Generalidades de Soldadura

5/12/2018 Generalidades de Soldadura - slidepdf.com

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SOLDADURA

La soldadura es un proceso de unión entre metales por la acción del calor, con osin aportación de material metálico nuevo. Una de las principales ventajas en elempleo de la soldadura es que esta puede adaptarse a la forma de los cuerpos

que requieren ser unidos y dentro de los factores importantes de su empleodestacan el ahorro en pernos o sujetadores y en el tiempo de ensamblado deestos.

Al soldar, se requiere que las piezas se encuentren firmemente unidas por sujetadores o abrazaderas, dejando un espacio libre entre éstas para la aplicaciónde la soldadura. El calor debido a la aplicación de la soldadura genera distintoscambios metalúrgicos en los elementos a unir y esta unión causa esfuerzosresiduales en los materiales, lográndose eliminar con un tratamiento térmico. Si sevan a soldar piezas de un grosor considerable, es recomendable someterlas a un

precalentamiento para beneficiar su unión. Dentro los tipos más empleados desoldadura se encuentran la soldadura de filete para los elementos de máquinas ylas soldaduras a tope para el diseño de recipientes a presión.

CLASIFICACIÓN Y TIPOS DE SOLDADURA

La soldadura puede ser clasificada [1] por la naturaleza de los materiales que van aser unidos y el método en la que puede ser aplicada.

Por la naturaleza de los materiales a ser unidos:

Soldadura heterogénea. Efectuada entre materiales de distinta naturaleza, con osin metal de aportación: o entre metales iguales, pero con distinto metal deaportación. Puede ser blanda o fuerte.

Soldadura homogénea. Los materiales que se sueldan y el metal de aportación, silo hay, son de la misma naturaleza. Puede ser oxiacetilénica, eléctrica (por arcovoltaico o por resistencia), etc. Si no hay metal de aportación, las soldadurashomogéneas se denominan autógenas.

Soldadura autógena. Aquella que se realiza sin metal de aportación, de maneraque se unen cuerpos de igual naturaleza por medio de la fusión de los mismos;así, al enfriarse, forman un todo único.

Soldadura blanda. De tipo heterogéneo, se realiza a temperaturas por debajo delos 400 °C. El material metálico de aportación más empleado es una aleación deestaño y plomo, que funde a 230 °C aproximadamente.



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Soldadura fuerte. También llamada dura o amarilla, es similar a la blanda, pero sealcanzan temperaturas de hasta 800 °C. Como metal de aportación se suelen usar aleaciones de plata, y estaño (soldadura de plata), cobre y cinc. Como materialfundente para cubrir las superficies, desoxidándolas, se emplea el bórax. Unsoplete de gas aporta el calor necesario para la unión.

Por el método de aplicación:

Soldadura por presión. La unión entre los metales se produce sin aportación decalor (soldadura en frío). Útil en aplicaciones en las que sea fundamental noalterar la estructura o las propiedades de los materiales que se unen.

Soldadura oxiacetilénica (con gases al soplete). El calor aportado en este tipo desoldadura se debe a la reacción de combustión del acetileno, que resulta ser fuertemente exotérmica, pues se alcanzan temperaturas del orden de los 3500 °C.

Soldadura por arco eléctrico. Resulta indispensable para un gran número deindustrias, al ser un sistema de reducido coste, de fácil y rápida utilización,resultados perfectos y aplicables a toda clase de metales.

Soldadura por arco sumergido. Emplea un electrodo metálico continuo y desnudo.El arco se produce entre el alambre y la pieza bajo una capa de fundente

granulado que se va depositando delante del arco. Tras la soldadura se recoge elfundente que no ha intervenido en la operación.

Soldadura por arco en atmósfera inerte. Este procedimiento se basa en aislar elarco y el metal fundido de la atmósfera, mediante un gas inerte (helio, argón,hidrógeno, anhídrido carbónico, etc.).

Soldadura aluminotérmica o con termita. Utiliza como fuente el calor para fundir los bordes de las piezas a unir y metal de aportación el hierro líquido y

sobrecalentado que se obtiene de la reacción química se produce entre el óxidode hierro y el aluminio de la cual se obtiene la alúmina (óxido de aluminio), hierro yuna muy alta temperatura.

