Tema 5: Metales no férricos y uniones.1. Metales no férricos y sus aleaciones.

2. Productos de aluminio

3. Productos de cobre

4. Marcado CE de productos metálicos no férricos

5. Uniones de metales

6. Uniones atornilladas

7. La soldadura: tipos y técnicas.

8. Posiciones de soldadura. Protección.

MATERIALES IICurso 2016-2017. Ciencia y Tecnología de la Edifica ción. C. Guadalajara

Profesor Gonzalo Barluenga Badiola

Materiales metálicos no férricos

• En general, se obtienen de minerales por reducción,tostación o electrolisis.

• Los más utilizados en construcción son:

• Aluminio: Es el más abundante de la corteza terrestre.

Es ligero, resistente y conformable por extrusión.

• Cobre: Es dúctil y resistente. Tiene un alto coeficientede dilatación. Es soldable.

• Cinc: Es muy deformable y resistente a la intemperie.

• Aleaciones no férricas: Las más importantes son elbronce (cobre-estaño) y el latón (cobre-cinc).

Aluminio y Productos Aluminio

• Para uso industrial se extrae principalmente de la Bauxita .

• El anodizado del aluminio es un proceso electroquímico deoxidación forzada que forma una capa protectora de óxido.

Se somete al aluminio a una inmersión de ácido y se oxida.

La vida útil es proporcional al espesor de la capa obtenida(dureza 7 - 8; muy estable y resistente a los agentes ambientales).

La capa oxidada se integra al metal, no se puede raspar o pelar.

• Las aleaciones de aluminioson materiales ligeros que mejoranlas prestaciones del material, aunque reducen su estabilidadquímica: Duraluminio (Al-Cu + comp minor), Anticorodal (Al-Mg-Si + comp minor)

Cobre y Productos de cobre

• El cobre de elevada pureza es el metal no precioso con mejorconductividad eléctrica (tiene alta electronegatividad).

• Es fácil de trabajar por doblado, aunque presenta problemas porvariaciones dimensionales (dilatación térmica).

• Las uniones se realizan por soldadura (estancas), por plegado(engatillado) o mecánica (presión, clavos y tornillos cobrizados).

• Soldadura: se realiza por capilaridad, atacando las superficiesde los elementos a unir con ácido. Después se calienta y se leaporta un metal que se funde al contacto con ellos.

Por capilaridad, el metal fundido asciende y colmata el espacioentre los elementos; al enfriarse se produce una unión hermética.

La soldadura puede ser blanda (estaño) o dura (plata).

Productos metálicos no férricos

• Aluminio: Perfiles para carpintería, chapas y panelessandwich. Hilos y aparamenta eléctrica.

• Cobre: Chapas para cerramiento y cubierta, tuberías ycanalones para recogida de agua, tubería de presión, …

Hilos y aparamenta eléctrica.

• Cinc: Chapas para cubierta, tuberías y canalones, …

• Bronce: Herrajes, accesorios y elementos decorativos.

• Latón: Soldadura, accesorios y elementos decorativos.

Productos de aluminio

Productos de cobre

Productos de cobre (instalaciones)

Marcado CE de productos metálicos no férricos

• Tubos y accesorios de cobre para instalaciones(UNE-EN 1057, agua y gas; UNE-EN 12735-1,refrigeración y climatización; UNE-EN 1254,accesorios )

• Productos estructurales de aluminio y aleaciones(UNE-EN 15088)

• Columnas y báculos de aluminio (UNE-EN 40-6)

• Equipos eléctricos y cables de cobre y aluminio(REBT)

Uniones de productos metálicos

• Existen tres procedimientos de unión: mecánica,soldadura y adhesiva.

Elementos unión mecánica:Remaches, tornillos, roblones.

Soldadura

Uniones mecánicas roblonadas

Tipos de roblonesUnión roblonada

Uniones mecánicas atornilladas• Se resuelven con elementos pasantes (tornillos)

elementos de apriete (tuercas) y elementos de ajuste y reparto de tensiones (arandelas).

• La unión trabaja por aplastamiento y rozamiento (compresión de placas), tracción y cortante (tornillo)

• El elemento pasante (tornillo) mantiene la posición de los elementos a unir y trasmite las cargas entre ambos por cortante y por rozamiento (tracción del tornillo).

• Clases de acero para tornillos (DB-SE-A):

Uniones mecánicas atornilladas

Trabajo por cortante Trabajo por Rozamiento

Tipos de tornillos

• Ordinarios (de acero negro): Tornillos de aceroconvencional. Requieren taladros con holgura.

• Calibrados: Son tornillos mecanizados que seintroducen ajustados a los agujeros.Poco usados, ya que son difíciles de colocar.Uniones sometidas a fatigaSustitución de roblones rotos en estructuras antiguas

• De alta resistencia: Se emplean para cualquier tipode acero.Son tornillos que se aprietan fuertemente (sepretensan), para transmitir los esfuerzos porrozamiento. También pueden utilizarse sin pretensar

Categorías de Uniones atornilladas• Categoría A: Cortadura y aplastamiento.: tornillos de

cualquier calidad, incluso de alta resistencia sin pretensar o pretensados pero sin control de apriete.

• Categoría B: Resistentes al deslizamiento en E.L.S.: tornillos de alta resistencia pretensados con apretado controlado. No se producirá deslizamiento en estado límite de servicio.

• Categoría C: Resistentes al deslizamiento en E.L.U.: tornillos de alta resistencia pretensados con apretado controlado. No se producirá deslizamiento en estado límite último.

• Categoría D: Uniones con tornillos sin pretensar: tornillos ordinarios o de alta resistencia sin pretensado.

