Unioines Soldadas, Arturo Gamarra

7/23/2019 Unioines Soldadas, Arturo Gamarra

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Uniones Soldadas
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Ing. Arturo GamarraChinchay

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Qu es la soldadura?

La soldadura es en realidad un proceso metalrgico, por eso

entender como los metales se comportan durante su producciny fundicin es conocer los fundamentos de la soldadura.

La mayora de los procesos de soldadura,al igual que en la fundicin de los

metales, requieren la generacin de altastemperaturas para hacer posible la uninde los metales envueltos

El trmino soldadura lopodemos definir como uninmecnicamente resistente dedos o ms piezas metlicasdiferentes


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Procesos de SoldaduraMMA. Soldadura manual con electrodos revestidos

Este proceso de soldadura, secaracteriza porque se produceun arco elctrico entre la piezaa soldar y un electrodo metlico

recubierto. Con el calorproducido por el arco, se funde

el extremo del electrodo y sequema el revestimiento,

producindose la atmsferaadecuada para que se produzcala transferencia de las gotas

del metal fundido desde el alma

del electrodo hasta el bao defusin en el material base.

La escoria derretida se escurre sobre el cordn desoldadura donde protege el metal soldado,aislndolo de la atmsfera durante la solidificacin;la escoria tambin ayuda a darle forma al cordn

La Soldadura Manualo MMA es tambinconocida comoSoldadura de Varillao Soldadura de Arco

Elctrico, es la msantigua y msverstil de todos losdiferentes procesosde soldadura de arco


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Procesos de Soldadura

GMAW. Soldadurasemiautomtica con hilo slido.

En la soldadura por Arco Metlico con Gas

(GMAW), conocida como proceso MAG-MIG, lafusin es producida por un arco que se estableceentre el extremo del alambre aportadocontinuamente y la pieza a soldar. La proteccinse obtiene ntegramente de los gasessuministrados simultneamente con el metal deaporte. Existen dos clasificaciones en esteproceso, en funcin del tipo de gas protector:MIG- El cual emplea proteccin de un gas inerteo mezcla de gases inertes (Helio, Argn, etc).MAG- El cual emplea dixido de carbono omezcla de CO2 con gases inertes

La soldadura GMAW (gas metal arc

welding) o Soldadura MIG (metal

inert gas) es inherentemente msproductiva que la MMA (Soldadurade arco manual), donde las perdidasde productividad ocurren cada vezque el soldador se detiene parareemplazar el electrodo consumido


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GTAW. Soldadura Tig..La soldadura GTAW (gastugsten arc welding) oSoldadura TIG (tungsteninert gas) es tambin conocidacomo soldadura Heliarc

Es un proceso en el que se usa unelectrodo no consumible detungsteno slido, el electrodo, elarco y el rea al rededor de lasoldadura fundida son protegidas de

la atmsfera por un escudo de gasinerte, si algn metal de aporte esnecesario es agregado a la soldaduradesde el frente del borde de lasoldadura que se va formando

La Soldadura TIG fue desarrollada inicialmente

con el propsito de soldar metales anticorrosivosy otros metales difciles de soldar, no obstante alpasar del tiempo, su aplicacin se ha expandidoincluyendo tanto soldaduras como revestimientosendurecedores (hardfacing) en prcticamentetodos los metales usados comercialmente.


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PAW. Soldadura Plasma.

El trmino plasma designa una atmsferagaseosa a alta temperatura ionizada,constituida por iones positivos y por

electrones. Es una atmsfera globalmenteneutra, que forma la parte ms grande de lacolumna de arco y a travs de ella seefecta el paso de la corriente. Debido alas grandes temperaturas del arco plasma,ste tiene numerosas aplicaciones

Soldadura por Arco de Plasma "PAW"(Plasma Arc Welding) es un proceso muysimilar al proceso de soldadura TIG"GTAW", de hecho es una evolucin deeste mtodo, el cual esta diseado paraincrementar la productividad.


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Soldadura de Arco Sumergido"SAW

En el proceso de Arco Sumergido "SAW", el arco esiniciado entre el material base a ser soldado y la punta deun electrodo consumible, los cuales son cubiertos por unacapa de un fundente granulado. El arco es, porconsiguiente, escondido en esta capa densa de fundentegranulado el cual parte se funde para formar una cubierta

protectora sobre el cordn de soldadura fundido, endonde sus remanentes pueden ser recuperados para serusado nuevamente

El lado malo del proceso es que los equipos son muy

costosos, as como la instalacin que se puedeconvertir en algo compleja, en donde grandesestructuras metlicas son fabricadas para poderinstalar las cabezas de soldadura que tendrn quemoverse transversal, horizontal, vertical, orbital, ya veces hasta diagonalmente.


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Circuito Bsico de soldadura


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Basemetal

Elementos del proceso de soldadurade arco elctrico

HAZ Weld metal HAZ

Fusion line

Weld preparation


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Representacin simblica para soldadura estndarAWS con la ubicacin de los elementos del smbolo


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Tipos de Juntas Soldadas

Los siguientes dos tipos de juntas de soldadura son importantes desde el punto

material de las vistas1.-Junta de filete o de traslape

Soldadura de filete

transversal

Soldadura de doble

filete transversalSoldadura de filete

paralela

La junta de filete o de traslape es obtenida por superposicin de las placas y luegoson soldadas los bordes de las placas. La seccion transversal de un filete esaproximadamente un triangulo.


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Tipos de Juntas Soldadas2.-Junta a tope

La junta a tope es obtenida colocando borde a borde a las placas a unir. En las

juntas a tope los bordes no requieren biselado si el espesor de la placa es menorque 5mm.Por otro lado si los espesores de las placas estn entre 5mm. a 12.5mm., los bordes si tienen que estar biselados en ranuras en V o U sobre ambos lados.

