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UNIVERSIDAD CATLICA DEL NORTEFACULTAD DE ARQUITECTURA, CONSTRUCCIN E INGENIERIA CIVILDEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL
AUTOR : JORGE OMEROVIC PAVLOV FECHA : MARZO 2005
PROYECTO DE PRODUCTIVIDAD 2004-2005: "PARA HACER DIFERENCIAS"
DISEO DE CONEXIONES EN ESTRUCTURA METALICA SEGN
METODO LRFD
( VOLUMEN 2 SOLDADURA)
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Jorge Omerovic Pavlov
Facultad de Arquitectura, Construccin e Ingeniera CivilUniversidad Catlica del Norte
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RESUMEN
El Instituto Chileno del Acero public en el ao 2002 un nuevo Manual deDiseo, en l se propone como nueva norma de diseo en acero el Mtodo LRFD (Load and Resistance Factors Design - Mtodo de Diseo por Factores de Carga y
Resistencia).Debido a que la nueva norma es absolutamente distinta a la que exista, basada
en el Mtodo ASD ( Allowable Stress Design Mtodo de Tensiones Admisibles), elcurso que se presenta a continuacin reemplaza las anteriores publicaciones:"Diseode uniones con conectores mecnicos" y "Diseo de uniones con soldadura"publicados por el autor en el marco de proyectos de productividad de los aos 1995 y1996 de la Facultad de Arquitectura, Construccin e Ingeniera Civil (FACIC) de aos1995 y 1996.
Adems, el presente curso completa, desde el punto de vista de las uniones yde casos especiales de vigas, lo tratado en la publicacin "Curso de diseo en acerosegn Mtodo LRFD del Proyecto de Productividad: FACIC "Anhelos depermanencia del ao 2003.
En lo que sigue, junto con la materia propiamente tal, se desarrolla una serie deejemplos,. Se completa as el proceso de diseo de elementos estructurales deacero, en que la preocupacin esta vez es analizar cmo los elementos sonconectados entre s, explicando y aplicando uniones apernadas en el Volumen 1 yuniones soldadas en el Volumen 2 Se considera tambin el nuevo enfoquepresentado por ICHA2002 para el caso del fenmeno de fatigamiento en elementosde acero.
En el proceso de diseo se hace uso de las Normas de cargas sobre lasestructuras y de la Normativa propuesta por el Instituto Chileno del Acero para eldiseo usando el Mtodo de Factores de Carga y Resistencia basado a su vez en lasNormas AISC y AISI norteamericanas que se toman como referencia.
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Indice
Captulo 1. Caractersticas de los procesos de soldadura....................................61.1 Introduccin. ................................................................................................. 61.2 Por fusin del metal en la zona de contacto ................................................. 6
1.3 Sin fusin del material en la zona de contacto.............................................. 61.3.1 Unin por forjado: ...................................................................................... 61.3.2 Unin por Resistencia: .............................................................................. 61.3.3 Soldadura Blanda..................................................................................... 61.3.4 Soldadura Fuerte....................................................................................... 61.4 Clasificacin de las soldaduras por fusin .................................................... 91.4.1 Soldadura gaseosa.................................................................................... 91.4.2 Soldadura al Arco .................................................................................... 151.4.2.1 Soldadura al Arco Manual - AM............................................................... 151.4.2.2 Soldadura al Arco Sumergido - AS.......................................................... 161.4.2.3 Soldadura con Gas y Arco Metlico - MIG .............................................. 18
1.4.2.4 Soldadura con Gas y Arco Metlico - TIG............................................ 181.4.2.5 Soldadura al Arco con Ncleo Fundente ............................................. 191.4.3 Mquinas para soldar con Arco Elctrico ................................................ 201.4.4 Designacin de los electrodos en la soldadura al arco............................ 221.4.4.1 Arco Manual (Norma AWS A5.1 o A5.5).............................................. 221.4.4.2 Arco Sumergido (Norma AWS A5.17 )................................................. 251.4.4.3 Arco Metlico con Gas (Norma AWS A5.18 ) ...................................... 251.4.4.4 Arco Arco con Ncleo Fundente (AWS A5.20 ) ................................... 261.4.5 Condiciones generales para una buena soldadura al arco..................... 271.4.6 Aspectos metalrgicos importantes en las uniones soldadas ................. 281.4.6.1 Caractersticas de la estructura cristalina de la unin.......................... 28
1.4.6.2 Solubilidad de los gases ...................................................................... 281.4.6.3 Oxidacin............................................................................................. 281.4.7 Efectos trmicos importantes en los materiales soldados ....................... 291.4.8 Condiciones prcticas para una buena soldadura al Arco Manual.......... 301.5 Clasificacin de la soldadura segn la forma de la seccin transversal...... 311.5.1 Soldadura de cordn ............................................................................... 311.5.2 Soldadura de filete................................................................................... 311.5.3 Soldadura de penetracin o a tope (Segn ICHA 2002) ....................... 311.5.4 Soldadura de tapn: ................................................................................ 311.5.5 Soldadura de ranura : (segn ICHA 2002) ............................................. 311.5.6 Recomendaciones generales para el uso de los smbolos de soldadura 371.5.7 Caractersticas de las uniones soldadas ................................................. 421.5.8 Uniones Soldadas Precalificadas Manual ICHA 2002 ............................ 491.5.8.1 Tabla 4-56............................................................................................ 491.5.8.2 Tabla 4-57............................................................................................ 501.5.8.3 Tabla 4-58............................................................................................ 511.5.8.4 Tabla 4-59............................................................................................ 521.5.8.5 Tabla 4-60............................................................................................ 531.5.8.6 Tabla 4-61............................................................................................ 54
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1.5.8.7 Tabla 4-62............................................................................................ 551.5.8.8 Tabla 4-63............................................................................................ 561.5.8.9 Tabla 4-64............................................................................................ 571.5.8.10 Tabla 4-65............................................................................................ 581.5.8.11 Tabla 4-66............................................................................................ 59
1.5.8.12 Tabla 4-67............................................................................................ 601.5.8.13 Tabla 4-68............................................................................................ 611.5.8.14 Tabla 4-69............................................................................................ 621.5.8.15 Tabla 4-70............................................................................................ 631.5.8.16 Tabla 4-71a.......................................................................................... 641.5.8.17 Tabla 4-71b.......................................................................................... 651.5.8.18 Tabla 4-72............................................................................................ 661.5.8.19 Tabla 4-73............................................................................................ 66
Captulo 2. Especificaciones para soldaduras. ....................................................672.1 ICHA 2002 Parmetros geomtricos de las soldaduras........................... 672.1.1 ICHA 2002 Normas empleadas ............................................................ 672.1.2 ICHA 2002 -- Soldaduras de Tope .......................................................... 682.1.3 ICHA 2002 Soldaduras de Filete .......................................................... 712.1.4 Soldaduras de tapn y ranura ................................................................. 762.2 Resistencia de diseo................................................................................. 782.2.1 ICHA2002 Resistencia de Diseo de las soldaduras ............................ 782.2.2 ICHA1976 Tensiones Admisibles y Compatibilidad de Aceros............. 802.2.3 ICHA2002 Resistencia alternativa de soldaduras de filete ................... 812.2.4 ICHA2002 Combinacin de soldaduras y otros aspectos........................ 832.2.5 ICHA2002 Resistencia de diseo a ruptura de bloques .......................... 842.2.6 ICHA2002 Elementos de conexin.......................................................... 862.2.7 ICHA2002 Suples o rellenos y empalmes ............................................ 872.3 ICHA2002- Consideraciones de diseo para servicio ................................. 882.4 ICHA2002- Fabricacin, Montaje y Control de Calidad............................... 892.4.1 ICHA2002 - Fabricacin .......................................................................... 892.4.2 ICHA2002 Pinturas............................................................................... 912.4.3 ICHA2002 Montaje .............................................................................. 922.4.4 ICHA2002 Control de calidad .............................................................. 93
Captulo 3. Determinacin de las tensiones en soldaduras ................................943.1 Generalidades............................................................................................. 943.1.1 Soldaduras a tope ................................................................................... 943.1.1.1 Tensiones en las soldaduras a tope .................................................... 943.1.1.2 Espesor efectivo en soldaduras a tope ................................................ 953.1.2 Soldaduras de filete................................................................................. 963.1.2.1 Tensiones en las soldaduras de filete.................................................. 963.1.2.2 rea efectiva en soldadura de filete..................................................... 983.1.2.3 Dimensiones de la soldadura de filete ................................................. 993.1.2.4 Eficiencia en la soldadura de filete..................................................... 1003.1.2.5 Longitud efectiva de soldadura de filete............................................. 1003.1.3 Soldaduras de tapn o ranura ............................................................... 1013.1.3.1 Tensiones en las soldaduras de tapn o ranura ................................ 1013.2 Metodologas para evaluar las tensiones solicitantes en las soldaduras .. 103
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3.2.1 Mtodo Elstico..................................................................................... 1033.2.2 Mtodo No Lineal .................................................................................. 1033.2.3 Hiptesis sobre el comportamiento de las soldaduras .......................... 1033.2.3.1 Soldaduras a tope de penetracin completa...................................... 1033.2.3.2 Soldaduras a tope de penetracin parcial.......................................... 103
3.2.3.3 Soldaduras de tapn o ranura ........................................................... 1033.2.3.4 Soldaduras de filete ........................................................................... 1043.2.4 Procedimiento del Mtodo Elstico ....................................................... 1043.2.5 Procedimiento del Mtodo No Lineal..................................................... 1083.2.5.1 Caso de Cizalle Centrado .................................................................. 1083.2.5.2 Caso de Cizalle Excntrico en el plano de la conexin...................... 109
Captulo 4. Fatigamiento.......................................................................................1104.1 Fatigamiento ............................................................................................. 1104.2 Generalidades........................................................................................... 1104.3 Tensiones Extremas y Rango de Tensiones segn ICHA2002 ................ 1104.4 Rango de Tensiones de diseo segn ICHA2002 .................................... 1114.5 Rango de Tensiones para pernos y barras con hilo segn ICHA2002...... 1124.6 Requisitos Especiales de ICHA2002......................................................... 113
Captulo 5. Preguntas y problemas resueltos.....................................................1305.1. Preguntas.................................................................................................. 1305.1.1. Pregunta N1 ......................................................................................... 1305.1.2. Pregunta N 2 ........................................................................................ 1315.1.3. Pregunta N 3 ........................................................................................ 1325.1.4. Pregunta N 4 ........................................................................................ 1335.1.5. Pregunta N 5 ........................................................................................ 1345.1.6. Pregunta N 6 ........................................................................................ 1355.1.7. Pregunta N 7 ........................................................................................ 1365.1.8. Pregunta N 8 ........................................................................................ 1375.1.9. Pregunta N 9 ........................................................................................ 1385.1.10. Pregunta N 10 .................................................................................. 1395.2. Problemas resueltos ................................................................................. 1405.2.1. Problema N 1 ....................................................................................... 1405.2.2. Problema N 2 ....................................................................................... 1445.2.3. Problema N 3 ....................................................................................... 1535.2.4. Problema N 4 ....................................................................................... 1605.2.5. Problema N 5 ....................................................................................... 1635.2.6. Problema N 6 ....................................................................................... 168
Bibliografa..............................................................................................................1736.1 Referencias del Manual ICHA 2002 .......................................................... 1736.2 Omerovic Pavlov, Jorge ............................................................................ 1746.3 Pender, James A....................................................................................... 1746.4 Segui, William T. ....................................................................................... 174
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Captulo 1. Caractersticas de los procesos de soldadura.
