Ing. Rafael Antonio Ramírez Restrepo DISEÑO MECANICO II Ing. Rafael Antonio Ramírez Restrepo UNIVERSIDAD DEL ATLANTICO FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA

UNIONES PERMANENTES Uniones Soldadas

TEMA 3. UNIONES SOLDADAS

Según la forma de colocar el cordón podemos diferenciar: Longitudinal Transversal En ángulo Según la forma distinguir: 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 inscribirse la 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 en el caso de soldaduras se realizan sobre la sección de garganta.

UNIONES CON SOLDADURA A TOPE

transición suave de la sección. 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 de adelgazar 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 sobre la chapa más delgada. espesor s no será mayor del 10% del espesor e de

≤σadm ≤τadm = adm MZ = MZ WZ F F σ = = A tracci ón A a • l V V σ τ = = UNIONES CON SOLDADURA A TOPE El análisis de tensiones en juntas de este tipo es sencillo: F F σ = = ≤σadm A tracci ón A a • l V V σ τ = = ≤τadm = adm A ci zal l ami ento A a • l 2 MZ = MZ σ = ≤σ A fl exi ón max adm WZ I • a 2 6

UNIONES CON SOLDADURA A FILETE

τa; La tensión tangencial paralela a la arista Referidas al plano de garganta, siendo: σ; La tensión normal, perpendicular al plano de garganta τn; La tensión tangencial normal a la arista τa; La tensión tangencial paralela a la arista

ta; UNIONES CON SOLDADURA A FILETE b) Referidas al plano de una de las caras de la soldadura en la que ha sido abatida garganta; la sección de n; tn; ta; La tensión normal, perpendicular al plano de una de las caras La tensión tangencial normal a la arista La tensión tangencial paralela a la arista

SOLDADURA A FILETE TRANSVERSAL ESFUERZO EN SOLDADURA A FILETE TRANSVERSAL a) Filete sencillo b) Filete doble a = espesor de la garganta s = espesor del cordón Donde; A = a*l A = s*l*sen 45°

ESFUERZO EN SOLDADURA A FILETE PARALELO a) Doble filete paralelo b) Combinación de paralelo y transversal

( ) 2,83T 5,66M σb = π s d 2 ( ) 4,24 T π s d 2 s l 2 τ = τ = UNIONES CON SOLDADURA A FILETE – CASOS ESPECIALES ( ) 2,83T 5,66M σb = π s d 2 ( ) 4,24 T τ = τ = máx π s d 2 máx s l 2

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 torsión El 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 momento del 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 es El 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 hasta G 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 SOLDADAS La 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 americana denominación 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 800 MPa.

- UNIONES FIJAS: UNIONES SOLDADAS RESISTENCIA DE UNIONES SOLDADAS La siguiente tabla muestra las características resistentes en función del electrodo empleado:

RESISTENCIA DE UNIONES SOLDADAS El reglamento AISC para metal soldante propone los siguientes coeficientes 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 factores reducción de la resistencia a la fatiga: de

ALGUNOS EJEMPLOS Cordón Longitudinal a Tracción

- UNIONES FIJAS: UNIONES SOLDADAS ALGUNOS EJEMPLOS Cordón Transversal a Tracción

ALGUNOS EJEMPLOS Cordón Inclinado a Tracción

- UNIONES FIJAS: UNIONES SOLDADAS ALGUNOS EJEMPLOS Flexión

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 soldaduras de filete

ALGUNOS EJEMPLOS Flexión

- UNIONES FIJAS: UNIONES SOLDADAS ALGUNOS EJEMPLOS Torsion

ALGUNOS EJEMPLOS Torsión En 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. En sobre la unión actúa un esfuerzo cortante y un momento valores: ese caso, torsor de V = F M = F . H te se considera un Para el esfuerzo cortan uniforme: a distribución de tensiones

ALGUNOS EJEMPLOS Torsión Ambas tensiones han de sumarse vectorialmente para obtener la tensión total en cada punto. El punto más desfavorable en este caso corresponde con el señalado en la figura. El ángulo α puede calcularse a partir de los datos geométricos. De esta manera, las la cara del cordón de soldadura en dicho punto valen: tensiones sobre Con lo que las tensiones en la garganta vale n: y la tensión de comparación:

- UNIONES FIJAS: UNIONES SOLDADAS ALGUNOS EJEMPLOS Torsión

UNIONES FIJAS: UNIONES SOLDADAS - UNIONES FIJAS: UNIONES SOLDADAS ALGUNOS EJEMPLOS Torsión Como aproximación, la norma MV-103 nos dice que podemos suponer torsión: un par de fuerzas sobre los cordones que proporcione el par de es: De esta manera tenemos las siguientes tension Con lo que las tensiones en la garganta v alen: y la tensión de comparación:

UNIONES CARGADAS EXCENTRICAMENTE Una carga excéntrica puede ser impuesta a las uniones soldadas de muchas maneras. Las tensiones inducidas en la articulación pueden ser de diferente naturaleza o de la misma naturaleza. Las tensiones inducidas se combinan dependiendo tensiones. 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), entonces tensiones 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, y Esfuerzo 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 primario El esfuerzo cortante debido al par torsor

Ejemplos

EJEMPLOS

EJEMPLOS