Republica Bolivariana de Venezuela

Universidad Santa María “Núcleo Barinas”

Facultad de Ingeniería.

UNIONES SOLDADAS Y ACOPLAMIENTOS

Barinas, marzo de 2010

Bachilleres:

Peña C. Rafael J. CI: 19 414 590

Ojeda S. María J. CI: 19 612 857

Escuela: Ingeniería Industrial.

5to Semestre. Sección “C”.

Asignatura: Estática y Resistencia de Materiales.

Profesor (a): Ing. Carolina Suárez.

Introducción

La soldadura es una de las tecnologías que más se ha desarrollado en los últimos años. En la

primera década de este nuevo milenio se espera un avance aun mayor. De 1908 a 1912 el sueco

O. Kjellberg, dio el primer impulso para el desarrollo de la soldadura por arco, al obtener un

electrodo revestido con recubrimiento delgado y grueso. De 1930 a 1933 A. Portevin estudio sobre

las estructuras de las soldaduras y estableció las bases científicas de las soldaduras. En 1934 R.

Sarazin y M. Moneyron comienzan ensayos del procedimiento de soldadura por arco y es así como

los americanos descubren el electrodo de bajo hidrogeno.

Los acoplamientos mecánicos son una parte fundamental del diseño de máquinas, y los más

simples acoplamientos no fueron ni inventados ni siquiera entendidos hasta el siglo XIX. La

Revolución industrial fue la época de oro de los acoplamientos mecánicos. Los avances en

matemáticas, ingeniería, y manufactura proveyeron tanto la necesidad como la habilidad de crear

nuevos mecanismos. Muchos mecanismos simples que parecen obvios hoy, requirieron algunas de

las más brillantes mentes de esa era para crearlos. Leonhard Euler fue uno de los primeros

matemáticos en estudiar la síntesis de los acoplamientos, y James Watt trabajó arduamente para

inventar el movimiento en paralelo que soporta el pistón de su máquina de vapor. Pafnuti Lvóvich

Chebyshov trabajó en los diseños de los acoplamientos mecánicos por más de treinta años, lo cual

lo guió a crear sus polinomios. Nuevas invenciones de acoplamientos mecánicos, diseñados por la

necesidad, fueron un instrumento en la maquinaría de hilados, dando poder de conversión y

regulando la velocidad. Inclusive la habilidad de un mecanismo para producir un movimiento lineal

preciso, sin una guía de referencia, tomó años en solucionarse.

Uniones por Soldadura

Soldadura: Es unir dos metales de idéntica o parecida composición por la acción del calor,

directamente o mediante la aportación de otro metal también de idéntica o parecida composición.

Durante el proceso hay que proteger al material fundido contra los gases nocivos de la atmósfera,

principalmente contra el oxígeno y el nitrógeno.

La norma EA-95 autoriza para uniones de fuerza en estructuras de edificación los siguientes

procedimientos:

1. Soldeo eléctrico manual; por arco descubierto con electrodo fusible revestido.

2. Soldeo eléctrico semiautomático o automático; por arco en atmósfera gaseosa con

alambre electrodo fusible.

3. Soldeo eléctrico automático; por arco sumergido con alambre electrodo fusible desnudo.

4. Soldeo eléctrico por resistencia.

Otros procedimientos no mencionados requerirán norma especial.

La Unión entre las Piezas que forma una estructura metálica, puede efectuarse mediante

soldadura o con tornillería.

Para los trabajos realizados en taller, el medio de unión más usado y económico es la soldadura.

Para los trabajos de montaje en obra se utilizan de igual modo la soldadura o las uniones

atornilladas.

También se deben considerar los medios de unión entre la cimentación y la estructura

mediante los pernos de anclaje y los pernos conectadores para la unión entre acero y hormigón en

el caso de estructuras mixtas.

Ventajas de las Uniones por Soldadura

La unión entre piezas por soldadura presenta las siguientes ventajas:

El tiempo de preparación es menor que en el caso de las uniones atornilladas.

