SOLDADURA
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“UNIVERSIDAD NACIONAL“SAN LUIS GONZAGA” DE ICA” FACULTAD DE ING. CIVIL INFORME DE JUNTAS ESTRUCTURALES SOLDADAS PROFESOR : ING. TELLO GONZALES JORGE CURSO : RESISTENCIA DE MATERIALES I AÑO : 3° CICLO : V-“A” TURNO : MAÑANA ALUMNOS ARTEAGA ARTEAGA PABLO CONTERAS FARFAN OSCAR HUARCAYA QUIQUIA MARTIN OSCCO ARANGO JOEL PUSE SAAVEDRA VANESA
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“UNIVERSIDAD NACIONAL“SAN LUIS GONZAGA” DE ICA”
FACULTAD DE ING. CIVIL
INFORME DE JUNTAS ESTRUCTURALES SOLDADAS
PROFESOR : ING. TELLO GONZALES JORGE
CURSO : RESISTENCIA DE MATERIALES I
AÑO : 3°
CICLO : V-“A”
TURNO : MAÑANA
ALUMNOS
ARTEAGA ARTEAGA PABLO CONTERAS FARFAN OSCAR HUARCAYA QUIQUIA MARTIN OSCCO ARANGO JOEL PUSE SAAVEDRA VANESA
ICA – PERÚ
2014
RESEÑA HISTORIA SOBRE LA SOLDADURA
La historia de la unión de metales se remonta a varios milenios, con los primeros ejemplos de soldadura desde la edad de bronce y la edad de hierro en Europa y el Oriente Medio. La soldadura fue usada en la construcción del Pilar de hierro de Delhi, en la India, erigido cerca del año 310 y pesando 5.4 toneladas métricas. La Edad Media trajo avances en la soldadura de fragua, con la que los herreros repetidamente golpeaban y calentaban el metal hasta que ocurría la unión. En 1540, Vannoccio Biringuccio publicó a De la pirotechnia, que incluye descripciones de la operación de forjado.
Los artesanos del Renacimiento eran habilidosos en el proceso, y la industria continuó creciendo durante los siglos siguientes. Sin embargo, la soldadura fue transformada durante el siglo XIX. En 1800, Sir Humphry Davy descubrió el arco eléctrico, y los avances en la soldadura por arco continuaron con las invenciones de los electrodos de metal por un ruso, Nikolai Slavyanov, y un americano, C. L. Coffin a finales de los años 1800, incluso como la soldadura por arco de carbón, que usaba un electrodo de carbón, ganó popularidad. Alrededor de 1900, A. P. Strohmenger lanzó un electrodo de metal recubierto en Gran Bretaña, que dio un arco más estable, y en 1919, la soldadura de corriente alterna fue inventada por C. J. Holslag, pero no llegó a ser popular por otra década.
La soldadura por resistencia también fue desarrollada durante las décadas finales del siglo XIX, con las primeras patentes yendo a Elihu Thomson en 1885. La soldadura de termita fue inventada en 1893, y alrededor de ese tiempo, se estableció otro proceso, la soldadura a gas. El acetileno fue descubierto en 1836 por Edmund Davy, pero su uso en la soldadura no fue práctico hasta cerca de 1900, cuando fue desarrollado un soplete conveniente.
No duro mucho, cuando fue sustituida por la soldadura de arco, en la medida que continuaron siendo desarrolladas las cubiertas de metal para el electrodo (conocidas como fundente), que estabilizan el arco y blindaban el material base de las impurezas.
Es así que la unión de dos piezas metálicas de igual o parecida composición (de forma que la unión quede rígida y estanca) se consigue bien por el efecto de fusión que proporciona la aportación de calor, bien por la aportación de otro metal de enlace o por la combinación de ambos efectos.
Existen cerca de cuarenta sistemas de soldar, pero el más importante para las estructuras metálicas es el sistema de soldadura por fusión, donde el calor proporcionado funde los extremos de las piezas y al solidificar se produce la unión.
Existen diferentes tipos de soldadura por fusión, pero los más utilizados son dos:
Soldadura autógena Soldadura por arco eléctrico, que es la que se utiliza en estructuras
metálicas.
En la actualidad la confiablidad de las uniones soldadas es tal que se emplean más para completar o sustituir a las uniones remachadas en el diseño de máquinas y estructuras, además suele ser más económico fabricar una pieza complicada soldando entre si componentes sencillos (placas, barras, etc.) que hacerla de una sola pieza, por moldeo y acabado posterior.
PERSONAJES QUE ESTUDIARON LAS JUNTAS ESTRUCTURALES SOLDADAS
1) VANNOCCIO BIRINGUCCIO
Biringuccio nació en Siena. Su padre, quien se cree que fue un arquitecto, fue Paolo
Biringuccio y su madre fue Lucrecia di Bartolommeo Biringuccio. Fue bautizado el
20 de octubre 1480.
Era seguidor de Pandolfo Petrucci, el jefe de la poderosa familia Petrucci. Pandolfo
lo empleó como metalúrgico. Cuando murió Pandolfo, Biringuccio quedó ligado a la
familia Petrucci, trabajando para el hijo de Pandolfo, Borghese Petrucci. Sin
embargo, el levantamiento de 1515 obligó a los Borghese a huir de Siena, llevando
a Biringuccio con ellos. Biringuccio viajó por Italia y visitó Sicilia en 1517.
En 1523 el Papa Clemente VII se encargó del restablecimiento de la familia Petrucci,
y junto con ellos Biringuccio pudo volver del exilio. En 1524 se le concedió el
monopolio de la producción de salitre en todo el territorio de Siena. Sin embargo,
esta etapa fue de corta duración pues en 1526 los habitantes de Siena se rebelaron
y echaron de nuevo a la familia Petrucci. La familia hizo un intento (con la ayuda de
Biringuccio) para recuperar Siena por la fuerza, pero dicho intento fracasó.
En 1530, Siena entró en una fase más tranquila, y regresó Biringuccio. Llegó a
senador de la ciudad en enero y febrero de 1531, y participó en varios proyectos.
En 1536, la Iglesia le ofreció un trabajo en Roma, y en 1538 se convirtió en jefe de
la fundición papal, y en director de municiones.
Aportes:
Vannoccio Biringuccio, a veces escrito como Vannocio Biringuccio (1480 - 1539), fue un metalúrgico italiano. Es conocido sobre todo por su libro sobre los metales, De la Pirotechnia, publicado en 1540, que contiene la primera descripción del método para aislar el antimonio. Biringuccio es considerado por algunos como el padre de la industria de la fundición pues De la pirotechnia es el primer relato escrito sobre la práctica correcta de la fundición. En su carrera laboral, estuvo a cargo de una mina de hierro cerca de Siena, y también a cargo de la ceca y el arsenal. Estuvo a cargo de la fundición de cañones de Venecia y, más tarde, de Florencia.
2) HUMPHRY DAVY
Davy nació en Penzance, Cornualles en 1778. Era hijo de un escultor de madera y
se había procurado una educación autodidacta. Cuando tenía diecinueve años, leyó
el "Tratado elemental" de Lavoisier y eso le condujo a amar la química durante toda
su vida. En 1800, Benjamin Thompson, conde de Rumford, funda la Royal
Institution en la cual trabajaría Davy como conferenciante desde los veintitrés años
y dónde alcanzó todo su reconocimiento. Era tal la expectación que despertaban
sus conferencias, que provocaban problemas de tráfico en la calle. Lo atractivo de
sus actuaciones públicas se refleja en el comentario de una dama de alta cuna:
"Esos ojos están hechos para algo más que para escudriñar crisoles".
