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8/12/2019 1 Introd Soldadura Estructv
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INTRODUCCIN A LA SOLDADURA DEESTRUCTURAS EN ACERO
UTN-FRHMaestra/Posgrado Ingeniera Estructural Mecnica
Ing. Eduardo Asta
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Ing. E. Asta Soldadura deEstructuras en Acero
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DISEO DE UNIONES SOLDADAS
ASPECTOS BSICOS
MECNICOS CONDICIONES DE OPERACIN METALRGICOS
TIPOS DE ESFUERZOS
CLCULO ESTRUCTURAL
TEMPERATURA CORROSIN
DESGASTE
SOLDABILIDAD
RIESGO A FISURACIN
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MECANICOS
ACCIONES
CARGAS ESTTICAS CARGAS DINMICAS
TRACCINCOMPRESIN FLEXIN
CORTE TORSIN
COMBINADOS
IMPACTO FATIGA
ALTO N|DE CICLOSHCF
BAJO NDE CICLOSLCF
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Tensin Admisible
a = Y / n
Tensiones Admisibles para el Diseo
Convencional (DTA o ASD)
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Diseo por Factor de Carga yResistencia (DFR o LRFD)
FR = Fwsiendo:FR = resistencia de diseo (MPa)
= factor de resistenciaFw= resistencia nominal (MPa) metal
base o metal de aporte
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Soldaduras de Fileteejem.:Juntas longitudinales de elementos
estructuralesCorte sobre el rea efectiva
DTA o ASD FR = 0,30 FEXX
DFR o LRFD FR = 0,75* 0,6 FEXX
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CONDICIONES DE OPERACION
fluencia a temp.
Alta Temperatura(No permanente)
Creep(cargas estticas)
Creep- Fatiga(LCF)(cargas cclicas
Alta Temperatura(Permanente)
Tenacidad(tenacidad a la fractura)
Cv(Charpy), KIc,JCTOD
Baja Temperatura
TEMPERATURA
Corrosin Generalizada Corrosin Intergranular
Corrosin por Picado yen Rendijas
Corrosin Bajo Tensiones
Oxidacidacin Resistencia a la Intemperie
MEDIO CORROSIVO
RozamientoAbrasinErosin
Cavitacin
DESGASTE
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ASPECTOS METALRGICOS
Carbono equivalente Hidrgeno difusible
Tensiones residuales
Microestructura
ZACMetal de Soldadura
Riesgo a la Fisuarcin en FrioAsistida por Hidrgeno
Contenidode Impurezas
Aporte Trmico
Geometria de junta Composicin qumica
Modo de solidificacin
Metal de Soldadura
Riesgo a la Fisuracin enCaliente
Impurezas(metal base)
Geometra de junta
Aporte trmico
H
ZAC
Fisura por DesgarreLaminar
Comp. qumica impurezasMetal base y soldadura
Factor J y XStep cooling
TenacidadTemperatura de transicin
Riesgo de Fisurasde Fragilizacin por Revenido
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Procesos de Soldadura por Arco (a) soldadura por arco con electrodo revestido
(SMAW) (b) soldadura por arco sumergido (SAW) (c) soldadura por arco elctrico con proteccin
gaseosa o semiautomtica alambre macizo (GMAW
o MIG-MAG) (d) soldadura por arco con alambre tubular(semiautomtica alambre tubular), con o sinproteccin gaseosa. (FCAW)
(e) Soldadura por arco con electrodo de tungstenoy proteccin gaseosa (GTAW o TIG)
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Tipos de juntas para soldadura deestructuras en acero
Juntas con bisel de penetracincompleta (JPC)
Juntas con bisel de penetracin
parcial (JPP) Juntas de filete Soldaduras en botn (tapn) y ranura
(ojal)
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JPC
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JPP
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SOLDADURA DE FILETE
Garganta Terica
a
Cateto tericoc
lw
a
Seccin Resistente
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Mnimo tamao de cateto en soldadura de filetecompatible con los espesores de partes a ser
soldadas .
_________________________________________________________________________ Espesor de material base (T) (1) Cateto mnimo (2)
mm mm____________________________________________________
T< 6 3 (3)
6 < T< 12 512 < T< 20 620< T 8
____________________________________________________
(1) Para procesos de no bajo hidrgeno sin precalentamiento calculadoT es el espesor de la parte ms gruesa a ser soldada. Soldadura de una sola
pasada debe ser utilizada.Para procesos de no bajo hidrgeno pero con clculo de precalentamiento oprocesos de bajo hidrgeno, T es igual ala parte ms fina a ser soldada.