1.1 Introduccin.Soldadura en general, es el proceso en que se conectan ntimamente dos
elementos metlicos.De acuerdo a si el material se funde o no en la zona de contacto, la soldadura
se puede clasificar como sigue
1.2 Por fusin del metal en la zona de contactoConsiste en calentar la zona de contacto de los elementos a conectar, hasta
derretirla y lograr que los materiales fundidos se mezclen e integren para quedespus de enfriados formen un elemento contnuo (ejemplos: soldadura gaseosa,soldadura al arco elctrico).
1.3 Sin fusin del material en la zona de contactoSe basa en calentar los metales hasta una temperatura inferior a su punto de
fusin, pero para la cual estn blandos.1.3.1 Unin por forjado:
Los materiales calentados se unen mediante golpes.1.3.2 Unin por Resistencia:
Los materiales calentados se unen mediante presin (ejemplo: soldadura deMallas Acma).
Tambin se llama soldadura sin fusin, a aquella en que los materiales secalientan hasta una temperatura inferior a su punto de fusin, pero se unen con unmaterial de aporte fundido1.3.3 Soldadura Blanda
Los metales se unen a travs de una aleacin cuyo punto de fusin es menor
que el metal base y que adems no supera los 450 C, en ella se utilizan aleacionescon punto de fusin tan bajos como 70 C.1.3.4 Soldadura Fuerte
Los metales se unen a travs de una aleacin cuyo punto de fusin es menorque el metal base pero superior a 450 C, como es el caso de soldaduras dealeaciones cupro-fsforo, plata en toda la gama, magnesio, aluminio, bronce.
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Figura 1: Diente de engranaje arehacer con soldadura fuerte
Figura 2: Uso de soldadurafuerte para rehacer el engranaje.
Figura 3: Soldadura fuerte yaterminada.
Figura 4: Diente ya terminado.
A continuacin, en la TABLA 1 ( Ref. "Soldadura"- James Pender), se muestrala totalidad de los tipos de soldadura en uso actualmente existentes, as como losprocesos relacionados.
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Desde el punto de vista de las estructuras de acero, interesarn lasSoldaduras por Fusin.1.4 Clasificacin de las soldaduras por fusin
Para producir la fusin de los metales se necesita de grandes temperaturas,las que se logran mediante diversos sistemas, entre los cuales, los ms conocidos
corresponden a la Soldadura Gaseosa y la Soldadura al Arco Elctrico.1.4.1 Soldadura gaseosa
En este sistema se funde el material de los elementos en el borde en que sehan de poner en contacto, mediante una o un grupo de llamas, con o sin ejercerpresin entre los materiales a soldar, con o sin material adicional de aporte.
Para producir las llamas se hace uso de diversos gases combustiblescombinados con oxgeno puro.
Algunos gases que se pueden ocupar se muestran en TABLA 2.
TABLA 2
COMBINACION DE GASES TEMPERATURADE LLAMA C
A. Oxiacetileno 3100
B. Oxigases intermedios 2900
C. Oxigases tradicionales 2400
D. Oxihidrgeno 2370
SOLDADURA
GASEOSA
E. Aire-Gas Tradicional 1800
A. En la soldadura oxiacetilnica, se combina oxgeno puro con acetileno (C2H2). El acetileno es un gas de
hidrocarburos incoloro, muy inflamable, que es txico y que tiene un fuerte olor a ajo. Para producir acetileno, secombina agua y carburo de calcio CaC2, el que a su vez se obtiene de calentar piedra caliza y carbn coque juntos en
un horno elctrico.
B. Mezclas de gasesde hidrocarburos para lograr condiciones de combustin semejantes a las obtenidas con el
Acetileno. Algunas marcas registradas, son:
MAPP-Significa MetilAcetileno, Propadieno y Propileno.
Flamex- Compuesto de hidrocarburos que se emplea como aditivo en el Propano y Gas Natural.
UCON 69 - Gas licuado de hidrocarburos.
C. Mezclas de hidrocarburos de costos relativamente bajos y caractersticas de combustin inferiores: Gas licuado
(Metano o Butano), Gas Natural, Gas de Carbn.
D.- Se utiliza el hidrgeno, que es un gas incoloro, muy inflamable que no es txico y no tiene olor. Un mtodo para
obtenerlo es pasar vapor de agua super calentado por sobre un lecho de coque caliente. debido a que el hidrgeno esmuy inflamable cuando se combina con el oxgeno en ciertas condiciones, esa mezcla puede representar un peligro de
explosin.
E.- Por su abundancia se utiliza mucho para soldar y cortar el Propano, que es un gas de hidrocarburos, incoloro, muy
inflamable que tiene muy baja toxicidad y un olor un tanto picante.
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El proceso qumico que hay involucrado en una Soldadura Gaseosa es portanto, una oxidacin (combinacin qumica del oxgeno con otro elemento). Si laoxidacin es rpida como en estos casos, se produce calor y luz y el proceso recibeel nombre de combustin. La principal ventaja del oxgeno en la soldadura es queacelera mucho la combustin, aunque el oxgeno en s no arde ( Cuando se expone
una pequea flama al oxgeno puro, se convierte en fuego intenso).Por otra parte, si un metal, en especial si est caliente, se pone en contactocon oxgeno puro, la rapidez de oxidacin es mucho mayor. Este es el principio quese aplica en el proceso de corte de materialesempleando soplete oxiacetilnico.
La seleccin del combustible gaseosoante una determinada aplicacin, se deberregir por una serie de factores debidamenteponderados, a saber:- Temperatura necesaria de la llama.- Energa trmica requerida.- Productos formados en la combustin.- Tipos de equipos disponibles.- Facilidad de transporte.- Peligrosidad
(Tragaduras de llama, Petardeo,Lmite de explosividad, Velocidad depropagacin de la llama, etc.)
- Costo.
Figura 5: Equipo bsico parasoldadura con oxiacetleno.
Figura 6: Movimiento circular del soplete.
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Figura 7:Posicin correcta para soldaduragaseosa de dos planchas a tope.
Figura 8:Cordones de muestra hechos con soldadura gaseosa y material de aporte.A :Soldadura satisfactoria, aunque no uniforme.B: Se aplic mucho calor.C: Se deposit muy rpido.D: Soldadura satisfactoria, aunque no uniforme
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Figura 9: Esquema de soplete para soldadura gaseosa (arriba) y para corte (abajo).
Figura 10: Corte de un crculo.
Figura 11: Corte de un eje de acero.
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Figura 12: Corte a travs de un muro dehormign armado.
Figura 13: Iniciacin del corte.Figura 14: Avance en el corte.
Figura 15: Efectos de la velocidad en el corte.
Figura 16: Ayuda para hacer cortes en lnea recta.
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Figura 17: Comparacin entre cortes consoplete.
A.Buen corte. Aristas a escuadra y las lneas
de corte estn verticales.
B. La flama para precalentamiento fue muy
pequea y hubo mucha lentitud en el avance.C. La flama de precalentamiento estaba
demasiado larga; el metal fundido se qued
en la arista superior.
D.La presin del oxgeno estaba muy baja y
el avance del soplete fue muy lento.
E. La presin del oxgeno estaba muy alta y
la boquilla era de tamao pequeo.
F.Velocidad baja para el corte; el tamao de
la boquilla y las presiones estaban correctas.
