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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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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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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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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.

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Technology. Cmbridge, MA 02139, USA.

Inspector de solddur AWS QC1:2007, Crlos Oliv Minilo

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http://www.metlctul.com/revist/23/procesos_solddur.pdf