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PRIMER INFORME UNIONES SOLDADAS
TERCER DEPARTAMENTAL
INTEGRANTES:
Crrillo Rm rez Jose Mnuel
Glici Quiroz Alejndr Pmel
Go mez Angeles Luthn
Gonz lez Aldrc Adolfo Aln
Gutie rrez Cstn ed Ulises
Hern ndez A vil Jhonthn Agust n
Miguel A vil Selene
Molin Hern ndez Adri n
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NDICE
1. Definicio n y Clsificcio n
______________________________________________________________________
3
2. Mteriles y Asociciones interncionles
___________________________________________________ 6
3. Especificcio n de l Solddur
________________________________________________________________
10
4. Principios de Disen o
___________________________________________________________________________
11
5. Crg est tic en solddur
___________________________________________________________________
13
6. Resistenci est tic de solddur
____________________________________________________________ 14
7. Crg din mic en solddur
_________________________________________________________________
17
8. Procesos de Mnufctur
_____________________________________________________________________
21
9. Pruebs e Inspeccio n (Control de clidd)
___________________________________________________ 23
10. Ejemplo Disen o con Crg Est tic
___________________________________________________________ 26
11. Ejemplo Disen o con Crg Din
mic__________________________________________________________
29
12. Conclusiones
____________________________________________________________________________________
31
13. Bibliogrf
______________________________________________________________________________________
34
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1. DEFINICION Y CLASIFICACION
Las soldaduras (ensambles soldados) se utilizan en muchas; aqu
el enfoque estar en su aplicacin en el diseo
de mquinas.
El ensamble soldado se maquina como un montaje, una vez que se
suelda en la configuracin deseada sobre las
superficies donde las dimensiones son crticas. Las superficies
no crticas se pueden dejar tal como quedan
despus de soldarse.
La mayora de los metales se sueldan, aunque algunos son ms
fciles de soldar que otros. El acero al bajo
carbono es uno de los ms fciles de soldar. Las aleaciones de
acero al alto carbono son ms difciles de soldar;
pero, si las piezas estn endurecidas o roladas en fro para
mejorar su resistencia antes de soldarlas, el calor
suministrado por la soldadura tiende a recocerlo localmente,
reduciendo as su resistencia. Por tales razones,
por lo general se recomienda fabricar los ensambles soldados con
acero y aleaciones de acero al bajo carbono.
El aluminio se puede soldar, pero requiere atencin especial para
elegir el proceso y la tcnica.
Este un estudio modesto que no lo convertir de ningn modo en un
diseador experto en soldadura. No
obstante, le brindar el principio y lo remitir a la
literatura.
Varias organizaciones hacen investigacin y publicaciones sobre
soldadura, as como sobre sus requerimientos.
Algunas son:
Asociacin Estadounidense de Oficiales de Carreteras y Transporte
del Estado
(AASHTO)
Instituto Estadounidense de la Construccin con Acero (AISC)
Instituto Estadounidense del Petrleo (API)
Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecnicos (ASME) Sociedad
Estadounidense de Soldadura
(AWS)
Fundacin de Soldadura con Arco, James F. Lincoln Consejo de
Investigacin de Soldadura.
En el campo aeronutico se desarrolla la tendencia a reducir el
uso de remaches en los componentes
estructurales de la aeronave. La soldadura por difusin y el
lser, y la soldadura por haz de electrones se utilizan
para unir los materiales en estos casos. En los aviones
militares hoy en da lo ms implementado es la soldadura
por haz de electrones en la unin de las aleaciones de titanio.
En los grandes aviones comerciales se usan
soldaduras por rayos lser sustituyendo los remaches en grandes
partes del fuselaje. Los nuevos procesos
desarrollados para la industria espacial tambin son
prometedores, como: la soldadura por friccin y la
soldadura de arco de plasma de polaridad variable, que ya se
estn utilizando en cohetes.
La soldadura de metales por arco elctrico requiere la aplicacin
focalizada de calor suficiente para fundir el
material base, mientras se agrega material de relleno compatible
para unir las dos piezas. La soldadura aplicada
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adecuadamente puede ser tan fuerte como el material adyacente a
ella, pero si no est bien aplicada dejara el
ensamble muy debilitado.
Por lo general, el calor se suministra por el acercamiento o el
contacto de un electrodo con la superficie, creando
as un arco que salta del electrodo a la pieza de trabajo. La
mquina de soldadura de arco brinda corriente
alterna o directa con un voltaje suficiente como para crear el
arco elctrico, el cual tiene una temperatura de
entre 6000 y 8000 F, muy arriba del punto de fusin del acero. El
material fundido de relleno es proporcionado
por el electrodo mismo o por un alambre separado que se alimenta
en el arco y se consume en el proceso.
Una buena soldadura requiere la fusin del metal en ambos lados
de la junta, con el metal de la soldadura,
mientras la fusin requiere limpieza atmica. A estas
temperaturas, el oxgeno del aire contamina rpidamente
la superficie con xido del metal. El nitrgeno del aire tambin
influye en la calidad del soldado y suele formar
burbujas en el metal fundido conforme se enfra, causando una
porosidad que debilita la soldadura.
La humedad del aire o sobre el metal causa fragilidad con el
hidrgeno y debilita la soldadura. Para evitar la
contaminacin del material caliente, se suministra un flujo de
material que cubre con escoria el charco del metal
fundido conforme se enfra, o bien, se emplea un chorro de gas
inerte como el argn o el helio para desplazar
el aire. Si la escoria est presente, se descascara cuando se
enfra la soldadura. Una buena soldadura tambin
requiere que la masa fundida penetre en el metal base, haciendo
al final un metal soldado con una combinacin
del material de relleno y el material base. Asimismo, hay una
zona afectada por calor o HAZ, que se forma en
los extremos de la soldadura, como se indica en la figura 12-1.
Esta HAZ puede ser ms dbil que el material
base en aceros de alta resistencia (resistencia de tensin por
arriba de 50 kpsi), o ms fuerte y ms dura que el
material base en aceros de baja resistencia, lo cual favorece la
formacin de grietas. La resistencia del aluminio
se reduce hasta el 50% en la HAZ.
La figura 1-1 presenta la terminologa clsica en soldadura. El
pie se encuentra en el punto de contacto entre la
soldadura y el material base en la cara de la soldadura.
La raz se encuentra en la base de la soldadura. La preparacin de
las piezas para soldar requiere el contorneo
de los extremos, as como una apertura en la raz para permitir
que el calor y el metal de la soldadura penetren
totalmente. Una apertura de raz podra requerir del uso de una
tira de respaldo para mantener el charco
fundido en su lugar, hasta que se solidifica.
El refuerzo es la cantidad de soldadura que sobresale por arriba
de la superficie del metal base. La dimensin
de la garganta, la cual sirve para determinar el rea de
esfuerzo, excluye el material de soldadura fuera del
grosor de la pieza o el contorno de la soldadura.
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Tipos de soldadura de uso comn
Soldadura de arco elctrico con electrodo revestido (SMAW)
Utiliza trozos de electrodos (varillas) que estn recubiertas con
fundente en el exterior. Conforme el arco funde
el electrodo, el fundente licuado fluye hacia el charco para
cubrirlo y protegerlo del contacto con el aire. El
mtodo se utiliza comnmente en exteriores o para reparaciones de
campo, ya que no produce gas que sea
arrastrado por el viento.
Soldadura de arco con ncleo de fundente (FCAW)
Emplea un electrodo de alambre hueco, con el fundente atrapado
en su ncleo hueco. Este es un proceso
continuo y ms eficiente. Los electrodos estn disponibles, con o
sin un chorro de gas inerte. El gas inerte facilita
su uso en interiores, pero con el electrodo correcto se puede
usar tambin sin gas.
Soldadura de arco de gas con electrodo metlico (GMAW)
Conocida tambin como soldadura MIG (electrodo con gas inerte),
emplea un electrodo de alambre sin
fundente. Se dirige un gas inerte hacia la soldadura para
desplazar el aire. Esto produce soldaduras ms limpias
pero no se puede utilizar en exteriores si el viento sopla a ms
de 5 mph.
Soldadura de arco de gas con electrodo de tungsteno (GTAW)
Conocida tambin como TIG (tungsteno con gas inerte) o soldadura
Heliarc, emplea un electrodo de alambre
de tungsteno que no se consume. Por separado, se alimenta una
varilla o alambre de metal al charco fundido.