G.Velocidad alta para el corte; el tamao de
la boquilla y las presiones estaban correctas.
H. El movimiento del soplete a lo largo del
corte fue inestable.
I.Se perdi el corte en cuatro lugares y no se
volvi a empezar con el debido cuidado.
Figura 18: Perforacin de un agujero
circular. Figura 19: Preparacin de bordes parasoldadura en planchas gruesas.
Finalmente, cabe sealar que el uso de la Soldadura Gaseosa se restringe auniones y/o rellenos de partes de elementos mecnicos, y que en Estructura, por sudificultad para transportarla, prcticamente slo se la utiliza para cortar y prepararplanchas en maestranza, las que posteriormente sern soldadas con Soldadura alArco.
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1.4.2 Soldadura al Arco
1.4.2.1 Soldadura al Arco Manual - AM( SW segn la American Welding Society)
En este sistema se emplea un elemento llamado "electrodo", que es una varillaque tiene un ncleo de material de aporte (acero) ms una cubierta protectora
(fundente), conectado a una corriente elctrica de gran intensidad.Se trata por tanto de un proceso elctrico que consiste en fundir los materialesen la zona en que se van a unir, mediante la elevacin de su temperatura gracias a lacreacin de un arco voltaico entre las piezas a soldar y el electrodo (la grandiferencia de potencial elctrico del arco eleva la temperatura de los materiales yioniza la atmsfera circundante permitiendo que las partculas de material fundidosalten desde el elemento de mayor potencial (electrodo), a los de menor potencial(materiales que se soldarn), los que deben estar conectados a tierra y colocadosconvenientemente prximos.
En el electrodo el fundente cumple las siguientes misiones:- Protege el material de aporte mientras ste est en bodega.
- Protege el proceso de soldadura (ya que al fundirse una parte se gasifica,envolviendo al arco elctrico con un gas inerte que impide que el acero fundido dela soldadura entre en contacto con la atmsfera, lo que generara la formacin deburbujas en ella, quedando debilitada por la porosidad de las burbujas).
- Protege al material fundido durante el proceso de enfriamiento (pues otra partedel fundente se convierte en escoria, la que por su menor densidad flota sobre elmaterial fundido, permitiendo que el enfriamiento de ste sea gradual - unenfriamiento brusco tornara frgil el material de la soldadura).
Figura 20: Soldadura al Arco Manual (SW)
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El Arco Elctrico produce 2 efectos principales:1. Eleva la temperatura de los materiales hasta alcanzar la temperatura de
fusin de estos (alrededor de 4000 C).2. Ioniza el aire prximo a los extremos de los elementos a soldar y del
electrodo, con lo que se produce el traspaso de material de aporte fundido desde el
electrodo hasta esos elementos (incluso por efecto del Arco, el material salta encontra de la gravedad, como ocurre en la llamada "soldadura sobre-cabeza").Lo que se acaba de describir corresponde al sistema de soldadura llamado
"Arco Manual" (AM o SW), y es bsicamente el concepto de "Soldadura al Arco", querequiere en todos los casos de los siguientes componentes:
Arco Elctrico + Material de Aporte + Atmsfera de Gas Inerte.
Existen otros sistemas de soldadura al Arco, que se ocupan en fabricacin enserie en las maestranzas, que permiten automatizar los procesos de soldaduraconsiguiendo economas y un ptimo resultado desde el punto de vista de la calidad,estos son:
1.4.2.2 Soldadura alArco Sumergido - AS(SAW segn American Welding Society):
El material de aporte proviene de un carrete de alambre de acero sinrevestimiento que se desenrrolla automtica y gradualmente en la mquinasoldadora en la medida que avanza el cordn de soldadura. El extremo del alambresometido al arco elctrico se funde "sumergido" en el fundente granulado que se dejacaer desde un tubo cercano. El fundente al calentarse genera gas, flota sobre lasoldadura protegindola de una manera semejante al caso del Arco Manual, yadems puede agregar aleaciones a ella.
Con este sistema seelimin la posibilidad dedeterioro del recubrimiento delelectrodo, y se obtuvo laposibilidad de soldar de maneracontinua, sin restriccionesprovocadas por el tamao delelectrodo.
Se puede decir que se tratade un proceso automtico osemi-automtico, con ella seobtiene un mayor rendimiento yse consigue un mayor control enla penetracin de la zonafundida que en la soldadura alArco Manual.
Sin embargo, por sus caractersticas es slo apropiada para usarla en taller yen cordones planos y horizontales de gran longitud, por ejemplo, en las uniones delalma a las alas en la fabricacin de perfiles armados del tipo Doble Tee.
Figura 21: Soldadura de Arco Sumergido (SAW).
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Figura 22: Diagrama de los diversos alimentadores de electrodo para soldadura deArco Sumergido (SAW).
Figura 23: Dispositivo para la soldadura al
Arco Sumergido
Figura 24: Soldadura circular enArco Sumergido.
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1.4.2.3 Soldadura con Gas y Arco Metlico - MIG(GMAW segn American Welding Society):
( MIG= Metal y Gas Inerte): El material de aporte tambin proviene de un rollode alambre que acta como electrodo y que puede o no, ser revestido, pero la
atmsfera gaseosa inerte en cambio, se consigue inyectando directamente en lazona el gas (Argn o Helio) a travs de boquillas especiales.
Figura 25: Soldadura con Arco y GasMetal (GMAW).
Figura 26: Esquema del equipo paraArco Gas Metal.
1.4.2.4 Soldadura con Gas y Arco Metlico - TIG(GTAW segn American Welding Society):
(TIG= Tungsteno y Gas Inerte): En este otro caso el electrodo es de Tungsteno,material que forma el Arco Elctrico pero que no se funde y permanece inalterado.
Se usan varillas o rollos de alambre como material de aporte. Al conjunto se leinyecta una atmsfera de gas inerte. La ventaja de este proceso es que no senecesitan fundentes y, adems, no hay escoria que limpiar en la zona de lasoldadura.
Figura 27: Soldadura con Gas y Arcode Tungsteno (GTAW).
Figura 28: Esquema del equipo paraGas y Arco de Tungsteno .
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1.4.2.5 Soldadura al Arco con Ncleo Fundente(FCAW segn la American Welding Society):
En este caso el material de aporte en forma de tubo lleva en su interior elfundente, y adicionalmente se puede reforzar con una atmsfera gaseosa.
Figura 29: Soldadura al Arco con Ncleo de Fundente (FCAW).
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1.4.3 Mquinas para soldar con Arco ElctricoLas mquinas que se requieren para soldar al arco deben controlar la
intensidad de la electricidad, aumentar o disminuir la potencia segn se necesite, yser seguras en su uso.
Hay tres tipos principales de mquinas utilizadas en la soldadura con arco:
1. Mquinas de corriente alterna (CA), corresponden TRANSFORMADORES.2. Mquinas de corriente contnua (CC), estas se clasifican en GENERADORESy RECTIFICADORES
3. Mquinas de CA y CC (combinacin de las dos).NOTA:TRANSFORMADORES: convierten la corriente alterna de la lnea de alimentacin
(que es de alto voltaje y bajo amperaje) en unacorriente alterna til para soldar (de bajo voltaje y altoamperaje).
GENERADORES: producen corriente contnua, pueden ser impulsados conmotor elctrico o con motor de combustin.
RECTIFICADORES: convierten la corriente alterna en corriente contnua.
Figura 30: Clasificacin de las Mquinas para Soldar
Figura 31: Mquina de soldar de CAcon TRANSFORMADOR.
Figura 32: Mquina de soldar de CCcon GENERADOR.
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Figura 33: Mquina de soldar de CC conTRANSFORMADOR y RECTIFICADOR
Figura 34: Mquina de soldar de CAy CC con TRANSFORMADOR yRECTIFICADOR
En TABLA 3 se muestran algunas caractersticas de inters de los procesos desoldadura al arco recin mencionados:
TABLA 3
METODOS O PROCESOS
(DESIGNACION AWS)
VARIABLES ELECTRICAS
TIPICAS
ESPESORES PARA
MAXIMA EFICIENCIA
ARCO
MANUAL (SW)
20 a 350 A - CC - CA
75 V en vaco
1.5 a 20 mms.
ARCO
SUMERGIDO (SAW)
250 a 1500 A -CC-CA
15 a 40 V
5 mms. a espesor indeterm.
ARCO
GAS METAL (GMAW)
(antes MIG)
20 a 250 A - CC
12 a 40 V
1.5 a 12 mms.
ARCO
DE TUNGSTENO (GTAW)
(antesTIG)
0.5 a 200 A - CC- CA
80 V en vaco
1 a 3 mms.
ARCO CONNUCLEO FUNDENTE (FCAW)
50 a 400 A - CC20 a 50 V
4 a 18 mms.
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1.4.4 Designacin de los electrodos en la soldadura al arco1.4.4.1 Arco Manual (Norma AWS A5.1 o A5.5)
Los electrodos que se utilizan en Arco Manual se designan con la siglaE NN X1 X2 y estn cubiertos por las especificaciones ASTM A233 y A316:
Figura 35: Caractersticas del electrodo para Arco ManualE = ElectrodoNN = Nmero de dos dgitos que indica la resistencia mnima del acero de aporte
a la ruptura por traccin, en [ Kg/mm2 ] segn INN (Instituto nacional deNormalizacin), por ejemplo E40, o en [ Ksi ] segn la AWS (AmericanWelding Society), el mismo electrodo sera: E60.( 1 [ Ksi ]= 1 Kilopound/square inch .70.37 [ Kg/cm2 ] ).