Junta a tope

cuadrada

Junta a tope

V simple

Junta a tope U

simple

Junta a tope V

Doble

Junta a tope U

Doble

3.-Otros tipos de juntas soldadas

Junta soldada por la esquina Junta soldada por el borde Junta soldada en T


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Smbolos Bsicos de soldadura


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Smbolos Suplementarios de soldadura


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Esfuerzo residual en una soldadura a tope

XX XXssx

ssy

ssx

0 TensionCompression

XX XX

sy Tension

Compression


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Soldadura de filete

Una soldadurade filete estahecha concatetos iguales.

Seccin transversal de la soldadura que muestrala garganta y los catetos

Plano de cortante de lasoldadura en la garganta

Configuracin supuestade la soldadura

Configuracin real dela soldadura

he = longitud del cateto de la soldadura, m

te = longitud de la garganta de la soldadura, m

Donde:

La seccin masdelgada esentonces en lagarganta de lasoldadura, a

45 de loscatetos


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Soldadura de filetePlanos de cortante

Carga

Esfuerzocortante

Planos decortante

Esfuerzocortante

Libre paralas placas

espesor

El esfuerzo que rigeen las soldaduras defilete es el cortantesobre la garganta

de la soldadura

En la soldadura de filete alineadaparalela a la carga, el esfuerzocortante ocurre a lo largo de lagarganta del filete paralelo a la carga.

En la soldadura de filete alineada en formatransversal a la carga, el esfuerzocortante ocurre a 45 de la carga, actuandode forma transversal al eje del filete


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Esfuerzos en el Plano de cortante

Donde:

P = carga, N

= esfuerzo normal al plano de cortante, MPa1 = esfuerzo cortante actuando paralela al eje del filete , MPa

2 = esfuerzo cortante actuando perpendicular al eje del filete , MPa

Los esfuerzos que se producenen el plano de cortante sedescomponen en esfuerzos

normal y cortante (mostramos

el plano de cortante en elfilete de soldadura


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Carga Paralela y TransversalLas soldaduras de filete fallan por cortante en la seccin mnima, la cual se

encuentra en la garganta de la soldadura. Esto es cierto si la soldadura tienecarga paralela o transversal

soldaduraxy

we

SLt

P

wewewe LhP

LhP

LtP 414.1

707.0

El esfuerzo cortante para estos tipos de carga es:

donde

te = longitud de la garganta de la soldadura, he sen 45 = 0.707 he, m

he = longitud del cateto de la soldadura, m

Lw = longitud de la soldadura, m

As, para evitar la falla, sedebe cumplir lo siguiente:


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Esfuerzos en Juntas Soldadas con filetes transversal

Nota: Desde que la soldadura es mas dbilque la placa debido a la escoria y sopladuras,por tanto se le da un refuerzo a la soldadurael cual puede ser tomado como un 10% delespesor de la placa

Calculo de P?

)707.0())((WeWe

xLhxLtP

)414.1())(2(WeWe

xLhLxtP


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Ing. Arturo GamarraChinchay [email protected] 23

Esfuerzos en Juntas Soldadas con filetes Paralelos

)414.1())(2(WeWe

xLhLxtP

))(707.0()414.1())(())(2(1212

WeWeWeWe

xLhxLhxLtLxtP


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Factor de Concentracin de Esfuerzos para UnionesSoldadas (Kt)

Tipo de

Junta

Factor de Concentracin

de esfuerzos (Kt)Soldadura a topecon reforzamiento 1.2Soldadura de filetetransversal 1.5Soldadura de fileteparalela 2.7Soldadura a topeen T con bordebiselado

2.0

En la junta de la soldadura y el metal base se produce una concentracin de

esfuerzos por lo que hay que proveer un reforzamiento. Cuando las partes estnsujetas a cargas de fatiga, el factor de concentracin de esfuerzos esta dada porla siguiente tabla

Nota: Para cargas estticas en los diferentes tipos de juntas el factor deconcentracin de esfuerzos es 1.0


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Tamao de la soldaduraEl tamao de la soldadura es especificado de lasiguiente manera:Para soldadura a tope: espesor de la gargantaPara soldadura de filete: espesor de la garganta.

Para propsito de diseo es necesario referirse altamao efectivo de la soldadura

Soldadura a topeEl tamao efectivo en diseo es el espesor de la gargantat1 . Notamos en las ilustraciones que t1 < t2 , donde t2es el espesor actual de la garganta. En cada caso elespesor de la sobre pelcula de soldadura es deducido.


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(source: J.G. Hicks, ref. 41)

Penetracin parcial de la soldadura a topeEl termino penetracin parcial implica estrictamenteen una soldadura a tope que estas son diseadas para

tener menos que la penetracin completa.

El espesor de la garganta de una pentracin parcial desoldadura es t2 + t2. Notamos que el grado depenetracin ser conocido correctamente

Definicin del espesor de la garganta de la


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(source: J.G. Hicks, ref. 41)

Welds w ith

equal legs

Welds w ith

unequal legs

Definicin del espesor de la garganta de lasoldadura para varias configuraciones geomtricas

de soldadura


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2 cos

2 cos 45

1.414

x

P

lt

P

lh

P

lh

P

lh

s

13

3

1.41.225

41

eq

P

lh

P

lh

s

sx

P/2

t

sx

1

P/2

Ejemplo: Filete de soldaduratransversal bajo carga axial


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Diseo de Elementos de Maquinas I

Practica Domiciliaria 1

1.-Mostramos que el plano mximo de corte

ocurre a 45 para una carga paralela al filete desoldadura de lados iguales, despreciar la flexin.Determine la fuerza permisible total Ftotal porpulgada de filete de , si el esfuerzo permisiblede corte es de 13,600 psi de acuerdo a AWS