Un gas inerte como el argn se dirige hacia la soldadura para
protegerla. El gas que se us originalmente fue el
helio, del cual proviene el nombre heliarc. Este mtodo se
utiliza a menudo sobre aluminio, titanio y magnesio,
as como en reparaciones finas. Brinda una soldadura limpia,
aunque en exteriores tiene la misma limitacin por
el viento que la GMAW.
Soldadura de arco sumergido (SAW)
Usa fundente pulverizado aplicado en una cantidad tal que
sepulta o sumerge toda la soldadura en un manto
tan grueso que no se observa el arco. El operador slo necesita
proteccin transparente para los ojos.
Despus de que la soldadura se enfra, se cepilla o aspira el
polvo remanente para volver a utilizarlo.
Tal proceso se limita a soldaduras sobre superficies altas y es
ms adecuado en la produccin de soldaduras en
un taller, donde el movimiento y la trayectoria del electrodo se
pueden controlar automticamente con un robot
o con guas semiautomticas.
Soldaduras de resistencia
Se aplican en las hojas delgadas de metal. Los electrodos entran
en contacto con el sndwich de metal y una
gran corriente elctrica pasa a travs de las hojas, fusionando
los dos materiales con un punto. Si los
electrodos se mueven a lo largo de las partes con la corriente,
crearn una costura de soldadura. Se suele
emplear un lser para crear el calor necesario. No se agrega un
material de relleno. Generalmente sirven para
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soldar piezas automotrices, as como envolturas de hojas de metal
y otras estructuras de pared delgada, aunque
no se manejan en las secciones de las hojas.
Por qu un diseador debe intervenir en el proceso de
soldadura?
Las tareas del ingeniero de diseo son disear la soldadura de
acuerdo con una buena y aceptada prctica de
ingeniera, dimensionar la soldadura con base en las tcnicas que
se explicarn aqu de modo que se aseguren
contra fallas en el uso esperado, elegir la resistencia
necesaria en el material de la soldadura y especificar la
informacin en un esquema.
2. MATERIALES Y ASOCIACIONES INTERNACIONALES
Dentro del campo de la soldadura industrial, la soldadura
elctrica manual al arco con electrodo revestido es la ms
utilizada. Para ello se emplean mquinas elctricas de soldadura
que bsicamente consisten en transformadores que
permiten modificar la corriente de la red de distribucin, en una
corriente tanto alterna como continua de tensin ms
baja, ajustando la intensidad necesaria segn las caractersticas
del trabajo a efectuar. Los trabajos con este tipo de
soldadura conllevan una serie de riesgos entre los que destacan
los relacionados con el uso de la corriente elctrica, los
contactos elctricos directos e indirectos.
Adems se dan normas de seguridad para la organizacin segura del
puesto de trabajo, los equipos de proteccin
individual y el mantenimiento e inspeccin del material.
Equipos elctricos de soldar
Estn formadas por el circuito de alimentacin y el equipo
propiamente dicho. Sirven para reducir la tensin de red (220
o 380 V) a la. Sus indicaciones no son obligatorias salvo que
estn recogidas en una disposicin normativa vigente. El
circuito de alimentacin est compuesto por un cable y clavija de
conexin a la red y funcionando a la tensin de
220/380 V segn los casos e intensidad variable.
Equipo de soldadura
En funcin del tipo de corriente del circuito de soldeo el equipo
consta de partes diferentes. En equipos de corriente
alterna, transformador y convertidor de frecuencia; en equipos
de corriente continua, rectificador (de lmparas o seco)
y convertidor (conmutatrices o grupos elctricos). Los equipos
elctricos de soldar ms importantes son los
convertidores de corriente alterna-continua y corriente
continua-continua, los transformadores de corriente alterna-
corriente alterna, los rectificadores y los transformadores
convertidores de frecuencia. Adems de tales elementos
existen los cables de pinza y masa, el portaelectrodos y la
pinza-masa, a una tensin de 40 a 100 V, que constituyen el
circuito de soldeo.
Elementos auxiliares
Los principales son los electrodos, la pinza portaelectrodos, la
pinza de masa y los tiles. El electrodo es una varilla con
un alma de carbn, hierro o metal de base para soldeo y de un
revestimiento que lo rodea. Forma uno de los polos del
arco que engendra el calor de fusin y que en el caso de ser
metlico suministra asimismo el material de aporte. Existen
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diversos tipos pero los ms utilizados son los electrodos de
revestimiento grueso o recubierto en los que la relacin
entre el dimetro exterior del revestimiento y el del alma es
superior a 1:3. El revestimiento est compuesto por
diversos productos como pueden ser: xidos de hierro o manganeso,
ferromanganeso, rutilo, etc.; como aglutinantes se
suelen utilizar silicatos alcalinos solubles. La pinza
portaelectrodos sirve para fijar el electrodo al cable de conduccin
de
la corriente de soldeo. La pinza de masa se utiliza para sujetar
el cable de masa a la pieza a soldar facilitando un buen
contacto entre ambos. Entre los tiles, adems de los martillos,
tenazas, escoplos, etc. el soldador utiliza cepillos de
alambre de acero para limpieza de superficies y martillos de
punta para romper la cubierta de las escorias o residuos.
La mquina de soldar puede protegerse mediante dos sistemas, uno
electromecnico (fig.1) Sistema de proteccin
electromecnica que consiste en introducir una resistencia en el
primario del transformador de soldadura (resistencia
de absorcin) para limitar la tensin en el secundario cuando est
en vaco y otro electrnico (fig. 2) Sistema de
proteccin electrnica que se basa en limitar la tensin de vaco
del secundario del transformador introduciendo un
TRIAC en el circuito primario del grupo de soldadura. En ambos
casos se consigue una tensin de vaco del grupo de 24
V,
La pinza portaelectrodos debe ser la adecuada al tipo de
electrodo utilizado y que adems sujete fuertemente los
electrodos. Por otro lado debe estar bien equilibrada por su
cable y fijada al mismo de modo que mantenga un buen
contacto. Asimismo el aislamiento del cable no se debe estropear
en el punto de empalme. Circuito de acometida Los
cables de alimentacin deben ser de la seccin adecuada para no
dar lugar a sobrecalentamientos. Su aislamiento ser
suficiente para una tensin nominal > 1000 V. Los bornes de
conexin de la mquina y la clavija de enchufe deben estar
aislados. Circuito de soldadura Los cables del circuito de
soldadura al ser ms largos deben protegerse contra
proyecciones incandescentes, grasas, aceites, etc., para evitar
arcos o circuitos irregulares. Carcasa La carcasa debe
conectarse a una toma de tierra asociada a un interruptor
diferencial que corte la corriente de alimentacin en caso de
que se produzca una corriente de defecto.
Figura 2.1 Sistema de proteccin electromecnica Figura 2.2
Sistema de proteccin electrnica
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Normas de seguridad
L Sociedd Americn de Solddur ofrece m s de 200 norms de solddur
que se utilizn en todo el mundo en
incontbles industris. Ls norms de l AWS son segurs y obligtoris
debido que son creds por comite s de
profesionles de l solddur voluntrios bjo l utoridd de l Americn
Ntionl Stndrds Institute o Instituto
Ncionl de Normlizcio n Estdounidense (ANSI, por sus sigls en
ingle s).
El proceso de consenso pr escribir y revisr ls norms de l AWS
requiere que los comite s de norms tengn un
membres blnced que represente los fbricntes de equipos, usurios
finles, consultores e investigdores.