Sus aislamientos del Potasio, el Sodio, el Bario, el Estroncio, el Calcio y
el Magnesio hicieron que la sociedad londinense entrara en un frenesí de adoración
al héroe. El entusiasmo por sus conferencias era tal, que las entradas eran vendidas
por más de 20 libras, más de 1400 euros hoy día. Acabó sus días rico y famoso,
presidiendo la Royal Society, y considerado como un tesoro nacional. Sólo una cosa
estropeaba su felicidad: los celos contra Michael Faraday, que fue su mayor
descubrimiento, según sus propias palabras, y su sucesor en la Institución Real.
Nada es tan peligroso para el progreso de la mente humana que suponer que nuestras ideas científicas son finales, que no existen misterios en la naturaleza, que nuestros triunfos son completos, y que no existen nuevos mundos por conquistar.
Murió en Ginebra en 1829.
Aportes:
Se le considera el fundador de la electroquímica
y descubridor del arco eléctrico,
Davy contribuyó a identificar experimentalmente por
primera vez varios elementos químicos mediante
la electrólisis, y estudió la energía involucrada en el
proceso, desarrolló la electroquímica explorando el uso
de la pila de Volta o batería. Entre 1806 y 1808 publica el
resultado de sus investigaciones sobre la electrólisis,
donde logra la separación del
Magnesio, Bario, Estroncio, Calcio, Sodio, Potasio y Boro.
En 1807 fabrica una pila con más de 2000 placas doble,
con la cual descubre el Cloro y demuestra que el cloro es un elemento químico y le
da ese nombre debido a su color amarillo verdoso. Junto a William Thomas
Brande consigue aislar al litio de sus sales mediante electrólisis del óxido de
litio (1818). En 1805gana la Medalla Copley. Fue jefe y mentor de Michael Faraday.
Creó una lámpara de seguridad que llevó su nombre para las minas y fue pionero
en el control de la corrosión mediante la protección catódica. En 1815 inventa
la lámpara de seguridad para los mineros.
3) NIKOLAY BERNARDOS
Nikolay Nikolayevich Benardos (1842-1905) fue un inventor ruso que en 1881 introdujo la soldadura de arco de carbono, el cual fue el primer método de soldadura por arco práctico.
4) NIKOLAY GAVRILOVICH SLAVYANOV
Nikolay Gavrilovich Slavyanov (1854-1897) fue un inventor ruso que en 1888 introdujo la soldadura de arco con electrodos de metal consumibles o blindado de metal de soldadura por arco, el segundo arco histórico método después de la soldadura de arco de carbono de soldadura inventó antes por Nikolay Benardos.
5) EDMUND DAVY
Fue quien creo el acetileno pero su uso en la soldadura no fue práctico hasta cerca de 1900, cuando fue desarrollado un soplete conveniente.
El acetileno o etino es el alquino más sencillo. Es un gas, altamente inflamable, un poco más ligero que el aire e incoloro. Produce una llama de hasta 3000 °C, una de las temperaturas de combustión más altas conocidas, superada solamente por la del hidrógeno atómico (3400–4000 °C), el cianógeno (4525 °C) y la del dicianoacetileno (4987 °C).
El acetileno se utiliza como fuente de iluminación y de calor. En la vida diaria el
acetileno es conocido como gas utilizado en equipos de soldadura debido a las
elevadas temperaturas (hasta 3000 °C) que alcanzan las mezclas de acetileno y
oxígeno en su combustión.
El acetileno es además un producto de partida importante en la industria química.
Hasta la segunda guerra mundial una buena parte de los procesos de síntesis se
basaron en el acetileno. Hoy en día pierde cada vez más en importancia debido a
los elevados costes energéticos de su generación.
6) AMERICAN WELDING SOCIETY (A.W.S) – (ENTIDAD)
Las raíces de la American Welding Society se remontan a la Primera Guerra Mundial, cuando las demandas repentinas de producir rápidamente el equipo militar provocaron la necesidad de estandarización de la industria manufacturera. El presidente Woodrow Wilson creó un Comité de Soldadura de la Emergency Fleet Corporation, que trabajó con el Consejo Nacional de soldadura ya existente. En 1919, los líderes de la industria coincidieron en que la información fiable y objetiva sobre la soldadura fue crucial para el posterior desarrollo industrial de los EE.UU., y las dos organizaciones se fusionaron para crear la American Welding Society. Comfort A. Adams fue el primer presidente de la Sociedad Americana de Soldadura.
Una necesidad inmediata era crear una publicación que podría cubrir objetivamente los avances científicos de la industria, y en 1922, comenzó a publicar la AWS Welding Diario. La soldadura Diario aparece ahora mensualmente y contiene artículos revisados por expertos sobre la soldadura y la ciencia de materiales, junto con noticias e información sobre eventos de la sociedad y los miembros de la industria.
AWS también comenzó a preocuparse por las normas de soldadura y de seguridad, y comenzó a ofrecer los estándares de certificación y procedimientos de seguridad para ofrecer orientación sobre técnicas de soldadura seguras y procedimientos de seguridad. Hoy en día, AWS publica más de 100 códigos y procedimientos que detallen las normas de soldadura para múltiples metales, materiales compuestos, y plásticos.
7) AMERICAN SOCIETY MECHANICAL ENGINEERS (ASME) – (ENTIDAD)
ASME internacional fue fundado en 1880 por los ingenieros
mecánicos Alexander Lyman Holley (1832-1882), Rossiter
Worthington (1817-1880), y Edison (1832-1916). Holley
presidió la primera reunión. De abril el 7 una reunión de
organización formal fue celebrada en el instituto de
Stevens de la tecnología, de Hoboken, de Jersey nueva,
con cerca de ochenta ingenieros -- industriales, de
educadores, de periodistas técnicos, de diseñadores, de
constructores navales, de ingenieros militares, y de
inventores. Muchos grupos intentaban crear
organizaciones de derecho profesional especializado.
En los Estados Unidos, la sociedad americana de ingenieros civiles había sido
activa desde 1852, y habían organizado al instituto americano de los ingenieros de
explotación minera en 1871. Holley había sido vice-presidente de la sociedad de
Ingenieros civiles y presidente de la sociedad de ingenieros mineros. En 1880 había
85 universidades de ingeniería a través de los Estados Unidos, la mayoría de ellos
que ofrecían un plan de estudios completo. La primera reunión anual fue celebrada
en noviembre a principios de 1880. Roberto H. Thurston, profesor de la ingeniería
industrial en el instituto de Stevens y Cornell más última, era el primer presidente.
Thurston había establecido el primer plan de estudios y el laboratorio de la
ingeniería industrial del modelo.
ASME formó sus actividades de la investigación en 1909, en áreas tales como tablas
del vapor, las características de gases, las características de metales, el efecto de la
temperatura en la fuerza de materiales, metros fluidos, coeficientes del orificio, etc.
