DISEÑO MECANICO II

DISEÑO MECANICO IIIng. Rafael Antonio Ramírez Restrepo

UNIVERSIDAD DEL ATLANTICO FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA

MECÁNICA

UNIONES PERMANENTESUniones Soldadas

TEMA 3. UNIONES SOLDADAS

Según la forma de colocar el cordón podemos diferenciar:

Longitudinal Transversal En ángulo

Según la formadistinguir:

de la sección recta del cordón de soldadura, se pueden

Aligerada o hueca Plana Abombada

Según el tipo de ranura practicado para la soldadura:

a) Con extremos planos; b) Ranura en V; c) Ranura en doble V; d) Ranura en media V

Juntas a solape:

a) Juntas en T; b) Ranuras en U y en J; c) Juntas en L; d) De bordes paralelos

Tipos y formas de costura, según DIN 1912 (soldadura por fusión).

Garganta (a) del cordón: altura del mayor triángulo isósceles que puede inscribirsela sección del cordón.

en

Longitud eficaz (l) del cordón: longitud total menos los cráteres en los extremos.

Sección resistente (S) o de garganta: a·l . Todos las comprobaciones resistentes enel caso de soldaduras se realizan sobre la sección de garganta.

UNIONES CON SOLDADURA A TOPE

UNIONES CON SOLDADURA A TOPE

Para evitar concentraciones de tensiones

En una soldadura a tope de chapas de distinta sección, la de mayor sección se ha deadelgazar en la zona de contacto, con pendiente no superior al 25%, para obtener una

transición suave de la sección.

UNIONES CON SOLDADURA A TOPE

Para evitar concentraciones de tensiones

La soldadura a tope no debe producir discontinuidad en la sección, y su sobrela chapa más delgada.

espesor sno será mayor del 10% del espesor e de

UNIONES CON SOLDADURA A TOPE

El análisis de tensiones en juntas de este tipo es sencillo:

F F ≤σadmσ = = A tracci ónA a •

l

V V σ= adm≤τadmτ = = A ci zal l ami

entoA a • l

2

MZ = MZ ≤σσ = A fl exi ón

max adm2WZ I • a 6

UNIONES CON SOLDADURA A FILETE

a) Referidas al plano de garganta, siendo:σ; La tensión normal, perpendicular al plano de gargantaτn; La tensión tangencial normal a la aristaτa; La tensión tangencial paralela a la arista

UNIONES CON SOLDADURA A FILETE

b) Referidas al plano de una de las caras de la soldadura en la que ha sido abatidagarganta;

la sección de

n;tn;ta;

La tensión normal, perpendicular al plano de una de las carasLa tensión tangencial normal a la aristaLa tensión tangencial paralela a la arista

ESFUERZO EN SOLDADURA A FILETE TRANSVERSAL

a) Filete sencillo b) Filete doble

a = espesor de la gargantas = espesor del cordón

Donde;A = a*lA = s*l*sen 45°

ESFUERZO EN SOLDADURA A FILETE PARALELO

a) Doble filete paralelo b) Combinación de paralelo y transversal

UNIONES CON SOLDADURA A FILETE – CASOS ESPECIALES

=τ τ =máx máxπ s d 2 s l 2( ) 4,24 T5,66M

σb = π s d 2

( ) 2,83T

Esfuerzos en uniones soldadas sujetas a torsión

donde A es el área de la garganta de todas las soldaduras y V es la fuerza cortante.

donde r es la distancia desde el centroide del grupo de soldaduras hasta el punto en la soldadura de interés, y J es el segundo momento polar de inercia del área del grupo de soldaduras respecto del centroide del grupo y M es el momento torsor.

Esfuerzos en uniones soldadas sujetas a torsiónEl área de la garganta de ambas soldaduras en conjunto es:

El eje x de la figura que se muestra, pasa por el centroide G1 de la soldadura 1. El segundo momentodel área respecto de él es

el segundo momento del área respecto de un eje a través de G1 paralelo al eje y está dado por

Esfuerzos en uniones soldadas sujetas a torsión

Así, el segundo momento polar del área de la soldadura 1 respecto de su propio centroide es

De forma similar, el segundo momento polar del área de la soldadura 2 respecto de su centroide esEl centroide G del grupo de soldaduras se ubica en

Usando de nuevo la figura 9-13, se observa que las distancias r1 y r2 desde G1 y G2 hastaG son, respectivamente

Ahora, mediante el teorema de los ejes paralelos, se determina que el segundo momento polar del área del grupo de soldaduras es

La ventaja de considerar al tamaño de la soldadura como una línea radica en que el valor de Ju es el mismo, sin que importe el tamaño de la soldadura. Como el ancho de la garganta de una soldadura de filete es de 0.707h, la relación entre J y el valor unitario es

Propiedades torsionales de la soldadura de filete

RESISTENCIA DE UNIONES SOLDADASLa resistencia de las uniones soldadas depende de las características resistentes del material de aporte y de forma de junta.

la

La resistencia del material depende del tipo de electrodo utilizado. Según la norma americanadenominación de los electrodos es EXXYY, donde XX hace referencia a la tensión última en kpsi.