El resultdo h sido un mpli bibliotec de norms que se h probdo
que proveen resultdos de lt clidd con
requesitos que tienen sentido en el mundo rel, lguns de ls norms
son ls siguientes:
AWS A2.4:2012 S mbolos Est ndres pr Solddur, Solddur Fuerte y
NDT (English)
AWS A2.4:2012 S mbolos Est ndres pr Solddur, Solddur Fuerte y
NDT (Espn ol)
AWS A3.0:1994 Norm de Te rminos y Definiciones de Solddur (Espn
ol)
AWS A3.0:2010 Norm de Te rminos y Definiciones de Solddur
AWS B1.10:1999 Gu pr l Evlucio n de No Destructiv de Solddurs
(Espn ol)
AWS B1.11:2000 Gu pr l Exmincio n Visul de Solddurs
AWS B1.1:2009 Gu pr l Exmincio n NDT de Solddurs
AWS B5.1:2003 (R2007) Specifiction for the Qulifiction of
Welding
AWS CM Certifiction Mnul for Welding Inspectors
AWS D1.1/D1.1M:2010 Co digo de Solddur Estructurl - Acero
AWS D1.1:2008 Co digo de Solddur Estructurl - Acero en Espn
ol
AWS D1.2/D1.2M:2008 Structurl Welding Code- Aluminum
AWS D1.3:2008 Co digo de Solddur Estructurl - Chp de Acero
AWS D1.5/D1.5M:2011 Co digo de Solddur de Puentes
AWS QC1:2007 Norm pr l Certificcio n de Inspectores de
Solddurs
AWS VIW-M: 2008 Mnul de Referenci de Tller de Inspeccio n
Visul
AWS WI:2000 Libro de Inspeccio n de Solddur
AWS WIT-T:2000 Tecnolog de Inspeccio n de Solddur
AWS WIT-W 2008 Welding Inspection Technology Workbook
AWS WM 1.4 Solddur y Metlurgi
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Norm ISO 4850-1979
Ls norms b sics de seguridd pr relizr solddur de rco ele ctrico
requieren que el montje seguro de un
puesto de trbjo de solddur ele ctric requiere tener en cuent un
serie de norms que se relcionn
continucio n (Figur 2.3).
Puesta a tierra
L instlcio n de ls toms de l puest tierr se debe hcer segu n ls
instrucciones del fbricnte. Es preciso
segurrse de que el chsis del puesto de trbjo est puesto tierr
controlndo en especil ls toms de tierr y
no utilizr pr ls toms de l puest tierr conductos de gs, l quidos
inflmbles o ele ctricos. L tom de
corriente y el csquillo que sirve pr unir el puesto de solddur l
fuente de limentcio n deben estr limpios y
exentos de humedd. Antes de conectr l tom l csquillo se debe
cortr l corriente. Un vez conectd se debe
permnecer lejdo de l mism. Cundo no se trbje se deben cubrir con
cpuchones l tom y el csquillo.
Conexiones y cables
Se debe instlr el interruptor principl cerc del puesto de
solddur pr en cso necesrio poder cortr l
corriente. Instlr los principles cbles de limentcio n en lto y
conectrlos posteriormente. Desenrollr el cble
del electrodo ntes de utilizrlo, verificndo los cbles de solddur
pr comprobr que su islmiento no h sido
dn do y los cbles conductores pr descubrir lgu n hilo desnudo.
Verificr simismo los cbles de solddur en
tod su longitud pr comprobr su islmiento, comprobndo que el di
metro del cble de solddur es suficiente
pr soportr l corriente necesri.
Figura 2.3 Montaje seguro de puesto de trabajo
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3. ESPECIFICACIN DE LA SOLDADURA
Ls solddurs y l preprcio n de l junt se especificn sobre un
digrm, medinte un form est ndr de
s mbolos de solddur, como se indic en l fi gur 3.1. Como m nimo,
tiene un l ne de referenci y un fl ech. L
col tmbie n es opcionl en el ldo contrrio de l flech. L flech
punt hci l junt y el s mbolo de solddur
define el tipo de solddur (filete, CJP, PJP, etce ter). Los s
mbolos de solddur rrib de l l ne se refieren l ldo
opuesto de l flech; los de bjo de l l ne, l ldo de l flech. L
flech punt hci rrib o hci bjo. Los
s mbolos siempre se leen de derech izquierd, sin importr en cu l
extremo se encuentre l flech. L figur 3.1b
muestr lgunos de los s mbolos de solddur posibles.
Figura 3.1 Smbolos de la AWS para soldadura
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4. PRINCIPIOS DE DISEO
Es tn importnte poner tencio n tnto en l geometr de l solddur
como en sus tmn os, si uno quiere que el
disen o resulte exitoso. Tmbie n es muy importnte configurr ls
solddurs de modo que hy un tryectori de
crg sensible y segur, con l finlidd de ubicr los puntos de
reccio n de ls crgs plicds. --
1. Proporcione un rut pr que ls fuerzs plicds entren l(s) seccio
n(es) del ensmble solddo que
se(n) prlel(s) l fuerz plicd.
2. Ls fuerzs seguir n ls ruts m s r gids de l estructur, de modo
que es mejor tener un rigidez
reltivmente uniforme y distribuir de mner equittiv ls crgs de
reccio n en l solddur.
3. No existen elementos secundrios en ls solddurs. Se trt en
esenci de un piez. No obstnte, ls
solddurs pueden ser primris o secundris. Un solddur primaria
trnsport directmente l crg
complet y su fll provoc que el ensmble solddo flle. Ls solddurs
secundarias so lo mntienen ls
prtes junts y experimentn pequen s fuerzs sobre ells.
4. Si es posible, no somet ls solddurs flexio n. Si existen
momentos de flexio n, intente ubicr ls solddurs
cerc de posiciones con momento bjo o igul cero, o bien,
configure ls solddurs pr mnejr cortnte
o tensio n/compresio n xiles.
5. Donde se posible, no plique crgs de tensio n trve s del
espesor trnsversl del mteril bse (es decir,
trve s de l vet). Los metles forjdos tienen l vet en direccio n
del roldo y son ligermente m s de biles
trve s de l vet que lo lrgo de l mism. Ls solddurs crgds l
tensio n en l seccio n trnsversl
pueden generr microcnles de goteo del mteril debjo de l solddur.
Son preferibles ls crgs de
corte plicds trve s de l superficie de un solddur.
6. Donde el tmn o de l seccio n cmbi trve s de un junt, se
estrech el mteril lrededor de e st pr
mejorr el flujo de fuerz y reducir l concentrcio n de
esfuerzos.
L figur 4.1 muestr disen os lternos de un gncho solddo un vig.
En el inciso a se muestr un configurcio n
inferior, en l cul el gncho est girdo 90, de modo que l crg es
soportd por l pestn de l vig. Como l
tryectori m s r gid soport l myor de l crg, l pequen longitud de
solddur que brc l membrn
centrl mnejr l myor de l fuerz. Si l longitud complet de l
solddur se dimension pr tener niveles
ceptbles de esfuerzo, puede fllr, porque l distribucio n no
uniforme de esfuerzos, trve s de l pestn ,
sobrecrg l seccio n centrl de l solddur. L flexibilidd de l
pestn cerc de sus extremos reduce su cpcidd
pr trnsmitir crg l membrn centrl. Observe ls flechs de flujo de
l crg de cd disen o. El inciso b
muestr un configurcio n ceptble donde l crg del gncho se
trnsfiere directmente hci l membrn de l
vig en I, trve s de l solddur.
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Figura 4.1 Ejemplos aceptable y deficiente de juntas
soldadas
L figur 4.2 muestr un ensmble similr que utiliz un vig de seccio
n rectngulr. En el inciso a (figur 3.4), l solucio n que
funciono en l figur 3.3 es hor un solucio n inferior, porque l
crg plicd en el centro de l superficie inferior de l seccio n
debe vijr trve s de ell pr lcnzr el ldo de l membrn que soport
ls fuerzs en l vig. Est solddur experiment
flexio n. En el inciso b se present un mejor configurcio n,
donde se redisen o el gncho pr soldrlo directmente en los ldos
de ls membrns, exponer l solddur l corte y soportr ls fuerzs en
ls secciones prlels l crg, ls cules son m s
fuertes l flexio n que l seccio n de l membrn. Observe ls fl
echs del flujo de fuerzs de cd disen o.
Figura 4.2 Ejemplos aceptable y deficiente de juntas
soldadas
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L figur 4.3 ilustr prtes soldds de diferente ncho o diferente
espesor. El co digo D1.1 AWS de solddur exige un
estrechmiento de, por lo menos, 2.5:1 ( 22) en todo este tipo de
uniones, de un extremo otro de ls junts tope de tmn o
no uniforme, cundo est n c clicmente crgds.
