coincida exactamente con el borde de la pieza, a continuación se señala por medio de pequeños trazos, en forma de V invertida, las medidas o cotas a llevar sobre la pieza, el vértice de trazada señalará exactamente la medida. Trazado de rectas Si se trata de rectas de gran longitud, el trazado se realiza directamente utilizando la regla de acero flexible, tal como indica la figura, procurando que la punta de trazar tenga una doble inclinación de unos 20° hacia adelante en el sentido de su desplazamiento y 159 hacia afuera.

Sujetar la regla firmemente para que no se nos desvíe el trazado, y pasar la punta de trazar una sola vez, para evitar las superposiciones irregulares de las líneas trazadas.

Cuando se trata de líneas muy largas, que sobrepasan los 3 metros, se realiza el trazado auxiliándose de un cordel o bramante fino ennegrecido con grafito, el cuál, se tensa ligeramente con la mano (posición a, fig. izq.), teniendo como referencia una escuadra de solapa para que el trazo no salga desviado de la vertical, soltando ahora el cordel se proyectará contra la superficie de la chapa a trazar, quedando marcada la recta b. Trazado de paralelas Sobre piezas de pequeñas dimensiones que presenten bien recto uno de los bordes, el perpendicular a las paralelas a trazar, se puede llevar a cabo el trazado de aquéllas utilizando la escuadra de solapa, tal como se indica en la figura.

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Por el contrario, si de lo que se trata es de trazar paralelas sobre grandes planchas, el proceso a seguir es el siguiente: se hace, en primer lugar, un trazado doble de cotas (fig. 22.5), para efectuar finalmente el trazado de las paralelas uniendo entre sí los correspondientes vértices de las V previamente trazados. Trazado de paralelas sobre perfiles Las figuras siguientes, muestran técnicas de trazado de generatrices o paralelas en perfiles de sección rectangular, circular y angular, respectivamente, utilizando para ello un gramil ordinario, una regla angular o un gramil horizontal, sucesivamente.

Compases utilizados Cuatro son los tipos de compases utilizados en calderería:

Compás ordinario o de puntas.

Compás de sector con tornillo de fijación.

Compás con muelle y tornillo de regulación

Compás de varas

Trazado sobre perfiles Ya se indicó anteriormente que se suele utilizar el gramil, pero tratándose de una serie de piezas resulta práctico y económico utilizar plantillas. Las plantillas pueden ser fijas o deslizantes, las primeras se emplean cuando hay que señalar sobre el aquellas partes que hay que eliminar o si se trata de señalar posición de agujeros (fig dcha). Las plantillas móviles o deslizantes se utilizan para trazar paralelas a lo largo del perfil, preferentemente los ejes de los taladros (fig.Izq.), es decir, sust ituye al gramil regulable.

Aplicación a los cilindros. Introducción, La operación de curvado a máquina de las chapas suele denominarse también cilindrado, y las máquinas empleadas para este objeto, cilindradoras (rollos). Las piezas, una vez curvadas con la máquina, reciben el nombre de virolas. Curvado en el cilindro. La chapa a curvar es introducida en un sistema de rodillos; por lo general, este sistema está constituido por tres rodillos cuyos ejes son paralelos entre sí y están dispuestos según los vértices de un triángulo isósceles. Imprimiendo, por otra parte, a los dos rodillos motrices un movimiento de traslación (hacia adelante o hacia atrás) y por otra parte al rodillo curvador un movimiento hacia arriba o hacia abajo (según los casos), la chapa sufre una flexión permanente en correspondencia con la generatriz de contacto con el rodillo curvador.