Desde su inicio, ASME ha conducido en el desarrollo de estándares técnicos, de
comenzar con el hilo de rosca del tornillo y ahora de numerar más de 600. La
sociedad es mejor haber sabido, sin embargo, para mejorar la seguridad del equipo,
especialmente calderas. A partir la 1870 a 1910, por lo menos 10.000 explosiones
de la caldera en Norteamérica fueron registradas. Por 1910 la tarifa saltó a 1.300 a
1.400 al año. Algunos eran los accidentes espectaculares que despertaron los
outcries públicos para la acción remediadora. Formaron a un comité del código de
la caldera en 1911 que ése condujo al código de la caldera que era publicado en
1914-15 y más adelante incorporado en leyes de la mayoría de los estados de los
E.E.U.U. y de los territorios y de las provincias canadienses.
ASME es el acrónimo de American Society of Mechanical Engineers (Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos). Es una asociación de profesionales, que ha generado un código de diseño, construcción, inspección y pruebas para equipos, entre otros, calderas y recipientes sujetos a presión. Este código tiene aceptación
mundial y es usado en todo el mundo. Hasta el 2006, ASME tenía 120.000 miembros.
Hoy, ASME es una sociedad mundial de la ingenres industriales y de fabricaciones.
TEORIA: CONCEPTOS Y FORMULAS
LA SOLDADURA
Es el proceso de fundir de manera conjunta, múltiples piezas de metal, mediante el calentamiento del metal de relleno a estado líquido.
Una unión soldada bien realizada es más fuerte que el metal base.
PROCESOS DE SOLDADURA
Soldadura de arco metálico protegido (SMAW) Soldadura de arco sumergido (SAW) Soldadura de arco metálico con gas (GMAW) Soldaduras de arco con núcleo fundente (FCAW) Soldadura con electrogas
Soldadura de arco metálico protegido (SMAW)
Es el más versátil y práctico de los procesos. El calor se suministra por un arco eléctrico entre un electrodo cubierto y el material a unir, el que funde parcialmente el material de base y funde el material de aporte, el cual se deposita y crea el cordón de soldadura.
El electrodo cubierto se consume y se transfiere al metal base. El alambre del electrodo será el material de relleno y la cubierta se convierten parcialmente en un gas protector, otra parte en escoria y alguna parte es absorbida por el metal. El electrodo es indicado bajo varias especificaciones de la AWS. Designaciones tales como E60XX o E70XX indican 60 ksi y 70 ksi de resistencia en tensión. Las X`s, se refieren a factores tales como posición, tipo de recubrimiento, tipo y características del arco.
El arco protector previene la contaminación atmosférica del metal fundido, y la oxidación que puede causar fragilidad.
La combustión y descomposición de los constituyentes de la cubierta producen los gases de protección. La formación de gases se debe a la presencia de caliza y celulosa en la cubierta. En general, los gases que rodean al arco consisten en monóxido de carbono, bióxido de carbono, hidrógeno y vapor de agua. A todos estos gases se les considera de protección porque resguardan la soldadura del oxígeno y del nitrógeno del aire, evitando así la formación de óxidos y nitruros indeseables que provocan pérdida de ductilidad (soldadura quebradiza), baja resistencia y pobre resistencia a la corrosión.
Soldadura de arco sumergido (SAW)
Se realiza solo con métodos automáticos o semiautomáticos Se obtienen soldaduras con más penetración que otros procesos. Solo debe usarse en posiciones horizontales.
El arco no es visible debido a que está cubierto por un material fusible y granular. El extremo del electrodo se mantiene continuamente protegido por el material fundido, sobre el cual se le agrega una capa de material granular sin fundir.
El material granular protege a la soldadura líquida del ambiente, sirve para limpiar el metal de soldadura, y modifica la composición química de la soldadura.
La combinación del electrodo y el material granular son clasificadas por la AWS.
Se designan como FXXX-EXXX, donde la primera X se refiere al primer dígito de la resistencia a la tensión (ej 7 para 70 ksi)
La siguiente X es una letra que se refiere a la condición del tratamiento en caliente (ej.A para tratamiento al soldar o P para tratamiento post-soldado)
La tercera X es una letra que se refiere a la temperatura mínima a la cual la resistencia al impacto alcanza o excede 20 ft-lb (6 si –60oF). Las últimas 3 X`s se refieren al electrodo.
El SAW es adecuado para corridas largas de soldadura (9 m. o más). Se puede utilizar en secciones metálicas delgadas o gruesas y es capaz de producir soldaduras de alta calidad, de filete, de penetración parcial, o de ranura de penetración completa.
Soldadura de arco metálico con gas (GMAW)
Es un proceso rápido y económico Este proceso se puede automatizar
El electrodo es un alambre continuo que se suministra por una pistola. La protección es proporcionada por el gas. La particularidad de este método es la alta capacidad a la cual el metal de relleno se puede transferir.
Originalmente se usó la protección con gas inerte. Los gases reactivos no son prácticos, salvo el dióxido de carbono que es muy utilizado.
El gas, además de proteger el metal fundido del ambiente, 1) controla el arco y la transferencia de metal; 2) afecta la penetración, ancho de fusión y forma de la soldadura, 3) afecta la velocidad de soldado.
Este método con CO2 es bueno para aceros bajos con carbono y con bajas aleaciones que se usan en edificios y puentes.
Soldaduras de arco con núcleo fundente (FCAW)
La diferencia es que el electrodo es tubular y contiene al material fundente dentro de su núcleo.
Con este proceso es posible soldar con o sin un gas protector.
Esto lo hace útil en condiciones donde los gases protectores pueden ser afectados por el viento.
Soldadura con electro gas (EGW)
Se usa para soldaduras en posición vertical.
CLASIFICACIÓN DE ELECTRODOS PARA SOLDADURA
La mayoría de los electrodos para soldadura por arco se clasifican a partir de las propiedades del metal de aporte, que fueron clasificadas y estudiado por un comité
asociado a la American Welding Society (A.W.S) y a la American Society Mechanical Engineers (ASME).
La A W.S. y la A.S.M.E. son las máximas autoridades en el mundo de la soldadura que dictan las normas de clasificación de los electrodos para soldadura eléctrica que son más reconocidas internacionalmente.
a) Clasificación de electrodos para aceros al carbono
La especificación AWS A5.1, que se refiere a los electrodos para soldadura de aceros al carbono, trabaja con la siguiente designación para electrodos revestidos:
E XXYZ - 1 HZR
Donde:
E: Indica que se trata de un electrodo para soldadura eléctrica manual.
XX: Son dos dígitos (ó tres si se trata de un número de electrodo de cinco dígitos) que designan la mínima resistencia a la tracción, sin tratamiento térmico post soldadura, del metal depositado, en Ksi (Kilo libras/pulgada2, como se indican en los ejemplos siguientes:
E 60XX ... 62000 lbs/pulg2 mínimo (62 Ksi)
E 70XX ... 70000 lbs/pulg2 mínimo (70 Ksi)
E110XX ... 110000 lbs/pulg2 mínimo (110 Ksi)
Y: El tercer dígito indica la posición en la que se puede soldar satisfactoriamente con el electrodo en cuestión. Así si vale 1 (por ejemplo, E6011) significa que el electrodo es apto para soldar en todas posiciones (plana, vertical, techo y horizontal), 2 si sólo es aplicable para posiciones planas y horizontal; y si vale 4 (por ejemplo E 7048) indica que el electrodo es conveniente para posición plana, pero especialmente apto para vertical descendente.