Figura 4.3 Las juntas disparejas se deben estrechar
5. CARGA ESTTICA EN SOLDADURA
Comprdo con el c lculo de esfuerzos en piezs de m quins con
geometr complej, el c lculo de esfuerzos en
solddurs es bstnte sencillo. Si se evitn solddurs crgds l flexio
n, por lo generl ls crgs ser n de
tensio n/compresio n direct o de corte directo. En culquier cso,
l ecucio n de esfuerzo es simple. Pr tensio n o
compresio n xil, el esfuerzo norml se definio como:
=
El cortnte directo, que es comu n en solddurs, se definio
como:
=
En mbos csos, P es l crg plicd y A o Acortante es el re de l
solddur. Pr un junt tope con solddur
con CJP l tensio n o compresio n, el re de l grgnt de l solddur
es igul l seccio n trnsversl de l piez
m s pequen de l junt. Pr un solddur con PJP l tensio n o
compresio n o un solddur de filete l tensio n,
compresio n o cortnte, el re es simplemente l dimensio n t de l
grgnt multiplicd por l longitud de l
solddur. L figur 5.1 define el tmn o de l grgnt pr vris
solddurs. Observe que si un junt T soldd
en filete est sometid un crg de tensio n o de corte, l solddur
experimentr un esfuerzo de corte y tmbie n
puede tener un esfuerzo de tensio n. Ls res de fusio n, entre l
solddur y el metl bse, tienen uno o mbos tipos
de esfuerzos plicdos, dependiendo de l crg.
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Figura 5.1 Dimensiones de la garganta en juntas soldadas
6. RESISTENCIA ESTTICA DE SOLDADURA
Se estudio ls teor s de fll est tic; se concluyo que l fll est
tic se debe l esfuerzo cortnte y que l teor de
l energ de distorsio n define un nivel seguro de esfuerzo pr un
mteril du ctil, usndo un fctor de seguridd
desedo. Los metles empledos en solddur y los mteriles de relleno
son du ctiles, de modo que l teor es
plicble. En l industri de l solddur pruebs exhustivs relizds en
ensmbles solddos generron buenos
dtos sobre resistencis permisibles en solddurs y ensmbles
solddos. El nu mero de piez tiene un E, seguid
de cutro o cinco d gitos, de los cules los dos o tres primeros
definen su resistenci u ltim m nim l tensio n en
kpsi, en tnto que el resto indicn l posicio n en l que se pueden
utilizr y su recubrimiento.
Esfuerzos residuales en soldaduras
Ls solddurs siempre tienen grndes esfuerzos de tensio n
residules. Se debe que el metl de l solddur se
expnde proximdmente seis veces su elongcio n por fluenci cundo
se funde. Cundo se enfr , se encoje en l
mism proporcio n. Los metles que no son so lidos tienen 600%de
elongcio n por fluenci, lo cul signific que el
mteril de solddur cede l tensio n conforme se encoje, y que el
metl bse so lido dycente l solddur no
puede moverse junto con e l. Existe un esfuerzo equilibrnte de
compresio n formdo en el metl bse dycente y l
distribucio n del esfuerzo residul luce como l figur 6.1 cundo
se enfr . Con un metl de solddur disprejo l
bj (es decir, m s de bil) se reducir el esfuerzo residul debido
su menor resistenci l fluenci. No se
recomiend usr un metl de solddur excesivmente disprejo l lt en
ningu n cso, pues esto fvorecer un
disen o no conservdor.
Direccin de la carga
L direccio n de l crg plicd contr el eje de l solddur produce un
grn efecto sobre l resistenci en
solddurs de filete. Ls pruebs demuestrn que ls solddurs de
filete crgds de mner trnsversl l eje
myor de l solddur, tienen un resistenci 50% myor que l mism
solddur crgd lo lrgo del eje de l
solddur (ve se figur 12-10). Se debe en prte, que l grgnt
efectiv de un filete crgdo trnsverslmente,
entre dos pres ortogonles, tiene 67.5 en vez de los 45 cundo se
crg longitudinlmente. El plno de 67.5 tiene
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30% m s de re cortnte. Ls solddurs longitudinles tienen l ventj
de permitir m s deformcio n ntes de
ceder, de lo que permiten ls solddurs trnsversles. No obstnte,
ls solddurs se disen n contr l fll por
fluenci porque, un cundo son du ctiles, el volumen de solddur es
muy pequen o, comprdo con l prte
complet, y l mgnitud de l deformcio n de l solddur, entre l
fluenci y l frctur, es demsido pequen pr
dr un dvertenci de fll incipiente.
Figura 6.1 Esfuerzos residuales en soldaduras
Esfuerzo cortante permisible, en soldaduras de filete y con PJP
cargadas estticamente
Pr crg est tic, l AWS recomiend que los esfuerzos cortntes en un
solddur de filete o en solddurs con
PJP se limiten l 30% de l resistenci l tensio n del electrodo,
Exx.
= 0.30 (6.1)
Este vlor tiene un fctor de seguridd intr nseco mnimo contr l
fractura, en un intervlo que v de 2.21 4.06,
pr vris crgs en solddurs que utilizn electrodos con resistenci
de E60xx E110xx en pruebs exhustivs.
L tbl 6-1 present myor detlle de estos fctores de seguridd. Tles
fctores de seguridd y l ecucio n 6.1 se
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bsn en pruebs exhustivs relizds en ensmbles solddos por l AISC y
suponen que l resistenci del mteril
de l solddur est emprejd proximdmente con l bse. El factor
nominal de seguridad de la ecuacin 6.1
generalmente se toma como 2.5, el cual est dentro del intervalo
de valores del factor de seguridad de
soldadura longitudinal de la tabla 6-1.
El co digo de solddur estructurl AWS D1.1 define tmn os m nimos
de solddurs, con bse en el espesor del
mteril que este solddo. Algunos de tles dtos se presentn en l
tbl 6-2. El tmn o m nimo de solddur es
pr grntizr que se plic suficiente clor pr logrr un buen fusio
n.
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7. CARGA DINMICA EN SOLDADURA Ls piezs crgds din micmente flln
niveles de esfuerzo mucho menores que ls piezs crgds est ticmente.
En ese cp tulo se prendio cerc de esfuerzos de ciclo invertido,
repetidos y vribles; tmbie n se prendio que l presenci de l
componente de esfuerzo medio, junto con l componente de esfuerzo
lternnte, empeorn l situcio n, por lo que se requiere un n lisis de
l l ne de Goodmn, Gerber o Soderberg. Ls componentes de esfuerzo
medio y lternnte m y a, el intervlo de esfuerzo , l rzo n de
esfuerzo R y l rzo n de mplitud A, se definieron en ls ecuciones
7.1a 7.1d, que qu se repiten por convenienci.
Efecto del esfuerzo medio sobre la resistencia a la fatiga en un
ensamble soldado Los ensmbles solddos crgdos din micmente se
comportn de un modo sorprendentemente diferente l de ls prtes no
soldds, en los cules el esfuerzo medio es irrelevnte pr l fll l
ftig potencil. L figur 7.1 muestr dtos de prueb l ftig tnto de
muestrs no soldds como soldds. Ls muestrs no soldds ern brrs de
cero rolds en cliente, de seccio n trnsversl rectngulr, crgds l
tensio n/compresio n xiles. Ls muestrs soldds ern piezs cortds de l
mism brr, que despue s se unieron trnsverslmente con solddurs con
CJP tope, usndo l mism geometr integrl, el mismo mteril y el mismo
cbdo de ls no soldds. Ls muestrs se probron con crg xil rzones de
esfuerzo R de 1/4 (vrible), 0 (repetido) y 1 (ciclo invertido). Ls
primers dos tienen esfuerzo medio diferente de cero y l u ltim el
esfuerzo medio igul cero.
Figura 7.1 Datos de resistencia a la fatiga en partes no
soldadas y soldadas con varias razones de esfuerzo
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Los dtos de resistenci l mite l ftig y de ftig pr ensmbles
solddos no se obtienen prtir de muestrs de
lbortorio pulids, sino de ensmbles solddos reles, con un mpli gm
de configurciones. Ests muestrs de
prueb tmbie n son grndes (piense en l dimensio n de piezs de
edificios y puentes) y est n hechs de cero roldo
en cliente con superficies rectificds, esfuerzos residules
provenientes del proceso de roldo, y solddurs reles
con concentrciones de esfuerzos y esfuerzos residules de tensio
n.
Entonces, no se deben utilizr fctores pr estos dtos de prueb l
ftig ni reducirlos pr que coincidn con ls
piezs, con bse en el tmn o, el cbdo superficil, etce ter, y que
ls piezs son similres ls muestrs de
pruebs en tles spectos.
