UNIDAD V

UNIDAD VIIITENSIONES Y DEFORMACIONES DURANTE EL SOLDEO

TENSIONES Y DEFORMACIONES DURANTE EL SOLDEOCuando se calienta una pieza se dilata, es decir aumenta su volumen, y cuando se enfra se contrae volviendo a su forma original, siempre que no se haya impedido de alguna forma su dilatacin, o su contraccin, y el calentamiento y el enfriamiento se hayan realizado de forma uniforme.Sin embargo, cuando el calentamiento no es uniforme, o NO se impide la dilatacin y contraccin de la pieza, sta se deformaPor ejemplo, en la figura 7.1 se ha representado un bastidor de acero en el que se ha calentado localmente una cierta longitud Lo [ver figura 7.1 (A)], que se alargar localmente de L0 a l1 produciendo una deformacin en el resto del bastidor [figura 7.1 (B)].La parte que permanece fra y que est deformada tender a volver a su posicin original, para lo cual obligar a la parte calentada a deformarse, consiguindolo porque el calor ha reducido la resistencia mecnica de la parte caliente [figura 7.1 (C)]. Cuando se enfre del todo se contraer (L2 menor que L0) deformando de nuevo el bastidor.

Figura 7.1: Simulacin de la deformacin provocada por un calentamiento localDurante el soldeo se producen calentamientos locales de las piezas (ver figura 7.2), la zona fra de la pieza impedir la libre dilatacin y contraccin de la parte caliente que se traducir en una deformacin.

Figura 7.2: Calentamiento local producido durante elsoldeo de dos chapasSe puede observar, por tanto, que como consecuencia de enfriamientos y calentamientos no uniformes se producen: Deformaciones en las piezas. Tensiones internas o residuales, que permanecern en las piezas an despus de retirar todos los esfuerzos o cargas externas. Si se impide la deformacin de las piezas se producen tensiones internas, aumentando el riesgo de fallo, es decir, el riesgo de rotura de la pieza.Tanto en las soldaduras en ngulo como en las realizadas a tope, interesa distinguir:La contraccin longitudinal [ver figurar. 7.3 (A)] que se produce en el sentido del eje longitudinal de la unin soldada, produce deformaciones como la representada en la figura 7.4.La contraccin transversal ver figura 7.3 (B) que se produce perpendicularmente a la anterior.

Figura 7.3: Contracciones transversales y longitudinales producidasal realizar la soldaduraLa contraccin angular, que en realidad no es sino una parte de la transversal y que proviene de que un cordn de soldadura de seccin triangular se contrae transversalmente de modo desigual (ver figura 7.5).

Figura 7.4: Deformacin por contraccin longitudinal

Figura 7.5: Deformacin angular(B) Deformacin angular en una unin a tope

Figura 7.5: Deformacin angularDeformacin angular en una unin en ngulo(B)(A)1.1DIFERENTES MTODOS DE PREVENIR LAS DEFORMACIONES SIN PRODUCIR GRANDES TENSIONES1.1.1 DISEO DE LA UNIN La deformacin durante el soldeo ser menor cuanto: Menor sea la cantidad de metal de soldadura. Mayor sea la simetra de la unin. Menor sea la cantidad de calor aportado.Uniones a tope

Con el fin de reducir la cantidad de metal de soldadura:

La separacin en la raz ser la mnima posible que garantice, eso s, una buena accesibilidad a la raz y por tanto una buena penetracin.El ngulo del chafln ser el mnimo posible (ver tabla 7.6).Se utilizarn preparaciones en U en lugar de en V cuando el espesor de la pieza sea elevado, (ver tabla 7.6).Siempre se preferirn diseos en U doble o en V doble, sin embargo estos tipos de preparacin son ms caros por lo que se utilizarn cuando el espesor de la unin sea elevado (mayor de 15 mm) y cuando la unin sea accesible por los dos lados, (tabla 7.6).

Tabla 7.6: Influencia del tipo de preparacin de la unin en la deformacin durante el soldeo.Uniones en nguloSe deber reducir al mximo el aporte trmico y la garganta de la soldadura, teniendo en cuenta que sta nunca sea inferior a la mnima especificada.1.1.2MONTAJE DE LAS PIEZASPara reducir las deformaciones nos interesa reducir las contracciones; se podra conseguir con cualquiera de los tres mtodos siguientes:Situar las chapas y embridarlas de forma que se minimice la deformacin.Predeformar elsticamente la pieza en sentido contrario a la deformacin prevista (ver figura 7.7).Estimar la cantidad de deformacin que se vaya a producir durante el soldeo y situar las chapas de forma que se compensen las deformaciones. (Ver figurar 7.7).

El tercer mtodo sera mejor que el primero y que el segundo, ya que stos producen tensiones internas, sin embargo el tercer mtodo es ms difcil de aplicar. El primer mtodo es ms simple y suele ser el ms utilizado. Para evitar grietas y roturas por el embridado de piezas se soldar con secuencias adecuadas y, en los espesores grandes, se realizar un precalentamientoFigura 7.7: Predeformacin elsticamente la pieza antes del soldeo1.1.3PROCEDIMIENTO DE SOLDEOEn general, se deber:Completar la unin con el mnimo nmero de pasadas posible y con el dimetro de electrodo, varilla o alambre mximo posible.Realizar el soldeo de forma rpida, reduciendo el calor aportado.Comenzar soldando las uniones que provoquen la contraccin mxima.Precalentar las piezas para evitar que se enfren rpidamente, de esta forma se permite a las piezas que se adapten a los cambios de volumen producidos por el calor, reducindose las tensiones y las deformaciones. Se aplicar sobre todo cuando los materiales tienen gran espesor. Sin embargo, este mtodo debe emplearse con sumo cuidado y teniendo en cuenta que en algunos materiales puede ser muy perjudicial.Durante el soldeo progresar de forma simtrica, de modo que cada pasada contrarrestre las deformaciones producidas por la anterior.Para esto se tendr que tener en cuenta lo siguiente: Soldar simultneamente por las dos caras de la unin en las soldaduras en ngulo, as como las soldaduras a tope en V doble (por ejemplo en posiciones vertical y comisa), de esta manera la deformacin producida por una cara de la soldadura la contrarrestra el otro soldador por el otro lado. En las uniones en V o U doble simtricas se deber realizar el soldeo como indica la figura 7.8, alternando los cordones de soldadura por ambos lados de la unin. Cuando se resane, tambin deber realizarse de forma simtrica. Si la primera pasada debe resanarse completamente, el soldeo ya no ser simtrico, por lo que en ese caso se preferir un diseo en U o V doble asimtrico.