2.-Mostramos que el plano mximo de corte

ocurre a 67 para una carga transversal alfilete de soldadura de lados iguales, despreciarla flexin. Determine la fuerza permisible F porpulgada de filete de , si el esfuerzo permisiblede corte es de 13,600 psi de acuerdo a AWS

3.-a).-Una placa de 100mm. de ancho y 10mm. de espesor es soldada con otra placa por medio desoldadura de filete transversal en los extremos. Si las placas estn sujetas a una carga de 10 KN,encontrar la longitud de filete de soldadura para carga esttica asi como para carga de fatiga. Elesfuerzo de tensin permisible no podr exceder 70 MPa.b).-Si las placas del inciso a estn unidas por doble filetes paralelos y su esfuerzo de corte no debeexceder los 56 MPa. Encontrar la longitud de la soldadura para carga esttica y carga dinmica.


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4.-Un ngulo L de 200x150x10mm

esta soldado a una placa de acero pordos filetes de soldadura paralelas a lolargo de los bordes Si el ngulo estasujeto a una carga esttica de 200KN. Encontrar la longitudes de filetesde soldadura en la parte superior einferior. El esfuerzo cortantepermisible para carga esttica sertomado como 75 MPa.

5.-Los filetes de soldadura de iguallado son usados para fabricar una Tcomo se muestra donde he es lalongitud del cateto de la soldadura, y Les la longitud del filete de la

soldadura.Localizar el plano del esfuerzocortante mximo en cada uno de lassiguientes configuraciones de carga:1).-Carga paralela a la soldadura(despreciar la excentricidad) y2).-Carga transversal a la soldadura.Encontrar la relacin de estas cargaslimitantes.


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Torsin y Flexinen UnionesSoldadas


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Resistencia a la soldaduraE6013

AWS: American Welding Society.2 o 3 primeros dgitos: Resistencia a la tensin (kpsi ksi)Penltimo dgito: Posicin del soldado: 1. Plana, horizontal, vertical y elevada

2. Filetes planos y horizontales3. Solo en posicin plana

ltimo dgito: Variables de la tcnica de soldado como fuente de corriente.

Los electrodosque se usan enla soldadura de

arco seidentifican porla letra E

Usamos el esfuerzo cortante permisible

Nmero deelectrodo AWS

Resistencia a larotura a la

tensin SutMPa (kpsi)

Resistencia a lafluencia Sy

MPa (kpsi)

Elongacin (%)

E60xx 427 (60) 345(50) 17- 25

E70xx 482 (70) 393(57) 22

E80xx 551 (80) 462(67) 19

E90xx 620 (90) 531(77) 14 17

E100xx 689 (100) 600(87) 13 16

E110xx 760 (110) 670(97)

Los dimetrosvaran entre

1/16 y 5/16 ino 2 a 8 mm


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Propiedades de aplicacin devarios electrodosE6013

Clasificacin Penetracin Aplicacin Bsica

E6010 Profunda Buenas propiedades mecnicas,Especialmente en pases mltiples,como en edificios, puentes,recipientes a presin y tuberasE6011

E6012Media Bueno para filetes horizontales dealta velocidad y un solo pase. Fcil

de manejar. Especialmente paracasos de pobre ajuste.

E6013Media Para obtener soldaduras de buena

calidad dentro del metal

E6020 Profunda media Para soldaduras de filetehorizontal en secciones pesadas.

E6027 Media Electrodo de polvo de hierro.Rpido y fcil de manejar.


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Uniones soldadas cargadas asimetricamenteAlgunas secciones asimtricas tales como ngulos, canales o secciones en T, soldadas sobreuno de los lados son cargados axialmente, como se muestra , en tales casos las longitudes

delos filetes de soldadura sern proporcionales a a y b de tal manera que la sumatoria demomentos de los filetes de soldadura con respecto al eje de gravedad es cero

L1 y L2 = Son las longitudes requeridas de

los filetes de soldadura sobre las dos caras.

s = 0.707 he permisible

P1 y P2 = Son las fuerzas externas de

reaccin en ambos filetes de soldadura.

Tomando momento alrededor de la lnea

de accin de P2 , obtenemos

PaPba 1)(ba

PaP

1

Similarmente tomando momento

alrededor de la lnea de accin de P1 ,

obtenemos

PbPba 2)( baPb

P

2

Si s es la resistencia del filete de

soldadura por unidad de longitud

s

PL 11

s

PL 22

ypermisible S40,0


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Uniones soldadas cargadas excntricamente

Considerando una junta T fijada en uno de sus extremos y sujetaa una carga excntrica P a una distancia e como se muestra.

Donde:

Caso 1: Cuando los esfuerzos cortantes y flexionantes estn

presentes simultneamente en la junta

Conociendo el rea total de la garganta :

Los esfuerzos inducidos sobre juntas pueden ser de la misma naturaleza o diferente

Donde: he = longitud del cateto de la soldadura, m

Lw = longitud de la soldadura, m

te = longitud de la garganta de la soldadura,= he sen 45 = 0.707 he, m

La junta estar sujeta a los siguientes dos tipos de esfuerzos:1.-Esfuerzo cortante directo debido a la fuerza cortantedirecta actuando en la soldadura y2.-Esfuerzo flexionante debido al momento flector P x e

A = Longitud de la garganta de la soldadura x Longitud de la soldadura

A = te x Lw x 2 ( por doble filete de soldadura)

A = 0.707 hex L

wx 2 ( t

e= h

esen 45 = 0.707 h

e)


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Uniones soldadas cargadas excntricamente Esfuerzo cortante en la soldadura (asumiendo uniformemente distribuida)

weLxh1.414

PAP

Modulo de seccion del rea total de la

garganta (para ambos lados)

242.4Lh

6Lh0.7072

6Lt

2

we

2

we

2

we xxxxZ

Momento Flector PxeM

EsfuerzoFlexionante

2we2we Lxh242.4

Lxh

242.4 PxexxPxe

Z

M

b

Conociendo el esfuerzo normal mximo

22(max) 42

1

2

1 bbt

Y el esfuerzo cortante mximo

22(max) 42

1 b


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Uniones soldadas cargadas excntricamenteDonde 2 es el esfuerzo cortante a una

distancia (r2) y es el esfuerzo cortante a unadistancia r.

