1.
DISEÑO DE CONSTRUCCIONES SOLDADAS
1.1 TIPOS DE JUNTAS
1.1.1
J
unta de Ranura (Groove Weld):Es una soldadura en una ranura realizada dentro de un miembro individual ó en una ranura entre dos miembros a ser unidos.
FACULTAD DE INGENIERIA - UNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA Soldadura de ranura recta Soldadura de ranura de
bisel simple
Soldadura de ranura doble bisel
1.1.1
J
unta de Ranura (Groove Weld):Soldadura de ranura J simple
Soldadura de ranura doble U Soldadura de ranura doble J
Soldadura de ranura U simple
1.1.1
J
unta de Ranura (Groove Weld):FACULTAD DE INGENIERIA - UNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA Soldadura de ranura doble
Vee Soldadura de ranura Vee
simple
Soldadura de ranura bisel acampanado simple
Soldadura de ranura Vee acampanado simple
1.1.2 Junta de Filete (Fillet Weld):
Es una sección transversal aproximadamente triangular de soldadura uniendo dos superficies aproximadamente en ángulos rectos entre sí en una junta solapada, junta en tee ó junta esquina.
1.1.3 Ejemplos:
FACULTAD DE INGENIERIA - UNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA
ENVOLVENTE PLACA DE ENVOLVENTE PARED DE CONEXIÓN ENVOLVENTE
1.2 SIMBOLOGÍA AWS 2.4
1.2.1 Alcance
Esta norma presenta un sistema de indicación de soldadura, brazing y requerimientos de ensayos no destructivos.
El sistema incluye disposiciones para la representación gráfica de soldaduras, braze y métodos de ensayos no destructivos con convenciones para especificar como mínimo, la ubicación y el alcance de su aplicación.
Los elementos opcionales y los símbolos suplementarios proporcionan un medio para especificar requisitos adicionales.
1.2.2 Símbolos básicos de soldeo
Diferencia entre los términos de símbolo de soldadura y símbolo de soldeo.
Esta norma hace diferencia entre el símbolo de soldadura y el símbolo de soldeo. El símbolo de soldadura indica el tipo de soldadura y cuando se es usado forma parte del símbolo de soldeo.
Bases de referencia.
En el sistema actual la junta es la base de referencia.
El lado de la flecha es el lado de la junta a la que apunta la flecha del símbolo. El otro lado es el lado de la junta opuesto al lado de la flecha.
1.2.2 Símbolos básicos de soldeo
Símbolo de soldadura.
Serán como se como los que se indican en la siguiente figura. Los símbolos de soldadura se representarán sobre la línea de referencia.
1.2.2 Símbolos básicos de soldeo
Símbolo suplementarios de soldadura.
Símbolos suplementarios de soldadura a ser usados en conexión con los símbolos de soldadura deben ser como los que se muestran en la siguiente figura.
1.2.2 Símbolos básicos de soldeo
Símbolo de soldeo.
Un símbolo de soldeo puede consistir en varios elementos, ver siguiente figura. Sólo la línea de referencia y la flecha son elementos necesarios.
Se pueden incluir elementos adicionales para transmitir información específica de soldadura.
Alternativamente, la información de soldadura puede ser transmitida por otros medios tales como notas en planos ó detalles, especificaciones, normas, códigos ó otros dibujos, lo que elimina la necesidad de incluir los elementos correspondientes en el símbolo de soldeo.
1.2.2 Símbolos básicos de soldeo
FACULTAD DE INGENIERIA - UNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA Símbolo de soldeo.
La parte trasera del símbolo se utiliza para designar el proceso de soldadura, brazing y corte así como las especificaciones de soldadura ó brazing , procedimientos ó la información complementaria para ser utilizado en la soldadura o brazing.
1.2.2 Símbolos básicos de soldeo
Símbolo de soldeo.
Todos los elementos, cuando se usan, tendrán ubicaciones específicas dentro del símbolo de soldeo, como se muestra en la figura.
El símbolo obligatorio se refiere a la ubicación del elemento y no debe interpretarse como una necesidad de incluir el
1.2.2 Símbolos básicos de soldeo
FACULTAD DE INGENIERIA - UNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA Disposición del símbolo de
soldeo.