Efecto de la configuracin del ensamble soldado sobre la
resistencia a la fatiga
L resistenci l ftig de un ensmble solddo tmbie n vr de cuerdo
con l presenci, o usenci, de
discontinuiddes en l geometr del ensmble y ls junturs de
solddur, ls cules cren concentrciones de
esfuerzos,* de modo que ls muestrs de prueb se hicieron
deliberdmente con concentrciones de esfuerzos en
form de solddurs discontinus y dicio n de refuerzos, s como tods
ls vrieddes de junts soldds y
solddurs mencionds. L AISC definio y probo muchs configurciones
diferentes de solddurs; dem s, con
bse en l resistenci l ftig del metl bse, ls grupo en ocho ctegor
s identificds como A, B, B, C, D, E, E y
F, en orden decreciente de resistenci pr crg din mic. L ctegor A
es l de myor resistenci y l E l de
menor resistenci l ftig. Observe que F es l resistenci l cortnte
del metl solddo, mientrs ls otrs son
pr l resistenci l tensio n del re de fusio n entre el mteril bse
y el solddo.
L figur 7.2a muestr un prte de l ctegor A. Observe que no tiene
solddurs.
E st es l ctegor m s fuerte y es, en efecto, un referenci contr
l cul se comprn ls otrs ctegor s. L
reltivmente bj resistenci l ftig de est muestr (24 kpsi), comprd
con un vig girtori de muestr del
mismo mteril (proximdmente 30 kpsi), tiene que hcerlo con un tmn
o m s grnde, superficie rectificd,
esfuerzos residules del proceso de roldo en cliente y cortnte
con flm de sus extremos.
L figur 7.2b present solddurs sin interrupcio n que corren por l
longitud complet o ncho de l piez, que
corresponde l ctegor B.
L figur 7.2c es similr l 7.2b, pero tiene refuerzos gregdos. En
l direccio n del esfuerzo, los refuerzos son
cortos (justo del espesor del elemento reforzdo), pero lgo de
esfuerzo fluye del miembro principl hci el
refuerzo, crendo s un concentrcio n de esfuerzos; por lo tnto, l
ctegor del esfuerzo se reduce l ctegor
C. L fi gur 7.2d puede ser culquier de tres ctegor s,
dependiendo del mteril bse y de si el refuerzo de l
solddur est esmerildo l rs. L figur 7.2e tiene un geometr muy
diferente de l 7.2c, pero tmbie n es
ctegor C, considerndo l nota C que se plic, si el tmn o de l
membrn es myor que 0.5 in. L nota C tmbie n
se muestr en l fi gur 7.2e. Observe el nivel de detlle en estos
tipos de muestr de prueb; hy muchos m s en l
especificcio n del AISC.* El metl de l solddur siempre es
proximdmente l ctegor F, excepto en el cso de
un solddur con CJP trnsversl, l cul ser un ctegor B o C,
dependiendo de l elimincio n del refuerzo.
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P gin 19
Tods ls ctegor s, con excepcio n de F, tienen l mism pendiente
de 1/3 y su interseccio n disminuye con cd
letr de ctegor m s lt. L ctegor F que es pr el metl de solddur,
en vez del metl bse cercno l
solddur, tiene un pendiente poco pronuncid de 1/6 y l
interseccio n bj. Observe que ls rodills donde inici
l vid infinit tmbie n vr n con l ctegor : de 2E6 m s de 1E7
ciclos. Ests curvs son lineles en un gr fic
log-log hst llegr l rodill, de modo que se podr n justr ells
ecuciones exponenciles. Pr tods ls
ctegor s, excepto F, el intervlo permisible de esfuerzo l ftig
Sfr es
Figura 7.2 Categoras de resistencia del AISC para piezas
soldadas sometidas a carga de fatiga
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P gin 20
donde N es el nu mero requerido de ciclos de esfuerzo. CF y Ser
(el intervalo de esfuerzo de la resistencia en el lmite
de fatiga) se muestrn en ls tbls 7-5a y b pr uniddes
estdounidenses y del SI, respectivmente. Estos vlores
son pr ceros roldos en cliente con resistencis de fluenci por
tensio n de 36 110 kpsi.
Pr l ctegor F, l cul es pr el esfuerzo cortnte en el metl de l
solddur,
se convierte en :
y CF y Sers de l ctegor F tmbie n se presentn en ls tbls 12-5a y
b. Cconf est ddo en l tbl 7-4.
Los vlores en ls tbls 7-5 se pueden reducir con un fctor de tres
pr emplerlo en luminio. Pr utilizr estos
dtos de resistenci, se clcul el intervlo de esfuerzo plicdo o
bien, y se determin el fctor de seguridd
pr el re de fusio n en tensio n o l cortnte pr el metl de l
solddur, respectivmente, como:
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Otr diferenci entre piezs no soldds y soldds sometids ftig tiene
que ver con el esfuerzo residul de
tensio n en ls solddurs. Recuerde que en el cp tulo 4 se
estblecio que ls flls por ftig se deben exclusivmente
l esfuerzo de tensio n oscilnte. Ls oscilciones del esfuerzo de
compresio n pueden ignorrse sin problem. De
hecho, en el cp tulo nterior se vio co mo utilizr los esfuerzos
residules de compresio n en l zon sujetd de
pernos crgdos pr ocultr prcilmente los esfuerzos oscilntes de
tensio n, plicdos en el perno crgdo l
tensio n. Se considero como un migo l esfuerzo de compresio n en
ls prtes no soldds, crgds din micmente.
Sin embrgo, cundo se incorporn solddurs en un piez, esto y no es
v lido. El esfuerzo oscilnte de compresio n
tmbie n suele cusr griets por ftig.
8. PROCESOS DE MANUFACTURA
En l soldadura por arco, desrrolld principios del siglo XX, el
clor requerido se obtiene de l energ ele ctric.
El proceso puede implicr un electrodo consumible o uno no
consumible. Se produce un rco entre l punt del
electrodo y l piez de trbjo que se v soldr, medinte un fuente de
limentcio n de CA o de CD. Este rco
produce temperturs de unos 30,000 C (54,000 F), mucho myores que
ls que se desrrolln en l solddur con
ox geno y combustible gseosos.
En los procesos de solddur con electrodo no consumible, por lo
generl el electrodo es un electrodo de tungsteno
(fig. 8.1). Debido ls lts temperturs impl cits es necesri un
proteccio n extern de gs pr evitr
FIGURA 8.1 (a) Proceso de soldadura por arco de tungsteno y gas,
conocido anteriormente como soldadura TIG (por
gas inerte y tungsteno, en ingls). (b) Equipo para las
operaciones de soldadura por arco de tungsteno y gas.
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P gin 22
l oxidcio n de l zon de solddur. Comu nmente, se utiliz
corriente direct, CD, y su polridd (es decir, l direccio n del
flujo de l corriente) es importnte. Su seleccio n depende de
fctores como el tipo de electrodo, los metles soldr, l profundidd y
nchur de l zon de solddur. En l polridd direct, tmbie n llmd
corriente direct de electrodo negtivo (DCEN, por sus sigls en ingle
s), l piez de trbjo es positiv ( nodo) y el electrodo negtivo (c
todo). Por lo generl produce solddurs ngosts y profunds (fig. 8.2).
En l polridd invers, conocid simismo como corriente direct de
electrodo positivo (DCEP, por sus sigls en ingle s), l piez de
trbjo es negtiv y el electrodo positivo. L penetrcio n de l solddur
es menor, y l zon de solddo es menos profund y m s nch (fig. 8.2b).
De h que se prefier l DCEP pr l mins met lics y uniones con
seprciones muy nchs. En el me todo de corriente ltern (CA), el rco
puls con rpidez; este me todo es decudo pr soldr secciones gruess y
utilizr electrodos de di metros grndes corrientes m xims (fig.
8.2c). El suministro de clor en l solddur por rco ele ctrico est
ddo por l expresio n:
=
Donde H es el suministro de clor, E el voltje, I l corriente y v
l velocidd l que se desplz el rco lo lrgo de l l ne de solddur. Sin
embrgo, en otros procesos de solddo, so lo un pequen porcio n del
clor teo rico generdo v l re inmedit de solddo.
FIGURA 8.2 Efecto de la polaridad y el tipo de corriente en los
cordones de soldadura: (a) corriente
directa con polaridad directa; (b) corriente directa con
polaridad invertida; (c) corriente alterna.
