UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL PERU

17/09/2012

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA,

AERONAUTICA, AUTOMOTRIZ Y SOFTWARE

CURSO: INGENIERIA GRAFICA II

PROF.: ING. JORGE ROJAS

TEMA: SOLDADURA

CONTENIDO

Materiales de Aporte para Soldadura 2

Soldabilidad de los Aceros al Carbono e

Inoxidables

4

Técnica de Soldadura por Arco 3 3

Conceptos generales de soldadura 3 1

INTRODUCCIÓN

American Welding Asociation define soldadura como:” …el proceso de unión de dos o más piezas de material, con frecuencia metálica, por la unión a través de una cara de contacto.”

DEFINICIÓN

La ciencia de la soldadura se encarga de estudiar los medios prácticos para producir uniones átomo a átomo a través de superficies metálicas preexistentes en un número suficiente produciendo una continuidad metálica.

OBJETIVOS DE LA SOLDADURA

• Establecer resistencia mecánica satisfactoria al trabajo que desempeñará la pieza.

ESQUEMA GRANULAR

LIMITACIONES

IRREGULARIDADES EN LA SUPERFICIE DE CONTACTO.

CAPA DE ÓXIDO Y HUMEDA ADHERIDAS A LA SUPERFICIE METÁLICA

CLASIFICACION DEL PROCESO

CLASIFICACION DEL PROCESO

CLASIFICACION DEL PROCESO

SOLDADURA POR ARCO ELECTRICO

SOLDADURA POR ARCO

Unión producida por el calor generado por un arco eléctrico con o sin metal de aporte, y con o sin presión

Energía eléctrica se transforma en energía térmica alcanzando temperaturas hasta 4000 °C

SOLDADURA POR ARCO

La energía eléctrica es un flujo de electrones en un circuito cerrado a través de un medio gaseoso que genera luz y calor

SOLDADURA POR ARCO

Idea del proceso: la soldadura con arco eléctrico manual con electrodo revestido o simplemente “Soldadura Eléctrica” se visualiza a través de la siguiente figura:

SOLDADURA POR ARCO

GENERADOR DE CORRIENTE

CABLES DE CONEXION

PORTA ELECTRODO

GRAPA PARA HACER TIERRA

CABLE DE MASA

EL EQUIPO CONSTA:

SOLDADURA POR ARCO

A. Soldadora B. Cable pinza porta

electrodo. C. Electrodo D. Cable de masa

E. Pinza porta electrodo F. Interruptor G. Cable de alimentación H. Borne

SOLDADURA POR ARCO

Nociones de electricidad

FIGURA 1: SENTIDO DE DIRECCIÓN DE LA CORRIENTE FLUYE DEL BORNE HACIA EL

CABE DE TIERRA

QUÉ ES VOLTAJE

ES UNA “PRESIÓN” QUE INDUCE LA CORRIENTE ELÉCTRICA, TAMBIÉN SE

LLAMA DIFERENCIA DE POTENCIAL O TENSIÓN Y SU UNIDAD ES EL

VOLTIOS

QUÉ ES AMPERAJE

ES LA CANTIDAD DE ELECTRICIDAD POR SEGUNDO SU UNIDAD ES EL

COLUMBO POR SEGUNDO LO QUE SE EXPRESA EN AMPERIOS.

Nociones de electricidad

FIGURA 1: SENTIDO DE DIRECCIÓN DE LA CORRIENTE

FLUYE DEL BORNE HACIA EL CABE DE TIERRA

CLASES DE CORRIENTE ELÉCTRICA

CORRIENTE ALTERNA (CA) : EL FLUJO DE LA CORRIENTE VARIA DE UNA

DIRECCIÓN A LA OPUESTA. EN UN PROMEDIO DE 100 A 120 VECES

POR SEGUNDO. EL CAMBIO DE DIRECCIÓN SE DENOMINA CICLOS O

PERIODOS.

CORRIENTE CONTINUA (CC): EL

FLUJO DE CORRRIENTE MANTIENE

SIEMPRE UNA MISA DIRECCIÓN, ES

DECIR, DEL POLO NEGATIVO AL

POSITIVO.

