juntas soldadas1 2012b
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Juntas Soldadas
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Ing. Arturo GamarraChinchay
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Qu es la soldadura?
La soldadura es en realidad un proceso metalrgico, por eso
entender como los metales se comportan durante su producciny fundicin es conocer los fundamentos de la soldadura.
La mayora de los procesos de soldadura,al igual que en la fundicin de los
metales, requieren la generacin de altastemperaturas para hacer posible la uninde los metales envueltos
El trmino soldadura lopodemos definir como uninmecnicamente resistente dedos o ms piezas metlicasdiferentes
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Procesos de Soldadura
MMA. Soldadura manual con electrodos revestidos
Este proceso de soldadura, secaracteriza porque se produceun arco elctrico entre la piezaa soldar y un electrodo metlico
recubierto. Con el calorproducido por el arco, se funde
el extremo del electrodo y sequema el revestimiento,
producindose la atmsferaadecuada para que se produzcala transferencia de las gotas
del metal fundido desde el alma
del electrodo hasta el bao defusin en el material base.
La escoria derretida se escurre sobre el cordn desoldadura donde protege el metal soldado,aislndolo de la atmsfera durante la solidificacin;la escoria tambin ayuda a darle forma al cordn
La Soldadura Manualo MMA es tambinconocida comoSoldadura de Varillao Soldadura de Arco
Elctrico, es la msantigua y msverstil de todos losdiferentes procesosde soldadura de arco
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Procesos de Soldadura
GMAW. Soldadurasemiautomtica con hilo slido.
En la soldadura por Arco Metlico con Gas
(GMAW), conocida como proceso MAG-MIG, lafusin es producida por un arco que se estableceentre el extremo del alambre aportadocontinuamente y la pieza a soldar. La proteccinse obtiene ntegramente de los gasessuministrados simultneamente con el metal deaporte. Existen dos clasificaciones en esteproceso, en funcin del tipo de gas protector:MIG- El cual emplea proteccin de un gas inerteo mezcla de gases inertes (Helio, Argn, etc).MAG- El cual emplea dixido de carbono omezcla de CO2 con gases inertes
La soldadura GMAW (gas metal arcwelding) o Soldadura MIG (metal
inert gas) es inherentemente msproductiva que la MMA (Soldadurade arco manual), donde las perdidasde productividad ocurren cada vezque el soldador se detiene parareemplazar el electrodo consumido
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Procesos de Soldadura
GTAW. Soldadura Tig..La soldadura GTAW (gastugsten arc welding) oSoldadura TIG (tungsteninert gas) es tambin conocidacomo soldadura Heliarc
Es un proceso en el que se usa unelectrodo no consumible detungsteno slido, el electrodo, elarco y el rea al rededor de lasoldadura fundida son protegidas de
la atmsfera por un escudo de gasinerte, si algn metal de aporte esnecesario es agregado a la soldaduradesde el frente del borde de lasoldadura que se va formando
La Soldadura TIG fue desarrollada inicialmente
con el propsito de soldar metales anticorrosivosy otros metales difciles de soldar, no obstante alpasar del tiempo, su aplicacin se ha expandidoincluyendo tanto soldaduras como revestimientosendurecedores (hardfacing) en prcticamentetodos los metales usados comercialmente.
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Procesos de Soldadura
PAW. Soldadura Plasma.
El trmino plasma designa una atmsferagaseosa a alta temperatura ionizada,constituida por iones positivos y por
electrones. Es una atmsfera globalmenteneutra, que forma la parte ms grande de lacolumna de arco y a travs de ella seefecta el paso de la corriente. Debido alas grandes temperaturas del arco plasma,ste tiene numerosas aplicaciones
Soldadura por Arco de Plasma "PAW"(Plasma Arc Welding) es un proceso muysimilar al proceso de soldadura TIG"GTAW", de hecho es una evolucin deeste mtodo, el cual esta diseado paraincrementar la productividad.
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Procesos de Soldadura
Soldadura de Arco Sumergido"SAW
En el proceso de Arco Sumergido "SAW", el arco esiniciado entre el material base a ser soldado y la punta deun electrodo consumible, los cuales son cubiertos por unacapa de un fundente granulado. El arco es, porconsiguiente, escondido en esta capa densa de fundentegranulado el cual parte se funde para formar una cubierta
protectora sobre el cordn de soldadura fundido, endonde sus remanentes pueden ser recuperados para serusado nuevamente
El lado malo del proceso es que los equipos son muy
costosos, as como la instalacin que se puedeconvertir en algo compleja, en donde grandesestructuras metlicas son fabricadas para poderinstalar las cabezas de soldadura que tendrn quemoverse transversal, horizontal, vertical, orbital, ya veces hasta diagonalmente.
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Basemetal
Elementos del proceso de soldadurade arco elctrico
HAZ Weld metal HAZ
Fusion line
Weld preparation
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Esfuerzo residual en una soldadura a tope
XX XXssx
ssy
ssx
0 TensionCompression
XX XX
sy Tension
Compression
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Soldadura de filete
Una soldadurade filete estahecha concatetos iguales.