X1 = Posicin para soldar, nmero de un dgito que puede ser slo 1, 2 o 3, queindican:1: El electrodo se puede usar para soldar en toda posicin, incluso sobre
cabeza.2: El electrodo se puede usar en soldaduras de filete planas y horizontales.3: El electrodo se puede usar slo en posicin plana.
Figura 36. Designacin de la posicin para soldar
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X2 = Nmero de un dgito que adopta los valores de 0 a 8. Indica el suministro deenerga, tipo de escoria, tipo de arco, penetracin y la presencia de polvo dehierro ( En el caso del dgito0 X2 debe interpretarse en conjunto con X1):
0: Arco excavador, entre 0 y 10% de polvo de hierro en recubrimiento.E6010 : corriente continua polaridad invertida, escoria orgnica,
penetracin profundaE6020 : corriente alterna o continua con polaridad invertida,escoria mineral, penetracin mediana.
1: Corriente alterna o continua con polaridad invertida, escoria:orgnica,arco excavador, penetracin profunda, sin polvos de hierro enrecubrimiento.
2: Corriente continua con polaridad directa o corriente alterna (ccpd oca), escoria: rutilo, arco regular, penetracin regular, entre 0 y 10%de polvo de hierro en recubrimiento .
3: Corriente alterna o continua, escoria: rutilo, arco blando, penetracinligera, entre 0 y 10% de polvo de hierro en recubrimiento.
4: Corriente alterna o continua, escoria: rutilo, arco blando, penetracinligera, entre 30 y 50% de polvo de hierro en recubrimiento.
5: Corriente continua con polaridad invertida, escoria: bajo hidrgeno,arco regular, penetracin regular, sin polvos de hierro.
6: Corriente alterna o directa con polaridad invertidas, escoria: bajohidrgeno,arco regular, penetracin regular, sin polvos de hierro.
7: Corriente alterna o directa, escoria: mineral, arco blando,penetracin regular, 50% polvo de hierro en recubrimiento.
8. Corriente alterna o directa, polaridad invertida, revestimiento rutlicopotsico, bajo hidrgeno,30 % a 50% polvo de hierro, arco regular,penetracin regular, toda posicin.
Figura 38: Polaridad inversa (positiva).
Figura 37. Circuito de soldadura al Arco
Figura 39: Polaridad directa (negativa).
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TABLA 4
ALGUNOS ELECTRODOS PARA SOLDADURA AL ARCO MANUAL
CLASIFICACION
AWS
CORRIENTE Y
POLARIDAD
TIPO DE
RECUBRIMIENTO
CARACTERISTICAS DE LA
APLICACION
POSICION
PARA SOLDAR
E6010 CCPI Celulosa Para soldadura con calidad pararayos X. penetracin profunda,escoria delgada..
Todas.
E6011 CCPI, CCPD, CA Celulosa Igual que para E6010, perotambien se puede emplear conCA
Todas.
E6012 CA o CCPD Rutilo Para trabajos generales conpreparacin deficiente.Penetracin y Escoria Medianas.
Todas.
E6013 CCPI, CCPD, CA Rutilo Para trabajo general de buena
calidad. Penetracin ligera,Escoria Gruesa.
Todas.
E6014 CCPI, CCPD, CA Rutilo,
Polvo de hierroSimilar a E6013. Penetracinligera, Escoria Gruesa,soldadura de aspecto terso. Sepuede usar tcnica de arrastre.
Todas.
E6015 CCPD Bajo Contenido de
HidrgenoPara acero dulce y de bajocontenido de aleacin. escoriavidriosa.
Todas.
E6016 CCPI, CCPD, CA Bajo Contenido de
HidrgenoIgual que E6015, pero se puedeemplear con CA.
Todas.
E6018 CCPI o CA Bajo Contenido deHidrgeno
Excelente para Acero Dulce y deBajo Contenido de Aleacin. Muybuena penetracin, EscoriaMediana y Vidriosa.
Todas.
E6024 CCPI, CCPD, CA Rutilo,
50% Polvo de
Hierro
Para depsito de ms cantidadde metal. Penetracin ligera,soldadura de aspecto terso. Sepuede usar tcnica de arrastre.
Soldaduras
Planas, Filetes
Horizontales.
E6028 CCPD o CA Bajo Contenido de
Hidrgeno
50% Polvo de
Hierro
Combinacin de Bajo Contenidode Hidrgeno y Polvo de Hierro.Se deposita ms metal. sepuede usar tcnica de arrastre.Soldadura de aspecto muy terso,
Escoria Gruesa y Vidriosa.
Filetes
Horizontales,
Soldaduras
Planas.
NOTA:1. Los electrodos recomendados para C.A. y C.C. pueden ser aplicados concualquier tipo de mquina soldadora (esttica o rotativa).2. Los electrodos recomendados para C.C. pueden ser aplicados solamente conmquinas rotativas (con o bien mquinas estticas que dispongan de rectificador.3. La particularidad de un electrodo recomendado para soldar en posicin plana yhorizontal se debe a las caractersticas de su revestimiento.
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1.4.4.2 Arco Sumergido (Norma AWS A5.17 )Los electrodos que se utilizan en Arco Manual se designan con la sigla
FNX1-E X2XX 3, y estn cubiertos por la especificacin ASTM-A558:F = Fundente.N = Nmero de un dgito que indica la resistencia mnima del acero de aporte a
la ruptura por traccin, en 1000 [ Kg/mm
2
] segn INN (Instituto nacional deNormalizacin), o en 1000 [ Ksi ] segn la AWS (American WeldingSociety).
X1 = Requerimiento de impacto (0 indica que no hay exigencia de este ensayo),nmero de un dgito que indica la resistencia a la prueba de impacto demuesca V Charpy de la soldadura de ensaye.
E = ElectrodoX2 = Letra que indica el contenido de Manganeso. Puede ser: L (bajo), M
(medio) o H (alto).XX3 = Porcentaje nominal de contenido de Carbono (%*100) en relacin al
conjunto de Carbono, Manganeso y Slice.Los fundentes se han clasificado en base a las propiedades mecnicas de una
soldadura hecha con el fundente en combinacin con un electrodo especfico. Losensayos de traccin para clasificar un fundente deben ser efectuados en el acero deaporte. Adems, se deben efectuar ensayos de impacto y exmenes radiogrficos.Por ejemplo: F50-EM12:F50 = Fundente con resistencia mnima a la ruptura por traccin de
5000 [ Kg/cm2 ], sin requerimiento de ensayo de impacto.EM12 = Electrodo de acero de mediano contenido de Manganeso (0.85-1.25),
con carbono nominal de 0.12% (0.07-0.15).
1.4.4.3 ArcoMetlico con Gas (Norma AWS A5.18 )Los electrodos que se utilizan en Arco Metlico con Gas se designan con la
sigla ENNX1- X2, y estn cubiertos por la especificacin ASTM A559:E = Electrodo.NN = Nmero de dos a tres dgitos que indica la resistencia mnima del acero de
aporte a la ruptura por traccin, en [ Kg/mm2 ] segn INN (Instituto nacionalde Normalizacin), por ejemplo: E40, o en [ Ksi ] segn la AWS (AmericanWelding Society), el mismo electrodo sera: E60.( 1 [ Ksi ]= 1 Kilopound/square inch .70.37 [ Kg/cm2 ] ).
X1 = Letra que puede ser S o U, que indican:S: El electrodo constituye material de aporte ( es slido)- (MIG)U: El electrodo slo es de emisin calrica (Tungsteno).- (TIG)
X2 = Nmero de un dgito que indica la composicin qumica del electrodo en elcaso S, o vale exclusivamente "1", en el caso U.
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1.4.4.4 Arco Arco con Ncleo Fundente (AWS A5.20 )Los electrodos que se utilizan en Arco con Ncleo Fundente se designan con
la sigla ENNT- X:E = Electrodo.NN = Nmero de dos dgitos que indica la resistencia mnima del acero de aporte
a la ruptura por traccin, en [ Kg/mm
2
] segn INN (Instituto nacional deNormalizacin), por ejemplo: E40, o en [ Ksi ] segn la AWS (AmericanWelding Society), el mismo electrodo sera: E60.( 1 [ Ksi ]= 1 Kilopound/square inch .70.37 [ Kg/cm2 ] ).
T = Letra que indica que el electrodo es tubular.X = Nmero de un dgito que indica la composicin qumica del electrodo en el
caso.