• Categoría E: Uniones con tornillos pretensados de alta resistencia: tornillos de alta resistencia pretensados con apretado controlado.

La soldadura

• Procedimiento de unión de dos piezas de metalmediante la aplicación de calor y/o presión.

• Se distinguen dos tipos:

soldadura ordinaria (se aporta un material de unión).

soldadura autógena (sin aportación de material).

• La soldadura ordinaria puede ser blanda (fusión delmaterial a < 450 ºC) o dura (> 450 ºC).

• Las soldaduras por fusión (muy altas temperaturas)producen uniones muy rígidas. Hay varias técnicas:

Por arco (al aire o con gas), aluminotérmica, porresistencia o electrosoldadura.

Inconvenientes de la soldadura

• La mayoría de las operaciones de soldadura se hacen manualmente, lo que implica mucha mano de obra. Hay soldaduras especiales y la realizan personal muy cualificado.

• La soldadura implica riesgos de seguridad (lesiones e incendios).

• Es una unión permanente, no permite el desensamble. Cuando es necesario el mantenimiento de un producto no debe utilizarse la soldadura.

• La unión soldada puede tener defectos de calidad que son difíciles de detectar. Estos defectos reducen la resistencia de la unión.

Procedimientos de Soldadura

Dimensiones de Soldadura

Dimensiones de soldadura

• No se deben emplear cordones de pequeños espesores de garganta (mínimo 3 mm), aunque fueran suficientes por razones resistentes

• Cordones de pequeña sección necesitan poco calor y por tanto el material base se enfría rápidamente, conduciendo a la formación de martensita, dura pero FRÁGIL.

• Es muy recomendable determinar espesores de garganta tales que se garantice que fallan antes las piezas a unir que la soldadura

• Para cada espesor de chapa hay una dimensión máxima y mínima (no se pueden soldar elementos de espesores muy diferentes)

Dimensiones de Soldadura

Posiciones básicas de unión• Hay cinco tipos básicos de uniones:• Unión por Empalme: las partes se encuentran en el

mismo plano y se unen sus bordes• Unión de Esquina: Las partes forman un ángulo

recto y se unen en la esquina del ángulo.• Unión Solapada: las dos partes a unir se superponen.• Unión en “T”: Una parte se coloca perpendicular a la

otra forma de la letra “T”• Unión en borde: La unión se hace en el borde común

Posiciones de soldadura• Soldadura en ángulo. Se utiliza para unir elementos

cuyas caras de fusión forman un ángulo (α) entre 60º y 120º . Pueden ser uniones en T o de solape En el caso de uniones en T:– si α > 120º, No se considerará que se pueden

transmitir esfuerzos;– si α < 60º, Se considerará como soldadura a tope

con penetración parcial.• Soldadura a tope: la fusión entre el material base y

el de aportación se produce en todo el espesor de la unión; se define como de penetración parcial, cuando la penetración sea inferior a dicho espesor. En ambos casos el tipo de unión podrá ser a tope o a tope en T

Soldadura en ángulo

Soldadura a tope

Posiciones complejas de soldadura

Ejecución de las soldaduras (DB-SE-A)• Se debe proporcionar al personal encargado un plan

de soldeo, que como mínimo, incluirá todos los detalles de la unión, las dimensiones y el tipo de soldadura, la secuencia de soldeo y las especificaciones sobre el proceso.

• Los soldadores deben estar certificados por un organismo acreditado y cualificarse de acuerdo con la norma UNE-EN 287-1:1992, y si realizan tareas de coordinación del soldeo, tener experiencia previa en el tipo de operación que supervisa.

• Cada tipo de soldadura requiere la cualificación específica del soldador que la realiza.

Precauciones en uniones por soldadura• La posición de la soldadura debe evitar que la unión

trabaje a tracción directa.• La posición de soldadura debe permitir el acceso y la

accesibilidad completa a la unión.• Los procesos de calentamiento/enfriamiento de la

unión pueden producir problemas como:– Concentraciones de tensiones por enfriamiento diferencial.– Variaciones de composición; pueden producir fragilidad de

la unión, incremento de la rigidez, facilidad de oxidación/corrosión, etc.

– Plastificación por dilatación/contracción de las piezas.– Pérdida de sección eficaz por acumulación de escoria en la

garganta de soldadura.

Tema 5: Metales no férricos y uniones.1. Metales no férricos y sus aleaciones.

2. Productos de aluminio

3. Productos de cobre

4. Marcado CE de productos metálicos no férricos

5. Uniones de metales

6. Uniones atornilladas

7. La soldadura: tipos y técnicas.

8. Posiciones de soldadura. Protección.

Glosario de conceptos del Tema•Metales no férricos •Uniones atornilladas •Soldadura

•Aluminio •Clases de acero para tornillos

•Tipos de soldadura

•Anodizado •Mecanismos de trabajo: •Inconvenientes / limitaciones

•Aleaciones de aluminio •Rozamiento •Procedimientos

•Cobre •Cortante •Dimensiones de soldadura

•Soldadura en cobre •Tipos de tornillos •Garganta

•Productos metálicos no férricos

•Categorías de uniones atornilladas

•Posiciones básicas de unión

•Marcado CE •Posiciones de soldaura

•Uniones •Soladura a tope

•Uniones mecánicas •Soldadura en ángulo

•Uniones roblonadas •Ejecución de soldaura

Bibliografía de consulta recomendada.

• Araujo, R. y Seco, E.; Construir arquitectura en España con acero, ENSIDESA, 1994.

• Araujo, R. Construir con acero. Arquitectura en España 1993-2007, APTA, 2009.

• Alamán, A; Materiales metálicos de construcción, Ed. COICCP, 2000

• www.constructalia.es

• Código Técnico de la Edificación. DB-SE-A