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Los dos rodillos motrices sostienen la chapa, mientras que el curvador la mantiene adherida a los anteriormente citados. Habiendo dispuesto los tres rodillos según una posición relativa dada, y haciéndolos girar en un cierto sentido, la chapa es forzada a moverse entre ellos y adquiere un cierto grado de curvatura. Después subiendo el rodillo curvador y girando los motrices, la chapa al pasar entre ellos, aumenta todavía la propia curvatura

Combinando así oportunamente el movimiento de traslación horizontal de la chapa y el desplazamiento vertical (de curvatura), con un cierto número de pasadas sucesivas se producen en la chapa una serie de curvaturas, siempre crecientes, hasta alcanzar la deseada forma cilíndrica final. En relación con el espesor de la chapa a trabajar y las dimensiones de la pieza a obtener, pueden utilizarse curvadoras (rollos) a mano o a motor (mecánicas Curvadoras de mano. Estas máquinas, de concepción muy simple, están esencialmente constituidas por tres rollos horizontales sostenidos por un par de montantes laterales. Las curvadoras de mano se emplean cuando la producción está limitada a cantidades reducidas de piezas, de dimensiones pequeñas o medias, a construir con chapas delgadas (es decir de poco espesor). Los rodillos deben tener una fuerte resistencia a la flexión; por ello se construyen de acero de características mecánicas elevadas.

También la estructura de los montantes (laterales) debe de ser muy robusta, porque debe de soportar los esfuerzos transmitidos por los rodillos Permiten curvar chapas con una longitud (ancho) de hasta 1.800 mm. y con espesores comprendidos entre 0,3 y 2 mm. Las curvadoras (rollos) de mano, por ser máquinas de potencia limitada y no de mucha precisión, difícilmente consiguen dar

la curvatura deseada a la chapa en la proximidad de sus extremos. Antes de introducir la chapa en la máquina y después de las operaciones preliminares de trazado y corte, hay que curvar las zonas próximas a los extremos, sirviéndose como estampa, por ejemplo, de un cilindro de acero cuyo diámetro sea el de la pieza acabada. Estas máquinas llevan una parte rebatible a fin de que, dejando un extremo libre entre cilindros, se puedan sacar las virolas totalmente curvadas. Curvadoras a motor (mecánicas).

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En relación con las curvadoras a mano, las motorizadas ofrecen indudablemente prestaciones superiores. Permiten curvar chapas con espesores de hasta 40 mm., longitudes de hasta 6.000 mm. y ancho de 2.000 mm. Los rodillos motrices son regulables a fin de adaptarse a los distintos espesores de chapa. Curvadoras de grandes dimensiones.- Para el curvado de grandes dimensiones y de fuerte espesor, las curvadoras a motor pueden alcanzar medidas imponentes; existen tipos en que los rodillos tienen longitudes de 10.000 mm. y otros capaces de curvar chapas de hasta 150 mm. de espesor. Tales máquinas deben de tener constantemente grúas a su servicio a fin de

sostener la chapa durante las fases iniciales del trabajo y para extraer las virolas terminadas. El cilindrado de chapas de notable espesor es facilitado por un calentamiento previo de la chapa en un horno apropiado, a una temperatura aproximada de unos 400°C. Cuando hay que curvar una virola tronco-cónica, es preciso montar en uno de los extremos (montantes), generalmente en el del lado opuesto al motor, un par de rodillos cortos estriados dispuestos verticalmente, los cuales tienen por objeto contrarrestar la

tendencia al deslizamiento longitudinal que presenta la virola en virtud de la posición oblicua de los rodillos inferiores Las virolas cilíndricas o tronco-cónicas se sacan de la máquina curvadora, rebatiendo la parte articulada, mediante la bisagra o articulación (distintas en función de la marca o casa fabricadora). Curvadoras de cuatro cilindros. Para el curvado de chapas de medio y gran espesor, se emplean también curvadoras de cuatro rodillos. Los dos centrales son los de arrastre y la distancia entre ellos es regulable según el espesor de la chapa, mientras que los rodillos laterales son los curvadores y se pueden desplazar de abajo hacia arriba y viceversa