Figura 7.8: Unin en v doble simtrica. Alternar los cordones por ambos ladosEn las uniones en V o U doble asimtricas, tambin se deber alternar las pasadas de soldadura.1.1.4 SECUENCIA DE SOLDEOLa secuencia de soldeo es el orden en el que se efectan los cordones y las pasadas de soldadura. Se pueden utilizar secuencias que aminoren la deformacin.Secuencia de paso de peregrino [figura 7.9 (A)]Es un mtodo fcil para reducir la deformacin durante el soldeo. Se evita de esta forma el efecto de cierre de las chapas que en otro caso tenderan a reducir la separacin en la raz. Consiste en efectuar cada pasada en sentido contrario al de avance del soldeo. Se emplea fundamentalmente:En uniones largas.En las primeras pasadas de grandes espesores.Donde se produzcan cruces de soldaduras.Zonas de grandes esfuerzos y gran responsabilidad.La figura 7.9 (B) muestra el "soldeo a saltos" que es una variante del "soldeo de paso de peregrino", consiste en realizar cordones espaciados regularmente soldando tambin en sentido contrario al de avance del soldeo.En la figura 7.9 (C) se representa una tcnica para realizar las uniones en ngulo alternando los cordones de soldadura.

Figura 7.9: (a) Soldeo de paso de peregrino. (b) Soldeo a saltos. (c) Tcnica para realizar dos soldaduras en ngulo en forma de t1.2 EJEMPLOSForma de evitar que se cierre la separacin en la razCuando durante el soldeo se junten las chapas [figura 7.10 (A)], se podr corregir en algunos casos invirtiendo el sentido de soldeo, para ello se comenzar el nuevo cordn a unos 50-75 mm del final del anterior [figura 7.10 (B)].Soldeo de un conjunto de chapas [Figuras 7.11 (A), (B) y (C)] Se soldarn primero las piezas ms pequeas para formar piezas de tamao parecido a la mayor. Las uniones contiguas se realizarn en sentido contrario. Ninguna unin terminar en otra ya realizada. Se debe soldar comenzando por el centro y terminando en los extremos.

Figura 7.10: Mtodo de corregir la disminucin de la separacin en la raz; cambiar el sentido del soldeoUniones en ngulo Colocar refuerzos angulares antes de soldar cuando sea necesario para evitar deformaciones angulares. Si la pieza es de gran espesor, utilizar el paso de peregrino.

Figura7.11: Soldeo de un conjunto de chapas En la figura 7.12 se ha indicado una secuencia, pudindose utilizar otras, por ejemplo soldar del centro hacia los extremos y soldar con dos soldadores al mismo tiempo, uno por cada lado si las chapas son de gran espesor. Soldar del centro hacia los extremos libres. Ejecutar la soldadura aplicando el mnimo de calor y de metal de aporte Embridar la piezaSoldeo de tubera fija mediante electrodo revestidoDe dimetro menor de 500 mm:La soldadura ser realizada por un solo soldador.Se soldar en sentido ascendenteSe soldar en dos mitades, desde la parte inferior hacia la superior.

De dimetro mayor de 500 mm:Se emplearn dos o ms soldadoresSe suelen soldar en sentido descendente si se emplea electrodo celulsico.

Figura 7.12: Secuencia para soldar uniones en ngulo7.3 FORMAS DE CORREGIR LA DEFORMACINNo siempre es posible controlar totalmente la deformacin, pero se pueden emplear diferentes mtodos para corregirla.Mtodos:Los tratamientos trmicos postsoldeo reducen el nivel de tensiones internas, pudindose corregir la deformacin. Consisten en el calentamiento uniforme (a veces localizado) de las piezas y enfriamiento lento. La temperatura y tiempo depender del material base.Se puede enderezar las chapas mecnicamente por medio de presin.Enderezado trmico. Se sabe que un calentamiento localizado produce deformaciones en las piezas, pues bien, se puede utilizar este efecto para deformar las piezas en sentido contrario a la deformacin que poseen como resultado del soldeo, de esta forma se enderezarn las piezas. Este mtodo es muy utilizado en los aceros al carbono, se aplica mediante llama de calentamiento. Se debe realizar siempre con gran cuidado y solamente por personas experimentadas.El calor se puede aplicar en forma de puntos, ver figura 7.13, donde se representa el enderezado de una estructura abombada. Cuando las secciones son mayores puede ser necesario aplicar lneas de calor (ver figura 7.14).

Figura 7.13: Enderezado mediante puntos de calorEn la figura 7.15 se indica la forma de enderezar utilizando calentamientos en forma de cua.

Figura 7.14: Enderezado de una pieza soldada en ngulo mediante lnea de calorFigura 7.15: (a) Enderezado por calentamiento local en forma de cua, puede realizarse sobre ambas superficies al mismo tiempo. (b) enderezado de capa curvada. (c) enderezado de chapa alabeada.