Z: El último dígito, que está íntimamente relacionado con el anterior, es indicativo del tipo de corriente eléctrica y polaridad en la que mejor trabaja el electrodo, e identifica a su vez el tipo de revestimiento, el que es calificado según el mayor porcentaje de materia prima contenida en el revestimiento. Por ejemplo, el electrodo E 6010 tiene un alto contenido de celulosa en el revestimiento, aproximadamente un 30% o más, por ello a este electrodo se le califica como un electrodo tipo celulósico.
A continuación se adjunta una tabla interpretativa para el último dígito, según la clasificación AWS de electrodos:
Última Tipo de Tipo de Tipo de Penetración
cifra corrienteRevestimiento
Arco
E XX10CCPI Polaridad inversa
Orgánico (1) Fuerte Profunda (2)
E XX11CA ó CCPI Polaridad inversa
Orgánico Fuerte Profunda
E XX12CA ó CCPD Polaridad directa
Rutilo Mediano Mediana
E XX13CA ó CC Ambas polaridades
Rutilo Suave Ligera
E XX14CA ó CCPI Polaridad inversa
Rutilo Suave Ligera
E XX15CCPI Polaridad inversa
Bajo Hidrógeno
Mediano Mediana
E XX16CA ó CCPI Polaridad inversa
Bajo Hidrógeno
Mediano Mediana
E XX17CCPI Polaridad inversa
Bajo Hidrógeno
Suave Mediana
E XX18CA ó CCPI Polaridad inversa
Bajo Hidrógeno
Mediano Mediana
(1) E 6010: Orgánico; E 6020: Mineral; E 6020: CA y CC polaridad directa.
(2) E 6010: profunda; E 6020: Media.
PD: Polaridad Directa (Electrodo negativo) PI: Polaridad invertida (Electrodo positivo)
Por otro lado, los códigos para designación que aparecen después del guion son opcionales e indican lo siguiente:
1, designa que el electrodo (E 7016, E 7018 ó E 7024) cumple con los requisitos de impacto mejorados E y de ductilidad mejorada en el caso E 7024;
HZ, indica que el electrodo cumple con los requisitos de la prueba de hidrógeno difusible para niveles de "Z" de 4.8 ó 16 ml de H2 por 100gr de metal depositado (solo para electrodos de bajo hidrógeno).
R, indica que el electrodo cumple los requisitos de la prueba de absorción de humedad a 80°F y 80% de humedad relativa (sólo para electrodos de bajo hidrógeno).
b) Clasificación de electrodos para aceros de baja aleación
La especificación AWS A5.5. que se aplica a los electrodos para soldadura de aceros de baja aleación utiliza la misma designación de la AWS A5.1. Con excepción de los códigos para designación que aparecen después del guion opcionales. En su lugar, utiliza sufijos que constan de una letra o de una letra y un número (por ejemplo A1, B1, B2, C1, G, M, etc.), los cuales indican el porcentaje aproximado de aleación en el depósito de soldadura, de acuerdo al siguiente cuadro:
A1 0.5% Mo
B1 0.5% Cr, 0.5% Mo
B2 1.25% Cr, 0.5% Mo
B3 2.25% Cr, 1.0% Mo
B4 2.0% Cr, 0.5% Mo
B5 0.5% Cr, 1.0% Mo
C1 2.5% Ni
C2 3.25% Ni
C3 1.0% Ni, 0.35% Mo, 0.15% Cr
D1 y D2 0.25-0.45% Mo, 1.75% Mn
G(*)0.5% mín. Ni, 0.3% mín. Cr, 0.2% mín Mo, 0.1% mín. V, 1.0% mín Mn
(*) Solamente se requiere un elemento de esta serie para alcanzar la clasificación G.
A continuación se adjunta una tabla resumen donde se indica el tipo de corriente y revestimiento del electrodo según la norma AWS:
Clasificación AWS
Tipo de RevestimientoPosición de soldeo
Corriente eléctrica
E 6010 Alta celulosa, sodio F, V, OH, H CC (+)
E 6011 Alta celulosa, potasio F, V, OH, H CA ó CC(+)
E 6012 Alto titanio, sodio F, V, OH, H CA, CC (-)
E 6013 Alto titanio, potasio F. V, OH, HCA, CC (+) ó CC (-)
E 6020 Alto óxido de hierro H-Filete CA, CC (-)
E 6020 Alto óxido de hierro FCA, CC (+) ó CC (-)
E 7014 Hierro en polvo, titanio F, V, OH, HCA, CC (+) ó CC (-)
E 7015 Bajo hidrógeno, sodio F, V, OH, H CC (+)
E 7016 Bajo hidrógeno, potasio F, V, OH, H CA ó CC (+)
E 7018Bajo hidrógeno, potasio, hierro en polvo
F, V, OH, H CA ó CC (+)
E 7018M Bajo hidrógeno, hierro en polvo F, V, OH, H CC (+)
E 7024 Hierro en polvo, titanio H-Filete, FCA, CC (+) ó CC (-)
E 7027Alto óxido de hierro, hierro en polvo
H-Filete CA, CC (-)
E 7027Alto óxido de hierro, hierro en polvo
FCA, CC (+) ó CC (-)
E 7028 Bajo hidrógeno, potasio H-Filete, F CA ó CC (+)
E 7028 Hierro en polvo
E 7048 Bajo hidrógeno, potasio F, V, OH, H CA ó CC (+)
E 7047 Hierro en polvoF, V, OH, HV-Des.
Según las normas AWS las posiciones de soldeo son:
F: plana
H: horizontal
H-Filete: filete horizontal
V-Descendente: vertical descendente
V: vertical
OH: techo ó sobrecabeza.
c) Clasificación de electrodos para aceros inoxidables
La especificación AWS A5.4 dicta las normas de clasificación de electrodos para soldar aceros inoxidables. Como los casos anteriores, el sistema de clasificación de estos electrodos también es numérico.
Como muestras de clasificación de estos tipos de electrodos son, por ejemplo, E 308-15, ó E 310-16
Antes de entrar en la explicación del sistema, es conveniente resaltar que los aceros inoxidables sean identificados de acuerdo a lo que indica la AISI. Así por ejemplo, el acero inoxidable AISI 310 corresponde a un acero cuya composición química es del 25% de Cr y el 20% de Ni, entre sus elementos principales.
La especificación AWS A5.4, que se refiere a los electrodos para soldadura de aceros inoxidables, trabaja con la siguiente designación para electrodos revestidos:
E XXX-YZ
Donde:
E: Indica que se trata de un electrodo para soldadura por arco;
XXX: Indica la numeración que se corresponde a la Clase AISI de acero inoxidable, para el cual está destinado el electrodo.
Y: El penúltimo número indica la posición en que puede utilizarse. Así de los ejemplos E 308-15, ó E 310-16, el "1" indica que el electrodo es apto para todas las posiciones.
Z: El último número de los ejemplos anteriores (5 y 6) señala el tipo de revestimiento, la clase de corriente y la polaridad a utilizarse, en la forma siguiente:
5: significa que el electrodo tiene un revestimiento alcalino que debe utilizarse únicamente con corriente continua y polaridad inversa (el cable del porta-electrodo al polo positivo);
6: significa que el electrodo tiene un revestimiento de titanio, que podrá emplearse con corriente alterna o corriente continua. En caso de utilizarse con corriente continua ésta debe ser con polaridad inversa (el cable del porta-electrodo al polo positivo).