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TRAZADOS FUNDAMENTALES

A continuación se desarrollan una serie de ejercicios básicos de trazados por paralelas y radiales. Trazar a una recta, pasando por un punto determinado, una perpendicular.- Desde el punto o de una recta, marcar los puntos b, a, ambos a la misma distancia del punto o. Desde a, tomar un radio, sensiblemente mayor a la distancia o-a, y menor a la distancia b-a, el punto c en este caso. Desde a, con radio c-a, marcar un arco superior y otra inferior. Desde b, con el mismo radio c-a, trazar otro arco superior y otro inferior. Unir los puntos d-e, con una recta y se obtendrá la perpendicular deseada. Dividir una recta en un número de partes iguales.- Sea la recta I-A, a dividir en 8 partes iguales. Para ello tracemos una recta auxiliar A-i. Sobre dicha recta trazar 8 divisiones iguales, de una medida aproximada a las que queremos hallar. Unir los puntos i e l con una recta. A esta recta trazar paralelas que pasan por los puntos h, g, f etc., marcando los puntos H, G, F... etc.

Dividir una circunferencia en 12 partes iguales.- Trazar las perpendiculares g-a, d-l, pasando ambas por el centro o de la circunferencia. Desde a, con el mismo radio de la circunferencia, marcar los puntos k, c. Desde d, los puntos f, b. Desde g, los puntos e, Desde j, los puntos h, l.

CONOCIDO EL RADIO DE LA CIRCUNFERENCIA CIRCUNSCRITA TRAZAR: Hexágono y triángulo Dibujamos la circunferencia de radio R dado. Con ese mismo radio vamos tomando cuerdas consecutivas, que unidas nos dan el hexágono. Si unimos marcas alternas, obtenemos el triángulo. CONOCIDO EL RADIO DE LA CIRCUNFERENCIA CIRCUNSCRITA TRAZAR:

Cuadrado y octógono Trazamos dos diámetros ortogonales, que cortan a la circunferencia en los vértices A, B, C y D del cuadrado. Las bisectrices de los ángulos que determinan esos diámetros cortan a la circunferencia en otros cuatro puntos que, junto a los anteriormente determinados, nos definen el octógono.

A una recta horizontal, trazar una perpendicular. Primer procedimiento.- .Desde el extremo o, de la perpendicular, con un radio cualquiera d-o, trazar un arco de circunferencia. Con el mismo radio, desde d, marcar el punto e, y desde e, marcar el punto f. Desde los puntos e, f, con el mismo radio, trazar dos arcos formando el punto g. Unir con una recta los puntos g-o, y obtendremos la perpendicular.

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Segundo procedimiento.- Desde el extremo o de la perpendicular, con un radio cualquiera o-a, trazar desde a, un arco. Con el mismo radio marcar el punto b. Unir con una recta los puntos a-b, y prolongarla. Desde b, también con el mismo radio, marcar el punto c. Unir c-o con una recta y habremos obtenido la perpendicular.

Desde un punto determinado, trazar una perpendicular a una recta.- Desde e, trazar un arco que corte a la recta a-b en los puntos c, d. De estos puntos trazando arcos marcar los puntos e, f. Uniendo estos puntos con una recta tendremos la perpendicular o-e.

Trazar un arco de 60º.- Sobre una recta y con un radio cualquiera o-a trazar un arco. Con el mismo radio, haciendo centro en a, marcar el punto b. Hacer pasar una recta por b-o, y el ángulo formado será de 60°. Para formar dos ángulos de 30° trazar la bisectriz a dicho ángulo. Sistemas de trazado El trazado de "desarrollos" y a su vez de las piezas más frecuentes en calderería se presenta en forma de:

Cilindros (virolas).

Prismas

Conos (troncos de cono).

Pirámides y se realizan por alguno de los siguientes métodos o procedimientos:

Sistema de paralelas.

Sistema radial

Sistema de triangulación.