TABLA 7PROPIEDADES MECANICAS DE LOS ELECTRODOS (AWS)
PROCESO DE SOLDADURA PROPIEDADES MECANICAS
ARCOMANUAL
ARCOSUMERGIDO
ARCO CONGAS
METAL
ARCO CONNUCLEO
DEFUNDENTE
RESISTENCIAMINIMA A LATRACCION
[T/CM2]
PUNTOMINIMO
DEFLUENCIA
[T/CM2]
ALARGAMIENTOMINIMO
EN 5,1 CM
[%]
RESISTENCIAMINIMA
AL IMPACTOA -17,7 C[CM-KG]
E60XX 4,36-4,71 3,52 -3,87 17- 25 REQUERIDA
PARA CIERTOS
ELECTRODOS
F60-XXXXX 4,22-5,62 3,16 25NOREQUERIDA
E60S-X 4,36 3,52 22
E70XX 5,06 4,22 17-22
F70-XXXXX 4,92-6,68 3,52 22
E70S-X 4,92 4,22 20-22
E80XX 5,62 4,71 16-19
F80-XXXXX E80S-X E80-T 5,62 4,57 18 2,77
E90XX 6,33 5,41 14-17
F90-XXXXX E90S-X E90-T 6,33 5,48 17 2,77
E100XX 7,03 6,12 13-16
F100-XXXXX E100S-X E100-T 7,03 6,33 16 2,77
E110XX 7,73 6,82 15
F110-XXXXX E110S-X E110-T 7,73 6,89 15 2,77
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1.4.5 Condiciones generales para una buena soldadura al arco1. Las superficies que se van a soldar debern estar limpias de xido,escoria, grasapintura u otras materias extraas. Sin embargo, ser aceptable la presencia de unacapa de xido de laminacin que resista a un fuerte escobillado, de una ligera capade aceite de linaza, o de una capa de pintura antixido, a base de xido de hierro o
cromato de zinc.2. Las piezas por soldar y los electrodos debern estar completamente libres dehumedad. En consecuencia, al soldar a la intemperie, los sectores correspondientesa la soldadura debern protegerse contra el viento, lluvia y nieve.3. No deber soldarse cuando el metal base tenga una temperatura inferior a -15 C.Si la temperatura estuviera entre 0 y 15 C se deber calentar el punto inicial delcordn por soldar y las areas adyacentes dentro de un radio aproximado de 10 cms.,a una temperatura sensible al aplicar la mano. Al soldar espesores de 38 mms. omayores, la temperatura del metal base no deber bajar de 20 . Si la temperatura esinferior a 20 C, deber, antes de soldarse, calentarse toda la unin.4. Durante la operacin de soldar y durante la etapa inicial de enfriamiento del cordnno deber martillarse o someterse a vibracin las piezas que se unen. Sin embargo,cuando sea necesario para disminuir las tensiones internas, en especial en lassoldaduras efectuadas por capas mltiples, se podr martillarlas con golpes suavesde martillo manual o neumtico, empleando una herramienta alargada de extremoredondeado. El martilleo se efectuar despus que la soldadura se haya enfriado,pero est todava caliente al contacto con la mano. Se deber evitar que por unexceso de martilleo se produzcan escamas o se deforme el material.5. El depsito de material de soldadura deber realizarse adoptando precaucionesadecuadas para obtener un metal limpio, uniforme y continuo. Para ello serobligacin usar electrodos recubiertos, arcos sumergidos u otros mtodos queimpidan la oxidacin y la nitrificacin del metal fundido.6. Al colocar varios cordones de soldadura superpuestos, la superficie de cada capaanterior deber limpiarse perfectamente antes de colocar un nuevo cordn.7. Se procurar que el calor de la soldadura depositada se elimine tan lenta yuniformemente como sea posible, tanto del metal de soldadura como del metal base.En ningn caso ser aceptable que se adopten medidas para acelerar elenfriamiento.8. En la colocacin de soldadura deber usarse un procedimiento y una secuenciaque evite, en lo posible, las deformaciones innecesarias y las tensiones internas decontraccin. Cuando no sea posible evitar la aparicin de tensiones internas, seprocurar que las ltimas uniones que se suelden, se efecten en elementos que, deacuerdo con el clculo, deben trabajar comprimidos.
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1.4.6 Aspectos metalrgicos importantes en las uniones soldadas1.4.6.1 Caractersticas de la estructura cristalina de la unin
La estructura cristalina con que quede la zona de la unin depender de larapidez del enfriamiento que se haya permitido y del mayor o menor contenido decarbono en los materiales conectados y en el electrodo. Un enfriamiento rpido
tiende a producir una soldadura con comportamiento frgil, en cambio si elenfriamiento es lento, la soldadura tendr un comportamiento dctil ( es decir conuna gran capacidad para deformarse antes de la ruptura).
La velocidad de enfriamiento queda controlada en gran medida por la escoriadel fundente que flota, por su menor densidad, sobre el material de acero fundido.
1.4.6.2 Solubilidad de los gasesLas propiedades qumicas del fundente se deben elegir de tal forma que la
atmsfera gaseosa que este produce al fundirse, evite que el acero fundido entre encontacto con el oxigeno atmosfrico, lo que originara burbujas en la soldadura,hacindola porosa y por tanto, de mala calidad.
1.4.6.3 OxidacinCorresponde a la combinacin del oxgeno con el material fundido, esto podra
originar:- Porosidad: si el oxgeno proviene de la atmsfera (oxidacin gaseosa)- Incrustaciones de escoria: si el oxgeno proviene de suciedades de la
superficie que se mezclaron con el fundente derretido (oxidacin metlica).
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1.4.7 Efectos trmicos importantes en los materiales soldados1. Enfriamiento ms rpido en planchas de mayor espesor [el acero es mejorconductor del calor que el aire].2. Cambios volumtricos y de forma de los elementos conectados, ver Figura40. [Si se analizan las deformaciones en planchas que han sido soldadas por un
cordn de soldadura, se encuentra que estas han sido originadas por las distintastemperaturas a que han estado sometidos el cordn y las planchas].
T0= temperatura del ambiente
T1= temperatura de la plancha
provocada por la transmisin del
calor de la soldadura.T
2 = temperatura del acero al
enfriarse lo suficiente para adquirir laspropiedades de slido (T
2T
1)
= coeficiente de dilatacin lineal del
acero= 12x10-6
[1/C].
Considerando la plancha y el cordn desoldadura como elementos lineales, alenfriarse estos, se tendr:
En la Plancha:T
1- T
0
TPLANCHA
= T1- T
0
LPLANCHA
=
( T1- T
0) L
En el Cordn:T
2- T
0
TCORDON
= T2- T
0
LCORDON
= ( T2- T
0) L
Figura 40: Explicacin de la deformacin en planchas por efecto de la soldadura
Como en general las uniones de estructura metlica se realizan en zonas muylocalizadas (de poca extensin), con una multiplicidad de formas, en terreno y encualquier posicin, en estos apuntes el Diseo de Soldadura Estructural se restringiral Diseo de Uniones con Soldadura al Arco Manual la que por su flexibilidad conrespecto a la posicin y longitud permite cualquier tipo de forma, tamao y ubicacinde la soldadura.
Cuando se trate de uniones que permitan o requieran de un trabajo continuo,en serie, con un control de calidad riguroso se preferirn los sistemas automticosantes mencionados, para hacerlos en maestranza.
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1.4.8 Condiciones prcticas para una buena soldadura al Arco Manual1. La posicin ptima para soldar en Arco Manual es la Plana (con el electrodo porsobre la soldadura).2. Se debe dar un ngulo al electrodo para que vaya rechazando hacia el cordn yacolocado el electrodo fundido ( el mejor ngulo es de 45 con respecto al plano que
se est soldando).3. La distancia que se debe llevar entre el extremo del electrodo y el cordn desoldadura debe ser igual al dimetro del electrodo.
Figura 41: Posicin ptima para soldar al Arco Manual.
4. En cada extremo de un cordn de soldadura se debe aumentar su longitud porsobre la requerida en a lo menos dos veces el espesor nominal del cordn, oreforzarlos con un cordn superpuesto en esa misma longitud mnima, o bien usarelementos auxiliares en los extremos para iniciar y terminar en ellos la soldadura,pues en esa zona la proteccin gaseosa del arco es deficiente y el cordn no resultade calidad.
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1.5 Clasificacin de la soldadura segn la forma de la seccin transversalSegn la forma que tiene la seccin transversal del cordn de soldadura o la
forma que tiene el conjunto de cordones colocados, se reconocen los siguientestipos:1.5.1 Soldadura de cordn
Corresponde a la simple forma semicircular ( ) que adquiere la seccintransversal del cordn de soldadura cuando es depositado en una superficie planahorizontal. Se le utiliza como refuerzo de otras formas de soldadura (de filete o deranura generalmente).1.5.2 Soldadura de fileteSon aquellos cordones cuya seccin transversal es de forma aproximadamentetriangular ( ) producto de haber sido depositados en el vrtice del ngulo queforman las superficies de dos elementos a conectar. Lo normal es que el tringulosea de catetos (o "piernas" o "alas") iguales, salvo en el caso de filetes frontales(perpendiculares a la direccin del esfuerzo), en los que se recomienda el empleo decatetos desiguales a fin de reducir las tensiones de flexin ya que, de esta forma, se
hace descender la posicin del centro de gravedad de la unin.1.5.3 Soldadura de penetracin o a tope (Segn ICHA 2002)Son aquellos cordones que se realizan en la junta de dos planchas que seconectarn de canto. Segn el tipo de preparacin que se le d a los cantos, sereconocen las siguientes formas de la seccin transversal de la soldadura:1. cuadrada ( ): Si los cantos son de ngulos rectos.2. bisel ( ): Si a uno de los cantos se le hace un chafln.3. V ( ): Si se hace chafln en ambos cantos.4. J ( ): Si mediante soplete se hace un rebaje curvo en un canto.5. U ( ): Si mediante soplete se rebajan ambos cantos (Figura 19).6. bisel curvo ( ): Si por desgaste o doblado uno de los cantos es convexo.