En algunos casos se podrá encontrar que en la denominación del electrodo aparece un índice adicional al final con las letras ELC, que significa que el depósito del electrodo tiene un bajo contenido de carbono (E: extra; L: bajo/low ; C: carbono).
TIPOS DE JUNTAS SOLDADAS
Los tipos de juntas dependen de factores como el tamaño y forma de los miembros que forman la junta, el tipo de carga, la cantidad de área en la junta disponible para soldar y el costo relativo de varios tipos de soldaduras. Existen cuatro tipos básicos de juntas soldadas, aunque en la práctica se consiguen muchas variaciones y combinaciones. Estos cuatro tipos básicos son: a tope, a solape, en te, en esquina y juntas de extremo, como se muestra en la Figura.
CLASIFICACIÓN DE LAS SOLDADURAS
Los cuatro tipos de soldadura son:
Soldadura acanalada Soldadura de filete Soldadura de ranura y tapón
Soldadura acanalada o de penetración
Las soldaduras de Canal son usadas comúnmente para hacer juntas de bordes con bordes, aunque también son usadas frecuentemente en esquinas, juntas "T", juntas curvas y piezas planas. Como lo sugiere la variedad de símbolos para estas soldaduras, hay muchas maneras de hacer soldaduras de Canal y la diferencia principal dependerá de la geometría de las partes que serán unidas y la preparación de sus bordes.
Soldadura acanalada
Se obtienen depositando metal de aportación entre dos placas (canal) que pueden, o no, estar alineadas en un mismo plano para formar la junta. Pueden ser de penetración completa o parcial, según que la fusión de la soldadura y el metal base abarque todo o parte del espesor de las placas, o de la más delgada de ellas.
Soldadura de penetración parcial: Soldadura cuya profundidad es inferior a la del grosor del menor de los lados a soldar.
Soldadura de penetración total: Soldadura en la que la profundidad de la misma equivale al grosor del elemento menor soldado.
Soldaduras acanaladas más comunes.
En la soldadura de "V" curva, comúnmente usada para unir dos partes curvas o dos partes tubulares la profundidad propuesta de la soldadura es dada a la izquierda del símbolo, con la profundidad de la garganta efectiva entre paréntesis
En la soldadura de canal con bisel curvo, comúnmente usada para unir una pieza curva o tubular a una pieza plana, como con la V curva (anterior), formada por dos superficies curvas o tubulares, la profundidad propuesta de la soldadura es dada a la izquierda del símbolo, con la profundidad de la garganta efectiva entre paréntesis.
Soldadura de filete
Las soldaduras de filete son usadas para hacer juntas de enfrentamiento perpendicular como esquinas y las juntas "T" y como su propio símbolo lo sugieren estas soldaduras son, básicamente, triangulares vistas desde su sección, aunque su forma no es siempre un triángulo perfecto o isósceles.
Soldadura de filete
Se obtienen depositando un cordón de metal de aportación en el ángulo diedro formado por dos piezas. Su sección transversal es aproximadamente triangular.
Las soldaduras de filete son más resistentes a la tracción y a la compresión que al corte, de manera que los esfuerzos determinantes son los de corte. Este tipo de soldadura falla por corte en un ángulo de aproximadamente 45 grados a través de la garganta.
Soldadura de ranura y tapón
La soldadura de ranura y tapón es usada para unir láminas sobrepuestas una de las cuales tienen perforaciones (redondas para tapones y ovaladas o alargadas para ranuras).
Las soldaduras de tapón y de ranura se hacen en placas traslapadas, rellenando por completo con metal de aportación un agujero, circular o alargado, hecho en una de ellas, cuyo fondo está constituido por la otra. En estas perforaciones el metal de aportación va penetrando y fundiéndose con el metal base de las dos partes formando la junta.
CALCULO DE UNIONES SOLDADAS
La confiabilidad de las uniones soldadas ha llegado a ser tal, que cada vez se emplean más para completar o sustituir a las uniones remachadas en el diseño de máquinas y estructuras. Por otra parte, suele ser más económico fabricar una pieza complicada soldando entre sí componentes sencillos (placas, barras, etc.) que hacerla de una sola pieza, por moldeo y acabado posterior.
La soldadura es un procedimiento de unión de los metales por fusión. Mediante el calor producido por un arco eléctrico o un soplete de oxiacetileno, se reblandece y funde el metal en los dos bordes a soldar, junto con el metal adicional de una varilla (metal de aportación) que recarga la junta formando el cordón de soldadura, o simplemente cordón. Al enfriarse, el metal de aportación y el metal base forman una unión continua y homogénea. Para proteger al metal fundido de la oxidación, se utilizan cada vez más varillas o electrodos revestidos.
El revestimiento fundente, al entrar en caldeo, desprende un gas inerte que rodea la llama del soplete, o el arco eléctrico, y protege al metal fundido de la oxidación. Además, forma una escoria que sobrenada en el metal fundido mientras se enfría, impidiendo que se oxide o que se absorba el nitrógeno del aire. Esta técnica se llama proceso de arco protegido.
Los dos tipos principales de soldaduras o uniones soldadas son: a tope y a traslape (véase Fig. 12-16). La resistencia de una soldadura a tope es igual al esfuerzo admisible por el producto de la longitud del cordón por el espesor de la placa más delgada, ya que no es preciso que las dos planchas a soldar tengan el mismo espesor. El esfuerzo admisible se toma como aquél del metal base. La resistencia de las uniones a traslape, tanto con filetes laterales como frontales, se supone determinada por la resistencia al cortante de la garganta de la soldadura. En los filetes a 45° de la figura 12-17, llamando ¨a¨ al ancho de las bases, el área de la sección de la garganta sometida a cortante es igual a la longitud L del cordón por el espesor de la garganta, es decir, A = L x a sen 45° = 0.707Lxa mm2. Los esfuerzos admisibles para soldaduras a traslape especificadas por el AISC (basadas en recomendaciones de la American Welding Society) dependen del electrodo empleado en el proceso de soldeo y de la gradación del acero soldado. Por ejemplo, si se usan electrodos E-70 para soldar acero A36 (una de las gradaciones más comunes de acero estructural usadas hoy en día), el esfuerzo cortante admisible es 145 MPa. Para este caso, la resistencia de la soldadura a 45° es, en newtons,
P=τA=(145×106 )(0 .707 aL×10−6 )=103aL
Si se utilizará otro tipo de electrodo con otro tipo de metal entonces el esfuerzo admisible varia para esto se puede recurrir a las siguientes tablas:
Método ASD – Esfuerzo Admisible en soldaduras
Tipo de Soldadura y esfuerzo
Esfuerzo admisibleNivel de resistencia requerida de la soldadura
Soldaduras acanaladas de penetración totalTracción normal al área efectiva
Igual como la base metálica
Se usara un metal de soldadura compatible.Se permite el empleo de un metal de soldadura con un nivel
Compresión normal al área efectiva. Tracción o compresión paralela
al eje de la soldadura
de resistencia igual o menor que el metal de
Corte en el área efectiva
0.30 x la resistencia nominal en tracción del metal de soldadura
Soldaduras acanaladas de penetración parcialCompresión normal al área efectiva
Igual como la base metálica
Se permite el empleo de un metal de soldadura con un nivel de resistencia igual o menor que el metal de soldadura compatible.