La flecha del símbolo de soldadura debe apuntar a una línea, posición ó área que identifique de manera concluyente la unión, posición o área a soldar.
1.2.4 Disposiciones generales para los símbolos de soldeo
FACULTAD DE INGENIERIA - UNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA Significado de localización de la flecha.
La información aplicable al lado de la flecha de una junta se colocará por debajo de la línea de referencia. La información aplicable al otro lado de una junta se colocará por encima de la línea de referencia.
1.2.4 Disposiciones generales para los símbolos de soldeo
Símbolos de filete, ranura y borde de soldadura.
Para estos símbolos, la flecha se pondrá en contacto con la superficie exterior de una de la juntas, y este lado se considerará el lado de la flecha de la junta.
El lado opuesto al lado de la flecha de la junta se considerará el otro lado de la junta.
1.2.4 Disposiciones generales para los símbolos de soldeo Posición de la soldadura con respecto a la junta
FACULTAD DE INGENIERIA - UNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA Lado de la flecha
Las soldaduras en el lado de la flecha de la junta se especificarán colocando el símbolo de soldadura por debajo de la línea de referencia
Otro lado
Las soldaduras en el otro lado de la junta se especificarán colocando el símbolo de soldadura por encima de la línea de referencia
1.2.4 Disposiciones generales para los símbolos de soldeo
Quiebre en la flecha.
Cuando sólo un miembro de la junta tiene que tener una ranura biselada ó una ranura en J ó ambas, la flecha tendrá una ruptura y apunta hacia ese miembro.
La flecha no necesita romperse si es evidente cuál miembro debe tener el bisel o la ranura en J.
No se romperá si no hay preferencia en cuanto a qué miembro debe tener la ranura en bisel o en J.
1.2.4 Disposiciones generales para los símbolos de soldeo
FACULTAD DE INGENIERIA - UNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA Superficies obtenidas por el acabado posterior a la soldadura.
Los designación de acabado no deben usarse para especificar el grado de acabado.
1.2.5 Soldadura de ranura
Dimensiones de una ranura simple.
Las dimensiones de soldadura de ranura se especificarán en el mismo lado de la línea de referencia que el símbolo de soldadura.
1.2.5 Soldadura de ranura
FACULTAD DE INGENIERIA - UNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA
1.2.5 Soldadura de ranura
Abertura de raíz
La abertura de la raíz de las soldaduras de ranura se especificará dentro del símbolo de soldadura y sólo en un lado de la línea de referencia.
Ángulo de ranura
El ángulo de ranura de las soldaduras de ranura se especificará fuera del símbolo de soldadura.
1.2.5 Soldadura de ranura
FACULTAD DE INGENIERIA - UNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA Longitud de la soldadura de
ranura.
La longitud de una soldadura de ranura, cuando se indique en el símbolo de soldeo, se especificará a la derecha del símbolo de soldeo.
1.2.5 Soldadura de ranura
Soldaduras de ranura intermitentes .
El paso de las soldaduras de ranura intermitentes será la distancia entre los centros de los segmentos de soldadura adyacentes en un lado de la junta.
Posición de la dimensión del paso .
El paso de las soldaduras de ranura intermitentes se especificará a la derecha de la dimensión de la longitud siguiendo un guión.
1.2.5 Soldadura de ranura
FACULTAD DE INGENIERIA - UNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA Soldaduras de ranura intermitentes en cadena.
En ambos lados de la línea de referencia se especificarán las dimensiones de las soldaduras en ranuras intermitentes de la cadena. Los segmentos de soldadura de ranuras intermitentes de cadena están aproximadamente opuestos entre sí a través de la junta.
1.2.5 Soldadura de ranura
Soldaduras de ranura intermitentes escalonadas.
En ambos lados de la línea de referencia se especificarán las dimensiones de las soldaduras de ranura intermitentes escalonadas y los símbolos de soldadura de ranura se desplazarán en lados opuestos de la línea de referencia como se muestra a continuación. Los segmentos de las soldaduras de ranura intermitentes escalonadas deben estar separados simétricamente en ambos lados de la junta.
1.2.6 Soldadura de filete
FACULTAD DE INGENIERIA - UNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA Localización de la dimensión
Las dimensiones de las soldaduras de filete se mostrarán en el mismo lado de la línea de referencia que el símbolo de soldadura.