Nociones de electricidad

SOLDADURA DE UNIÓN

En la soldadura de unión se requiere que el material en la costura obtenga casi la misma cualidades de material base , esto es con respecto a la composición química , a las características mecánicas y físicas tales como tenacidad ,resistencia a la tracción resistencia a la corrosión etc.

TÍPOS DE UNIONES

La soldadura se ejecuta para realizar uniones de partes, estas pueden ser plancha plana, rolada, forma estructural, tubo, fundiciones, piezas forjadas, lingotes etc. A estas juntas se les llama construcción soldada. Hay cinco tipos básicos de uniones

TÍPOS DE UNIONES

TÍPO

S D

E U

NIO

NES

CONCENTRACION DE ESFUERZOS EN UNIONES

La concentración de esfuerzos se da en secciones que pueden tener muescas, agujeros, los cordones de soldadura de filete mal diseñado, excesivo material en la soldadura. En la siguiente figura se muestra el flujo de esfuerzos y las resistencias.

CONCENTRACION DE ESFUERZOS EN UNIONES

TÉCNICAS DE SOLDEO

-Preparación del metal base.

-Técnica de Apuntalado.

-Posición de soldadura.

-Secuencia de Soldeo

-Limpieza de los cordones.

- Inspección Visual.

JUNTAS DE SOLDEO

Una junta es la parte a rellenar del metal entre 2 a más planchas o piezas, que tienen los bordes preparados.

a tope, de solape ,en ángulo, en T y por el borde.

PREPARACIÓN DE JUNTAS

PREPARACIÓN DE JUNTAS

SÍMBOLOGIA DE SOLDADURA

La AWS ha creado un sistema que permite identificar, localizar las soldaduras desde el diseñador hasta el taller en los planos, se han hecho esfuerzos en estandarizar para todo el mundo inclusive las Euro normas el ISO están estandarizando sus símbolos.

SÍMBOLOGIA DE SOLDADURA AWS American Welding Society

SÍMBOLOS BÁSICOS CANAL O SURCO

SÍMBOLOS BÁSICOS

IDENTIFICACION DE LAS FLECHAS

IDENTIFICACION DE LAS FLECHAS

SIMBOLOGÍA COMPLEMENTARIA

SÍMBOLOS TÍPICOS EN SOLDADURA

SÍMBOLOS TÍPICOS EN SOLDADURA

POSICIONES PARA UNIONES SOLDADAS

Para soldar hay que tomar diversas posiciones de acuerdo a la unión a soldar, si la pieza es pequeña y móvil se acomodara para buscar la posición plana u horizontal, pero si es grande como las construcciones estructurales el soldador tendrá que soldar en la posición necesaria de la unión.

El AWS define 4 posiciones básicas para soldar que son plana, horizontal, vertical y sobre cabeza,

POSICIONES PARA UNIONES SOLDADAS

PARTES DE UNA SOLDADURA EN CHAFLAN

PARTES DE UNA SOLDADURA EN BISEL

CLASIFICACION AWS

E 70 1 8 H4 R Electrodo

Resistencia a la tensión en ksi

Posiciones

Tipo de recubrimiento y corriente

Nivel de hidrógeno

Cumple los requerimientos del ensayo de absorción de humedad

PROPIEDADES MECÁNICAS - AWS

Valores mínimos Clasificación

AWS Resistencia a la tensión

(lb/pulg2)

Límite de cedencia (lb/pulg

2)

E60XX 62,000 50,000

E70XX 70,000 57,000

E80XX 80,000 67,000

E90XX 90,000 77,000

E100XX 100,000 87,000

E110XXa 110,000 95,000

E120XXa 120,000 107,000

a. En este tipo de electrodos se utiliza recubrimiento tipo bajo hidrógeno únicamente

POSICIONES - AWS

HORIZONTAL

SOBRECABEZA

VERTICAL

PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA

Un procedimiento de soldadura es conjunto de método y practicas detallados implicados en la producción de una construcción soldada, esto implica dos tipos de procedimientos, el primero un requisito de cumplimiento de un código o especificación, y segundo el instructivo paso a paso para ejecutar una construcción soldada.

Todos los códigos son parecidos en lo que se refiere a los procedimientos.