Tracción o compresión paralela al eje de la soldadura
Corte paralelo al eje de soldadura
0.30 x la resistencia nominal en tracción del metal de soldadura
Tracción normal al área efectiva
0.30 x la resistencia nominal del metal de soldadura excepto que el esfuerzo de tracción sobre el metal de base no excederá 0.60 x esfuerzo de fluencia del metal de base
Soldaduras de filete
Corte en el área efectiva
0.30 x la resistencia nominal en tracción del metal de soldadura
Se permite el empleo de un metal de soldadura con un nivel de resistencia igual o menor que el metal de soldadura compatible.
Tracción o compresión paralela al eje de la soldadura
Igual como la base metálica
Soldadura de tapón y ranura
Corte paralelo a la superficie de contacto (en el área efectiva)
0.30 x la resistencia nominal en tracción del metal de soldadura
Se permite el empleo de un metal de soldadura con un nivel de resistencia igual o menor que el metal de soldadura compatible.
Metal de soldadura compatible con metal de base
Grupo
Metal base
Niveles compatibles de metal de soldadura
Especificaciones de acero
Fy MPa [a] Fu MPa [b]Especificaciones de electrodo
I ASTM A36 250 400-550 SMAW - AWSA5.1: E60XXE70XXSMAW AWSA5.5: E70XX-X
ASTM A53 Grado B 240 415 mín.
ASTM A500Grado A 228 310 mín.
Grado B 290 400 mín. SAW - AWSA5.17: F6XX-ASTM A501 250 400 mín.
EXXXF7XX-EXXXSAW-AWS
ASTM A529 290 415-585GMAW-AWS A5.8:ER70S-X
ASTM A570Grado 40 275 380 mín. FCAW-AWS
A5.0: E6XT-X, E7XT-XFCAW -AWS A5.9: E7XTX-XX
Grado 45 310 415 mín.Grado 50 345 450 mín.
ASTM A709 Grado 36 250 400-550
II
ASTM A572 Grado 42 290 415 mín.
SMAW-AWSA5.1: E7015,E7016, E7018,E7028SMAW-AWS A5.5: E7015-X, E7016-X, E7018-X
Grado 50 345 450 mín. SAW-AWS A5.17: F7XX-EXXXSAW – AWS A5.23:F7XX-EXX-XX
ASTM A606 310340 450 mín.
ASTM A607Grado 45 310 410 mín. GMAW-AWS
A5.18: ER70S-X
Grado 50 345 450 mín.Grado 55 380 480 mín.
ASTM A618Grado lb, II, III
315345 450 mín.FCAW-AWSA5.20: E7XT-XFCAW – AWS A5.29: E7XTX-X
ASTM A709 Grado 50 345 450 mín.
Grado 50W 345 485 mín.
III ASTM A572
Grado 60 415 515 mín.
SMAW – AWS A5.5: E8015-X, E8016-X, E8018-X
Grado 65 450 550 mín.SAW – AWS A5.23: F8XX-EXX-XX
[a] Fy : Esfuerzo de fluencia mínimo especificado del tipo acero que está usándose MPa. Como se usa en esta especificación, esfuerzo de fluencia denota o el punto de fluencia mínimo especificado (para aquellos aceros que tengan punto de fluencia) o la resistencia a la fluencia especificada (para aquellos aceros que no tengan punto de fluencia).[b] Fu : Resistencia mínima de tracción especificada para el tipo de acero que está usándose, MPa.
Estas tablas son extraídas del RNE, Norma E.090 capitulo 10.2 (Soldaduras) que también son datos extraídos de las tablas de la AWS (American Welding Society).
Sin embargo, por lo general la resistencia de una soldadura a traslape se expresa en términos de la fuerza admisible q por milímetro de longitud soldada, y está dada por:
q= PL
=103a N/mm
Donde, se recuerda, ¨a¨ está en milímetros. Como regla, es necesario tomar precauciones especiales para asegurarse que la anchura de la base de una soldadura de filete a lo largo de un borde es realmente igual al espesor del borde. Una de las razones para esto es que los bordes de perfiles laminados están redondeados y la anchura de la base sería menor que el espesor nominal de la pieza. Otra razón es que, durante el soldeo, la esquina del borde puede fundirse con la soldadura, lo que reduciría la anchura de la base. Por estas razones, las especificaciones AISC requieren que el tamaño máximo de una soldadura de filete deba ser de 2 mm menos que el espesor del material a lo largo de bordes de 6 mm, o mayores de espesor. Para bordes de espesores menores, el tamaño máximo de la soldadura puede ser igual al espesor del borde. Estas especificaciones se ilustran en la figura 12-18. Los tamaños de soldadura pueden exceder estas especificaciones si el diseñador así lo estipula con el objeto de cubrir totalmente la garganta de la junta.
Para un mayor entendimiento de esta parte se brinda las siguientes tablas:
Espesor mínimo de garganta efectiva de soldadura acanalada de penetración parcial
Tamaño mínimo de soldaduras de filete
Espesor de la parte Tamaño mínimo de
Espesor de la parte unida más gruesa (en mm)
Espesor mínimo de la garganta efectiva (mm)
Hasta 6 inclusiveSobre 6 a 13Sobre 13 a 19Sobre 19 a 38Sobre 38 a 57Sobre 57 a 150Sobre 150
3568101316
unida más gruesa (en mm)
la soldadura de filete (mm)
Hasta 6 inclusiveSobre 6 a 13Sobre 13 a 19Sobre 19
3568
Estas tablas son extraídas del RNE, Norma E.090 capitulo 10.2 (Soldaduras).
PROBLEMA ILUSTRATIVO
Se ha de soldar un ángulo de 100 x 100 x 10 mm a una placa, como se indica en la figura 12-19. El ángulo soporta una carga de 190 kN aplicada axialmente por el centro de gravedad de la sección recta. (a) Determinar la longitud de los filetes laterales de soldadura necesarios en la base del ángulo y en el borde superior. (b) Calcular la longitud de los filetes si, además, se añade uno frontal en el extremo del ángulo.
Solución:
Parte a) En la figura 12-19 se representa las fuerzas P1 y P2 que han de soportar los cordones y que equilibran a la fuerza P = 190 kN. Tomando momentos con respecto a la línea de acción de P2 se obtiene:
[∑MP2 = 0] 100P1 = 190(71.3) P1 = 135.5 kN
y tomando momentos con respecto a la línea de acción de P1:
[∑MP1= 0] 100P2 = 190(28.7) P2 = 54.5 kN
Ya que el espesor del ángulo es 10 mm (mayor que 6 mm) y el tamaño máximo de la sol-dadura, en el borde del ángulo, es 10 — 2 = 8 mm. La resistencia por mm,
para este tamaño, con τ=145MPa, es q = 103(8) = 824 N/mm. Así, las longitudes requeridas son:
[L =P/q]
L1 =(135.5 x 103)/824 = 164mm
L2 = (54.5 x 103)/824 = 66.1 mm
Estos valores deben aumentarse en una pequeña longitud, para tener en cuenta el principio y final de la soldadura.
Parte b) Al añadir una soldadura transversal de filete, su tamaño máximo vuelve a ser 8 mm. Para evitar la excentricidad de la carga en este cordón, debe ser simétrico respecto de la línea de acción de la carga aplicada, como se indica en la figura 12-20, lo que limita su longitud al doble de 28.7 mm, y la carga que soporta a qL = (824)(2 x 28.7) = 47.3 kN actuando en su punto medio*.