Considerando una pequea seccion de la

soldadura que tiene un area dA a una distancia r

de G

la fuerza cortante en esta pequea seccion

dAx Y el momento torsor de esta fuerza de corte alrededor de G es:

2

2

2 rxdAxr

rxdAxdT

el momento torsor total sobre el area enterade soldadura es:

Jr

rxdAr

rxdAxr

exPT2

22

2

22

2

2


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P = Carga excntrica

Caso 2: Cuando en una junta soldada es cargada excntricamente como se muestra , lossiguientes dos tipos de esfuerzos son inducidos

Lw = longitud de la soldadura

1.-Esfuerzo cortante directoo primario y2.-Esfuerzo cortante debidoa un momento torsor.

Donde:

e = Excentricidad, distanciaperpendicular entre la lneade accin de la carga y elcentro de gravedad (G) de la

seccion de garganta de losfiletes

he = longitud del cateto de la soldadura

te = longitud de la garganta de la soldadura, he sen 45 = 0.707 he


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Area de la garganta de un simple filete

de soldadura = te x Lw= 0.707 he x Lw

Conociendo el esfuerzo cortante directo o primario

Donde:

Considerando dos cargas P1 y P2 (cada una igual a P) son

colocadas en el centro de gravedad G del sistema de

soldaduras: El efecto de la carga P1 = P produce un esfuerzocortante directo el cual es asumido uniformemente sobre la

longitud entera del filete de soldadura. El efecto de la carga P2 =

P produce un momento torsor de magnitud P x e el cual tiende

a rotar la junta alrededor del centro de gravedad G del sistema

de soldadura. Debido al momento torsor, un esfuerzo cortante

secundario es inducido.

wewe1

Lxh0.7072Lx2t

PP

A

P

El esfuerzo cortante producido por el momentotorsor (T= P x e) en una seccion es proporcional

a la distancia radial desde G, por lo tanto el

esfuerzo cortante debido a P x e en el punto A es

proporcional a AG (r2) y es en una direccin en

ngulo recto a AG. En otras palabras.

teconsr tanr2

2

r2

2

r

o


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El esfuerzo cortante debido al momento

torsor, es decir esfuerzo cortante secundario

J

rxexP

J

rxT 22

2

J = Momento Polar de inercia del area de la

garganta alrededor de G

2rxdAJ

Encontramos el esfuerzo resultante

combinando vectorialmente los esfuerzos

primarios y secundarios El esfuerzo cortante resultante en A

cos2 212

2

2

1 xA

= angulo entre 1 y 2 y cos = r1/r2

El momento polar de inercia del area de la garganta (A) alrededor del centro de

grfavedad (G) es obtenida por el teorema de ejes paralelos

22 xxAIJ xx de doble filete de soldadura

l


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Uniones soldadascargadas

excntricamenteJ = Momento Polar de inercia del area de la

garganta alrededor de G

22 xxAIJ

xx

2

22

2

122

122 x

LAxxA

LAJ WW

A = Area de la garganta = te x Lw = 0.707 he x LwDonde:

x = distancia perpendicular entre los dos ejes paralelos

Lw = longitud de la soldadura


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Carga de torsin

r = distancia desde el centroide del grupo de soldadura hasta el punto masapartado en la soldadura, m

T = par de torsin aplicado a la soldadura, N-m

Donde:

Esfuerzo cortante directo (o transversal) en la soldadura

P= 20 KNantagladetotalArea

tecorFuerzaAV

darg

tan

Esfuerzo cortante de torsin en la soldadura

JTrt

J = momento de inercia del rea polar, m4

La seccin critica para carga de torsin es la seccin de la garganta, como lo espara carga paralela y transversal


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Ing. Arturo Gamarra

Chinchay

design_machine_gama2006@yah

oo.es

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Carga de torsin

Ju = momento polar de inercia del rea unitaria, m3Donde:

La relacin entre el momento polar de inercia unitario y el momento polarde la soldadura de filete es

ueue JhJtJ 707.0

De esta forma, para evitar la falla debida a carga de torsin, se debecumplir lo siguiente:

soldadurasytd S

A continuacin damos los valores del momento polar de inercia del reapolar unitaria para nueve grupo de soldadura.Usando esta tabla se simplifica la obtencin de la carga de torsin


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Ing. Arturo Gamarra

Chinchay


oo.es

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Geometra y Parmetros de soldadura(1)Dimensiones dela soldadura

Flexin Torsin


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Ing. Arturo Gamarra

Chinchay


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Flexin Torsin


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Ing. Arturo Gamarra

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Flexin Torsin


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Ing. Arturo Gamarra

Chinchay


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Flexin Torsin


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Ing. Arturo Gamarra

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Flexin Torsin


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Ing. Arturo Gamarra

Chinchay


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Flexin

Iu = momento de inercia del rea unitaria ,m2Donde:

En flexin la junta soldada experimenta un esfuerzo cortante transversal, ascomo un esfuerzo normal

El momento M produce un esfuerzo flexionantenormal s en las soldaduras. Comnmente se

supone que el esfuerzo acta como una normalsobre el rea de la garganta

El esfuerzo cortante directo (otransversal) es el mismo que se dio paracarga paralela y transversal wewewe Lh