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9. PRUEBAS DE INSPECCIN (CONTROL DE CALIDAD) El propo sito
fundmentl de ls inspecciones de l solddur, es el determinr que ls
uniones soldds (weldments) stisfcen los requisitos de clidd e
integridd mec nic estblecidos en el disen o originl. El inspector
debe estr fmilirizdo con los diferentes procesos de solddur y
corte, con los mteriles unir y porte involucrdos; cpz de interpretr
dibujos y plnos, preprr y mntener registros pr que el trbjo de
inspeccio n resulte efectivo. L inspeccio n y pruebs de verificcio
n deben ser relizds, normlmente por un inspector independiente del
fbricnte y los resultdos de dichs inspecciones y pruebs deben ser
reportds l propietrio y l contrtist. El progrm de certificcio n m s
mplimente difundido es el implementdo por l AWS (Americn Welding
Society) que est estblecido en el documento ANSI/AWS QC1, Norm pr l
Certificcio n AWS de Inspectores de Solddur. Niveles de
certificacin AWS de los inspectores de Soldadura L certificcio n
est definid como los ctos de determinr, verificr y dr testimonio
escrito de l clificcio n del personl en relcio n con los requisitos
especificdos, y l clificcio n, por su prte, se define como el
entrenmiento, ls hbiliddes, l experienci y los conocimientos
requeridos l personl pr relizr ls tres de un trbjo espec fico. El
documento AWS QC1:2007 Norm pr l Certificcio n AWS de Inspectores
de Solddur, estblece tres niveles de certificcio n AWS pr personl
de inspeccio n de solddur, mismos que se indicn continucio n:
Inspector de Solddur Certificdo Senior ISCS (Senior Certified
Welding Inspector SCWI);
Inspector de Solddur Certificdo ISC (Certified Welding Inspector
CWI);
Inspector de Solddur Certificdo Asocido ISA (Certified Welding
Inspector Associte - CAWI). L AWS tmbie n h desrrolldo un esquem
orientdo l certificcio n l certificcio n intern de inspectores.
Norm AWS QC2, Prctic Recomendd pr el Entrenmiento, Clificcio n y
Certificcio n de Inspector de Solddur Especilist (ISE) e Inspector
de Solddur Asistente (ISA).
Inspector de Solddur Especilist ISE (Welding Inspector Specilist
WIS); Inspector de Solddur Asistente ISA (Welding Inspector
Assistnt WIA).
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Tabla 9.1 Capacidad y requisitos para la certificacin AWS de
inspectores de soldadura (AWS QC1:2007)
L clidd de l unio n soldd se estblece por medio de pruebs. Se hn
verificdo pruebs estndrizds y procedimientos de prueb. E stos hn
sido emitidos por orgnizciones, como l Americn Society for Testing
nd Mterils (ATSM), l Americn Welding Society (AWS), l Americn
Cociety of Mechnicl Engineers (ASME), l Americn Society of Civil
Engineers (ASCE) y diverss gencis federles (en Estdos Unidos). Ls
uniones soldds se pueden someter prueb medinte pruebs destructivs o
no destructivs. Cd te cnic tiene cierts cpciddes y limitciones, s
como sensibilidd, confibilidd y requerimientos de equipos especiles
y hbiliddes del operrio. Tcnica de pruebas destructivas. Se relizn
con l finlidd de clificr procedimientos de solddur y hbilidd de
solddores y operdores. Ls pruebs destructivs que se someten ls
junts y productos solddos se pueden clsificr en mec nics, qu mics y
metlogr fics. Pruebs destructivs comunes:
Ensyo l tensio n Ensyo de tensio n y cortnte Prueb de dobldo
Ensyo de tencidd l frctur
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Pruebs de corrosio n y termofluenci Durez
Ensyo l tensio n: los ensyos tensio n longitudinl y trnsversl se
relizn en espec menes extr dos de uniones soldds reles y del re del
metl solddo. Despue s se obtienen ls curvs esfuerzo-deformcio n.
Ests curvs indicn l resistenci l fluenci, l resistenci m xim l
tensio n y l ductilidd de l unio n soldd (elongcio n y reduccio n
del re) en diferentes ubicciones y direcciones. Ensyo de tensio n y
cortnte: los espec menes en el ensyo de tensio n y cortnte (Fig.
9.1) se preprn pr simulr ls condiciones ls que se someten ls
uniones soldds: Estos se someten tensio n, por lo que se puede
determinr l resistenci cortnte del metl de l solddur y l ubiccio n
de l frctur. Prueb de dobldo: En un prueb comu n, el espe cimen
solddo se dobl lrededor de un soporte (prueb de dobldo en contorno;
Fig. 9.1b). En otro ensyo, los espec menes se pruebn en el dobldo
en tres puntos (Fig. 9.1c). Ests pruebs yudn determinr l ductilidd
reltiv y l resistenci de ls uniones soldds. Ensyo de tencidd l
frctur: los ensyos de tencidd l frctur utilizn ls te cnics de ensyo
de impcto. Los espec menes Chrp de muesc en V primero se preprn y
despue s se ensy su tencidd. Otro ensyo de tencidd es l prueb de c
d de peso, en l que un peso que ce provee l energ .
Fig. 9.1. (a) Especmenes para pruebas de tensin-cortante
longitudinal y para prueba de tensin-cortante de transferencia. (b)
Mtodo de prueba de doblado alrededor. (c) Doblado transversal de
tres puntos de especmenes soldados.
Pruebs de corrosio n y termofluenci: ls uniones soldds se pueden
someter pruebs de resistenci l corrosio n y termofluenci. Debido l
diferenci de composiciones y microestructurs de los mteriles en l
zon de solddur, puede ocurrir corrosio n preferencil en l zon. Ls
pruebs de termofluenci son importntes pr determinr el comportmiento
de ls uniones y estructurs soldds cundo se someten temperturs
elevds. Tcnica de pruebas no destructivas. Con frecuenci ls
estructurs soldds tienen someterse pruebs no destructivs, en
prticulr pr plicciones cr tics donde l fll de l solddur puede ser
ctstro fic, como en los recipientes presio n, los miembros
estructurles que soportn crgs y ls plnts de genercio n de energ .
Ls te cnics de pruebs no destructivs pr uniones soldds consisten en
los siguientes me todos:
Visules Rdiogrf s (ryos X) De prt culs mgne tics De l quidos
penetrntes Ultrso nic
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Ensyo Visul (VT): como su nombre lo indic, es un ensyo que se
reliz medinte un proceso de inspeccio n visul y brind informcio n
inmedit del re evlud. Segu n l Americn Welding Society (AWS),
medinte este me todo se puede exminr sobre todo, spectos relciondos
con l dimensio n del cordo n, su longitud y tods quells
imperfecciones superficiles (discontinuiddes) que pueden, futuro,
cusr flls de resistenci y ftig del mteril o de ls uniones soldds. L
quidos Penetrntes (PT): este procedimiento se utiliz b sicmente pr
detectr discontinuiddes en mteriles so lidos no porosos como el
cero inoxidble, luminio y sus leciones, cobre, bronce y lto n; dem
s, es uno de los me todos no destructivos m s usdos en l inspeccio
n de solddur y sus cbdos. Se bs en el principio f sico conocido
como cpilridd 1 , y se reliz, b sicmente, medinte l pliccio n sobre
l superficie inspeccionr por inmersio n, broch, pincel o
pulverizcio n, de l quidos de bj tensio n superficil que penetrn
los poros y son retenidos en ls discontinuiddes y fisurs. Prt culs
Mgne tics (MT): medinte este me todo se puede detectr ls
discontinuiddes que se encuentrn sobre o justmente debjo de l
superficie. Es un prueb que se puede llevr cbo en piezs de tmn o y
form vrible, superficies con cbdos solddos y en todo tipo de metles
ferrosos. Rdiogrf o Ryos X (RT): los ryos Gmm, conocidos tmbie n
como ryos X, tienen l propiedd de trvesr los mteriles opcos sin
reflejrse ni refrctrse, pr producir un impresio n fotogr fic.
Ultrsonido (UT): este ensyo utiliz onds cu stics de lt frecuenci no
perceptibles por el o do humno, pr detectr imperfecciones en los
cordones de solddur. Es un prueb ltmente efectiv, y que posibilit l
deteccio n de discontinuiddes superficiles y quells que se
encuentrn ubicds grn profundidd.