1.2.6 Soldadura de filete
Localización de la longitud
La longitud de una soldadura de filete, cuando se indique en el símbolo de soldadura, se especificará a la derecha del símbolo de soldadura.
Localización del tamaño.
El tamaño de soldadura de filete, se especificará a la izquierda del símbolo de soldadura.
1.2.6 Soldadura de filete
1.2.6 Soldadura de filete
Catetos desiguales
El tamaño de una soldadura de filete, con catetos desiguales se especificará a la izquierda del símbolo de soldadura, como se muestra a continuación. La orientación de la soldadura no se especifica mediante el símbolo y se mostrará en el dibujo para garantizar la claridad a longitud de una soldadura de filete, cuando se indique en el símbolo de soldadura, se especificará a la derecha del símbolo de soldadura.
1.2.6 Soldadura de filete
FACULTAD DE INGENIERIA - UNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA Soldadura de filete intermitente
El paso de las soldaduras de filete intermitentes será la distancia entre los centros de los segmentos de soldadura adyacentes en un lado de la junta.
Localización de la dimensión del paso.
El paso de las soldaduras intermitentes del filete se especificará a la derecha de la dimensión de la longitud seguido de un guión.
1.2.6 Soldadura de filete
Soldadura de filete intermitente en cadena.
Las dimensiones de las soldaduras de filete intermitentes deben ser especificadas en ambos lados de la línea de referencia. Los segmentos de las soldaduras de filete intermitentes de cadena deben estar opuestos uno al otro a través de la junta.
1.2.6 Soldadura de filete
FACULTAD DE INGENIERIA - UNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA Soldadura de filete intermitente escalonada.
En ambos lados de la línea de referencia se especificarán las dimensiones de las soldaduras de filete intermitentes escalonadas y los símbolos de soldadura en ángulo se desplazarán en lados opuestos de la línea de referencia.
1.3 TENSIONES Y DEFORMACIONES
1.3.1 Tensiones térmicas y residuales
Son una consecuencia directa del aporte de calor no uniforme y el posterior enfriamiento que tiene lugar en el proceso de soldadura, desarrollándose un complejo estado de tensiones térmicas y residuales que puede mermar directa o indirectamente, la capacidad de la unión soldada.
1.3.1.1 Ciclo Térmico
El calor suministrado a una soldadura produce complejos ciclos térmicos que causan cambios en la microestructura de la zona afectada por el calor, así como tensiones térmicas transitorias. Ello conlleva la aparición de tensiones residuales y distorsión en la configuración final.
¿Que es el ciclo térmico?
Definición: es el conocimiento de la temperatura en cada instante de tiempo que se alcanza en cada punto de la pieza.
Para la determinación del mismo se precisa partir de la geometría de la pieza que se va a soldar, las propiedades del material y de los parámetros de soldeo.
Estos últimos van a permitir evaluar la cantidad de calor que se suministra a la pieza.
1.3.1.1 Ciclo Térmico
La generación de calor en el proceso de soldeo se produce por tres razones: 1) Calor generado por la potencia eléctrica del arco.
2) Calor generado en las reacciones químicas que tiene lugar en el recubrimiento del electrodo, en la atmosfera del arco y también en la zona de metal fundido entre la escoria y el metal.
3) Calor generado por las transformaciones que se originan en el metal. El calor que se genera en la soldadura se disipa por:
1) Conducción térmica en la pieza sobre la cual se esta trabajando y el electrodo 2) Radiación térmica en la zona próxima a la realización de la soldadura
Calor suministrado a la pieza:
Q = ɳ . U.I , Q: fracción de la potencia eléctrica del arco, ɳ : eficiencia del arco, depende del proceso de soldadura, 1 SAW, 0.75-0.8 SMAW, 0.7 a 0.85 GMAW/FCAW, 0.65 GTAW.
1.3.1.1 Ciclo Térmico
Ecuación fundamental del calor:
El análisis matemático del flujo de calor en procesos de soldadura se reduce a la solución de esta ecuación aplicándola sobre la geometría de la soldadura y con unas ciertas condiciones de contorno, temperatura inicial fijada ó flujo de calor.