P

Lh

P

Lt

P 414.1

707.0

wuewue LIhLItI 707.0

Lw = longitud de la soldadura ,m


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Ing. Arturo Gamarra

Chinchay


oo.es

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Flexin

a = distancia desde la pared hasta la carga aplicada, m

Donde:

A continuacin damos los valores del momento de inercia del rea unitariapara nueve grupos de soldadura Iu

La fuerza por unidad de longitud de la soldadura es

uI

PaW

El esfuerzo normal debido a la flexin es

I

McDonde:

c = distancia desde el eje neutral hasta la fibra exterior, m


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Chinchay


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21

FlexinUna vez que se conocen el esfuerzocortante y el normal, se puedendeterminar los esfuerzo cortantesprincipales por medio de la ecuacin

O los esfuerzos normales principales pormedio de la ecuacin

2

2

21minmax

4

,, xyyx

2

2

2142

, xyyxyx

Una vez que se obtienen tales esfuerzosprincipales se puede determinar la teora delesfuerzo cortante mximo (MSST)

Una vez que se obtienen tales esfuerzosprincipales tambin se puede determinar lateora de la energa de distorsin (DET)

s

y

n

S 21

Donde: Sy = esfuerzo de fluencia del material

ns

= fator de seguridad

13

2 octoedro

Ejemplo 1


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Ejemplo 1Una mnsula se suelda a una viga. Suponga una carga constante de 20 KN y longitudesde soldadura l1 = 150 mm y l2 = 100 mm . Asimismo suponga el nmero de electrodo

como E60XX y una soldadura de filete.Determine la longitud del cateto de soldadura para la carga excntrica que se muestra.Considerando la torsin pero no la flexin, para un factor de seguridad de 2.5

< Solucin >

La suma de las reas soldadas es

eeeei thhlltA 2508.176100150707.021 El centroide del grupo de soldaduras de las ecuaciones es

El par de torsin que se aplica es

Ejemplo 1


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Ejemplo 1De la tabla considerando la torsin y la soldadura que se presenta

El momento polar de inercia del rea unitaria es:

Las frmulas que se proporcionan en la tabla de Geometra y Parmetros de soldadurase pueden derivar usando el teorema de los ejes paralelos

2' yxx

AdII 2

' xyy AdII

Ejemplo 1


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Ejemplo 1

De la ecuacin

El momento polar de rea unitaria para la soldadura 1 es:

Para la soldadura 12

' yxx LdII

2' xyy

LdII

Coordenadas del centroide delfilete de soldadura

x

Y

1

2 3232

11

3

1 250,4167510515012

150

212' mm

lyl

lIx

De la ecuacin

322

1 000,6020150' mmxlIy

31

250,476'' mmIIJ yxu

Para la soldadura 2De la ecuacin 2

' yxx LdII

322 500,20245' mmlIx

De la ecuacin 2' xyy LdII

3232

232 333,1732050100

12

100

212' mm

lx

lIy

Ejemplo 1


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Ejemplo 1

De esta forma, el momento polar de inercia del rea unitaria para la soldadura 1 y 2 es

El momento polar de rea unitaria para la soldadura 2 es:

32

833,375'' mmIIJyxu

321 083,852 mmJJJ uuu

Este es el mismo resultado que el que se obtuvo usando la frmula de la tabla

El momento polar de inercia del rea es

eueue hJhJtJ 514,602707.0 J se expresa en milmetros a la cuarta potencia

P= 20 KNEsfuerzo cortante por carga transversal,en los puntos A y B son iguales

MPahhA

Pee

dBdA1.113

8.176000,20

Ejemplo 1


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Ejemplo 1Los componentes del esfuerzo cortante detorsin en el punto A son:

Esfuerzo cortante de torsin

tAx

tAy

tBx

tBy

MPah

MPahJ

T

ee

tAx

3.418

514,602

45106.545 6

MPa

hMPa

hJ

T

ee

tAy

7.7433.418

45

8080

MPahe

tAxAx

3.418

MPah

MPahh eee

tAydAAy

8.8567.7431.113

MPah

MPah ee

AyAxA

5.9538.8563.418

1 2222

Ejemplo 1


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Ejemplo 1Los componentes del esfuerzo cortante detorsin en el punto B son:

Esfuerzo cortante de torsin

tAx

tAy

tBx

tBy

MPah

MPahJ

T

ee

tBx

1.976

514,602

105106.5105 6

MPa

h

MPa

hJ

T

ee

tBy

9.1851.976

105

2020

MPahe

tBxBx

1.976

MPah

Pahh eee

tBydBBy

82.7210

1.1139.185 6

MPah

MPahh eee

ByBxB

8.97882.721.97622

22

AB AB

AB ComoEste se selecciona

para el diseo

Ejemplo 1


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La resistencia a la fluencia para el electrodoE60XX es de 50 Ksi

Ejemplo 1

La resistencia de un elemento de mquina es:

ypermisible S40,0

ypermisible S40,0

MPaKsiSypermisible 0.13820105040,040,0 3

El factor de seguridad es:

e

B

permisib le

s

h

n

8.978

0.138

Puesto que el factor de seguridad es 2.5, se tiene:

mmhe 73.170.138

5.28.978


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Tipos deUniones

Soldadas



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2

Tipos de Juntas Soldadas1.-Junta a tope La junta a tope es

obtenida colocandoborde a borde a las

placas a unir..

Junta a

topecuadrada

Junta a tope

abiertacuadrada

Junta a tope

simple a 45Junta a tope V

simple a 60


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3

Junta a tope J

Doble

Junta a tope U

Simple Junta a tope U

Doble

Junta a tope

Doble a 45

Junta a tope J

Simple


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4

Tipos de Uniones Soldadas

2.-Junta de filete o de traslape

La junta de filete o de traslape esobtenida por superposicin de lasplacas y luego son soldadas losbordes de las placas. La secciontransversal de un filete esaproximadamente un triangulo.