7. en V curva ( ): Si por desgaste o doblado los dos cantos son convexos.Dependiendo del grado de penetracin de la soldadura en el metal a unir, estasmismas formas pueden adems, ser consideradas de Penetracin Completa o dePenetracin Parcial.1.5.4 Soldadura de tapn:Soldadura ( ) que se hace superponiendo cordones en el interior de unaperforacin circular que atraviesa una plancha y que desemboca contra otra planchaparalela a la anterior, a la que quedar unida.1.5.5 Soldadura de ranura : (segn ICHA 2002)
Semejante a la anterior( ), pero la perforacin es de forma elptica
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Figura 42: Ejemplos de cordones de soldadura
En la Figura 42:
A. Un buen cordn, con intensidad de corriente y velocidad de colocacin correctos.B. Un cordn aceptable, pero con muy baja intensidad de corriente, lo que produjopoca penetracin.C. Un cordn deficiente: la intensidad de corriente fu muy alta.D. Un cordn aceptable, pero la intensidad de corriente fu muy baja e hizo que elmetal de la soldadura se acumulara en el metal que se sold.E. Un cordn deficiente; tambin en este caso se us una intensidad de corrienteincorrecta, muy alta.F. Un buen cordn, pero la velocidad de avance fu muy baja. Observar que elcordn est muy ancho y muy alto.G. Un cordn deficiente: la intensidad de corriente estaba correcta, pero la velocidad
de avance fu muy alta.
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Figura 43: Buena soldadura de filete.
Figura 44: Soldadura de filete de 16pasadas en una placa de 32 mms. deespesor.
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Normas y defectos habituales en soldaduras al Arco
Figura 45: Defectos en soldadura originados por la tcnicapara soldar
En Figura 45:(a) Penetracin parcial incompleta, con inclusin de escoria en la raz y una ligerasocavacin en el borde superior de la soldadura.(b) Penetracin parcial en el encuentro de las planchas.(c) Penetracin completa, pero se aplic una corriente excesiva con relacin a lavelocidad de desplazamiento del electrodo. La penetracin excesiva produjo queuna gran porcin interior de la soldadura se enfri ms lentamente que el resto. Lascontracciones de la parte exterior provocaron su agrietamiento, como se observa allado izquierdo.Convexidad excesiva.(d) Penetracin parcial, agrietamiento por un enfriamiento muy rpido al ladoderecho, al lado izquierdo, convexidad excesiva.
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Figura 47: Forma real deun filete.
Figura 46: Normas para soldaduras de filete ydefectos habituales.
Figura 48: Calibrador parasoldaduras de filete.
Figura 49: Filete deforma convexa.
Figura 50: Filete deforma cncava.
Figura 51: Medicin de"piernas".
Figura 52:Soldadura de a tope cuadrada e intensidad de corriente utilizada. Defectos.
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Figura 53: ICHA 2002 Pgina 446
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1.5.6 Recomendaciones generales para el uso de los smbolos de soldadura1. Cuando la mayora de las soldaduras en un plano son del mismo tamao, omtaselos smbolos individuales e indquese con una nota en el dibujo.2. Las caras de las soldaduras tendrn contornos standard, a menos que seespecifique lo contrario.
3. Las caras de las soldaduras no tienen otra terminacin que el sacado de escoria,salvo que se especifique de otro modo (por ejemplo, esmerilarlas).4. Todas las soldaduras (excepto las de tapn) sern contnuas, a menos que seindique de otro modo.
5. No debe ponerse el smbolodirectamente sobre la lnea de dibujo:
Figura 53.1
6. En las soldaduras que se encuentrandibujadas del mismo lado en que est laflecha, mustrese el smbolo bajo la lneade referencia, como en (a):Si las soldaduras se encuentran del otrolado en que est la flecha, mustrese elsmbolo sobre la lnea de referencia, comoen (b): Figura 53.2
7. En soldaduras efectuadas en amboslados de la unin, marquese los smbolossobre y bajo la lnea de referenciasimultneamente:
Figura 53.3
8. Cuando slo una pieza vaya a serachaflanada, coloque la flecha indicando aesa pieza.
Figura 53.4
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9. El texto y smbolos en la lnea dereferencia deben colocarse y leerse deizquierda a derecha si la lnea dereferencia es horizontal (a), o de abajohacia arriba si es vertical (b). Adems, en
todos los smbolos que tengan un ladovertical recto( filete, ranura en bisel o J), ellado vertical deber colocarse al ladoizquierdo de la persona que lee:
Figura 53.5
Lectura interpretada de la Figura 53.5:(a) Soldadura de ranura en V de penetracin parcial de 13 mms. (en ranuras depenetracin completa no se indica profundidad de penetracin)., con abertura de laraz de 3 mms. y con un ngulo includo en la V de 90 (biseles de 45 a cada lado).La soldadura debe estar colocada en el elemento estructural dibujado, al ladoopuesto de la flecha.(b) Soldadura de filete intermitente de 13 mms. espesor (de "pierna") y 50 mms. de
longitud, colocados a 200 mms. entre centros de las longitudes de los filetes.La soldadura debe estar colocada en el elemento estructural dibujado, del mismolado de la flecha.
10. Soldaduras diferentes puedenmostrarse en un slo smbolo compuesto.
Figura 53.6
11. Indicar la dimensin en un slo ladoen caso de ser igual en ambos lados:
Figura 53.7
12. Indicar la longitud especfica de lasoldadura en conjunto con lasdimensiones.
Figura 53.8
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13. Se debe mostrar la soldadura entrecambios abruptos de direccin de ella.
Figura 53.9
14. Se debe desfasar los smboloscuando dos soldaduras intermitentes sealternan a ambos lados, como en (a).Si son intermitentes, pero no alternadas,se debe sealar como en (b).No combinar filetes intermitentes ycontnuos en un slo smbolo. Figura 53.10
15. Se supone que todas las soldadurasintermitentes empiezan y terminan con unfilete, y n con un espacio.
Figura 53.11
16. En filetes de lados desiguales, sedebe indicar primero el ladoperpendicular a la lnea de referencia.
Figura 53.1217. En soldaduras a tope se supone que la penetracin es completa a menos quese indique otra cosa.
18. En soldaduras a tope de penetracinparcial se debe sealar la profundidadde la penetracin.
Figura 53.13
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19. En soldaduras a tope se debemostrar la abertura de la raz en caso deno ser estndar.
Figura 53.14
20. En soldaduras a tope en V y en biselse debe mostrar el ngulo includo entrelos chaflanes cuando ste sea distinto alestndar.
Figura 53.15
21. En soldaduras a tope en U y en J depenetracin parcial y de proporciones
normales se debe indicar la profundidadde la penetracin.
Figura 53.16
22. Cuando ciertas soldaduras tienenproporciones diferentes de las normales,muestre la soldadura con detalles oreferencias especiales. Figura 53.17
23. Si la soldadura es de penetracincompleta soldndola por el lado de laraz, se debe indicar el smbolo decordn correspondiente.
Figura 53.18
24. En soldaduras de tapn (a) se debemostrar el dimetro de la raz, si es deranura (b), se debe especificar tambinla longitud. Adems, interesa el espesordel relleno interior, que no se coloca si escompleto, y el ngulo del chafln de lasparedes interiores con respecto a la
vertical, que no se coloca si es recto. Figura 53.19
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25. Se debe indicar el espaciamiento(distancia entre centros) de taponesintermitentes.
Figura 53.20
26. Si se desea soldar el interior de unaperforacin con un filete simple, sin constituirtapn ni ranura, se debe hacer el smbolo defilete sealando al interior de la perforacin.No se debe ocupar en estos casos lasimbologa reservada para tapn o ranura. Enel ejemplo se trata de un filete contnuo, porlo que se ocup el crculo que indica: "todo
alrededor", y adems, para sealar que sedebe hacer en terreno se incluy la bandera.
Figura 53.21
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1.5.7 Caractersticas de las uniones soldadasFigura 54.1
UNION A TOPERECTANGULAR
Soldada por un lado.Penetracin parcial.
A. Es el tipo ms simple de unin de ranura.B. Eficiencia baja.C. No sirve para casos de fatiga o impacto.D. No debe ser usada si la flexin origina traccinen la base de la soldadura.
Figura 54.2
UNION A TOPE
RECTANGULARSoldada por un lado.A. Se puede obtener penetracin completa slo enmateriales muy delgados, hasta 3 mms. mx.B. Eficiencia en tensin esttica que depende delgrado de penetracin.C. Si la penetracin es completa, se obtiene unaeficiencia moderadamente alta.D. No es aconsejable en casos de fatiga, impactosseveros, o traccin por flexin en la base.
Figura 54.3
UNION A TOPERECTANGULARSoldada por ambos lados.
A. Puede obtenerse penetracin completa enmateriales delgados, hasta 5 mms. mx. Debecomprobarse la posibilidad de obtenerpenetracin completa antes de usar esta unin
en estructuras importantes.B. Se puede obtener alta eficiencia.
D. No debe usarse en casos de fatiga o impactoexcepto en materiales muy delgados, cuandopuedeasegurarse penetracin completa .
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Figura 54.4
UNION A TOPERECTANGULAR
Soldada por ambos lados.Penetracin parcial. A. Eficiencia relativamente baja.B. No debe usarse en casos de fatiga o impacto.
Figura 54.5
UNION A TOPERECTANGULARAbierta.Soldada por un lado.
Penetracin parcial.
A. Mayor penetracin posible que en el caso delmina 1.
B. Eficiencia baja.C. No debe usarse en casos de fatiga o impacto.D. No debe usarse cuando la flexin pueda originartraccin en la base de la soldadura.
