CONEXIONES SOLDADASDESARROLLO HISTÓRICO

 

La soldadura es el método para unir dos o más piezas de metal calentándolas hasta que estén en estado pastoso, empleando o no presión. Se han encontrado objetos de arte que datan desde la época de los egipcios (3000 A.C), en que se ve que las uniones se han realizado fusionando el metal.

PROCESOS BÁSICOS

La soldadura se origina por la fusión de metales que se calientan para unirse y formar un solo material, procurando que no se oxide con la atmosfera. La fuente de calor es la energía eléctrica del arco eléctrico, y se le denomina “soldadura al arco”. Las piezas deben tener un espesor de más de 2 mm, para que no se “QUEMEN”.

Proceso de soldadura al acero con electrodo protegido

Es el proceso más antiguo y el más simple. El calor derrite la varilla protegida que es de acero con un recubrimiento que rodea al electrodo; este recubrimiento origina al quemarse alrededor del material recién depositado, una atmosfera de gas rico en CO que impide el paso del óxido hacia la soldadura, formando CO2

Proceso de soldadura al acero sumergido

En este caso el electrodo es una varilla desnuda continua de acero. El arco se efectúa dentro de una capa de fundente que es un polvo inerte que se aísla la soldadura de la atmosfera para que se oxide. Este polvo se retira con una aspiradora y se guarda para otra ocasión.

VENTAJAS Y DESVENTAJASVENTAJAS

El empleo de conexiones soldadas en vez de atornilladas o remachadas permite un ahorro de material (hasta de un 15%). La soldadura permite una gran variedad de conexiones, cosa que no se puede con remaches o tornillos. Las conexiones soldadas son más rígidas que las demás, lo cual permite una verdadera continuidad en la transmisión de elementos mecánicos entre miembros. Debido a la mayor resistencia del metal de aportación las conexiones soldadas permiten una gran resistencia a la fatiga.

DESVENTAJAS

Las conexiones rígidas puede no ser óptimas en el diseño. La revisión de las conexiones soldadas no es muy sencillo con respecto al resto. La creencia de la baja resistencia a la fatiga en conexiones soldadas

SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS

La soldabilidad es la propiedad del acero para lograr soldaduras libres de problemas

A continuación se da la composición química de los aceros al carbono que tienen que ver con la soldabilidad del acero.

Tipos de juntas soldadas

Juntas a tope: sirven para dar continuidad a dos

Juntas traslapadas: sirven para que dos piezas se unan a través de sus costados

Ejemplos de juntas traslapadas

Soldaduras ancladas

Conectan dos piezas que se encuentran en el mismo plano. Muchas veces transmiten la fuerza total de una pieza a la otra, por lo que deben ser reparadas mediante biseles o “canaletas

Tipos de soldaduras de penetración total

Estas soldaduras requieren precisión en los alineamientos de las piezas, Los esfuerzos que trasmiten son directos

Soldaduras de filete

Son llamadas también “soldaduras de ángulos” porque son especiales para conectar perfiles ángulos con planchas

Soldaduras de tarugo

Son adecuadas para prevenir que las piezas en la conexión se distorsionen entre cordones muy separados

•Limitaciones en tamaños y longitudes de soldadura de filetesSe trata de las conexiones con soldaduras de filete que sean capaces de tener las resistencias de diseño que se tratan después.

TAMAÑO DE SOLDADURA Y CORDÓN

Tamaño mínimo y máximo de la soldadura

Cuando el espesor del borde es menor o igual a ¼”, el espesor máximo puede ser Ws=1/4” (6.4mm9

Cuando el espesor del borde es mayor de ¼”. El máximo tamaño de la soldadura podrá ser igual al espesor de la pieza menos 1/16” (1.5mm)

Longitud mínima de un cordón:La longitud ls del cordón no será menor que 4 veces el tamaño de la soldadura. Asimismo no menor a la distancia b que los separa. Habrá un retorno de 2Ws. También la longitud de traslape no será menor a 5°T

ÁREAS EFECTIVAS EN LAS SOLDADURAS

Para soldaduras ancladas de penetración total: la garantía será el espesor de la pieza menos gruesa unida

Para las soldaduras ancladas de penetración parcial: el espesor efectivo a considerar será el indicado de las figuras

•Para las soldaduras de filete: considerando la idealización de la sección en un triángulo isósceles, la garganta (dimensión critica) seta Te= (0.707Ws) para soldaduras de arco con electrodos protegidos. En cambio en el caso de soldadura de arco sumergido, tomando en cuenta la mejor calidad de las mismas se considera:•Soldaduras con Ws <3/8” (9.5mm): la garganta TE será Ws.•Soldaduras con Ws>3/8” (9.5mm): la garganta Te será 0.707Ws + 0.11”(2.5mm)•Para las soldaduras de ranura o tarugo: se considera en área de la sección transversal de la soldadura

RESISTENCIA NOMINAL DE LAS SOLDADURAS

Resistencia nominal de las soldaduras ancladas: Rnw

Se considera que la resistencia de las soldaduras acanaladas es igual a la resistencia del área efectiva de las soldaduras que se unen.

el electrodo deberá tener una resistencia que se compare con la resistencia de las piezas unidas.

Rnw=Te.Fy para tracción o compresión

Rnw=Te(0.60Fy)para corte

Resistencia Nominal de las soldaduras de filete: Rnw

La Resistencia Rnw de una soldadura de filete por unidad de longitud (por una pulgada, si se trata de unidades inglesas) se basa en la suposición de que la falla de la soldadura es por corte en su sección crítica (área efectiva) o si no por corte en el área de contacto entre el cordón y el material base.

Rnw = Te (0.60 Fexx) para el metal de soldadura.

Rnw = ws (0.60 Fy) para el metal base.

En principio la soldaduras deben tener suficiente material del electrodo adecuado para transmitir todas las cargas que se le impongan

Segun Método de diseño LRFD, se tiene:

f Rn ³ gi 1Qi

Donde:

f = Factor de resistencia;

Rn = Rnw Resistencia nominal, por lo que f Rnw = Resistencia de Diseño.

gi 2 = Factor de mayorización;

Qi = Efectos de las cargas aplicadas, por lo que gi 3Qi son los efectos factorizados de las cargas Ru.

Entonces, se deberá tener: f Rnw ³ Ru

 Donde Ru = Carga factorizada por unidad de longitud en la unión soldada.

 

Soldadura acanalada

1. Tracción o compresión perpendicular al área efectiva y tracción paralela al eje de la soldadura: Eficiencia = 100%

 

f Rnw = 0.90 Te Fy, para el material base.

f Rnw = 0.90 Te Fyw, para la soldadura.

 

2. Corte en el área efectiva: Eficiencia = 100%

 

f Rnw = 0.90 Tesy 4,= 0.90 Te (0.60Fy), para el metal base

f Rnw = 0.80 Te (0.60Feex), para la soldadura

ESPECIFICACIONES AISC-LRFD PARA SOLDADURAS

Soldadura de filete

La soldadura se basa en la resistencia al corte a través de la garganta de la misma:

f Rnw = 0.75 Te(0.60Fexx) para la soldadura, y no menor de la resistencia a la fractura del metal base adyacente:

Rnw = 0.75 ws(0.60Fu)

Te= dimensión de la garganta

Ws= tamaño de la soldadura

Resistencia a la fractura de la soldadura.

Fu =Resistencia a la fractura del metal base.

 ELECTRODO PROTEGIDO

ELECTRODO SUMERGIDO