10. EJEMPLO DE DISEO CON CARGA ESTTICA Problema El ensmble
solddo de l figur 10.2 tiene solddurs de filete todo lrededor,
entre l tuber y ls plcs de los extremos. Determine el tmn o de l
solddur necesrio pr soportr un crg est tic P = 2700 lb. Se
proporciona El mteril es cero estructurl ASTM 36 y se utiliz un
electrodo de solddur E70xx. L tuber nu mero 40 tiene 4.5 in de di
metro exterior por 0.24 in de espesor. L dimensio n = 15 in y r =
10 in. Suposiciones L solddur tom l crg directmente. El esfuerzo en
l solddur limitr el disen o, y que ls res de fusio n de ls solddurs
de filete son m s grndes que ls res de sus grgnts. Ignore el peso
del brzo y l tuber . Solucin Ve se l figur 10.2.
1. L crg descentrd pone l seccio n de l tuber y de l solddur en
un combincio n de flexio n, torsio n y cortnte directo, en l r z de
l vig en voldizo, donde el momento y el torque son m ximos. Se
supone que l torsio n y el cortnte directo est n uniformemente
distribuidos lo lrgo de l solddur. L ubiccio n del myor esfuerzo
est en l prte superior de l tuber en el pie de l solddur
(identificdo como A), donde el esfuerzo de flexio n provoc l m xim
tensio n. Primero se necesitn clculr ls crgs unitris sobre l
solddur, debids cd modo de crg; luego, obtener l sum vectoril.
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Figura 10.1 Factores geomtricos para analizar la soldadura como
una lnea
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Figura 10.2 Ejemplo
2. E ste es el cso 9 de l figur 10.1, el cul muestr el fctor de
l componente de cortnte directo Aw d. U selo pr obtener l crg
unitri s en el punto A debido cortnte directo.
3. Obteng l crg unitri fb en el punto A, debid l momento de
flexio n medinte l Sw del cso 9.
4. Determine l crg unitri ft en el punto A, debid l momento de
torsio n, medinte el Jw del cso 9.
5. Clcule l mgnitud de l fuerz resultnte en el punto A (l crg m
xim en l solddur).
6. E st es l crg por pulgd de solddur. El re de l grgnt de un
pulgd linel de solddur es igul l dimensio n de l grgnt, de modo que
si se hce el esfuerzo en l grgnt, igul l vlor permisible de l
ecucio n 12.1, se emple est crg unitri y se clcul el re necesri pr
lcnzr ese esfuerzo permisible, se defi nir l dimensio n requerid de
l grgnt. A prtir de l ecucio n 12.1, un electrodo E70 tiene un
esfuerzo permisible de 0.30(70 000) 21 000 psi.
7. E st es l dimensio n de l grgnt, pero ls solddurs de fi lete
se especifi cn por l dimensio n de su piern. Suponiendo un piern de
fi lete igul en un junt de 90, l dimensio n de l piern ser :
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8. Especifique un solddur de filete de 3/16, lo cul stisfce el
tmn o m nimo especificdo en l tbl correspondiente y tiene un fctor
de seguridd de proximdmente 2.5.
9. L solddur entre l tuber y el brzo est sometid un nivel de
esfuerzo menor que en A, debido que el momento de flexio n es cero
en el extremo del voldizo. So lo experiment cortnte directo y
cortnte por torsio n, lo cul represent el 32% del esfuerzo en A. Se
utiliz qu un solddur de 3/16, tmbie n por consistenci de fbriccio
n. Asimismo, e ste es el espesor m nimo pr dich pred.
11. EJEMPLO DE DISEO CON CARGA DINMICA El ensmble solddo de l
figur 10.2 tiene solddurs de filete lrededor de l tuber en ls plcs
de cd extremo. Determine el tmn o de solddur necesrio pr soportr un
crg din mic que vr entre Fmn = 80 lb y Fmx = 600 lb, pr vid infinit
con un fctor de seguridd contr l ftig Nfr = 1.5. Se proporciona: El
mteril es cero estructurl ASTM A36 y se mnej un electrodo de
solddur E70xx. L tuber del nu mero 80 tiene 4.5 in de di metro
exterior por 0.337 in de grueso (3.83 in de di metro interior). L
dimensio n a = 15 in y r = 10 in. Suposiciones: El ensmble solddo
es de ctegor C, unque l solddur podr limitrlo ctegor F.
Solucin:
1- Se h demostrdo que l fll debid l crg din mic, en los ensmbles
solddos, tn so lo depende del intervlo de esfuerzo o de l oscilcio
n entre los vlores m nimos y m ximos de esfuerzo experimentdos
durnte un ciclo. El intervlo de fuerz es Fm x -Fm n = 600 - (-80) =
680 lb.
2- E ste es el cso 9 de l fi gur 12-16, el cul muestr el fctor
de l componente de cortnte directo Aw= d.
Util celo pr obtener l crg unitri fs en el punto A, debido l
cortnte directo.
3- Determine l crg unitri fb, en el punto A, debid l momento de
flexio n medinte el Sw del cso 9.
4. Obteng l crg unitri ft, en el punto A, debid l momento de
torsio n medinte el Jw del cso 9.
5. Clcule l mgnitud de l fuerz unitri resultnte en el punto
A.
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E st es l crg por pulgd de l longitud de l solddur.
6. En l tbl 12.5, l junt de ctegor F tiene un resistenci en el l
mite de
ftig l cortnte Sers, en el intervlo de esfuerzo, = 8000 psi.
Aplique el fctor de
seguridd est resistenci pr obtener el esfuerzo permisible.
7. El re de l grgnt de un pulgd linel de l longitud de l solddur
es igul l dimensio n de l grgnt. De modo que si se hce el esfuerzo
en l grgnt, igul l vlor permisible de l ecucio n (e), se emple est
crg unitri y se clcul el re necesri pr lcnzr ese esfuerzo
permisible, se definir l dimensio n requerid de l grgnt.
8. E st es l dimensio n de l grgnt (in), pero ls solddurs de
filete se especificn por l dimensio n de su
piern. Suponiendo un filete de 45, l dimensio n de l piern ser
:
9. Especifique un solddur de filete de 3/16 (0.187) pr obtener
el fctor de
seguridd especificdo de 1.5. Lo nterior stisfce el tmn o m nimo
especificdo de
l solddur en l tbl 12-2.
10. L solddur entre l tuber y el brzo est sujet un nivel de
esfuerzo menor que el de l solddur en A, debido que el momento de
flexio n es cero en el extremo del voldizo. So lo experiment
cortnte directo y cortnte por torsio n, que es el 32% del esfuerzo
en A. L tbl 12-2 present un solddur de 3/16 pr el espesor de est
pred el mismo tmn o que en A, lo cul fcilit l mnufctur.
11. Tmbie n se necesit verificr que el esfuerzo en el re de
fusio n, entre l solddur y
l tuber , no provoque un fll. Recuerde que so lo el intervlo del
esfuerzo es de preocupcio n en los ensmbles solddos, lo cul se debe
l intervlo de l fuerz de oscilcio n, que qu , de cuerdo con el pso
1, es de 680 lb. Determine el intervlo de
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esfuerzo norml por flexio n y el intervlo de esfuerzo cortnte
por torsio n en el punto A, medinte ls ecuciones:
12. Clcule el esfuerzo m ximo cortnte, los esfuerzos principles
y el esfuerzo de Von Mises que resultn de est combincio n de
esfuerzos, emplendo ls ecuciones:
13. Supong que este ensmble solddo es AISC ctegor C. L tbl 12-5a
present l resistenci l ftig pr vid infinit en un ensmble de ctegor
C, como 10 000 psi. Entonces, el fctor de seguridd es:
12. CONCLUSIONES
Carrillo Ramrez Jos Manuel
En el problem propuesto en el disen o de un ensmble solddo y
crgdo din micmente, en el cul se tiene
por objetivo el determinr el tmn o de l solddur pr soportr dich
crg pr vid infinit y un fctor
de seguridd proporciondo. De cuerdo l mteril bse utilizdo como
tuber , es l clse de electrodo que
se utilizr , que est ddo por l Americn Welding Society (AWS),
este se d obteniendo el vlor promedio
del rngo de resistenci ultim m nim l tensio n, y que se
recomiend que este vlor se proximdmente
precid l del metl bse soldr.