(2) No debe exceder el espesor de la parte ms delgada a ser soldada.(3) Cateto mnimo para estructuras cargadas cclicamente, 5 mm.
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Aceros Estructurales Aceros al carbono : es la aleacin hierro-
carbono conteniendo generalmente 0,008% hasta aproximadamente 2 % decarbono, adems de ciertos elementosresiduales resultantes de los procesos defabricacin.
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Aceros Estructurales Aceros aleados : es el acero al carbono
que contiene otros elementos de aleacino presenta los elementos residuales encontenidos por encima de los que sonconsiderado normales.
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Clasificacin de aceros Aceros al carbono (bajo y alto contenido de
carbono. Aceros de alta resistencia y baja aleacin(HSLA).
Aceros templados y revenidos (HSQT) Aceros de baja aleacin tratables trmicamente(HTLA).
Aceros de procesos termo mecnicamentecontrolados (TMCP). Aceros al cromo-molibdeno.
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Propiedades de aceros HSLA
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Aceros estructurales
415-586290ASTM A529380-550205Grado II415-586240Grado IASTM A524415-550220Grado 60380-515205Grado 55ASTM A516400 min250ASTM A501400 min290Grado B310 min228Grado AASTM A500415 min240Grado Y35ASTM A381414 min241Grado BASTM A139400-490235Grado A, B, CS, D, DS, EASTM A131415 min240Grado BASTM A106
SMAWAWS A5.1E60XXE70XX
AWS A5.5 E70XX-X
SAWAWS A5.17 F6XX-EXXX, F6XX-ECXXXF7XX-EXXX, F7XX-ECXXX
AWS-A5.23 F7XX-EXX-XX, F7XX-ECXXX-XX
415 min250Grado BASTM A53400-550250ASTM A36
Especificacin de proceso y materialde aporte segn AWS
Resist. ala
TraccinMPa
Lmite deFluenciamnimo
MPa
Acero
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Aceros estructurales
E7XTX-X, E7XTX-XM400-490Grado EABS
AWS A5.29 400-490Grado A, B, CS, D, DS
415290Grado X42E7XT-X, E7XT-XM415240Grado BAPI 5L
E6XT-X, E6XT-XM400-550250Grado 36ASTM A709
AWS A5.20 400-490220Grado 58FCAW450-530240Grado 65ASTM A573
450 min345Grado 50
ER70S-XXX, E70C-XXX415 min310Grado 45
AWS A5.28 380 min275Grado 40
ER70S-X365 min250Grado 36
AWS A5.18360 min230Grado 33GMAW y GTAW340 min205Grado 30ASTM A570
Continuacin tabla anterior
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Aceros estructurales
ER70S-X, E70C-XC480 min380Grado 55AWS A5.18 450 min345Grado 50
GMAW y GTAW410 min310Grado 45ASTM A607F7XX-EXX-XX, F7XX-ECXXX-XX450 min310-340ASTM A6065AWS-A5.23 480 min415Grados B y CF7XX-EXXX, F7XX-ECXXX450 min380Grado AASTM A595AWS A5.17 485 min345(< 100 mm)ASTM A588
SAW450 min345Grado 50ASTM A572E7018-X415 min290Grado 42ASTM A572E7015-X, E7016-X450-620310-345Clase 1ASTM A537AWS A5.5 485-620260Grado 70E7018, E7028450-585240Grado 65ASTM A516
E7015, E7016415-485275-345ASTM A441AWS A5.1490-620350Grado AH36, DH36, EH36SMAW470-585315Grado AH32, DH32, EH32ASTM A131
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Aceros estructurales
490-620350Grado AH36, DH36, EH36490-620315Grado AH32, DH32, EH32ABS455-495360Grado X52API 5L450 min345Grado 50ASTM A913415 min290(2-1/2 in y por debajo)ASTM A808
E7XTX-X, E7XTX-XM450 min380Grado A, Clase 2 .ASTM A710AWS A5.29 485 min345Grado 50WE7XT-X, E7XT-XM450 min345Grado 50ASTM A709AWS A5.20 (< 65 mm)FCAW485-620345Grados C, D
ER70S-XXX, E70C-XXX430-570290Grado AASTM A633AWS A5.28 450 min315-345Grado Ib, II, IIIASTM A618
Continuacin tabla anterior
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Seleccin de materiales de aporte
La seleccin del material de aporte para unadeterminada unin soldada se basafundamentalmente en dos criterios:
la igualacin de la resistencia con materialbase
igualacin de resistencia y similitud decomposicin qumica.