Sistema de cálculo

Desarrollo de superficies cilíndricas

Cálculo para el curvado de superficies cilíndricas

El curvado impone al material una serie de deformaciones plásticas. La deformación lateral de una pieza larga, que se curva por la parte central, al estar sometida a compresión en la dirección de su eje se denomina pandeo. El caso de una pieza apoyada en sus extremos y sometida a la solicitación de una fuerza central como la representada en la figura produciría los efectos representados en las siguientes figuras: A través de las fuerzas de flexión que actúan se generan tensiones en el material, las cuales activan una transformación del material.

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En los radios exteriores de las flexiones se presentan tensiones de tracción a través del estiramiento del material, en los radios interiores de las flexiones se presentan tensiones de presión a través del aplastamiento del material. Entre los intervalos, donde actúan las tensiones de tracción y de presión, existe una zona de transición, en la cual no actúa ninguna tensión. Esta se denomina como fibra neutra o capa neutra. 1 tensiones de tracción, 2 fibra neutra, 3 tensiones de compresión La longitud de la fibra neutra se necesita para el cálculo de la longitud de

estiramiento de la pieza de trabajo que se va a doblar. Cálculo para el curvado de chapas.- Generalmente la situación de la fibra neutra en el curvado de chapas suele estar en la mitad del espesor y consideraremos dos casos ya conocidos de estudios de desarrollos de calderería: Curvado de cuerpos cerrados (Cilindros o virolas).- Podemos hacer los cálculos en función del “radio neutro” (rn) o del “diámetro neutro” (Dn) de curvatura. Por ejemplo para fabricar una virola como la del dibujo de la derecha, de diámetro exterior De, de diámetro interior Di y altura H, partiremos de una chapa de espesor e de las siguientes dimensiones: Donde H es la altura de la virola y L se calcula por la expresión de la longitud de la circunferencia de la fibra neutra que tendrá de diámetro Dn obteniendo este valor de:

o bien :

Dn = De − (e

2+e

2) = De − e

Esta expresión será:

Desarrollo de un cilindro de sección circular con una de sus bocas circulares y la otra elíptica Trazar en diámetro neutro la figura en vistas de alzado y planta. Dividir la planta en 12 partes iguales. De estas divisiones subir perpendiculares a la base circular de la vista en alzado. Desarrollo: 1º Trazar una recta igual al desarrollo de la sección del cilindro y dividir en 12 partes iguales. Considerando la unión en el punto 7, este punto corresponderá a los dos extremos de la recta, y a continuación irán (de izquierda a derecha) los puntos 6-5-4, etc. De estos puntos bajar perpendiculares cuyas medidas: 7-G = 7-g del alzado; 6-F = 6-f; 5-E = 5-e, etc. Unir G-F-E-D, etc., con una curva. 2º Para realizar este desarrollo considerar la unión en el punto 4 de la vista en planta.

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Desarrollo de un cilindro de secciones elípticas por no ser perpendicular al eje de simetría Trazar en diámetro neutro la figura, en vistas de alzado y planta. Trazar el eje del cilindro la perpendicular h-n. Dividir la planta en 12 partes iguales. De las divisiones de la planta, subir paralelas al eje r-d del cilindro. Desarrollo: 1º Trazar una recta igual al desarrollo de la sección del cilindro y dividirla en 12 partes iguales. Considerando la unión en el punto 7, este punto corresponderá a los dos extremos de la recta, y a continuación irán (de izquierda a derecha) los puntos 6-5-4, etc. Por estos puntos hacer pasar perpendiculares cuyas medidas sean: Por la parte superior de la recta: N-U = n-u del alzado, M-T = m-t, L-S = I-s, K-R = k-r, etc. Por la parte inferior de la recta: N-G = n-g del alzado, M-F = m-f, L-E = l-e, etc. Unir U-T-S-R, etc., con una curva. Unir G-F-E-D, etc., con otra curva. 2º Para realizar este desarrollo considerar la unión en el punto 5 de la vista en planta. Hacer el desarrollo de la misma forma que el anterior.