1.3.1.1 Ciclo Térmico
En general, las características del flujo de calor durante el proceso se ven afectadas por los siguientes sucesos:
1) La fuentes de calor se mueven normalmente a velocidad constante sobre ó próximas a la superficie de la pieza sobre la que se trabaja.
2) El tamaño de la fuente de calor es pequeño comparado con el tamaño de la pieza sobre la cual se trabaja.
El punto (1) tiene trascendencia respecto al análisis, el flujo de calor produce tres estados sucesivamente, la temperatura alrededor de la fuente de calor aumenta, la distribución de temperatura es estacionaria en un sistema de coordenadas que se mueve con la fuente de calor, la temperatura va disminuyendo a partir del instante en el cual el arco desaparece.
1.3.1.1 Ciclo Térmico
Propiedades de los materiales
Otro problema es el de la consideración de la variación o no de las constantes físicas con la temperatura.
Como se puede observar de la figura, las características térmicas no son constantes, debido a la complejidad de esta determinación para el análisis se suponen valores promedios constates.
difusividad térmica (α), es la razón de la conductividad a la capacidad térmica, mide la capacidad de un
material para conducir energía térmica en relación con su capacidad para almacenar energía térmica.
FACULTAD DE INGENIERIA - UNIVERSIDAD DE LA 0.7 REPUBLICA
α= K ρCp
1.3.1.1 Ciclo Térmico
Esto permite predecir los cambios metalúrgicos que pueden tener lugar, establecer el ancho de la zona afectada térmicamente, conocer velocidades de enfriamiento, evaluar tensiones térmicas y residuales que tienen lugar.
Caso 3D. Placa semi-infinita.
Puede observarse que la temperatura donde se encuentra el electrodo es infinita. Es de interés el importante gradiente térmico que hay
1.3.1.1 Ciclo Térmico
Analizando todos los puntos es posible obtener las temperaturas máximas alcanzadas en función de la distancia al centro de la soldadura Өm=f (x) . Esta función y distribución térmica para la sección considerada es:
Establecido el régimen de soldadura la distribución térmica mantiene su forma a lo largo del cordón de soldadura.
1.3.1.2 Tensiones térmicas
Durante el proceso de soldeo el material es calentado localmente en un punto que se desplaza a medida que la soldadura progresa, este calentamiento no uniforme generará unas dilataciones que se traducen en un campo de deformaciones muy complejo que da lugar a un campo de tensiones de origen térmico.
Si la pieza no esta bridada y la única solicitación es la temperatura originada por el proceso de soldeo, la distribución de tensiones debe ser autoequilibrada.
De acuerdo con este carácter de autoequilibrado de las tensiones, siempre aparecerán tensiones de tracción y compresión.
Las primeras propician, debido al carácter imperfecto inherente a la soldadura que siempre conlleva en mayor o menor medida la aparición de discontinuidades, la generación de fisuras o comportamiento frágil y las de compresión favorecen la
1.3.1.2 Tensiones térmicas
Para entender la generación de tensiones térmicas vamos a ver un caso.
Se trata de un cordón de soldadura sobre una cara de una placa, donde también se representan las variaciones de temperatura y tensión para la sección transversal de la placa en la que se encuentra el electrodo.
Sección A-A, no ha llegado el proceso de soldeo, por lo tanto distribución de incrementos de temperatura es nula
Sección B-B, se encuentra sobre el mismo punto del arco en el cual hay metal fundido, el cambio de temperatura es extremamente rápido y presenta una evolución casi asintótica.
La distribución de tensiones en y = 0 será nula, en su entorno habrá una zona comprimida y finalmente aparecerá una zona de tracciones.
1.3.1.2 Tensiones térmicas
Para la explicación del diagrama de tensiones, vamos a suponer un modelo formado por 5 elementos (por simetría solo vamos a estudiar 3 de ellos: el central y dos de un lado), en la que supondremos que la temperatura es constante en cada uno de ellos. Estos tres elementos si estuvieran aislados del resto de sólido se deformarían libremente (εTA , εTB , εTC ), pero esto claramente no ocurre por lo que aparecerá una posición intermedia de deformación (εTF ).