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Soldabilidad de los aceros Regiones de la unin
soldada:
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REGIONES DE LA ZAC EN SOLDADURAMULTIPASADA
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Regiones de la unin soldada
ZAC
MS
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Carbono Equivalente Frmula IIW: en % de peso
15
)(
5
)(
6
)( Cu NiV MoCr Si MnC CE
++
+++
++=
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Carbono Equivalente Frmula de Ito y Bessyo : en % de peso
V510
V
15
Mo
20
Cr
60
Ni
20
Cu
20
Mn
30
SiCcmP +++++++=
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Soldabilidad de los aceros
DIAGRAMA DE ENFRIAMIENTOCONTINUO, Curva CCT
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Soldabilidad de los acerosTpico diagrama CCT Acero Cr-Mo
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Productos de transformacin en funcin de velocidades de enfriamientopara soldaduras
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Mediciones de durezas (a) lnea superior (b)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
D u r e z a
H V
T0=150C-HV5
T0=20C-HV1
0
100
200
300
400
500
600
700
D u r e z a
H V
T0=150C-HV5
T0=20C-HV1
(b)
(a)ZAC
Aporte
ZAC
(b)
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Soldabilidad, diagrama de Graville
Zona I: Baja tendencia ala fisuracin
Zona II: Moderadatendencia a lafisuracin
Zona III: Altatendencia a lafisuracin
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INTEGRIDAD ESTRUCTURAL
IntegridadEstructural
Riesgo defisuracin
TenacidadSoldabilidad
--
+
-
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Riesgo a la aparicin de fisuras en fro enla soldadura de aceros estructurales
Este es uno de los mayores problemas de
integridad estructural en las soldaduras deaceros. Puede aparecer tanto en MS como en
ZAC
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Riesgo a la aparicin de fisurasen fro
Factores de riesgo:
- Hidrgeno difusible
- Microestructura- Tensiones
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Formas de control del riesgo a la aparicinde fisuras en fro en la soldadura de aceros
Utilizar procesos y consumibles de bajo nivel de
hidrgeno( ej.: electrodos bsicos) Control del aporte trmico y/o aplicacin deprecalentamiento
Control de la temperatura entre pasadas Aplicacin de poscalentamiento y/o enfriamiento
en material termoaislante Tratamiento trmico posterior a la soldadura
(PWHT) Aplicacin de martillado; shot peening
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Hidrgeno difusibleLos procesos y consumibles de soldadura pueden
ser clasificados en relacin con su contenido dehidrgeno en: de muy bajo, bajo, medio y altonivel .
Muy bajo, menor que 5 ml /100 g. Bajo, entre 5 y 10 ml /100 g. Medio, entre 10 y 15 ml /100 g. Alto, mayor que 15 ml /100 g.
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Distribucin de hidrgeno en metal desoldadura por proceso y tipo de consumible
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Clasificacin Opcional AWS R- Electrodo resistente a la humedad
a 26,7C y 80% rh 9 h < 0,4% humedad HZ- Z = nivel de hidrgeno (16, 8, 4
ml(H2) / 100 g ; EXX18HZREj.: E7018R E8018-B2R
E7018H4, E8018-B2H8
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Mtodos predictivos para establecer latemperatura de precalentamiento
Norma British Standard BS 5135 Nomograma de Coe Criterio de Duren Criterio de Ito y Bessyo
Criterio de Suzuki y Yurioka Mtodo de Seferian Mtodo del Instituto Internacional de Soldadura
ANSI/AWS D1.1, Cdigo de EstructurasSoldadas en Acero Mtodo de la Carta
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CLCULO DE PRECALENTAMIENTO
AWS D1.1/CIRSOC 304Mtodo de control de la Dureza
Mtodo de control del Hidrgeno
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CONTROL DEL NIVEL DE H
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Tabla -1Agrupamiento del Indice de Suceptibilidad como Funcin del Nivel de Hidrgeno H
y Parmetro de Composicin(Carbono Equivalente) P cmAgrupamiento por Indice 2 de Susceptibilidad
Carbono Equivalente = P cm 1
Nivel de
Hidrgeno, H
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Tabla -2Temperaturas Mnimas de Precalentamiento y Entre Pasadas para Tres Niveles de Restriccin
Temperatura Mnima de Precalentamiento y Entre Pasada (C)Agrupamiento del Indice de SusceptibilidadNivel de
RestriccinEspesor *
mm A B C D E F G
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Ensayos de soldabilidad Lehigh