Los reglamentos especifican que los soldadores tengan la habilidad para seguir con éxito el procedimiento y se hagan las soldaduras especificas y se prueben para demostrar que la soldadura tiene la calidad necesaria.

El ASME, el AWS, el API, el ASHHO en sus códigos especifican los pasos para hacer los procedimientos y estos son muy parecidos.

Los códigos afirman que cada fabricante o contratista es responsable de las soldaduras ejecutadas por su organización y debe llevar a cabo las pruebas para calificar los procedimientos de soldadura que se use en la construcción de las partes soldadas, además deberá mantener un registro de los resultados obtenidos en la confección de los procedimientos de soldadura, calificación y desempeño de los soldadores, dichos registros deben ser certificados por el fabricante y estar a disposición del Inspector autorizado.

PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA

El WPS (Welding Procedure Specification) procedimiento de soldadura, este documento detalla las condiciones necesarias para que las aplicaciones respectivas aseguren a los soldadores y otros trabajadores entrenados en la repetición de las operaciones de soldadura según el código.

El WPS describe paso a paso las variables esenciales que son aquellas que un cambio se considera que afecta las propiedades mecánicas de la unión soldada. Las variables esenciales suplementarias son para los materiales que hay que hacer pruebas de muesca. Las variables no esenciales son aquellas que en el WPS se pueden cambiar sin efectuarse una recalificación.

PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA

El WPS debe referir al registro de calificación del procedimiento el PQR Para respaldar el WPS es necesario probar y certificar los resultados de soldadura, esto se lleva a cabo ejecutando las soldaduras descritas, en el WPS maquinándolas y examinando el espécimen de acuerdo al código.

El WPS deberá especificar Uniones, Metales base, metales de aporte, precalentamientos, tratamiento térmico después de soldar, gas de protección, técnica.

PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA

PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA

PROCEDIEMIENTO DE SOLDADURA

PARAMETROS GEOMETRICOS

Figure 15.21 Fillet

welds. (a) Cross

section of weld

showing throat

and legs; (b)

shear planes.

No disponemos de

formulación analítica

ni FEM: Modelo simple

y conservador No considero el esfuerzo

normal

Gargant

a

Potencio el esfuerzo cortante

PARAMETROS GEOMETRICOS

Table 15.9 Geometry of

welds and parameters

used when considering

various types of loading.

[From Mott (1992)]

En flexión proporciona el

momento resistente.

En Torsión el momento de

inercia polar

PARAMETROS GEOMETRICOS

Table 15.9 Geometry of

welds and parameters

used when considering

various types of loading.

[From Mott (1992)]

En flexión proporciona el

momento resistente.

En Torsión el momento de

inercia polar

PARAMETROS GEOMETRICOS

Table 15.9

Geometry of

welds and

parameters used

when considering

various types of

loading. [From

Mott (1992)]

En flexión

proporciona el

momento

resistente.

En Torsión el

momento de

inercia polar

PROPIEDADES DE ELECTRODOS

Electrode Number Ultimate tensile

strength, Su, ksi

Yield strength, Sy,

ksi

Elongation, ek,

percent

E60XX

E70XX

E80XX

E90XX

E100XX

E120XX

62

70

80

90

100

120

50

57

67

77

87

107

17-25

22

19

14-17

13-16

14

Sistema de numeración del código de especificaciones de American Welding Society (AWS)

para electrodos. En este sistema se uso como prefijo la letra E, en un sistema de numeración

de cuatro o cinco dígitos en el cual los primeros dos o tres números designan la resistencia

mínima a la tensión. El ultimo incluye variables en la técnica de soldado, como lo fuente de

corriente. El penúltimo digito indica la posición de soldado, como por ejemplo, plana, vertical o

sobre la cabeza.

PROPIEDADES DE ELECTRODOS

NIVEL DE RESISTENCIA DEL ELECTRODO

ESFUERZO DE CORTE PERMISIBLE

Ksi MPa Ksi MPa

60 400 18 120

70 500 21 150

80 600 24 180

100 700 30 210

ESFUERZO DE CORTE PERMISIBLE EN SOLDADURA DE FILETE

PROPIEDADES DE ELECTRODOS

Factor de Seguridad

Esfuerzos permisibles por el código AISC para metal de aporte

(American Institute of Steel Construction)

No se considera tan importante equiparar las propiedades del electrodo con las del metal base, como la

rapidez y habilidad del operador, amen de perder condiciones, como por e.j. maquinabilidad.