Tomando ahora momentos con respecto a la línea de acción de P2, y después con respecto a la acción de P1, tenemos:
[∑MP2= 0] 100P1 = (190 — 47.3)(71.3) P 1 = 101.7 kN
[∑MP1= 0] 100P2 = (190 — 47.3)(28.7) P2 = 41.0 kN
* Sin embargo, no es raro dejar que la soldadura de filete corra completamente a lo largo del borde del ángulo, soslayando la excentricidad resultante de la carga. En la siguiente sección se explica este tipo de carga sobre uniones soldadas.
Así, las longitudes de soldadura requeridas en la base y el borde superior del ángulo son, respectivamente:
[L =P/q] L1 =(101.7 x 103)/824 = 123mm
L2 = (41.0 x 103)/824 = 49.8 mm
Un mayor tamaño de filete puede usarse en la base del ángulo si fuera necesario reducir el largo L1.
UNIONES SOLDADAS CON CARGA EXCÉNTRICA
En la sección anterior se aplicaron las ecuaciones de equilibrio estático para determinar la fuerza que ha de soportar cada cordón de soldadura. El estudio se basaba en que cada cordón se supone uniformemente cargado en toda su longitud. Esta hipótesis es aceptable si todos los cordones tienen la misma base y la carga aplicada pasa por el centro de gravedad de los cordones, considerados como segmentos lineales. En el caso de que los cordones sean de diferente espesor, el centro de gravedad ha de ser el de las áreas de los mismos. Si la fuerza resultante aplicada P no pasa por el centro de gravedad, los cordones no quedan uniformemente cargados. El análisis simplificado que se hace a continuación indica cómo se puede determinar la máxima intensidad de carga por unidad de longitud del cordón, que sirva de base para determinar su tamaño, o si se conoce el tamaño, para calcular el valor de la fuerza P. Siguiendo el mismo procedimiento que en el caso de las uniones remachadas con cargas excéntricas se añaden mentalmente dos fuerzas P iguales y opuestas (indicadas con línea punteada en la figura 12-21a) en el centro de gravedad C de los cordones, con lo que se reduce la carga excéntrica a una carga centrada P y un par de torsión de momento T = Pe. En la figura 12-21b) la carga centrada P es soportada por la fuerza directa qd por unidad
de longitud de cordón. Esta fuerza directa está uniformemente distribuida en todos los cordones y viene dada por:
qd = P/ ∑L
EL siendo ∑L la longitud total de los cordones.
En la figura 12-21c) el par de torsión es soportado por una fuerza variable q, por unidad de longitud de cordón. Suponiendo que los cordones trabajan elásticamente y que la placa es perfectamente rígida y gira en su plano alrededor del centro de gravedad C, se puede determinar la intensidad de esta fuerza de torsión aplicando la fórmula de la torsión con un valor muy aproximado de J.
Consideremos una distribución cualquiera de cordones, como en la figura 12-22. Para cualquiera de ellos, de longitud L, el momento polar respecto a su centro de gravedad es la suma de los momentos respecto de los ejes longitudinal y transversal del cordón. Estos valores son, respectivamente, cero (o prácticamente cero) y L3/12. Teniendo en cuenta la expresión del teorema de Steiner se obtiene, con respecto al centro de gravedad del grupo de cordones,
[ J=J+Ld2 ] J= 112L3+ Lρ2= 1
12L3+L( x2+ y2)
Por tanto, para todos los cordones, el valor de J que ha de figurar en la fórmula de la torsión es:
J=∑ L( 112 L2+x2+ y2)Aplicando ahora la fórmula de torsión se obtiene para la fuerza ¨
q t ¨ que actúa
perpendicularmente al radio ρ en un punto cualquiera de un cordón,
q t=Tρ
∑ L( 112 L2+x2+ y2) (12 – 9)
y como se sabe por uniones remachadas, interesan aún más las componentes de
q t , que como entonces, dan:
(12 – 10)
q ty=Tx
∑ L( 112 L2+x2+ y2)En donde x y y son las coordenadas del punto en el que se van a determinar las
componentes deq t .
La máxima intensidad de la fuerza total por unidad de longitud en los cordones se obtendrá en el punto en que tanto las componentes horizontales como las
verticales de qd y del máximo
q t , sean del mismo sentido y se sumen. Su valor vendrá dado por el módulo de la suma vectorial, es decir,
q=√ (qdx+qtx )2+(qdy+q ty )2
(12 – 11)
En general, y esto es lo correcto, si los cálculos se han hecho como ha quedado expuesto, el máximo valor de q determina el ancho de la base, o calibre, de los filetes todos iguales. En ocasiones, cada cordón se dimensiona de acuerdo con el mayor valor de q que exista en él, pero esto es menos correcto que lo anterior, aunque el procedimiento no es exacto en ninguna de las formas.
q tx=Ty
∑ L( 112 L2+x2+ y2)
PROBLEMA ILUSTRATIVO
Se suelda una placa de apoyo al bastidor de una máquina mediante dos filetes, como se indica en la figura 12-23a. Determinar el calibre de los cordones para que puedan soportar una carga vertical P = 40kN. Emplee un esfuerzo cortante admisible de 145 MPa en la garganta de las juntas.
Solución: El centro de gravedad de los cordones, respecto al punto A, tiene las coordenadas siguientes:
[L x=∑ lx ] (150+100 ) x=150(75 )+100(50 ) x=65mm
[L y=∑ ly ] 250 y=100 (100 ) y=40mm
Con estos valores se sitúa C como se indica en la figura 12-23a. El momento de P respecto de este punto, que es el par de torsión, es:
T=Pe=40(100+65)=6600kN⋅mm
El momento de inercia polar simplificado, del grupo de soldaduras con respecto a
C, es la suma de los valores de J de cada uno de los cordones. Recordando que x y
y , son las coordenadas del centro de cada cordón respecto de C, se obtiene:
J=L( 112 L2+ x2+ y2)JAB=150[ (150 )2
12+(10 )2+ (40 )2]=0 .536×106mm3
JDE=100[ (100 )2
12+ (15 )2+(60 )2]=0. 466×106mm3
Su suma es el valor J total,
J ( total )=∑ J=(0 .536+0.466 )×106=1.00×106mm3
Los componentes de la carga directa son:
qdy=P
∑ L=40×10
3
250=160N /mm↑
y qdx=0
Estos valores han de combinarse con las componentes de q t en los puntos A y E,
que son los más sobrecargados en los cordones AB y DE, como se puede ver en la figura 12-23b. Apli-cando la ecuación (12-10) resulta:
q tx=
TyJ En E:
q tx=(6600×103 ) (60 )1 .00×106
=396N /mm←
En A: q tx=
(6600×103 ) (40 )1.00×106
=264N /mm→
q ty=
TxJ En E y A:
q ty=(6600×103 ) (65 )1 .00×106
=429N /mm↑
Combinando las componentes directas y de torsión se obtienen los máximos valores de q en cada cordón, que son:
q=√ (∑ qx )2+(∑ q y )
2
qE=√ (396 )2+(160+429 )2=710N /mm
q A=√(264 )2+(160+429 )2=645N /mm
Aplicando ahora la especificación de la AISC correspondiente, es decir, que la fuerza
admisible por milímetro de soldadura para τ = 145 MPa es 103a (independientemente de la dirección de la fuerza), donde a es la anchura de la base de la soldadura en milímetros. De aquí, el tamaño de la soldadura, sobre la base del punto de mayor esfuerzo, es
[q = 103a] qE=710=103a a=6 .89mm
por lo que se daría como solución unos cordones de 7 mm. En AB, en todo caso, se
podría utilizar un calibre menor, ya que q A=645N /mm
PROBLEMAS RESUELTOS
1) Se suelda una placa soporte a una placa fija coma se indica en la figura. Determinar el calibre do los cordones rodeando al milímetro. Hallar el valor máximo de P que podría aplicarse con cordones de 8 mm, usando t = 145 MPa en las gargantas de la soldadura.
