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José Ignacio Lagos Farías
hace 8 años
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1 5 Uniones Soldadas Se produce una unión soldada entre dos piezas mediante fusión localizada de material en la zona de unión, con o sin aporte externo de material. En las uniones soldadas entre aceros, la fusión se logra elevando la temperatura de las piezas a unir hasta que alcanzan el estado líquido. Generalmente se emplea calentamiento a través de la circulación de altas corrientes eléctricas. También existen otros métodos que usan directamente calor para fundir localmente las piezas a unir. Una vez enfriada la unión las piezas quedan firmemente unidas. 5.1 Procesos de Soldadura Entre los procesos de soldadura más comúnmente aplicados tenemos: Soldadura de Punto Las piezas quedan unidas en una zona puntual mediante la aplicación simultánea de presión y una alta circulación de corriente eléctrica durante el tiempo necesario para producir la fusión entre las partes Soldadura al Arco Manual (Metal Manual Arc Welding (MMA) o Shielded Metal Arc Welding (SMAW) Se genera un arco eléctrico entre un electrodo que se consume y las partes a unir. El electrodo posee un diámetro entre 3/32 y ¼, y un largo de unos 30 cm. Posee un recubrimiento que al llegar a una cierta temperatura se gasifica generando una atmósfera inerte que protege la zona de soldadura mientras se consolida. Tiene la ventaja de que el equipamiento utilizado es simple, muy portable y de bajo costo. Es el proceso preferido para soldar plancha mediana a gruesa en terreno. La desventaja es que hay pérdida de material por los remanentes del electrodo y el cordón es interrumpido cada vez que hay que renovar el electrodo. 1

Generalmente se emplea calentamiento a través de la circulación de altas corrientes eléctricas. También existen otros métodos que usan directamente calor para fundir localmente las piezas a unir.

2 5.1.3 Soldadura MIG (Metal Inert Gas Welding) Se conoce también en forma genérica como GMAW (Gas metal Arc Welding). Se genera un arco eléctrico entre las piezas a unir y la punta del electrodo. El electrodo que se consume es continuo y se va desenrollando desde un carrete en forma automática, con velocidad ajustable. La atmósfera protectora es proporcionada desde una boquilla que envuelve al electrodo se alimenta desde un estanque. Dado que el electrodo es continuo, este proceso de soldadura es rápido y eficiente. El equipamiento requerido es voluminoso y poco portátil. 2

El electrodo que se consume es continuo y se va desenrollando desde un carrete en forma automática, con velocidad ajustable.

3 3

4 5.1.4 Soldadura TIG (Tungsten Inert Gas Welding) Se conoce también en forma genérica como GTAW (Gas Tungsten Arc Welding). En este caso se usa un electrodo de tunsgteno que no es consumible, y se añade material de aporte para completar la unión soldada. Presenta ventajas para espesores de piezas delgados, ya que el arco no genera calor con capacidad para derretir las piezas como los casos anteriores. También es apropiada para una mayor gama de materiales, incluyendo aluminio y acero inoxidable. 4

5 5.1.5 Soldadura Oxiacetilénica Este proceso de soldadura se realiza aplicando una llama de alta poder calorífico generada a través de la combustión en cantidades relativas ajustables de acetileno y oxígeno. Las piezas a soldar alcanzan de este modo una alta temperatura y se funden en conjunto con el material de aporte. Al enfriarse la unión soldada queda unida con firmeza. 5

6 5.2 Tipos de Uniones Soldadas Tenemos los siguientes tipos de uniones soldadas A Tope o Biseladas (Butt Weld) Filete (Fillet) Tapón (Plug Weld) 5.3 Posiciones de Soldar Las posiciones de soldar se especifican de acuerdo a la siguiente figura. Los soldadores califican según la posición en que pueden soldar. 6

3 Posiciones de Soldar Las posiciones de soldar se especifican de acuerdo a

7 5.4 Simbología Se usa en la práctica con mayor frecuencia la simbología de la AWS, mostrada en la figura siguiente. 7

8 5.4.1 Ejemplos de Simbología 8

9 A continuación se muestra un grupo de uniones soldadas comúnmente usadas. Nº Designación 1 De planchas con rebordes fundiendo completamente éstos * Representación simplificada 2 A tope sin chaflán 9 Símbolo Nº Designación 8 A tope con chaflán en U en una sola chapa (o en J) A tope con cordón de penetración después del ranurado Representación simplificada Símbolo 3 A tope con chaflán en V 10 En el ángulo interior 4 A tope con chaflán en V en una sola chapa 5 A tope con chaflán 11 De ranura 9

9 Símbolo Nº Designación 8 A tope con chaflán en U en una sola chapa (o en J) A tope con cordón de penetración después del

10 en E incompleto 6 7 A tope con chaflán en Y incompleto en u8na sola chapa A tope con chaflán en U (o en tulipa) 12 Por puntos 13 En línea continua a solapa * Si no deben desaparecer por completo utilizar el símbolo de la soltura a tope sin chaflán Figura 1 10