Tekken o JIS Slot WIC
CTS TWI G-BOP Cruciforme Ranura circular
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Ensayo Tekken
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Probeta CT
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ESPECIFICACION DE PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA(EPS)
WPS n: TP Fecha: xxxxx Cliente: Cdigo Aplicable:Proceso(s) de soldadura: FCAW Tipo: Semiautomtica(SA)
Esquema de Junta:
R
T
Dimensiones en mm
R= 6 +2; -0
= 45 + 5; -0
T= 25
Respaldo: Si ( x ) No ( )Material del Respaldo: mismo material base o ASTM A36E 6 25 A h 20
Repelado: Si ( ) No ( x )Mtodo:
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Espesor: mn.6,25mm Ancho: mn.20mmMATERIAL BASE METAL DE APORTEEspecificacin tipo y grado: ASTM A 516 Gr. 70a Especificacin tipo y grado: ASTM A 516 Gr. 70Dimetro (Cao): 2000 mmRango de espesores: 25 mmA tope: si Filete:
Proceso: FCAWEspecificacin AWS: 5.20
Clasificacin AWS: E 70T-5
POSICION PROTECCINPosicin (es) de la junta: Horizontal 2G Gas: CO2Progresin de soldadura: Circunferencial Composicin: 100% CO2Posicin (es) del filete: Caudal: 15-20 l/minPRECALENTAMIENTO Flux: N/ATemperatura de Precalentamiento (mnima): 10 C Clasif.Alambre-Flux: N/ATemperatura Entre Pasadas (mxima): 280 C CARACTERSTICAS ELECTRICASTRATAMIENTO TERMICOPOSTSOLDADURA(PWHT)
Tipo de corriente: C.C Modo deTransferencia(GMAW):
Temperatura:
No
Polaridad: +
Tiempo: No Rango de Intensidad: 220-370 A
Electrodo deTungsteno(GTAW):
TECNICA Cordn recto u oscilado: Recto
Pasada multiple o Unica (por lado): Multiple
Rango de Tensin:23-30V
(mm): Tipo:
N de Pasada Proceso Metal de Aporte Corriente Tensin Veloc.Sold. Veloc. Alambre
Clase mm Polaridad A V mm/min m/minRaiz (1) FCAW E70T-5 1,6 + 250-300 28 150-170 ----Relleno (2 a n) FCAW E70T-5 1,6 + 280-350 28-30 250-300 ----
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Probetas decalificacin
Soldadura a Tope
Soldadura deFilete
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Probetas deCalificacin paraElementosEstructuralesTubulares
Calificacin de Procedimientos de
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Calificacin de Procedimientos deSoldadura y de Soldadores
Procedimientos (EPS o WPS):
- Inspeccin Visual- Inspeccin END : US o RI - Ensayo Traccin (unin soldada, MS) - Ensayos de Plegado (Raz, Cara, Lateral)
- Suplementarios: Tenacidad( Charpy-V); otros
Calificacin de Procedimientos de
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Soldadura y de Soldadores Soldadores (RCHP):
- Inspeccin Visual
- Inspeccin END : RX - Ensayos de Plegado (Raz, Cara,
Lateral)
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Extraccintpica deprobetasparacalificacin
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Tipos de Inspeccin Visual: ocular directa y/o con ayuda de
Tintas Penetrantes o PartculasMagnetizables
Volumtrica o discontinuidades planas:Ultrasonido (US) o Radiografa (RI)
Criterios de aceptacin tpicos para laI i Vi l j t t ( lifi i
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Inspeccin Visual en juntas a tope( calificaciny programas de inspeccin)
La soldadura deber estar libre de fisuras. La socavacin deber ser menor o igual que 1 mm. El refuerzo o convexidad de la cara de la soldadura
deber ser menor o igual que 3 mm. La raz de la soldadura deber ser inspeccionada y
no debern verificarse evidencias de fisuras, fusinincompleta o penetracin inadecuada de la junta. Lamxima concavidad de la raz deber ser 2 mm y elmximo sobre espesor de raz por penetracindeber ser 3 mm.
Criterios de aceptacin tpicos para laInspeccin END (US o RI) en juntas a tope
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Inspeccin END (US o RI) en juntas a tope ( calificacin y programas de inspeccin)
Discontinuidadestpicas observablespor RI (InspeccinRadiogrfica)
Criterios de aceptacin tpicos para laInspeccin END (US o RI) en juntas a tope(
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Inspeccin END (US o RI) en juntas a tope(calificacin y programas de inspeccin)
Ejemplo de Requerimientos Tpicos de Calidad para Soldadura conDiscontinuidades Alargadas Determinadas por RI para Estructuras NoTubulares Cargadas Estticamente.
Criterios de aceptacin tpicos para elensayo de traccin en juntas a tope
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ensayo de traccin en juntas a tope(calificacin EPS)
La resistencia a latraccin deber sermayor o igual al valormnimo especificadocorrespondiente almetal base.