Figura 54.6
UNION A TOPERECTANGULARAbierta.Soldada por un lado. A. Se puede obtener penetracin completa slo en
materiales relativamente delgados, de hasta 5 mms.mximo.B. Eficiencia relativamente alta obtenible enmateriales delgados de hasta 5 mms. mx.C. No debe usarse para casos severos de fatiga oimpacto.D. No debe usarse si en la base de la soldadura sepresenta traccin por flexin.
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Figura 54.7
UNION A TOPERECTANGULAR
Abierta.Soldada por ambos lados. A. Se puede obtener penetracin completa slo enplanchas moderadamente delgadas, hasta 6 mms.mximo.
Figura 54.8
UNION A TOPERECTANGULARAbierta.Soldada por ambos lados.Penetracin incompleta.
A. Eficiencia relativamente baja, dependiendo de larelacin del grosor de la soldadura con respecto al
espesor de la plancha.B. No debe usarse en casos de fatiga o impacto.
Figura 54.9
UNION A TOPE ENBISELSoldada por un lado. A. Se obtiene eficiencia esttica relativamente alta.
B. Es necesario biselar un lado solamente.C. No debe usarse cuando la flexin pueda originartraccin en la base de la soldadura.
D. No recomendable en casos de fatiga o impacto.E. Es econmica en planchas de espesor moderado,hasta 16 mms. mximo.F. Se obtiene mejor eficiencia y produccin ensoldadura al arco, si se usa banda de respaldo.
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Figura 54.10
UNION A TOPE ENBISEL
Soldada por ambos lados. A. Se obtiene una alta eficiencia esttica.B. Es econmica en planchas de espesor moderado,hasta 16 mms. mx.C. Es necesario biselar un lado solamente.D. Buena eficiencia en condiciones de impacto ofatiga si la base es cincelada luego de soldar un lado, osi tiene buena penetracin bsica asegurada de otramanera.
Figura 54.11
UNION A TOPE EN VSoldada por un lado.
A. Se puede obtener una eficiencia relativamente alta.B. No debe usarse cuendo existe traccin por flexin enla base de la soldadura.C. No es recomendable en condiciones de fatiga oimpacto.D. Econmica en planchas de espesor moderado,hasta 16 mms. mx.E. Se obtiene mejor eficiencia y produccin consoldadura al arco usando una banda de respaldo.
Figura 54.12
UNION A TOPE EN VSoldada por ambos lados.
A. Se obtiene alta eficiencia en casos de carga esttica.B. Es econmica en espesor moderado, hasta 16 mms.mx.C. Si la base es cincelada antes de soldar el otro lado osi hay seguridad de buena penetracin bsica, seobtiene buena eficiencia en condiciones de fatiga oimpacto.
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Figura 54.13
UNION A TOPE ENBISEL DOBLE
A. Se alta eficiencia en casos de carga estticaB. Es econmica en planchas de espesores medianos,hasta 25 mms. mx.C. El cincelado de la base es muy difcil.
Figura 54.14
UNION A TOPE EN VDOBLE
A. Se obtiene una alta eficiencia en casos de carga
esttica.B. Es econmica en planchas de espesor medio, hasta45 mms. mximo.C. Buena eficiencia en condiciones de impacto o fatigasi la base es cincelada luego de soldar un lado, o sitiene buena penetracin bsica asegurada de otramanera.
Figura 54.15
UNION A TOPE EN J
Soldada por un lado.
A. Se obtiene una alta eficiencia para cargas estticas.B. Econmica desde espesores medianos superiores a13 mms.C. No es recomendable usar bajo fenmenos severosde fatiga o impacto.D. No es recomendable si se presenta traccin por
flexin en la base de la soldadura.E. La base facilita el montaje y previene que la junturase cierre al soldarla.
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Figura 54.16
UNION A TOPE EN JSoldada por ambos lados.
A. Se obtiene una ms alta eficiencia en casos decarga esttica.B. Es econmica desde espesores medianos,superiores a 13 mms.C. Fcil cincelado de la base.D. Se asegura buena penetracin si se cincela la basey se obtiene alta eficiencia en condiciones de fatiga oimpacto.
Figura 54.17
UNION A TOPE EN USoldada por un lado.
A. Se obtiene una alta eficiencia.B. Econmica desde espesores medianos superiores a13 mms.C. Fcil cincelado de la base.D. No es recomendable si se presenta traccin porflexin en la base de la soldadura.
Figura 54.18
UNION A TOPE EN USoldada por ambos lados.
A. Se obtiene alta eficiencia en casos de carga esttica.B. Es econmica desde espesores medianos,superiores a 13 mms.C. Fcil cincelado de la base.D. Las caras de la base facilitan el montaje y previenen
que la juntura se cierre mientras se est soldando.
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Figura 54.19
UNION A TOPE EN J
DOBLE A. Muy econmica en espesores ms gruesos.B. Se obtiene ms alta eficiencia en casos de cargaesttica.C. Si se desea puede ser simtrica o asimtrica en eleje.D. El cincelado de la base no es tan fcil como en lalmina 20.E. Si se cincela la base antes de soldar el otro lado, seobtiene una buena penetracin.F. Alta eficiencia bajo condiciones de fatiga o impacto.
Figura 54.20
UNION A TOPE EN UDOBLE
A. Se obtiene ms alta eficiencia en casos de cargaesttica.B. Muy econmica en los espesores ms gruesos.C. Si se desea puede ser simtrica o asimtrica en eleje.
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1.5.8 Uniones Soldadas Precalificadas Manual ICHA 20021.5.8.1 Tabla 4-56
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1.5.8.2 Tabla 4-57
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1.5.8.3 Tabla 4-58
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1.5.8.4 Tabla 4-59
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1.5.8.5 Tabla 4-60
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1.5.8.6 Tabla 4-61
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1.5.8.7 Tabla 4-62
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1.5.8.8 Tabla 4-63
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1.5.8.9 Tabla 4-64
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1.5.8.10 Tabla 4-65
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1.5.8.13 Tabla 4-68
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1.5.8.14 Tabla 4-69
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1.5.8.15 Tabla 4-70
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1.5.8.16 Tabla 4-71a
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1.5.8.17 Tabla 4-71b
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1.5.8.18 Tabla 4-72
1.5.8.19 Tabla 4-73
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Captulo 2. Especificaciones para soldaduras.
2.1 ICHA 2002 Parmetros geomtricos de las soldaduras2.1.1 ICHA 2002 Normas empleadas
13.2 SOLDADURASEn toda esta especificacin son mandatorias las disposiciones del Cdigo deSoldadura Estructural para Acero AWS-D1.1-92 de la American Welding Society(AWS) o sus equivalencias AWS D1.1-98 o 2000. Se excepta la siguiente lista, enque las provisiones de esta norma sustituyen a las AWS:
Secciones 13.1.5 y 13.1.6 substituyen a AWS Seccin 3.2.5.Seccin 13.2.2 substituye a AWS Seccin 2.3.2.4.Tabla 13.2.5 substituye a AWS Tabla 8.1.Tabla 14.3.2 substituye a AWS Seccin 2.5.Seccin 14.3 substituye a AWS Captulo 9.Seccin 16.2.2 substituye a AWS Seccin 3.2.2.
Se acepta el uso del CdigoAWS-D1.1-98 o AWS-D1.1-2000, estableciendo ladebida equivalencia con las clusulas de AWS-D1.1-92 aludidas en estaEspecificacin segn la siguiente tabla:
AWS D1.1-92 AWS D1.1-98Y AWS D1.1-200
3.4.6 5.21.6
3.2.5 5.17
2.3.2.4 2.4.1
T8.1 T.2.3
2.5 2.27.1Cp.9 Cp.2 Parte C
3.2.2 5.15.4.3
2.3.2 2.4.3
T4.1 T3.1
3.2.4 5.16
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2.1.2 ICHA 2002 -- Soldaduras de Tope13.2.1 Soldaduras de tope
13.2.1a Area efectiva
El rea efectiva de soldaduras de tope se obtiene multiplicando su longitud efectivapor el espesor efectivo de la garganta.
La longitud efectiva de una soldadura de tope ser el ancho de la parte unida.
El espesor efectivo de garganta de la soldadura de tope de penetracin completa esel espesor de la parte unida ms delgada.
El espesor efectivo de garganta de una soldadura de tope de penetracin parcial esel que se indica en la Tabla 13.2.1.
TABLA 13.2.1ESPESOR EFECTIVO DE GARGANTA ENSOLDADURA DE TOPE DE PENETRACIN PARCIAL*
PROCEDIMEIENTO DESOLDADURA
POSICIONTIPO DE
ANGULO EN LA RAIZESPESOR EFECTIVO DE
GARAGANTA
Electrodo manual revestido
Arco sumergidoJ U
Arco protegido por gas(TIG MIG)
Bisel V60
Espesor de bisel
Electrodo con alma defundente (tubular)
Todas
Bisel V< 60 pero 45
Espesor de bisel menos 3 mm.
(*) Soldadura de un solo lado.
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El espesor efectivo de garganta de una soldadura de tope de relleno tangente a lassuperficies cilndricas de barras o planchas dobladas (flare welds), es la fraccin delradio R de curvatura de la superficie cilndrica que se indica en la Tabla 13.2.2.