Soldadura de filete


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5


3.-Otros tipos de juntas soldadas

Por el borde

Por la esquina

Simple Filete

En TSimple Filete Doble Filete

JUNTA A TOPE


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6

Junta en Y

JUNTA A TOPE

Junta en X

Junta en UJunta en I

JUNTA A TOPE


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7

JUNTA A TOPE

Junta en B

JUNTA PARALELA JUNTA A TRASLAPE


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8

JUNTA PARALELA JUNTA A TRASLAPE

JUNTA EN T JUNTA ENFORMA DE CRUZ

JUNTA EN ANGULO JUNTA EN ESQUINA


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9

JUNTA EN ANGULO JUNTA EN ESQUINA

JUNTA EN BORDE JUNTA MULTIPLE


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10

JUNTA EN CRUZ



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11

q


1.-Visitar la pagina Web

http://www.engineersedge.com/weld/weld_butt_joint_shear_normal.htmHacer click en : Weld Design Menu

Utilizando dicha pagina Web preparar unas diapositiva donde explique los esfuerzos que actan enlos filetes de acuerdo a la carga mostrada



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12



http://www.engineersedge.com/weld/weld_butt_joint_shear_normal.htmHacer click en : Weld Design Menu

Utilizando dicha pagina Web preparar unas diapositiva donde explique los esfuerzos que actan enlos filetes de acuerdo a la carga mostrada



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13



http://www.mitcalc.com/doc/welding/help/en/weldingtxt.htm

Utilizando dichapagina Webpreparar unasdiapositivadonde expliquelos esfuerzosque actan enlos filetes deacuerdo a lacarga mostrada


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14


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15


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CONEXIONES SOLDADAS

SOLDADAURA A


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GARHGANTA DE SOLDADURA

SE CONSIDERA COMO ESPESOR DEGARGANTA A LA PARTE MAS FINA DE LASPARTES SOLDADS.

TOPE

LONGITUD EFECTIVA DE SOLDADURA

LA LONGITUD EFECTIVA ES MENOR QUE LALONGITUD REAL (POR DEBILITAMIENTO ENLOS EXTREMOS). AL MENOS QUE A LOSEXTREMOS SE COLOQUE UNAS PLACHAS

PARA QUE AL SOLDAR EL DEBILITAMIENTOSEA AL PRINCIPIO Y FINAL DONDE SECOLOCARON LAS PLANCHAS.

FUERZA EN LA SOLDADURA


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DEPENDIENDO DE LA CARGA RESPECTIVAM LAS COMPONENTESESTAN EN LA DIRECCION NORMAL A LA SOLDADURA Y EN LADIRECCION PARALELA A LA SOLDADURA.

LOS ESFUERZOS NORMALES PARALELOS SON CERO.

PARTES DE LAS CONEXIONES


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SOLDADAS

CONEXIONES CON SOLDADURACOMBINA

CONEXIONES CON SOLDADURAINTERMITENTE

SOLDADURA DE GARGANTA GRUESA:

DONDE:

SE UTILIZA CUANDO EL CORDON DESOLDADURA ES MUY CORTO PERO

NO ES RECOMENDABLE PARASOLDADURA A TOPE.

FILETE DE SOLDADURA


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FILETE DE SOLDADURAGARGANTA DE SOLDADURA

SE ENCUENTRA A LO LARGO DEL BORDEEN FORMA DE CUA DE TRIANGULORECTANGULO QUE MAYORMENTE SECONSIDERA ISOSCELES.

SE UTILIZA EN FORMA DE T, CONEXIONE

SEN ANGULO Y JUNTAS DE VUELTA.

GARGANTA TEORICA.- DISTANCIA DE LA RAIZDE LA JUNTA MEDIDA PERPENDICULARMENTE ALA HIPOTENUSA DEL MAYOR TRIANGULO RECTOQUE PUEDE SER INSCRITO DENTRO DE LASOLDADURA.

GARGANTA EFECTIVO.- DISTANCIA MINIMAMENOS CUALQUIER PENTRACION DE LA JUNTAPRESENTE HASTA LA CARA DE LA SOLDADURA.

GARGANTA REAL.- DISTANCIA ENTRE LA RAIZ YCARA DEL FILETE DE SOLDADURA SE TOMO ENCUENTA LA CONVEXIDAD Y CONCAVIDAD EN LASOLDADURA.

LOGITUD EFECTIVA DE SOLDADURAFUERZA EN LA SOLDADURA


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LOGITUD EFECTIVA DE SOLDADURA

POR LA MISMA FALLA EN LOS EXTREMOS

DE TOPE TAMBIEN SE PUEDE USAR

PLANCHITAS O SINO BORDEAN TODO LOS

EXTREMOS DE SOLDADURA.

CARGA CON LA FUERZA NORMAL

CARGA CON EL MOMENTO FLECTOR

CARGA CON LA FUERZA DE CORTE EN X

CARGA CON LA FUERZA DE CORTE EN Y

CARGA CON TORSION


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DONDE EL ESFUERZO RESULTANTE SE DA :

EL ESFUERZO NORMAL PARALELO ES CERO.

ENCHUFE Y SOLDADURA DE RANURA


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ENCHUFE Y SOLDADURA DE RANURA

RECOMENDACIONES DE LASDIMENCIONES DE SOLDADURA:

DIAMETRO DE AGUJERO d 2s

ANCHURA DE LA RANURA d 2s

RANURA DE LONGITUD L 2d



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ESFUERZO CORTANTE EN LA SUPERFICIE DE LA BASE DE LA SOLDADURA:

ESFUERZO CORTANTE EN LA SUPERFICIE DE LA SOLDADURA CIRCUFERENCIAL:

PUNTOS DE SOLDADURA


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PUNTOS DE SOLDADURA

UTILIZADO PARA CONECTAR PLACAS FINAS YPIEZAS DE PAREDES DELGADAS.