Soldadura por resistencia eléctrica. El calor necesario para aplicar la soldadura seproduce al pasar una corriente eléctrica a través de la unión de las piezas.



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SOLDADURAS A TOPE Y DE FILETE

Existen esfuerzos normales y de corte producidos por cargas de tensión ocompresión y de corte sobre una soldadura en una ranura en forma de v (tope)(ver Figura 1) y de filete, la cual involucra a la garganta de la soldadura h y la

longitud de la soldadura l :

Fig. 1. Soldaduras de tope (izq.) y de filete, con cargas cortante y axial

Es posible decir que todavía no se posee una aproximación analítica que prevealos esfuerzos existentes en una soldadura de filete o tope [2], debido a la geometríacompleja de las uniones.

ESFUERZOS EN UNIONES SOLDADAS A FLEXIÓN Y TORSIÓN

Para el caso general de una unión soldada a flexión (ver Figura 2), existe voladizosoldado a un soporte mediante soldaduras de filete en la parte superior y lainferior. La fuerza cortante produce un cortante primario en las soldaduras.

Fig. 2. Unión soldada sometida a flexión.



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El momento M induce una componente de esfuerzo cortante en la garganta de0.707, donde se encuentra la unión soldada. Si consideramos las dos soldadurasde la figura 2 como líneas, se observa el segundo momento de área unitaria:

El segundo momento de área I, con base en el área de la garganta de lasoldadura, es:

El esfuerzo cortante nominal en la garganta es:

El segundo momento de área de la ecuación anterior se basa en la distancia d ,entre las dos soldaduras. Si este momento se determina al considerar las dossoldaduras como si tuvieran huellas rectangulares, la distancia entre los centroidesde las gargantas de las soldaduras es aproximadamente (d+h). Por ello seproducirá un segundo momento del área ligeramente mayor y resultaría en unnivel de esfuerzo menor. El método de considerar las soldaduras como una líneano interfiere en el enfoque conservador del modelo.

U niones soldadas sometidas a torsión

Fig. 3 Voladizo soldado a dos columnas con soldadura de filete

Considerando la figura anterior, y considerando el voladizo l, soldado a doscolumnas mediante dos soldaduras de filete. Debemos saber que la restricción enel soporte de un voladizo, siempre consiste en una fuerza cortante V y en unmomento. La fuerza cortante produce un cortante primario en las soldaduras demagnitud:



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Donde A es el área de la garganta de todas las columnas.El momento en el soporte produce un cortante secundario o una torsión de lassoldaduras y dicho esfuerzo esta dado por la ecuación:

Donde r es la distancia desde el centroide del grupo de soldaduras hasta el puntode soldaduras de interés, y J es el segundo momento polar de inercia del área delgrupo de soldaduras respecto del centroide del grupo.

A continuación (ver Figura 4) se muestran dos soldaduras en un grupo.

Fig. 4. Soldaduras en grupo sometidas a una carga de torsión

Los rectángulos representan las áreas de las gargantas de las soldaduras. Lasoldadura 1 tiene un ancho de garganta b1= 0.707h1 y la soldadura 2 un ancho degarganta d2= 0707h2. El área de garganta de ambas soldaduras en conjunto es:

Considerando que el eje x de la figura pasa por el centroide G1 de la soldadura 1.El segundo momento de área respecto del es:

De manera similar, el segundo momento del área a través de G1 paralelo al eje yestá dado por:



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Y el segundo momento polar de área de la soldadura 1 respecto de su propio

centroide es:

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:

Se puede apreciar de la figura, que las distancias r1y r2 desde G1 y G2 sonrespectivamente:

Mediante el teorema de los ejes paralelos, se determina el segundo momentopolar del área del grupo de la soldadura es:

Como el ancho de de la garganta de una soldadura de filete es de 0.707h, larelación entre J y el valor unitario es:

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] http://tecnologiafuentenueva.wikispaces.com/file/view/Soldadura.pdf

[2] R.G. Budynas, J.K Nisbett, Diseño de elementos mecánicos de Shigley, 8vaed., Mc Graw Hill 2008

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