DISEÑO MECANICO II
Ing. Rafael Antonio Ramírez Restrepo
UNIVERSIDAD DEL ATLANTICO FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
UNIONES PERMANENTES
Uniones Soldadas
TEMA 3. UNIONES SOLDADAS
Según la forma de colocar el cordón podemos diferenciar:
Longitudinal
Transversal
En ángulo
Según la forma de la sección recta del cordón de soldadura, se pueden
distinguir:
Aligerada o hueca
Plana
Abombada
Según el tipo de ranura practicado para la soldadura:
a) Con extremos planos; b) Ranura en V; c) Ranura en doble V; d) Ranura en media V
Juntas a solape:
a) Juntas en T; b) Ranuras en U y en J; c) Juntas en L; d) De bordes paralelos
Tipos y formas de costura, según DIN 1912 (soldadura por fusión).
Garganta (a) del cordón: altura del mayor triángulo isósceles que puede inscribirse en
la sección del cordón.
Longitud eficaz (l) del cordón: longitud total menos los cráteres en los extremos.
Sección resistente (S) o de garganta: a·l . Todos las comprobaciones resistentes en
el caso de soldaduras se realizan sobre la sección de garganta.
UNIONES CON SOLDADURA A TOPE
UNIONES CON SOLDADURA A TOPE
Para evitar concentraciones de tensiones
En una soldadura a tope de chapas de distinta sección, la de mayor sección se ha de
adelgazar en la zona de contacto, con pendiente no superior al 25%, para obtener una
transición suave de la sección.
UNIONES CON SOLDADURA A TOPE
Para evitar concentraciones de tensiones
La soldadura a tope no debe producir discontinuidad en la sección, y su sobre espesor s
no será mayor del 10% del espesor e de la chapa más delgada.
UNIONES CON SOLDADURA A TOPE
El análisis de tensiones en juntas de este tipo es sencillo:
σ=
F
F
≤σ adm
=
A a •l
τ=
σ
V
V
≤τ adm = adm
=
A a •l
2
σ max
MZ = MZ
=
≤σ adm
2
WZ I •a
6
A tracción
A cizallamiento
A flexión
UNIONES CON SOLDADURA A FILETE
a) Referidas al plano de garganta, siendo:
σ; La tensión normal, perpendicular al plano de garganta
τn; La tensión tangencial normal a la arista
τa; La tensión tangencial paralela a la arista
UNIONES CON SOLDADURA A FILETE
b) Referidas al plano de una de las caras de la soldadura en la que ha sido abatida la sección de
garganta;
n; La tensión normal, perpendicular al plano de una de las caras
tn; La tensión tangencial normal a la arista
ta; La tensión tangencial paralela a la arista
ESFUERZO EN SOLDADURA A FILETE TRANSVERSAL
a) Filete sencillo
b) Filete doble
a = espesor de la garganta
s = espesor del cordón
Donde;
A = a*l
A = s*l*sen 45°
ESFUERZO EN SOLDADURA A FILETE PARALELO
a) Doble filete paralelo
b) Combinación de paralelo y transversal
UNIONES CON SOLDADURA A FILETE – CASOS ESPECIALES
( τ) máx =
2,83T
πsd
2
σb =
5,66M
πsd
2
( τ)
máx
=
4,24 T
sl2
Esfuerzos en uniones soldadas sujetas a torsión
donde A es el área de
la garganta de todas
las soldaduras y V es
la fuerza cortante.
donde r es la distancia desde el centroide del grupo de
soldaduras hasta el punto en la soldadura de interés, y J es el
segundo momento polar de inercia del área del grupo de
soldaduras respecto del centroide del grupo y M es el
momento torsor.
Esfuerzos en uniones soldadas sujetas a torsión
El área de la garganta de ambas soldaduras en
conjunto es:
El eje x de la figura que se muestra,
pasa por el centroide G1 de la
soldadura 1. El segundo momento
del área respecto de él es
el segundo momento del área
respecto de un eje a través de G1
paralelo al eje y está dado por
Esfuerzos en uniones soldadas sujetas a torsión
Así, el segundo momento polar del área
de la soldadura 1 respecto de su propio
centroide es
De forma similar, 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
Usando de nuevo la figura 9-13, se observa que las distancias r1 y r2 desde G1 y G2 hasta
G son, respectivamente
Ahora, mediante el teorema de los
ejes paralelos, se determina que el
segundo momento polar del área
del grupo de soldaduras es
La ventaja de considerar al tamaño de la soldadura como una línea radica en que el valor
de Ju es el mismo, sin que importe el tamaño de la soldadura. Como el ancho de la
garganta de una soldadura de filete es de 0.707h, la relación entre J y el valor unitario es
Propiedades torsionales de la soldadura de filete
RESISTENCIA DE UNIONES SOLDADAS
La resistencia de las uniones soldadas depende de las características resistentes del material de aporte y de la
forma de junta.