NO SON MUY APROPIADAS PARA LATRANSFERENCIA DE GRANDES FUERZAS.

RECOMENDACIONES PARA LA DIMENSIONES DESOLDADURA:

DIAMETRO DE PUNTA DE SOLDADURA d 5s

PASO ENTRE LAS SOLDADURA t1 (2 A 3) d

DISTANCIA DEL BORDE HASTA LA SOLDADURA t2 2d



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ESFUERZO CORTANTE EN LA ZONO CILINDRICA:

ESFUERZO CORTANTE EN EL AREA DE LA GARGANTA DE SOLDADURA:

ESFUERZO NORMAL EN LA GARGANTA DE SOLDADURA:


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SEGURIDAD EN LAS UNIONES SOLDADAS

SE UTILIZA TRES METODOS :

1. METODO DE CALCULO BASICO

2. METODO DE COEFICIENTE DE CONVERSION

3. METODO DE ESFUERZO PERMISIBLE

O O CALCULO ASICO


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METODO DE CALCULO BASICO

REPRESENTA UN METODO GENERAL SE BASA EN METODOS DE CALCULOS FRECUENTES DEUNIONES SOLDADAS.

CON RESPECTO AL TIPO DE ESFUERZO CALCULADO LAS CONDICIONES DE CARGAS SE DANASI:

DONDE FSY EN UN FATOR DE SEGURIDAD QUEES IGUAL A FSY = FS1 . FS2

COEFICIENTE DE SEGURIDAD FS1: DEPENDE DE LA CARACTERISTICA DEL MATERIAL, EL TIPO DEMANO DE OBRA Y LA FORMADE CONEXIN DE CARGA.

COEFICIENTE DE SEGURIDAD FS2: DEPENDE DE LA EXANTITUD, CALIDAD DE

PRODUCCION,FUNCIONAMIENTO Y PRECISION DE CALCULO.

TABLA FS1


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Soldaduras a tope

- Reservado el derecho a la compresin 1

- Reservado el derecho a la tensin de flexin 1 ...1.2

- Sujetos a corte 1,4 ... 1.5

* Los valores ms altos - soldaduras soldados de un solo lado, las soldaduras en bruto, de arco de soldadura manual o llama

* Valores ms bajos - cara soldados soldaduras-doble, trabaj soldaduras y soldaduras de raz rewelded, la soldadura

automtica de las emisiones de CO 2 o bajo flujo de soldadura, soldadura por electroescoria

Filete de soldaduras

- Final soldaduras 1.2 ... 1.5

- Soldaduras laterales 1,3 ... 1.6

* Los valores ms altos - soldaduras planas, las soldaduras sin terminar, las soldaduras sin penetracin, ms grueso soldaduras,

soldadura manual

* Los valores ms bajos - soldaduras cncava, soldaduras penetrado, de espesor inferior soldaduras, soldadura automtica de las

emisiones de CO 2 o bajo flujo de soldadura

Enchufe y soldaduras de ranura

- Sujetos a corte 1,5 ... 2

* Los valores ms altos - soldaduras con paredes verticales, soldadura manual de arco

* Valores ms bajos - las soldaduras con paredes inclinadas, soldadura de CO 2 o de bajo flujo de soldadura

resistencia a la soldadura por puntos

- Sujetos a corte 1.5

- A reserva de lgrima 2

TABLA FS2


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1.1 ... 1.3

- Una informacin muy precisa de entrada

- Perfecto conocimiento de las caractersticas del material

- De alta calidad y la observancia exacta de la tecnologa de produccin

- Soldaduras de alta calidad sin tensiones internas- Soldadura se realiza slo por muy experimentado, soldadores certificados

- Calidad de la soldadura garantizada por un control de la salida detallada (radioscopia, pruebas magntica,

ultrasonidos, ..)

- Conexiones insignificante sin consecuencias graves en caso de daos

1,3 ... 1.6

- Clculo menos preciso, sin verificacin experimental

- Menor precisin en la tecnologa de produccin- Las soldaduras de la calidad tipo

- Soldadura realizadas por soldadores

- Las soldaduras con un control de salida estndar

- Conexiones de menor importancia

1,6 ... 2.0

- Reducir la precisin de los clculos

- Especificacin aproximada de las caractersticas del material

- Conocimiento inexacto de la accin real de carga externa

- Las soldaduras con un mayor riesgo de la existencia de tensiones internas

- Las soldaduras de calidad garantizado

- Muy importantes conexiones con el peligro para la vida o las elevadas prdidas materiales en caso de daos

METODO DE COEFICIENTE DE


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CONVERSION

AL IGUAL QUE EN EL METODO ANTERIOR SE CONSIDERA UN METODO GENERAL DECALCULO, SE DIFERENCIA EN PREDEFINIR UN COEFICIENTE DE CONVERSION.

EL COEFICIENTE DE CONVERSION DEPENDE DEL MATERIAL QUE SE A UTILIZAR.