Resolución:
En figura adjunta:
a) Calculo de "a". para P = 90 kN Mt = (90 kN)(175 mm) Mt =15 750 000 N-mm
Luego Ip = 2 x 150((1502/12)+752+02)
Ip = 2 250 000 mm3
Tomamos A como punto crítico:
Carga constante:
qdy= (90x103 N)/(300 mm) = 300 N / mm ↑
qdx= 0
Carga variable:
qtx= (Mt y)/ (Ip) = (15 750 000 N.mm/2250 000 mm3) x 75 mm = 525 N/mm ←
qty= 525 N/mm ↑
Luego qA = ((300 + 525)2 + (525)2)-2 de dónde, qA = 977,88 N/mm
Como ד a= 145 MPa en cordón E-70; A36
A
E
B
F
DG
P=90 kN
150 mm
100 mm 150 mm
150 mm 100 mm
Mt
150 mm
CGX
Y
P=90 kN
150 mm
100 mm
qA = 103a = 977.88 N/mm
De donde: a = 9,4939 mm
El más cercano superior. A= 10 mm
b) Si a = 8 mm. Calculo de valor máximo de P.
Considerando A el punto crítico:
Carga constante: qdy= P/300 ↑ ; qdx =0
Momento en CG: Mt = 175 P
Carga variable en A:
qtx = (175 P x 75)/(2 250 000) = (7 P)/(1200) ← ; qty = 7P/1200 ↑
qA= (((P/300)+(7P/1200))2+(7P/1200)2)-2=0,010865337 P
Como qA =103a =103(8) = 824 N/mm = 0,010865337 x P ; P = 75,8375 kN
2) Se ha de soldar un ángulo de 100x100x100mm a una placa, como se indica en la figura 12-19. El ángulo soporta una carga de 190KN aplicada axialmente por el centro de gravedad de la sección recta.
a. Determinar la longitud de los filetes laterales de soldadura necesarios en la base del ángulo y en el borde superior.
b. Calcular la longitud de los filetes si, además, se añade una frontal en el extremo del ángulo.
SOLUCION:
Datos para la parte A del problema
P=190KN D=100mm
a) En la figura 12-19 se representa las fuerzas P1 y P2 que han de soportar los cordones y que equilibran a la fuerza P = 190kN. Tomando momentos con respecto a la línea de acción de P2 se obtiene:
b) Y ahora tomando momento con respecto a la línea de acción de P1 :
c) Ya que el espesor del ángulo es de 10mm (mayor de 6mm) y el tamaño máximo de la soldadura, en el borde del ángulo, es 10-2 =8 mm. La resistencia por mm, para este tamaño, con Ƭ= 145 MPa, es q= 103x (8)= 824 N/mm. Así, las longitudes requeridas son:
Estos valores deben aumentar una pequeña longitud, para tener en cuenta el principio y final de la soldadura.
Para la parte B del problema, al añadir una soldadura transversal de filete, su tamaño máximo vuelve a se 8mm. Para evitar la excentricidad de la carga en ese cordón, debe ser simétrico respecto ala línea de acción de la carga aplicada, como se indica en la figura 12-20, lo que limita su longitud al doble de 28.7mm, y la carga que soporta a qL= (824)x(2x28.7)= 47.3kN actuando en su punto medio.
a) Tomando momentos con respecto a la línea de acción de P2, y después con respecto a la línea de acción de P1, tenemos:
b) Asi las longitudes de soldadura requeridas en la base y en el borde superior del ángulo son, respectivamente:
Un mayor tamaño de filete puede usarse en la base del ángulo si fuera necesario reducir el largo L1.
3) Con una placa de acero de 16 mm se forma un cilindro de 1.5 m de diámetro que se suelda mediante filetes frontales interior y exterior .Determinar la máxima presión interna que puede aplicarse si los esfuerzos admisibles son de 160 MN/m2 en la chapa y de 120 MN/m2 a cortante en las gargantas de la soldadura. Emplear cordones del mayor tamaño admisible.
SOLUCION:
DATOS
t=16 mm D=1.5 m Resistencia de la Chapa=160 MN/m2 Resistencia de soldadura=120 MN/m2
Aplicamos: ơ t= pD2 t siempre y cuando D” sea mucho mayor que “t”
a) Como t=16 mm entonces a=16-2=14 mm
b) q= Resistencia de soldadura. “a”.cos 45
q= 120x106x14x√22
x10-6 N/mm
q=1187,939 N/mm
c) Ahora tomamos de la placa espesor = 16 mm y profundidad =1 mm
Carga que soporta la placa: P1=A.ơt =pD2 t. A
P1=160 N/mm2 . 16 mm . 1mm= 2560 N/mm; profundidad
d) Resistencia de cordón para cada milímetro de profundidad:
P2=2q=2x1187, 939 N/mm = 2375,8787 N/mm
Sumando ambas cargas para un milímetro de profundidad:
P1+P2 =pDL
2560+2375,8787=pDL
4935,8787 N = px1.5x103x1 mm2
p=3.29 N/mm2
PROBLEMAS PROPUESTOS
1) Un ángulo de 150 x 100 x 13 mm se suelda a una placa con el ala de 150 mm en contacto con la placa. Si el ángulo soporta una carga centra al de 400 kN, calcular la longitud de los cordones. En la base y en el borde superior, si son de 8 mm, suponiendo que el esfuerzo cortante admisible, en las gargantas do la soldadura, es de 145 MPa.
2) Una placa de 150mm de ancho por 14mm de espesor se coloca sobre una placa fija y se suelda mediante filetes laterales. Determinar la longitud mínima de una soldadura de filete de 8mm si la placa ha de soportar una fuerza de tracción axial que le produce un esfuerzo de 140 MPa; el esfuerzo cortante admisible es la garganta de la soldadura es de 145 MPa.
3) Un soporte ménsula se suelda a la base de una maquina como se indica en la figura. Determinar el tamaño “a” de los cordones de soldadura redondeados al milímetro, usando T=145 MPa en las gargantas de la soldadura.
BIBLIOGRAFIA UTILIZADA PARA REALIZAR ESTA PARTE DEL TRABAJO
http://materiales.azc.uam.mx/tperea/114336/juntas_soldadas.pdf
http://www.jjcoopsa.com.mx/reglamweb/dmetalica/norteccomd52.htm
http://www.parro.com.ar/definicion-de-soldadura+en+ranura
http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn101.html#seccion34
http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn47.html#seccion5
http://ingemecanica.com/tutoriales/tutorialesdelasemana/Tutorial_N46_2011.pdf
http://webdelprofesor.ula.ve/nucleotrujillo/americab/
BIBLIOGRAFIA REAL:
Reglamento Nacional de Edificaciones Norma E.090 capitulo 10.2
Libro de Resistencia de materiales de Singer and Pytel