Recomendación: Empleo a aceros con especificación UNS entre G10140 y G10230, con resistencia a

tensión en condición de laminado en caliente entre 60-70 kpsi.

Fatiga: Códigos AWS y AISI para puentes.

Valores basados en Su, de aceros estructurales ASTM (30-50 kpsi) / Sy=0,5Su Ej. Cálculo n real.

Tensión = 1/0,60=1,67

Cortante=0,577/0,40=1,44

PROPIEDADES DE ELECTRODOS Cargas constantes permisibles y tamaños mínimos de soldadura de

filete.

PROPIEDADES DE ELECTRODOS

Enunciado: Una ménsula se suelda a una viga

como se indica en la figura. Sudoponemos una

carga constante de 20KN y longuitudes l1= 150

mm y l2=100 mm. Se realiza una soldadura de

filete con un electrodo E60xx.

Hallar: la longitud del cateto de la soldadura para

la carga, considerando la torsión pero no la

flexión para n=2,5.

Figure 15.22 Welded bracket used in Example 15.11. (a)

Dimensions, load and coordinates; (b) torsional shear stress

components at points A and B. (All dimensions are in

millimeters.)

PROPIEDADES DE ELECTRODOS

Fatigue Strength Reduction Factors

Type of weld

Fatigue stress

concentration factor, Kf

Reinforced butt weldToe of transverse fillet weld

End of parallel fillet weld

T-butt joint with sharp corners

1.21.5

2.7

2.0

Table 15.11 Fatigue strength reduction factors for

welds. [From Shigley and Mischke (1989)]

PROPIEDADES DE ELECTRODOS

Adhesive Bonded Joints

Figure 15.23 Four

methods of applying

adhesive bonding. (a)

Lap; (b) butt; (c) scarf;

(d) double lap.

PROPIEDADES DE ELECTRODOS

Scarf Joint

Figure 15.24 Scarf

joint. (a) Axial

loading; (b)

bending; (c)

torsion.

CONSIDERACIONES A TENER EN CUENTA

1. A lo largo de bordes cuadrados de placas menores a ¼” (6.4mm) el tamaño máximo de la soldadura es igual al espesor de la placa.

2. A lo largo de borde cuadrados de placas de ¼” o mayores, el tamaño máximo de soldadura de filete es 1/16” menor que el grosor de las placas.

FORMULAS EMPLEADAS

VV ASP

LsentSP V Donde:

P: carga aplicada.

Sv= Esfuerzo de corte en el material de aporte.

t: ancho del filete.

Ø= ángulo del filete con la horizontal

L= largo del cordón de soldadura.

PROBLEMAS DE SOLDADURA

PROBLEMA 1

Una placa de borde cuadrado de 1/2”x5” se va a soldar a una placa pesada, por medio de soldaduras de filete, como se muestra en la figura usando electrodos de clase 60, determínese la longitud necesaria de la soldadura, si P = 50 000 libras.

PROBLEMA 2

Determínese la longitud necesaria para las soldaduras de filete L1 y L2 para conectare el L8x6x1/2 a la placa de unión como se muestra en la figura . Úsense electrodos clase 70 y supóngase que el tamaño máximo de la soldadura de filete es tres cuartos del espesor del ángulo.

PROBLEMA 3

Realice el modelado del ensamble utilizando perfiles y una las partes con procesos de

soldadura.

PROBLEMA 4

Realice el modelado del ensamble utilizando perfiles

y una las partes con procesos de soldadura.

BIBLIOGRAFIA

Robert L. Norton. Diseño de maquinaria.

J. Jackson, H. Wirtz. Estática y Resistencia de Materiales. Ed. Mc Graw Hill. México 1985.

Welding process in the engineering (Atlantic international university honolulu), hawaii by Jonny Leicer Carabali Bachelor Science Mechanical Engineering 2006).

MANUAL DE SOLDADURA EXSA-OERLIKON.

http://www.cebora.it/istr/ist190E.pdf