Criterios de aceptacin tpicos para elensayo de plegado en juntas a tope
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ensayo de plegado en juntas a tope
Los ensayos para la evaluacin de habilidaddel soldador y para la calificacin deprocedimientos de soldadura, sernsometidos a los criterios de aceptacin deespecificaciones o cdigos ( ASME, API,AWS D1.1, CIRSOC, DIN, BS, Eurocodes,etc.).
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Criterios de aceptacin tpicos para elensayo de plegado en juntas a tope
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ensayo de plegado en juntas a tope
En la inspeccin de la superficie convexa de laprobeta ensayada no debe tener discontinuidades que
excedan las siguientes dimensiones: 3 mm, medidos en cualquier direccin sobre la
superficie 10 mm, como la suma de las mayores dimensiones
de todas las discontinuidades mayores que 1 mm,pero menores o iguales que 3 mm. 6 mm, la mxima fisura en las esquinas de la
probeta plegada, excepto cuando dicha fisuraresulte de una inclusin de escoria visible u otrotipo de discontinuidad relacionada con la fusin.
Criterio de Aceptacin Tpico del EnsayoMacrogrfico en Filete y JPP(calificacin y
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Macrogrfico en Filete y JPP(calificacin yprogramas de inspeccin o QA)
En soldaduras con JPP, el tamao real de la soldadura debeser igual o mayor que el tamao de soldadura especificado,(E) Las soldaduras de filete deben tener fusin completa de laraz de la junta, pero no necesariamente ms all de esta.
El tamao mnimo del cateto debe alcanzar el tamao defilete especificado.
Las soldaduras con JPP y soldaduras con filete debenverificar lo siguiente:Sin fisurasFusin completa de las pasadas o capas adyacentes al metalde soldadura y entre el metal de soldadura y el metal base.Perfiles de soldadura adecuadosNinguna socavadura mayor o igual que 1 mm.
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Calificacin de filete (EPS)
Calificacin para filete
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(Soldador)
Reglamento CIRSOC 304
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Reglamento CIRSOC 304
REGLAMENTO ARGENTINO PARA LASOLDADURA DE ESTRUCTURAS ENACERO
Basado en Cdigo AWS D1.1 y Eurocode 3
Captulos Reglamento
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CIRSOC 3041. REQUERIMIENTOS GENERALES2. DISEO DE UNIONES SOLDADAS3. ESPECIFICACIN DE PROCEDIMIENTO DE
SOLDADURA4. CALIFICACIN DE PROCEDIMIENTOS (EPS),
SOLDADORES Y OPERADORES DE SOLDADURA5. FABRICACIN Y MONTAJE6. INSPECCIN Y CONTROL DE CALIDAD
7. REFUERZO, RESTAURACIN Y REPARACIN DEESTRUCTURAS EXISTENTES
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Anexos (incluidos)ANEXOS: Anexo I. Gargantas Efectivas de Soldaduras de Filete en
Juntas T Oblicuas Anexo IIa. Planitud de las Vigas Armadas EstructurasCargadas Estticamente Anexo IIb. Planitud de las Vigas Armadas Estructuras Bajo
Carga Cclica Anexo III. Requerimientos para los Ensayos de Impacto Anexo IV. Gua de Mtodos Alternativos para Determinar el
Precalentamiento en la Soldadura de Aceros Estructurales Anexo V. Requerimientos de Calidad de Soldadura para
Juntas a la Traccin en Estructuras Cargadas Cclicamente Anexo VI. Formularios para EPS, RCP e Informes de Ensayos
Reglamento CIRSOC 304
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g
ANEXO A :
Soldadura de Espesores Delgados enChapa de Acero ANEXO B:
Soldadura de Barras de Acero paraEstructuras Livianas
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PROYECTO
REGLAMENTO CIRSOC 704REGLAMENTO ARGENTINO PARA
LA SOLDADURA DEESTRUCTURAS EN ALUMINIO
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ATENCIN:Los contenidos de esta presentacin estn basados en diferentes fuentes, algunaspropias otras de la bibliografa. UTN-FRH- GIMF y el autor no se responsabilizan por la
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p p g y p pprecisin de la informacin o por cualquier dao, imprevisto o indirecto, perjuicio comercial oincidentes similares que pudieran ser causados por la implementacin de medidas o accionesdescriptas en esta presentacin.
SEGURIDAD EN SOLDADURA:La aplicacin de una tcnica industrial como la soldadura por arco
elctrico, el corte de metales y los procesos de proyeccin trmica obliga a la aplicacin de prcticasde proteccin adecuadas.
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