Las uniones prácticamente no se deforman y son estancas.

Las uniones son más sencillas y tiene mejor apariencia.

A pesar de todo esto, emplear soldaduras requiere de precauciones a la hora de su ejecución en

obra; llevarlas a cabo exige personal cualificado, los encargados de realizar estos trabajos deben

llevar protección y deben cuidarse las soldaduras a la intemperie sobre todo en tiempos

inclementes; toda su ejecución requiere de control de calidad.

Métodos

La soldadura más usada es la de fusión con electrodo fusible. Este método consiste en la unión

de dos piezas mediante la utilización de un cordón de metal fundido que proviene del electrodo.

Para no permitir que el baño de fusión se oxide en contacto con el aire, se lo protege con una

envoltura gaseosa.

El tipo de protección determina distintos tipos de soldadura, a saber:

Soldadura Manual

Se realiza con electrodo revestido SMAW (del inglés: Shielded Metal arc Welding); es la fusión del

revestimiento la que crea la protección. Para soldaduras de acceso dificultoso o soldaduras de

obra.

Soldadura Semi-Automática

Esta soldadura está protegida bajo atmósfera de gas inerte, incluida de manera independiente,

GMAW (del inglés: Gas Metal arc Welding).

Soldadura Automática

Se realiza bajo un polvo fundente o flux, o también llamado arco sumergido; SAW (del inglés:

Sumerged Arc Welding).

Otros tipos utilizados de soldaduras son:

Soldadura por resistencia eléctrica.

Soldadura con plasma.

Soldadura por láser o ultrasonido.

El Cordón de Soldadura

El cordón de soldadura tiene tres partes bien diferenciadas:

a. Zona de soldadura: Es la zona central, que está formada fundamentalmente por el metal

de aportación.

b. Zona de penetración: Es la parte de las piezas que ha sido fundida por los electrodos. La

mayor o menor profundidad de esta zona define la penetración de la soldadura. Una

soldadura de poca penetración es una soldadura generalmente defectuosa.

c. Zona de transición: Es la más próxima a la zona de penetración.

Esta zona, aunque no ha sufrido la fusión, sí ha soportado altas temperaturas, que la han

proporcionado un tratamiento térmico con posibles consecuencias desfavorables, provocando

tensiones internas.

Tipos de Uniones

Existen diferentes formas de disponer las uniones por soldaduras, las más usuales son:

UNIÓN A TOPE

Consiste en unir las chapas situadas en el mismo plano para chapas superiores a 6mm o para

soldar por ambos lados, hay que preparar los bordes. El objetivo de esta soldadura es conseguir

una agudeza completa y que constituya una transición lo más perfecta posible entre los elementos

soldados.

Cordón de Soldadura a Tope

En una soldadura a tope de chapas de distinta sección, la de mayor sección se adelgazará en la

zona de contacto, con pendientes no mayores que el 25 por 100, para obtener una transición

suave de sección.

La soldadura a tope no debe producir discontinuidad en la sección, y su sobre-espesor no será

mayor que el 10 por 100 del espesor de la chapa más delgada.

UNIÓN EN T

Esta unión se usa extensamente en la industria; y se puede definir como la unión entre

miembros que se encuentran formando ángulos rectos.

UNIÓN TRASLAPADA

La unión traslapada algunas veces es usada en lugar de la unión a tope. En lugar de poner los

extremos juntos, se sobreponen. Un buen ejemplo está en los tanques de combustible.

Soldadura a Tope de Chapas de Distinta Sección

La soldadura usada para unir las piezas de metal es llamada soldadura de filete. La unión

traslapada se puede definir como: La unión entre miembros que se traslapan.

UNIÓN A ESCUADRA

Cuando se sueldan dos piezas de metal formando una (Carpa), la unión se llama Unión a

escuadra. Una unión a escuadra puede soldarse con la varilla de soldar o sin ella. La unión a

escuadra se puede definir como: La unión entre miembros que forman ángulo recto.