TABLA 13.2.2ESPESOR EFECTIVO DE GARGANTA DE SOLDADURA DE RELLENO TANGENTE
A SUPERFICIES CILNDRICAS DE RADIO R (FLARE WELDS)
TIPO DE SOLDADURAFigura 13.2.1
RADIO R DE LA SUPERFICIECILINDRICA
ESPESOR EFECTIVO DEGARGANTA [a]
Superficie plana cilndrica(Flare bevel groove)
Sin Limitaciones5
R16
2 superficies cilndricas(Flare V groove)
Sin Limitaciones1
R [a]2
[a] Usar 3/8 R para soldaduras al arco TIG MIG y cuando R25 mm, excepto cuando el equipo
incluye transferencia por cortocircuitos
Si el fabricante puede demostrar por medio de pruebas de calificacin queconsigue una mayor penetracin en forma consistente, se pueden usar en elclculo espesores efectivos de garganta mayores que los de la Tabla 13.2.2. Lacalificacin de la soldadura se har cortando probetas normales a su eje, en elcentro y en los extremos de su longitud. Las secciones debern ser hechaseligiendo nmero y combinaciones de dimensiones que sean representativos delrango usado en la fabricacin, o bien segn lo requiera el ingeniero
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13.2.1b Limitaciones
El espesor efectivo mnimo de garganta de una soldadura de tope de penetracinparcial ser el dado en la Tabla 13.2.3. En ella la dimensin mnima de la soldaduraqueda definida por el espesor mayor de las dos partes unidas, pero la dimensin realno es necesario que exceda el espesor de la parte ms delgada, cuando por clculose necesite una dimensin mayor que la mnima. En este caso se debe especificarprecalentamiento para asegurar una soldadura sana.
TABLA 13.2.3DIMENSION EFECTIVA MINIMA DE GARGANTA DE
SOLDADURAS DE TOPE DE PENETRACIN PARCIAL
Espesor de material de laparte unida con mayor espesor mm
Espesor efectivo mnimo de garganta [a] mm.
Hasta 6 inclusive 3
Sobre 6 hasta 13 5
Sobre 13 hasta 19 6
Sobre 19 hasta 38 8
Sobre 38 hasta 57 10
Sobre 57 hasta 150 13
Sobre150 16
[a] Vase Tabla 13.2.1
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2.1.3 ICHA 2002 Soldaduras de Filete
13.2.2 Soldaduras de filete
13.2.2a Area efectiva
El rea efectiva de soldaduras de filete se determinar segn lo indicado por lanorma AWS D1.1 artculo 2.3.2. El espesor efectivo de un filete ser la distancia mscorta entre la raz de la unin y la hipotenusa terica del diagrama triangular, exceptoque en filetes hechos por el proceso de arco sumergido el espesor se puede tomarigual aliado para filetes de 10 mm o menores, e igual al espesor terico de gargantams 3 mm para filetes mayores.
Para filetes en agujeros y ranuras la longitud efectiva ser la longitud de la lnea delcentro de la garganta, a lo largo del plano de la garganta.
En caso de filetes sobrepuestos en agujeros o ranuras, el rea efectiva no podrexceder el rea del agujero o la ranura en su plano base.
13.2.2b Limitaciones
El tamao mnimo de soldaduras de filete no ser menor que el requerido paratransmitir las solicitaciones calculadas ni el que muestra la tabla 13.2.4, que se basaen la experiencia y contiene un margen para las tensiones no calculadas que segeneran durante la fabricacin, manejo, transporte y montaje de las estructuras.
Estas limitaciones no se aplican a los refuerzos hechos con filetes en unionessoldadas de tope, de penetracin completa o parcial.
TABLA 13.2.4TAMAO MINIMO DE SOLDADURA DE FILETE
Espesor de la parte msgruesa unida (mm) [a]
Dimensin nominal mnimadel filete (mm) [b]
Hasta 6 inclusive 3
Mayor que 6 hasta 13 5
Mayor que 13 hasta 19 6
Mayor que 19 8
[a] Para procesos de soldadura con bajos niveles de hidrogeno estos valorescorresponden a la parte menor a unir
[b] Dimensin del lado del filete. Debe usarse soldadura de un solo paso
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El tamao mximo de filetes de soldadura ser el siguiente:
(a) En los cantos de planchas de espesor menor de 6 mm, el espesor de la plancha.
(b) En los cantos de planchas de 6 o ms mm de espesor, el espesor de la planchamenos 2 mm, salvo que en los planos se especifique un refuerzo para obtener ladimensin completa. En las soldaduras terminadas, la distancia entre el canto de laplancha y el inicio del filete podr ser menor que 2 mm, siempre que el tamao de lasoldadura sea claramente verificable.
(c) En soldaduras ala-alma de vigas o similares, no es necesario que el tamao delas soldaduras exceda el requerido para desarrollar la capacidad del alma. Losrequisitos de la tabla 13.2.4 no son entonces aplicables.
La longitud mnima efectiva de filetes diseados en base a resistencia, no ser
menor que 4 veces su dimensin nominal. En caso contrario la dimensin del filetese considerar igual a un cuarto de su longitud. Si soldaduras de filete longitudinalesson la nica conexin terminal de una plancha traccionada, la longitud de cada fileteno ser menor que la distancia perpendicular entre ellos.
La longitud mxima efectiva de filetes de soldadura cargados por fuerzas paralelas aellos, como en uniones traslapadas, no deben exceder 70 veces su tamao nominal.Se podr suponer una distribucin uniforme de tensiones en esa longitud.
Se podrn usar soldaduras de filetes intermitentes para unir componentes demiembros armados y para transmitir los esfuerzos calculados, cuando la resistencia
requerida es menor que la capacidad de un filete continuo mnimo. La longitudefectiva de cualquier segmento del filete intermitente no deber ser menor que cuatroveces el tamao del filete ni de 38 mm.
En juntas traslapadas el mnimo traslapo ser de 5 veces el espesor del elementoms delgado que se une, pero no ser menor de 25 mm. Figura 13.2.2a).
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Las juntas traslapadas de planchas o barras, cargadas axialmente, en las que seusen slo soldaduras de filete transversales, se ejecutarn con filetes en amboslados de la junta, excepto si la deflexin de los elementos est suficientementerestringida para prevenir la apertura de la unin bajo carga mxima. Figura 13.2.2b).
Terminacin de filetes. Los filetes de soldadura podrn extenderse hasta los bordesde las partes unidas, o terminar un poco antes, o retornar alrededor de los extremos,con las limitaciones siguientes:
a) En las juntas traslapadas en las cuales una parte se extiende ms all de un bordesujeto a una tensin de traccin calculada, los filetes de soldadura terminarn a unadistancia de ese borde no menor que el tamao de la soldadura. (Un ejemplo tpicode esto se muestra en las Figuras 13.2.3a, b y c.
La figura 13.2.3a muestra una junta traslapada entre un perfil T que constituye la
cuerda inferior de una cercha y los perfiles ngulo que constituyen las diagonalesde la misma; la cuerda est sometida a traccin y los filetes, en consecuencia, sesuspenden antes del borde. La mejor forma de evitar socavaciones inadvertidasen esta posicin crtica es iniciar la soldadura en un punto un poco distante delborde, y progresar en el sentido que se muestra en la Figura 13.2.3b. Por otrolado, en el caso de ngulos de conexin del alma en el extremo de una viga, quese extienden ms all del extremo del alma a la cual se sueldan, en el borde delalma no existen tensiones y, por lo tanto, resulta permisible soldar hasta el bordemismo del ala, como se muestra en la Figura 13.2.3c.)
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b) En las conexiones en que actan fuerzas cclicas perpendiculares a los filetes,tales que podran causar fatigamiento y falla progresiva a partir de un punto demxima tensin en el extremo del filete, la soldadura se retornar alrededor de eseextremo en una distancia no inferior a dos veces el tamao de la soldadura, o el
ancho de la parte unida, si es menor que la anterior: (Un ejemplo tpico se muestraen la Figura 13.2.4, en que la soldadura en los bordes verticales de los ngulos deconexin en el extremo de una viga retorna en los bordes superior e inferior).
c) En las uniones que requieren flexibilidad de los elementos de conexin, si se usaretorno en los extremos de la soldadura, su largo no exceder de 4 veces el tamaode la soldadura. (En la Figura 13.2.4 se indica esta limitacin).
d) Excepto en los casos en que los atiesadores de alma estn soldados a las alas.las soldaduras de filete que unen los atiesadores al alma terminarn a no menos de 4veces ni ms de 6 veces el espesor del alma del borde de la soldadura que une el
alma al ala. Figura 13.2.4.
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e) Los filetes de soldadura que se ubican a uno y otro lado de un mismo plano seinterrumpirn en la esquina comn a ambas soldaduras. (La Figura 13.2.5 indica uncaso tpico).
f) La longitud y disposicin de las soldaduras, incluyendo los retornos de esquina, seindicarn en los planos de diseo y detalles.
Se pueden usar soldaduras de filete en agujeros y ranuras para transmitir cizalle enjuntas traslapadas o para prevenir pandeo o separacin de planchas. Estassoldaduras pueden trasladarse si se cumplen las indicaciones dadas ms arriba paraeste tipo de juntas, pero no deben considerarse equivalentes a soldaduras de tapn
o ranura.
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2.1.4 Soldaduras de tapn y ranura
13.2.3 Soldaduras de tapn y ranura
13.2.3a rea efectiva
El rea efectiva de cizalle en soldaduras de tapn y ranura es el rea nominal de laperforacin o ranura en el plano de las superficies en contacto.
13.2.3b Limitaciones
Las soldaduras de tapn y ranura pueden ser usadas para transmitir cizalle enuniones de traslapo, para prevenir el pandeo