La resistencia del material depende del tipo de electrodo utilizado. Según la norma americana AWS, la
denominación de los electrodos es EXXYY, donde XX hace referencia a la tensión última en kpsi.
Existen electrodos E60, E70, E80, E90, E100 y E120, de forma que las tensiones últimas oscilan entre 400 y 800
MPa.
- UNIONES FIJAS: UNIONES SOLDADAS
RESISTENCIA DE UNIONES SOLDADAS
La siguiente tabla muestra las características resistentes en función del
electrodo empleado:
RESISTENCIA DE UNIONES SOLDADAS
El reglamento AISC para metal soldante propone los siguientes
coeficientes de seguridad en función del tipo de trabajo de la soldadura:
RESISTENCIA DE UNIONES SOLDADAS
Para el cálculo a fatiga, se podrán emplear los siguientes factores de
reducción de la resistencia a la fatiga:
ALGUNOS EJEMPLOS
Cordón Longitudinal a Tracción
- UNIONES FIJAS: UNIONES SOLDADAS
ALGUNOS EJEMPLOS
Cordón Transversal a Tracción
ALGUNOS EJEMPLOS
Cordón Inclinado a Tracción
- UNIONES FIJAS: UNIONES SOLDADAS
ALGUNOS EJEMPLOS
Flexión
Esfuerzos en uniones soldadas sujetas a flexión
Un diagrama de cuerpo libre de la viga mostraría una reacción de fuerza cortante V y
una reacción de momento M. La fuerza cortante produce un cortante primario en las
soldaduras de magnitud
Si se consideran las dos soldaduras de la figura anterior
como líneas, se observa que el segundo momento del
área unitaria es:
Esfuerzos en uniones soldadas sujetas a flexión
El segundo momento del área I, con base en el área de la garganta de la soldadura, es
Ahora se determina que el esfuerzo cortante nominal en la garganta es
El modelo anterior proporciona un Coeficiente de 1.414 mayor que 1.97 mediante la
energía de distorsión y 1.207 mediante el cortante máximo; siendo mas conservador
que las dos teorías mencionadas anteriormente
Propiedades flexionantes de las soldaduras
de filete
ALGUNOS EJEMPLOS
Flexión
- UNIONES FIJAS: UNIONES SOLDADAS
ALGUNOS EJEMPLOS
Torsion
ALGUNOS EJEMPLOS
Torsión
En primer lugar se calcula el cdg correspondiente a las caras de los
cordones de soldadura en contacto con el pilar, considerando un área
igual a la de garganta.
Dicho cdg se considera como idealización de la unión. En ese caso,
sobre la unión actúa un esfuerzo cortante y un momento torsor de
valores:
V=F
M=F.H
Para el esfuerzo cortante se considera una distribución de tensiones
uniforme:
ALGUNOS EJEMPLOS
Torsión
Ambas tensiones han de sumarse vectorialmente para obtener la
tensión total en cada punto. El punto más desfavorable en este caso
corresponde con el señalado en la figura. El ángulo α puede calcularse
a partir de los datos geométricos. De esta manera, las tensiones sobre
la cara del cordón de soldadura en dicho punto valen:
Con lo que las tensiones en la garganta
vale
y la tensión de comparación:
n:
- UNIONES FIJAS: UNIONES SOLDADAS
ALGUNOS EJEMPLOS
Torsión
- UNIONES FIJAS: UNIONES SOLDADAS
ALGUNOS EJEMPLOS
Torsión
Como aproximación, la norma MV-103 nos dice que podemos suponer
un par de fuerzas sobre los cordones que proporcione el par de torsión:
De esta manera tenemos las siguientes
tension
Con lo que las tensiones en la garganta valen:
y la tensión de comparación:
es:
UNIONES CARGADAS EXCENTRICAMENTE
Una carga excéntrica puede ser impuesta a las uniones soldadas de muchas maneras. Las
tensiones inducidas en la articulación pueden ser de diferente naturaleza o de la misma
naturaleza. Las tensiones inducidas se combinan dependiendo de la naturaleza de las
tensiones.
Caso 1.
Cuando los esfuerzos de corte y de flexión están simultáneamente
presentes en una articulación (véase el caso 1), entonces
tensiones máximas son las siguientes:
La junta estará sometida a las siguientes dos tipos de estrés:
a. Esfuerzo cortante directo debido a la fuerza P cortante que
actúa en las soldaduras, y
b. Esfuerzo de flexión debido al momento de flexión P × e.
Caso 2.
Cuando se carga una unión soldada excéntrica como se muestra en la figura los siguientes dos
tipos de las tensiones son inducidos:
a. Esfuerzo cortante directo o primario
b. El esfuerzo cortante debido al par torsor
Ejemplos
EJEMPLOS
EJEMPLOS
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diseño 2 – 1.3 – soldadura