UNIÓN DE CANTO:

Es algunas veces llamada unión de brida, y es más usada con metales de calibre ligero. La unión

de canto se puede definir como: La unión entre miembros que tienen sus extremos o filos

paralelos.

UNIÓN EN ÁNGULO

Consiste en unir dos chapas situadas en distinto plano bien ortogonales o superpuestas; los tipos de

cordones con relación a su posición respecto a la fuerza que van a soportar es la siguiente:

1. Cordón de ángulo; chapas ortogonales.

2. Cordón frontal, su dirección es normal a la fuerza.

3. Cordón lateral; su dirección es paralela a la fuerza.

4. Cordón oblicuo; su dirección en oblicua a la fuerza

La soldadura de ángulo se puede encontrar en rincón, en solape, en esquina y por puntos.

Proceso de ejecución:

1. Prepare las piezas formando un ángulo. (Fig. 1.2)

2. Encender y regular la maquina.

3. Puntear las piezas en forma alternada. (Fig. 3)

Suelde:

a. Iniciar el cordón de raíz (primera línea de la soldadura).

b. Inclinar el electrodo. (Fig. 4.5)

Figura. 1 Figura. 2

Figura. 3

c. Avanzar y oscilar el electrodo con movimientos de zig-zag.

d. Finalizar el cordón.

Depositar el resto de los cordones. (Fig. 6.7)

Observación: Cuando se depositan cordones escalonados, se debe tomar 1/3 del cordón anterior.

(Fig. 8)

a. Oscilar el electrodo en el resto de los cordones con movimientos en zig-zag curvos. (Fig. 9)

Figura. 4 Figura. 5

Figura. 6 Figura. 7

Figura. 8

b. Deposite el segundo cordón inclinando el electrodo de acuerdo a la Fig. 10 c. Deposite el tercer cordón inclinando el electrodo de acuerdo a la Fig. 11

Algunos ejemplos de uniones soldadas en ángulo son:

Ángulo en Rincón Ángulo en Solape

Ángulo en Esquina

Ángulo en Ranura

Figura. 9

Figura. 11Figura. 10

Acoplamientos

Los acoplamientos son sistemas de transmisión de movimiento entre dos ejes o árboles, cuyas

misiones son asegurar la transmisión del movimiento y absorber las vibraciones en la unión entre

los dos elementos.

Las vibraciones son debidas a que los ejes no son exactamente coaxiales, es decir, no tienen el

mismo eje. Hay desalineaciones angulares o radiales, aunque lo normal es que se presente una

combinación de ambas.

Idealmente la relación de transmisión es 1, pero a veces un eje puede tener más velocidad en

un intervalo del ciclo que en otro.

Algunos tipos de acoplamientos pueden funcionar como "fusible mecánico", permitiendo su

rotura cuando se sobrepase cierto valor de par, salvaguardando así partes delicadas de la

instalación que son más caras. Esto se consigue fabricando el acoplamiento o parte de él con

materiales menos resistentes o con secciones calculadas para romper con un determinado

esfuerzo.

El termino acoplamiento o cople se le da a un dispositivo que se utiliza para unir dos ejes en sus

extremos con el fin de transmitir potencia. Existen dos tipos generales de acoplamientos rígidos y

flexibles. Los acoplamientos rígidos se diseñan para unir dos ejes en forma apretada de manera

que no sea posible que se genere movimiento relativo entre ellos.

Este diseño es deseable para ciertos tipos de equipos para los cuales es deseable que allá una

alineación precisa de dos ejes que puede lograrse. En tales casos, el cople debe diseñarse de

manera que sea capaz de transmitir el torque en los ejes.

“En la figura se muestra un cople rígido común, en el cual los rebordes o pestañas se montan en los extremos de cada

eje y se unen por medio de una serie de tornillos. Así la trayectoria de la carga del eje impulsor hacia su pestaña,

mediante los tornillos, hacia la pestaña que embona y hacia fuera al eje que es impulsado. El torque coloca a los

tornillos ante esfuerza de corte. La fuerza total de corte en los tornillos depende del radio”.