Representación
esquemática de las deformaciones en el calentamiento
1.3.1.2 Tensiones térmicas
La necesidad de que los tres estados alcancen una situación compatible, hace que los estados tensión-deformación de los tres elementos se desplacen hacia una misma vertical (εTF), designándose las nuevas posiciones como 2.
El elemento A se mueve sobre σ=0, el punto B se mueve sobre la línea de compresión-deformación que corresponde a la temperatura a la cual se encuentra el material hasta alcanzar εTF . Finalmente C será preciso traccionarlo, moviéndose sobre la línea de tracción-deformación a la temperatura a la cual se encuentra el material hasta alcanzar εTF .
FACULTAD DE INGENIERIA - UNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA
1.3.1.3 Tensiones Residuales
Se definen por tensiones residuales aquellas que permanecen en un dominio cuando se eliminan todas las solicitaciones que sobre el existían.
Dentro de esta definición general se consideran también las tensiones provocadas por los ciclos de temperatura que haya podido sufrir un dominio.
Sea cual sea el origen de las tensiones residuales debido a que su existencia se produce sin ningún tipo de acción exterior, la condición de carácter de autoequilibrado ha de cumplirse.
1.3.1.3 Tensiones Residuales
Vamos a tratar el caso analizado anteriormente.
La sección C-C se encuentra a una cierta distancia del arco habiéndose producido ya en ella la soldadura. La distribución de incrementos de temperaturas es apreciable aún pero más suave que en la sección B-B analizada anteriormente.
La sección D-D- está tan alejada al punto actual de soldeo que ha dado ya tiempo a que se amortigüé el efecto de aportación de calor, se ha regularizado ya el nivel térmico. Las distribución de tensiones en las secciones C-C y D-D son cualitativamente similares, variando solo el nivel de las mismas.
1.3.1.3 Tensiones residuales
Factores que afectan a la tensiones residuales: 1) Embridamiento
El embridamiento es equivalente a impedir los desplazamientos en las caras laterales de la placa. La aportación de metal fundido implica que cuando la temperatura tiende a la ambiente se producirá una tendencia al acortamiento transversal del cordón, generando unas tensiones de tracción suplementarias a las existentes.
El embridamiento en casos prácticos puede simplemente provenir de la rigidez de las piezas a unir., debido a la secuencia de soldadura de una estructura compleja y no necesariamente de las condiciones de contorno directas que se fijen sobre las placas a unir.
1.3.1.3 Tensiones residuales
Factores que afectan a la tensiones residuales: 2) Longitud de la soldadura
Experimentos llevados a cabo con procesos SAW y SMAW han puesto de manifiesto que en relación con la tensión residual longitudinal, en el cordón de soldadura aumenta a medida que aumenta la longitud estabilizándose para una longitud de 45 cm. En relación con la tensión transversal máxima, la longitud de soldadura tiene poco efecto.
3) Ancho de la placa
Tiene influencia para soldaduras cortas.
Para placas de longitud superior a 3 veces su semiancho no ven alteradas su perfil de tensiones residuales transversales al cordón. A medida que disminuye la longitud de soldadura en relación al ancho de las placas a unir, aumenta en el cordón la tensión transversal de tracción, disminuye la zona de compresión longitudinal y aumenta en consonancia la tensión longitudinal de compresión.
1.3.1.3 Tensiones residuales 3) Ancho de placa
1.3.1.3 Tensiones residuales
Factores que afectan a la tensiones residuales: 4) Espesor de la placa
El espesor de la placa tiene efecto sobre las tensiones residuales cuando es superior a 25 mm. En este caso la tensión residual en la dirección del espesor puede cobrar importancia favoreciendo la aparición de estados triaxiales.
5) Influencia del tipo de material
Simulaciones numéricas realizadas sobre aceros de bajo limite elástico (235Mpa) y de muy alto limite elástico (1000Mpa) han puesto de manifiesto que a medida que el limite elástico aumenta, la tensión longitudinal residual máxima es siempre del orden elástico y el ancho de la zona traccionada disminuye.
6) Influencia de la secuencia de soldadura
El perfil de las distribuciones de tensiones transversales y valores máximo se ven afectados notoriamente debido a la secuencia de soldadura realizada.