LOS ESFUERZOS SE DAN CON LAS RELACIONES SIGUIENTE:

EN LA TENSION MULTIAXIAL DE SOLDADURA A TOPE:

EN LA TENSION MULTIAXIAL DE SOLDADURA DE FILETE:

FACTOR DE LOS


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FACTOR DE LOS tipo de soldadura, el modo de carga Coeficiente

Nalgas las soldaduras sometidas a la compresin 1.00

Nalgas las soldaduras sometidas a la tensin

- Manual de soldadura de arco o la llama- En contacto con la soldadura por resistencia

- Manual de soldadura, conexiones despus de asignacin de fechas con la raz rewelded

- Soldadura automtica bajo flujo de soldadura o las emisiones de CO 2 , las dos caras conexiones soldadas

- Electroescoria de soldadura

0,85 ... 1.00

Nalgas las soldaduras sometidas a corte 0.70

Fin de las soldaduras de filete

- Soldadura manual, soldadura sin penetracin

- Soldadura por arco manual, electrodos con mayor fuerza (min. 20% ms)

- Soldadura automtica bajo flujo de soldadura o las emisiones de CO 2 , soldadura> 8 mm de espesor, la profundidad de

penetracin 0.2a

- Soldadura automtica bajo flujo de soldadura, las soldaduras de una capa inferior a 8 mm de espesor 0,4, profundidad de

penetracin

0.75 ... 1.00

filete de soldadura lateral

- Soldadura manual, soldadura sin penetracin

- Soldadura por arco manual, electrodos con mayor fuerza (min. 20% ms)

- Soldadura automtica bajo flujo de soldadura o las emisiones de CO 2 , soldadura> 8 mm de espesor, la profundidad depenetracin 0.2a

- Soldadura automtica bajo flujo de soldadura, las soldaduras de una capa inferior a 8 mm de espesor 0,4, profundidad de

penetracin

0.65 ... 0.90

Enchufe y soldaduras de ranura

- Soldadura por arco manual, soldaduras con paredes verticales

- Soldadura con flujo de soldadura o las emisiones de CO 2 , las soldaduras con paredes inclinadas

0.50 ... 0.65

resistencia al contado las soldaduras sometidas a corte 0.65

resistencia al contado las soldaduras sometidas a la tensin 0.50

METODO DE ESFUERZO PERMISIBLE


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METODO DE ESFUERZO PERMISIBLE

ESTE METODO UTILIZA LA COMPARACION DE LOS ESFUERZOS CALCULADOS ALVALOR DE LA TENSION ADMISIBLE Swa DEFINIDOS DIRECTAMENTE POR EL CALCULOHECHO.

LA CONDICION DE CAPACIDAD DE CARGA DE LA UNION SOLDADA SE DESCRIBE ASI:

EL NIVEL DE SEGURIDAD REQUERIDAD ESTA INCLUIDO EN EL VALOR DE LA TENSIONADMISIBLE ESTABLECIDO, EL FS SE UITILIZA COMO UNA CANTIDAD AUXILIAR Y

SOLO DESCRIBE UN CIERTO DE GRADO DE SOBREDIMENSIONAMIETNO DELASCONSEXIONES DISEADAS.

LAS TABLAS SE DAN SEGN NORMA, Y DEPENDE DE LA CARACTERISTICA DELMATERIAL.


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TIPOS DE UNIONES SOLDADAS

CALCULO DE DISEO DE JUNTA DE

SOLDADURA


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ESFUERZO DE REFERENCIA

=

(MPa, psi)

: Esfuerzo de referencia MPa, psi

1: Esfuerzo Normal MPa, psi

1: Coeficiente de junta de soldadura

ESFUERZO NORMAL

1 = (MPa, psi)

1: Esfuerzo Normal MPa, psi

: Fuerza Normal (N, lb)

A : rea de la garganta de la soldadura

(2

, 2

)


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= (MPa, psi)


Esfuerzo cortante MPa, psi


ESFUERZO CORTANTE

=

(MPa, psi)


: Fuerza de Corte (N, lb)

A : rea de la garganta de la soldadura

(2

, 2

)


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RESULTANTE DE LA REDUCCIN DE ESFUERZOS

=

2

+ 32

(MPa, psi)

: esultante de la reduccion de esfuerzos MPa,psi

: Esfuerzo cortante MPa, psi

: Esfuerzo normal (MPa, psi)


=

2

+ 3

2

(MPa, psi)


: Esfuerzo Cortante MPa, psi : Esfuerzo normal (MPa, psi)1, 2 : Coeficientes de junta de soldadura

ESFUERZO NORMAL

=.

(MPa, psi)

Esfuerzo Normal MPa, psi

F : Fuerza Interna (N, lb)

A : rea de la garganta de la soldadura (2,2)

: Angulo de soldadura

ESFUERZO CORTANTE

= .

(MPa, psi)


F : Fuerza Interna (N, lb)

A : rea de la garganta de la soldadura (2,2)

: Angulo de soldadura


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=

(MPa, psi)


: Esfuerzo Normal MPa, psi: Coeficiente de junta de soldadura

ESFUERZO NORMAL

= .

(MPa, psi)

: Esfuerzo Normal MPa, psi

M: Momento Flector (N-m, lb-pie)W: modulo de seccin de rea de la gargantade la soldadura (2, 2)u : Constante

Para :El clculo en unidades mtricas u=1000El clculo en unidades inglesas u=12


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=

(MPa, psi)




ESFUERZO CORTANTE

= .

(MPa, psi)

: Esfuerzo cortante MPa, psi

T: Torsin (N-m, lb-pie)

W: modulo de seccin de rea de la gargantade la soldadura (2, 2)

u : Constante

Para :

El clculo en unidades mtricas u=1000

El clculo en unidades inglesas u=12


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= (MPa, psi)



: Coeficiente de junta de soldadura

ESFUERZO NORMAL

=

.

(MPa, psi)


M: Momento Flector (N-m, lb-pie)W: modulo de seccin de rea de lagarganta de la soldadura (2, 2)u : ConstantePara :El clculo en unidades mtricas u=1000El clculo en unidades inglesas u=12

CALCULO DEL MODULO DE SECCION DE LA


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GARGANTA DE SOLDADURA A TOPE

Documents

Unioines Soldadas, Arturo Gamarra