13 En línea continua a solapa * Si no deben desaparecer por

11 SITUACIÓN DE LOS SÍMBOLOS CON RELACIÓN A LA LÍNEA DE REFERENCIA Explicación Representación simplificada Representación simbólica Los símbolos se colocan sobre la línea de referencia si la soldadura se hace por su lado. Los símbolos se colocan debajo de la línea de referencia si la soldadura se hace por el lado contrario. Los símbolos se colocan encima de la línea de referencia si la soldadura se hace en el plano de la junta. Figura Electrodos La nomenclatura de acuerdo a la AWS y que se usa más frecuentemente en chile es designar al electrodo por un código XXYZ, donde XX indica la resistencia de la soldadura en Kpsi, Y indica el tipo de uso, y Z indica el tipo de recubrimiento. Por ejemplo E6011 indica un electrodo para soldar al arco con 60 Kpsi de resistencia admisible, el primer 1 indica uso general, y el segundo 1 indica el tipo de recubrimiento. El recubrimiento es el que se gasifica y proporciona la atmósfera inerte para que la soldadura se produzca sin ocurrencia de depósitos indeseables en el cordón. 5.5 Diseño de Uniones Soldadas 11

Los símbolos se colocan encima de la línea de referencia si la soldadura se hace en el plano de la junta. Figura 2. 5.4.

12 5.5.1 Uniones a Tope El criterio de diseño para este tipo de soldaduras es el siguiente: Para la unión a tope con esfuerzos de tensión según AWS Para la unión a tope con esfuerzos de corte según AWS Soldadura de Filete Se asume que la sección resistente es la garganta w del cordón, tal como se muestra en la figura siguiente. 12

tope con esfuerzos de corte según AWS 5.

13 w t Se usa con frecuencia la siguiente aproximación El criterio de diseño según AWS es (1) Una forma rápida para definir el espesor del cordón de soldadura en función del espesor de las planchas a soldar es el siguiente: 13

para definir el espesor del cordón de soldadura en

14 PLATE THICKNESS (t) Tabla 1. RULE OF THUMB FILLET WELD SIZES STRENGTH DESIGN FULL STRENGTH ( ) 50% OF FULL STRENGTH WELD ( ) RIGIDITY DESIGN 33% OF FULL STRENGTH WELD ( ) 1/4 3/16 3/16 * 3/16 * 5/16 1/4 3/16 * 3/16 * 3/8 5/16 3/16 * 3/16 * 7/16 3/8 3/16 3/16 * 1/2 3/8 3/16 3/16 * 9/16 7/16 1/4 1/4 * 5/8 1/2 1/4 1/4 * 3/4 9/16 5/16 1/4 * 7/8 5/8 3/8 5/16 * 1 3/4 3/8 5/16 * 1 1/8 7/8 7/16 5/16 1 1/4 1 1/2 5/16 1 3/8 1 1/2 3/8 1 1/2 1 1/8 9/16 3/8 1 5/8 1 1/4 5/8 7/16 1 3/4 1 3/8 3/4 7/ /2 3/4 1/2 2 1/8 1 5/8 7/8 9/16 2 1/4 1 3/4 7/8 9/16 2 3/8 1 3/4 1 5/8 2 1/2 1 7/8 1 5/8 2 5/ /4 2 3/ / /4 1 1/8 3/4 Ejemplo 1 Encuentre el valor del esfuerzo en la siguiente unión soldada 14

3/16 * 3/16 * 3/8 5/16 3/16 * 3/16 * 7/16 3/8 3/16 3/16 * 1/2 3/8 3/16 3/16 * 9/16 7/16 1/4 1/4 * 5/8 1/2 1/4 1/4 * 3/4 9/16 5/16 1/4 * 7/8 5/8 3/8 5/16 * 1 3/4 3/8 5/16 * 1

15 t t P L 15

16 Diseño de Productos Inteligentes Grupos de Uniones Soldadas Torsión Consideremos un cordón de soldadura de geometría compleja sometido a un momento torsor externo. Se asume que el cordón se deforma linealmente girando un ángulo. df C r M Un elemento diferencial de longitud del cordón contribuye con un fuerza resistente y momento dada por, Luego el esfuerzo de corte en el elemento analizado es: El valor de r que hay que considerar es la distancia del elemento al centro de área del cordón de soldadura. Para efectos prácticos y rapidez de cálculo para un cordón de soldadura generalmente se hace la aproximación, 16

df C r M Un elemento diferencial de longitud del cordón contribuye con un fuerza resistente y momento dada por, Luego el esfuerzo de corte en el elemento

17 Los valores de se obtienen de tablas, como se ilustra en la siguiente tabla, 17

18 5.5.4 Mínimo Espesor de Soldadura Para que la soldadura produzca una unión sólida y de máxima resistencia es necesario en la práctica aplicar un espesor mínimo según el espesor de plancha a soldar. Una sugerencia práctica se obtiene de la siguiente tabla Ejercicio 1 Calcule el modulo resistente a la flexión del siguiente cordón de soldadura d w 18

19 Ejercicio 2 Calcule el modulo resistente a la torsión del siguiente elemento ( ) t d w 0 ( ) Ejercicio 3 Calcule el sordón de soldadura para el empotramiento de la figura usando coeficiente de seguridad N=2 y soldadura E6010. T = 150 kgf-m ¼ 8 R e 19

sordón de soldadura para el empotramiento de la figura usando

20 ( ) ( ) [ ] ( ) [ ] Verificación material base [ ] Ejercicio 4 Determine el espesor de soldadura para la siguiente unión 20

21 L=1500 P=300 kgf T=250 kg/n 250 =b Utilice: N=2 FL =58250 psi E mm a=100 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ( ) ( )) ( ) ( ) [ ] (( ) ( ) ) ( ) ( ) 21

22 [ ] [ ] 22

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