1.3.1.4 Técnicas de alivio de tensiones 1) Métodos térmicos
Estos consisten en calentar durante un cierto tiempo y a un cierto nivel térmico la unión. Un tratamiento térmico queda definido por cuatro parámetros:
velocidad de enfriamiento, temp. de tratamiento, tiempo de permanencia a dicha temperatura y velocidad de enfriamiento. Ver códigos de fabricación.
2) Métodos mecánicos
Estos métodos se realizan a temperatura ambiente y requieren que el material tenga ductilidad suficiente para que se pueda producir la deformación que se necesita para el alivio de tensiones.
1.3.1.4 Técnicas de alivio de tensiones 3) Métodos termomecánicos
El hecho de cómo se generan la tensiones residuales puede ser usado para eliminar o al menos atenuar las mismas.
Es importante hacer hincapié en el fundamento que permite la aparición de un estado tensional similar al que provoca la realización de la soldadura, pues hay una diferencia importante: en la soldadura se produce la fusión de material papel crucial en el mecanismo de generación de tensiones térmicas que conducen a tensiones residuales y en la aplicación de la línea de calor no se produce dicha fusión.
El clásico sistema de tres barras explica de una forma elemental las variaciones que se producen en una barra central.
• Al calentar exclusivamente la barra central aparecen tensiones de compresión en la misma, pues su dilatación está restringida por dos barras laterales. Tal como se muestra en la curva A-B
• A medida que la temperatura aumenta, las tensiones de compresión en la barra decrecen siguiendo la variación del límite de fluencia del metal, lo que se muestra en el
FACULTAD DE INGENIERIA - UNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA
Alcanzada la temperatura máxima de 600°C correspondiente al punto
“C” comienza el enfriamiento de la barra. Las tensiones de compresión decaen rápidamente y la tensión cambia de signo hasta alcanzar el punto "D" correspondiente a la tensión de fluencia. Posteriores decrecimientos de la temperatura hacen que las tensiones de tracción sobre la barra se mantengan permanentemente iguales al valor del límite de fluencia a cada temperatura.
De esta forma habrá quedado sometida a una tensión residual de tracción igual al límite de fluencia del metal a temperatura ambiente.
Para mantener la condición de equilibrio las tensiones en las barras laterales serán de compresión y su valor será la mitad que la tensión en la barra central.
Por lo que se concluye que cualquier proceso que aporte calor en forma localizada sobre una pieza de acero y de tal manera que a la temperatura final se produzcan deformaciones plásticas, dejará en dicha pieza tensiones residuales de valor generalmente igual o muy próximo al límite de fluencia del material a temperatura ambiente.
Cuando se unen dos o más piezas mediante un cordón de soldadura ocurren fenómenos similares a los explicados mediante el clásico sistema de las tres barras, donde coincide el cordón con la barra central y el metal base con las barras laterales. 1.3.1.5 Analogía de la barra sometida a calor (Masubuchi)
1.3.2 Deformaciones residuales
Una manifestación de las tensiones residuales es la distorsión que sobre el conjunto soldado se puede originar.
Resulta frecuente clasificar las deformaciones residuales en dos grandes grupos: deformaciones generales y deformaciones locales
Las primeras son responsables de los cambios de dimensiones y de forma del conjunto soldado en su totalidad; las segundas solo alteran las dimensiones y forma de la sección transversal del conjunto.
1.2.2 Deformaciones residuales
Para clarificar la división anterior, cuando fabricamos un perfil en T conformado por dos chapas mediante soldadura de filete, se produce un acortamiento y una curvatura del perfil completo y por otro lado las alas del perfil experimentan una distorsión angular.
1.3.2 Deformaciones residuales
El estado de deformaciones en conjuntos completos soldados puede ser estimado dividiendo el conjunto en unidades simples y determinando las deformaciones en cada una de dichas unidades.
Dicha división debe ser de acuerdo con el orden de ensamblaje de las diferentes unidades, así como con la secuencia de soldeo empleada.
Para la determinación de las deformaciones tanto generales como locales debemos conocer los parámetros de soldeo, las propiedades termoelásticas (calor aportado, tipo de preparación, numero de pasadas, etc) y físicas ( conductividad térmica, difusividad, temperatura de fusión, densidad), dimensiones y tipo de cordón o cordones depositados, la geometría del conjunto a obtener y el orden de ensamblaje.