Clasificación de los Acoplamientos

Los acoplamientos se clasifican en función de la posición del eje geométrico de los árboles que

se han de conectar. Los principales tipos de acoplamiento son: los rígidos, los flexibles, los

hidráulicos y los magnéticos.

MODELO RIGIDO

Este modelo de acoplamiento no permite desalineaciones. Se pueden distinguir 3 tipos:

1. De Manguito: Los ejes se unen mediante una pieza cilíndrica hueca. No admiten

desalineaciones. Se suelen usar para ejes muy largos que no se pueden hacer de una

pieza. Presentan el inconveniente de tener que separar los ejes para sustituirlos, lo cual

puede resultar complicado en algunos casos.

2. De Manguito Partido : Parecidos a los anteriores, pero el acoplamiento está hecho en 2

piezas, que aseguran la transmisión con la presión de los tornillos. Permiten la sustitución

sin tener que desmontar los ejes.

3. De Brida o de Plato : Consta de dos platos forjados con el eje o encajados en ambos

árboles y asegurados por pernos embutidos. Los de este último tipo tienen una pieza

cónica para que la presión de los tornillos apriete las bridas contra los ejes, asegurando así

que no haya rozamiento. Se utiliza por ejemplo para unir una turbina y su alternador,

conexión que exige una perfecta alineación.

MODELO FLEXIBLE

Admite desalineaciones. Se puede clasificar en dos grandes grupos:

1. Rígidos a Torsión : No amortiguan vibraciones a torsión. Dentro de este grupo

encontramos otros subgrupos:

Junta Cardan : Permiten elevados des-alineamientos, tanto angulares como radiales. De

hecho, se suelen usar para transmitir movimiento entre ejes paralelos.

Juntas Homocinéticas : Poseen una pieza intermedia con bolas, lo cual permite elevadas

desalineaciones. Son típicas en automoción (caja de cambios-rueda).

Junta Oldham : Como en el caso anterior, presenta una pieza intermedia. En este caso se

trata de una pieza cilíndrica con dos salientes prismáticos perpendiculares. Admite

desalineaciones radiales.

Flexible Dentado : Unos dientes son los que se encargan de transmitir el movimiento. No

llevan la evolvente normal, sino que están redondeados en la cabeza para permitir

desalineaciones angulares (elevadas) y radiales (pocas). También permite desalineaciones

axiales, dependiendo de la longitud de los dientes.

Una variación de este tipo de acoplamiento bastante abundante en los catálogos comerciales,

es el siguiente, en el que la corona exterior que une a las dos bridas en las que se acoplan los ejes,

se construye de plástico, permitiendo cierto grado de amortiguamiento.

De Cadena : Consta de dos bridas unidas a los ejes mediante prisioneros y de una cadena

doble, que engrana sobre unos dientes. Fácilmente desalineable.

De Barriletes : Parecido al dentado, sólo que los dientes son abombados. Permite

desalineaciones. Usado en sistemas de elevación (polipastos).

2. Acoplamientos Elásticos . Absorben vibraciones a torsión. La transmisión del par no es

instantánea. Clasificación:

De Diafragma Elástic o : Se caracteriza por presentar los platos provistos de pernos de

arrastre, cuyo movimiento se produce a través de una conexión elástica. Admite

desalineaciones.

De Resorte Serpentiform e : Formado por dos bridas con almenas por las que pasa un fleje

en zig-zag.

De Manguito Elástico : Es cilíndrico pero con muchos cortes radiales, dando la apariencia

de un muelle. Permite mucha desalineación y es de reducido tamaño, si bien no permite la

transmisión de elevados pares. Muy utilizado en electrodomésticos.

Semielástico de Teto nes : Formado por dos bridas unidas por pernos, pero separadas por

un material elástico.

De Banda Elá stica : Formado por dos bridas unidas por una banda de caucho.