Uniones Soldadas

Diseño de Productos Inteligentes

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5 Uniones SoldadasSe 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 SoldaduraEntre los procesos de soldadura más comúnmente aplicados tenemos:

5.1.1 Soldadura de PuntoLas 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.

5.1.2 Soldadura al Arco Manual (Metal Manual Arc Welding (MMA) o ShieldedMetal 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.


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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.


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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.


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5.1.5 Soldadura OxiacetilénicaEste 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.


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5.2 Tipos de Uniones SoldadasTenemos los siguientes tipos de uniones soldadas

A Tope o Biseladas (Butt Weld) Filete (Fillet) Tapón (Plug Weld)

5.3 Posiciones de SoldarLas posiciones de soldar se especifican de acuerdo a la siguiente figura. Los soldadores califican según la posición en que pueden soldar.


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


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5.4.1 Ejemplos de Simbología


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A continuación se muestra un grupo de uniones soldadas comúnmente usadas.

Nº DesignaciónRepresentaciónsimplificada

Símbolo Nº DesignaciónRepresentaciónsimplificada

Símbolo

1

De planchas conrebordes fundiendo completamente éstos * 8

A tope con chaflán en U en una sola chapa (o en J)

2 A tope sin chaflán 9

A tope con cordónde penetración después del ranurado

3A tope con chaflán en V

10En el ángulo interior

4A tope con chaflán en V en una sola chapa 11 De ranura

5 A tope con chaflán


1

en E incompleto

12 Por puntos

6A tope con chaflán en Y incompleto en u8na sola chapa

13 En línea continua a solapa7

A tope con chaflán en U (o en tulipa)

* Si no deben desaparecer por completo utilizar el símbolo de la soltura a tope sin chaflán

Figura 1


1

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 2.

5.4.2 ElectrodosLa 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


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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

5.5.2 Soldadura de FileteSe asume que la sección resistente es la garganta w del cordón, tal como se muestra en la figura siguiente.

√


1

w

t

Se usa con frecuencia la siguiente aproximación

⁄ (1)

El criterio de diseño según AWS es

Una forma rápida para definir el espesor del cordón de soldadura en función del espesor de las planchas a soldar es el siguiente:


1

Tabla 1. RULE – OF – THUMB FILLET WELD SIZES

PLATE THICKNESS (t)

STRENGTH DESIGN RIGIDITY DESIGN

FULL STRENGTH( ⁄ ) 50% OF FULLSTRENGTH WELD( ⁄ )

33% OF FULLSTRENGTH 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 7/16

2 1 1/2 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 5/8 2 1 3/4

2 3/4 2 1 3/4

3 2 1/4 1 1/8 3/4

Ejemplo 1Encuentre el valor del esfuerzo en la siguiente unión soldada

t

L


1

t

P

√ √


1

5.5.3 Grupos de Uniones Soldadas

5.5.3.1 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

r

C

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,


1

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


1

5.5.4 Mínimo Espesor de SoldaduraPara 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


1

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 seguridadN=2 y soldadura E6010.

T = 150 kgf-m

¼”

8”

eR

2


( )

⁄( ) ⁄ [ ]( ) ⁄ [ ]

Verificación material base

⁄ [ ]Ejercicio 4

Determine el espesor de soldadura para la siguiente unión


2

L=1500

P=300 kgf

T=250 kg/n250 =b

Utilice: N=2

FL=58250 psiE 6010

5mm

a=100

( ) ( )( ) ( )

( ( ) ( ))( ) ( )

⁄ [ ](( ) ( ) )

( ) ( )


2

[ ] [ ]

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