Existen formulas pseudo-empíricas que en muchos casos son adecuadas para tener una idea de las deformaciones esperadas.
1.3.2 Deformaciones residuales Soldadura de ranura
La contracción de la soldadura provoca diversos tipos de distorsión y cambios dimensionales.
Contracción transversal
Distorsión angular
1.3.2 Deformaciones residuales
Para uniones a tope, fórmula de King (1944)
L: longitud de la pieza a soldar I: Momento de inercia de pieza t: espesor de la pieza
Para uniones a tope, fórmula de Spraragen-Ettingerʼs
Aw: Área fundida de la sección transversal (cm2) t: Espesor de las chapas (cm)
dg: Abertura de raíz (cm)
1.3.2 Deformaciones residuales
El cambio angular que se produce esta relacionado directamente con el espesor de la chapa, la cantidad de calor aportada y el procedimiento de soldeo y ejecución empleado, factores estos últimos que condicionan la forma del baño, el ancho del mismo y la penetración.
Para uniones a tope, fórmula Gray y Spence (1982)
p: es la penetración
b: ancho de cordón de soldadura
yc: es la distancia desde el centro de gravedad de la chapa al centro de gravedad de la zona fundida.
T: enfriamiento desde la fusión, se adopta 1000°C
1.3.2 Deformaciones residuales
FACULTAD DE INGENIERIA - UNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA
1.3.2 Deformaciones residuales
Para uniones en ángulo, fórmula de Guyot (1944)
L: longitud de la pieza a soldar Aw: sección de soldadura
Ap: sección transversal del conjunto
Para uniones en ángulo, fórmula de Spraragen-Ettingerʼs (1950) Unión en T, dos cordones
1.3.2 Deformaciones residuales
Para uniones en ángulo, fórmula de Guyot (1944)
L: longitud de la pieza a soldar Aw: sección de soldadura
Ap: sección transversal del conjunto
Para uniones en ángulo, fórmula de Spraragen-Ettingerʼs (1950) Unión en T, dos cordones
Unión a solape, dos cordones
K: factor que depende del proceso de soldeo
1.3.2 Deformaciones residuales Soldadura de filete
Efecto de deformación de la soldadura por debajo del eje neutro, extremos curvados hacia abajo
1.3.2 Deformaciones residuales Ejemplo:
FACULTAD DE INGENIERIA - UNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA
Una unión en T soldada con SMAW.
Una unión en T soldada con SAW Línea neutra Línea neutra Centro de gravedad de las soldaduras Centro de gravedad de las soldaduras
1.3.2 Deformaciones residuales Ejemplo:
1.4 FACTORES A CONSIDERAR PARA EL DISEÑO DE UNIONES
Desde el punto de vista mecánico son tres los factores que inciden en una unión soldada:
1.4.1 Ejecución:
Es una consecuencia directa del aporte de calor no uniforme y el posterior enfriamiento que tiene lugar en el proceso de soldadura, debido a esto se desarrolla un complejo estado de tensiones y deformaciones térmicas y residuales que pueden mermar directamente o indirectamente la capacidad de la unión soldada.
1.4.2 Diseño:
Establecer cual es la carga máxima que se puede transmitir sin que se produzca un fallo en la soldadura. Dicha carga máxima esta condicionada por la naturaleza estática o variable de la carga.
Además para resolver el diseño de cualquier tipo de unión se deberá tener en cuenta: tipo de unión, propiedades mecánicas de los materiales, material de aporte y uso de las normas de calculo que correspondan.
1.4.2 Diseño: .
Uniones de ranura a tope: al realizar este tipo de uniones las tensiones a transmitir por soldadura y por las chapas no varían significativamente
1.4.2 Diseño: Uniones filete
a
Esta soldadura tiene efectos de concentración en los bordes
Esta soldadura presenta efectos de concentración muy bajos por lo que es ideal para solicitaciones variables.
1.4.3 Validación:
Si la unión cuya capacidad portante queremos comprobar presenta una discontinuidad, debemos necesariamente reparar?
1.5 Bibliografía
Fundamentos de transferencia de calor, Incropera Diseño en Ingeniería Mecánica, Shigley
Diseño de construcciones soldadas, Cañas Curso inspector de soldadura, FBTS