AWS, la

Existen electrodos E60, E70, E80, E90, E100 y E120, de forma que las tensiones últimas oscilan entre 400 y 800MPa.

- UNIONES FIJAS: UNIONES SOLDADASRESISTENCIA DE UNIONES SOLDADAS

La siguiente tabla muestra las características resistentes en función delelectrodo empleado:

RESISTENCIA DE UNIONES SOLDADAS

El reglamento AISC para metal soldante propone los siguientescoeficientes de seguridad en función del tipo de trabajo de la soldadura:

RESISTENCIA DE UNIONES SOLDADAS

Para el cálculo a fatiga, se podrán emplear los siguientes factoresreducción de la resistencia a la fatiga:

de

ALGUNOS EJEMPLOSCordón Longitudinal a Tracción

- UNIONES FIJAS: UNIONES SOLDADASALGUNOS EJEMPLOSCordón Transversal a Tracción

ALGUNOS EJEMPLOSCordón Inclinado a Tracción

- UNIONES FIJAS: UNIONES SOLDADASALGUNOS EJEMPLOSFlexión

Esfuerzos en uniones soldadas sujetas a flexión

Un diagrama de cuerpo libre de la viga mostraría una reacción de fuerza cortante V y una reacción de momento M. La fuerza cortante produce un cortante primario en las soldaduras de magnitud

Si se consideran las dos soldaduras de la figura anterior como líneas, se observa que el segundo momento del área unitaria es:

Esfuerzos en uniones soldadas sujetas a flexión

El segundo momento del área I, con base en el área de la garganta de la soldadura, es

Ahora se determina que el esfuerzo cortante nominal en la garganta es

El modelo anterior proporciona un Coeficiente de 1.414 mayor que 1.97 mediante la energía de distorsión y 1.207 mediante el cortante máximo; siendo mas conservador que las dos teorías mencionadas anteriormente

Propiedades flexionantes de las soldadurasde filete

ALGUNOS EJEMPLOSFlexión

- UNIONES FIJAS: UNIONES SOLDADASALGUNOS EJEMPLOSTorsion

te se considera un

ALGUNOS EJEMPLOSTorsiónEn primer lugar se calcula el cdg correspondiente a las caras de los cordones de soldadura en contacto con el pilar, considerando un área igual a la de garganta.

Dicho cdg se considera como idealización de la unión. Ensobre la unión actúa un esfuerzo cortante y un momentovalores:

ese caso,torsor de

V = FM = F . H

Para el esfuerzo cortanuniforme:

a distribución de tensiones

n:

ALGUNOS EJEMPLOSTorsión

Ambas tensiones han de sumarse vectorialmente para obtener latensión total en cada punto. El punto más desfavorable en este casocorresponde con el señalado en la figura. El ángulo α puede calcularsea partir de los datos geométricos. De esta manera, lasla cara del cordón de soldadura en dicho punto valen:

tensiones sobre

Con lo que las tensiones en la garganta vale

y la tensión de comparación:

- UNIONES FIJAS: UNIONES SOLDADASALGUNOS EJEMPLOSTorsión

es:

alen:

- UNIONES FIJAS: UNIONES SOLDADASALGUNOS EJEMPLOSTorsiónComo aproximación, la norma MV-103 nos dice que podemos suponer

torsión:un par de fuerzas sobre los cordones que proporcione el par de

De esta manera tenemos las siguientes tension

Con lo que las tensiones en la garganta v

y la tensión de comparación:

UNIONES CARGADAS EXCENTRICAMENTEUna carga excéntrica puede ser impuesta a las uniones soldadas de muchas maneras. Lastensiones inducidas en la articulación pueden ser de diferente naturaleza o de la mismanaturaleza. Las tensiones inducidas se combinan dependiendotensiones.

Caso 1.Cuando los esfuerzos de corte y de flexión están simultáneamente

de la naturaleza de las

presentes en una articulación (véase el caso 1), entoncestensiones máximas son las siguientes:La junta estará sometida a las siguientes dos tipos de estrés:a. Esfuerzo cortante directo debido a la fuerza P cortante que

actúa en las soldaduras, yEsfuerzo de flexión debido al momento de flexión P × e.b.

Caso 2.Cuando se carga una unión soldada excéntrica como se muestra en la figura los siguientes dos tipos de las tensiones son inducidos:a.b.

Esfuerzo cortante directo o primarioEl esfuerzo cortante debido al par torsor

Ejemplos

EJEMPLOS

EJEMPLOS