Seccin transversal de la soldadura que muestrala garganta y los catetos
Plano de cortante de lasoldadura en la garganta
Configuracin supuesta
de la soldadura
Configuracin real dela soldadura
he = longitud del cateto de la soldadura, m
te = longitud de la garganta de la soldadura, m
Donde:
La seccin masdelgada esentonces en lagarganta de lasoldadura, a
45 de loscatetos
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Soldadura de filetePlanos de cortante
Carga
Esfuerzocortante
Planos decortante
Esfuerzocortante
Libre paralas placas
espesor
El esfuerzo que rigeen las soldaduras defilete es el cortantesobre la garganta
de la soldadura
En la soldadura de filete alineadaparalela a la carga, el esfuerzocortante ocurre a lo largo de lagarganta del filete paralelo a la carga.
En la soldadura de filete alineada en formatransversal a la carga, el esfuerzocortante ocurre a 45 de la carga, actuandode forma transversal al eje del filete
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Carga Paralela y TransversalLas soldaduras de filete fallan por cortante en la seccin mnima, la cual se
encuentra en la garganta de la soldadura. Esto es cierto si la soldadura tienecarga paralela o transversal
soldaduraxy
we
SLt
P
wewewe Lh
P
Lh
P
Lt
P 414.1
707.0
soldaduraxy
we
SLt
P
El esfuerzo cortante para estos tipos de carga es:
donde
te = longitud de la garganta de la soldadura, he sen 45 = 0.707 he, m
he = longitud del cateto de la soldadura, mLw = longitud de la soldadura, m
As, para evitar la falla, sedebe cumplir lo siguiente:
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Tamao de la soldaduraEl tamao de la soldadura es especificado de lasiguiente manera:Para soldadura a tope: espesor de la gargantaPara soldadura de filete: espesor de la garganta.
Para propsito de diseo es necesario referirse altamao efectivo de la soldadura
Soldadura a topeEl tamao efectivo en diseo es el espesor de la gargantat1 . Notamos en las ilustraciones que t1 < t2 , donde t2es el espesor actual de la garganta. En cada caso elespesor de la sobre pelcula de soldadura es deducido.
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(source: J.G. Hicks, ref. 41)
Penetracin parcial de la soldadura a topeEl termino penetracin parcial implica estrictamenteen una soldadura a tope que estas son diseadas para
tener menos que la penetracin completa.
El espesor de la garganta de una pentracin parcial desoldadura es t2 + t2. Notamos que el grado depenetracin ser conocido correctamente
l d l f d ld d
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La soldaduratransportacarga
Anlisis del esfuerzo esttico de soldadura
El anlisisde esfuerzoesttico desoldadurarequiere ladeterminacinde esfuerzosen lasoldadura quetransportacarga.
La seccin transversal de la garganta deuna soldadura es considerado como la seccincritica, y los esfuerzos cortante y normalmedio, son usados para la valoracin de losesfuerzos bajo los modos de carga axial,momento flexionante y torsional. Losesfuerzos normal y de corte inducidos por lascargas axiales y momentos flexionantes soncalculados sobre la seccin transversal enteraque transporta la carga.
El mximo esfuerzo cortantegenerado en la seccintransversal de la soldadurapor un torque es promediadoen una posicin especifica solosobre el espesor de lagarganta pero no sobre elrea de la seccin transversalde la garganta de soldadura
La soldadurano transportacarga
D fi i i d l d l d l
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(source: J.G. Hicks, ref. 41)
Welds with
equal legs
Welds with
unequal legs
Definicin del espesor de la garganta de lasoldadura para varias configuraciones geomtricas
de soldadura
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1
2
RP
L
t
R
P
n
= Pcos/A
1 = Pcos/A
2 = R/A
A = tcos
Resultant equivalent stress
2 22
1 23
eq
Componentes de esfuerzo en la seccin plana transversal de lagarganta de la soldadura en una soldadura a tope en T con
soldaduras de filete que transporta carga transversales (combinacinde esfuerzos en la garganta de la soldadura en solido mecnico)
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= 0 !!
1=P/A
2=R/a
Calculo del esfuerzo cortante transversal
1= X=P/A
1
x
2
RP
L
t
R
P
n
2 2
1 2
23
eq
Componentes de esfuerzo en la seccin plana transversal de la garganta de lasoldadura en una soldadura a tope en T con soldaduras de filete que transporta
carga transversales (combinacin simplificada de esfuerzos en la seccin transversalde la garganta de la soldadura de acuerdo al mtodo Americano)
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Resultant shear stress
2 2
1 2
3eq
= 0 !!
1= X=P/A
2=R/a
1
2
RP
L
t
R
P
n
Componentes de esfuerzo en la seccin plana transversal de la garganta de lasoldadura en una soldadura a tope en T con soldaduras de filete que transporta
carga transversales (mtodo Americano)
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1
2
2 cos
2 cos 45
1.414
x
P
lt
P
lh
P
lh
P
lh
s
13
3
1.41.225
41
eq
P
lh
P
lh
s
sx
P/2
t
sx
1
P/2
Ejemplo: Filete de soldaduratransversal bajo carga axial