En cunto fll debid crg din mic, depende de un intervlo de
esfuerzo u oscilciones m nimos y
m ximos entre los vlores experimentdos, en este cso un intervlo
de fuerz. Se obtiene l crg unitri
en el eje y (fs) que es debid l cortnte directo. Posteriormente
obtener l crg unitri en el eje z (fb)
que es debid l momento de flexio n, s como, l crg unitri en x
(ft) que es debid l momento de torsio n.
Se clculo l mgnitud de l fuerz unitri |FR|, que es l crg por
pulgd de l longitud de l solddur.
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De cuerdo l tbl de ctegor F tiene un resistenci en el l mite de
ftig l cortnte Sers, en el intervlo
de esfuerzo, y plicndo un relcio n con el fctor de seguridd se
obtuvo el esfuerzo permisible. Pr tener
un dimensio n requerid de l grgnt, se obtiene de l rzo n de l
mgnitud de l fuerz unitri y el
esfuerzo permisible.
Se es necesrio tener un intervlo de esfuerzo norml por flexio n
y de cortnte por torsio n, y no provoque
un fll. Medinte estos vlores se logrron obtener el esfuerzo m
ximo cortnte, los esfuerzos principles
y el esfuerzo de Von Mises que es el resultdo de l combincio n
de estos esfuerzos.
Galicia Quiroz Alejandra Pamela
Ls crcter stics f sics de un solddur impl citmente fectn su
comportmiento. Como lo es el tmn o
de l grgnt, piern e incluso el tipo de mteril utilizdo que
conllev considerr diversos fctores de
seguridd previmente estblecidos de un estudio. Es entonces cundo
l considerr los esfuerzos que
ocurren en l solddur se puede prevenir su comportmiento. Cbe
destcr que se diferenci de l
pliccio n de un crg est tic un din mic. Y que tnto en l est tic
como din mic; el tmn o de l
grgnt y l piern se ven relciondos con l fuerz resultnte
comprendid por los efectos de l tensio n
o compresio n direct, el cortnte directo, l flexio n y l torsio
n.
Sin embrgo, los esfuerzos son distintos. Est ticmente hblndo,
estos son ddos l rreglo del sistem
soldr (doble empotre, voldizo, etc) y los fctores de seguridd
ddos en tbls dependiendo del tmn o
m nimo de solddur por ejemplo. En cmbio, din micmente se deben
considerr los nteriores, el mteril
bse y el re de fusio n que se somete oscilciones dds de un
intervlo de esfuerzos.
Gmez Angeles Lauthan
Puedo concluir que ls solddurs limitn los disen os por el re que
produce l propi solddur l fundirse,
sin embrgo lo m s importnte es tener encuentr en que direccio n
se dr n los esfuerzos s como tmbie n
los tipos de deformcio n los que se expone un piez l soldr en un
voldizo.
L prte m s expuest en culquier de ls solddurs tnto din mic como
est tic es el punto superior de
l r z de l solddur, est se debe reforzr con un solddur que
soporte l crg que se dese soportr,
hy q recordr que l crg provoc un esfuerzo cortnte en l r z del
empotre, dem s en ls crgs
din mics se gregn micro vibrciones. Un vez que nosotros
encontrmos l solddur que trbje mejor
hy q drle un fctor de seguridd de entre 2 y 2.5.
Gonzlez Aldaraca Adolfo Alan
Ls piezs crgds de mner din mic flln niveles de esfuerzo mucho
menores que ls piezs crgds
de mner est tic. Los ensmbles solddos crgdos din micmente se
comportn muy diferentes ls
prtes no soldds, en los cules el esfuerzo medio es desprecible
pr l fll l ftig potencil. L
resistenci l ftig de un ensmble solddo tmbie n vr de cuerdo con
l existenci, o usenci, de
discontinuiddes en l geometr del ensmble y ls junturs de
solddur, ls cules cren concentrciones
de esfuerzos. L resistenci tipo F es l resistenci l cortnte del
metl solddo, mientrs ls otrs son pr
resistenci tensio n del re de fusio n entre el mteril bse y el
mteril solddo, por lo que este disen o es
restringido por el mteril de est solddur.
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Gutirrez Castaeda Ulises
L seleccio n del proceso de solddur pr un opercio n en prticulr
depende del mteril de l piez de
trbjo, de su espesor y tmn o, de l complejidd de su form, del
tipo de unio n, de l resistenci requerid
y del cmbio en l prienci del producto provocdo por l solddur.
Anlizndo el problem 12-4 Disen o
de un ensmble solddo crgdo din micmente, se determino el tmn o
de solddur necesrio pr
soportr un crg din mic que vr entre -80 lbs y 600 lbs, siendo un
cero estructurl ASTM A36. Se
relizron los c lculos pr obtener l crg unitri fs en el punto A
debido l cortnte, fb debido l momento
de flexio n y ft debido l momento de torsio n. Un vez obtenidos
estos vlores, se clculo l mgnitud de l
fuerz resultnte en el punto A, en donde se obtuvo que est
resultnte tendr un vlor de 678lb /in, est
cntidd represent l crg por pulgd de l longitud de l solddur.
Posteriormente se clculo el re de l solddur que fue de 0.180 in
y con est medid su pudo obtener el
fctor de seguridd. De los fctores importntes considerr en el
disen o de un solddur, es que Se pueden
desrrollr discontinuiddes en l zon de solddur (como porosidd,
inclusiones, solddurs incomplets,
hojemientos, dn o superficil y griets). Los esfuerzos residules
y su relevdo tmbie n son fctores que
deben considerrse en l solddur..
Miguel vila Selene
De cuerdo con el disen o del tmn o de l solddur que soport un
crg infinit y su fctor de seguridd,
en el u ltimo ejemplo, se puede concluir y reclcr que es que es
recomendble que el electrodo elegido no
se m s duro que el mteril, de cuerdo l promedio del rngo de
resistenci u ltim m nim l tensio n,
e ste y est definido por l AWS (Americn Welding Society).
En el segundo ejemplo, es decir, con crg din mic, depende de
oscilciones m nims y m xims de los
vlores experimentles. Se obtiene l crg unitri en el eje y (fs)
debid l cortnte directo, (fb) siendo l
crg unitri en eje z (debid l momento de flexio n), y l crg
unitri en x (ft) debido l momento de
torsio n. Posteriormente se clculo l mgnitud de l fuerz unitri
resultnte.
Molina Hernndez Adrian
Es importnte tener en cuent durnte el disen o l posicio n donde
se colocr l solddur y l longitud que
est tendr y que est determinr l cntidd de esfuerzo que pued
soportr dich unio n. Es muy
importnte tener en cuent el tipo de mteril que se utilizr y que
dependiendo de este, nuestro disen o
se ver limitdo y es muy posible que pued fllr.
Existen vris norms de solddur en todos sus tipos, ISO, ASME y
AWS son ls ms utilizds y que ests
nos proporcionn tnto ls medids de seguridd como los dtos y
constntes geome trics y del mteril que
debemos utilizr pr relizr un eleccio n correct en l decisio n
del disen o y s mejorr l clidd de
nuestro producto.
Hernndez vila Jhonathan Agustn
Relizndo el ejercicio de Disen o de un ensmble solddo crgdo din
micmente podemos plicr y
comprobr los conocimientos teo ricos vistos en este tem. Sbemos
que l fll debid l crg din mic,
en los ensmbles solddos, solo depende del intervlo de esfuerzo o
de l oscilcio n entre los vlores
m nimos y m ximos de esfuerzo experimentdos durnte un ciclo. Con
esto se plico los c lculos
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correspondientes y se resolvio el problem, peo llegndo l
conclusio n de que el mteril de l solddur
limit el disen o propuesto.
13. BIBLIOGRAFA
Norton, R. L. (2013). Diseo de Maquinas: un enfoque integrado.
CUARTA EDICION
Me xico D.F.: McGrw Hill/Intermericn Editores, S.A. de C.V.
NEW TRENDS IN WELDING IN THE AERONAUTIC INDUSTRY. Ptricio F.
Mendez. Msschusetts Institute of
Technology. Cmbridge, MA 02139, USA.
Inspector de solddur AWS QC1:2007, Crlos Oliv Minilo
http://itzmn.bnct.ipn.mx/dspce/bitstrem/123456789/3756/1/INSPECCIONYCONTROL.pdf
http://www.metlctul.com/revist/23/procesos_solddur.pdf