INGENIERIA MECÁNICA DEPARTAMENTO DE METAL-MECÁNICA PROFESOR: ING. MARIO ARMIN ZUMBARDO ARANDA ALUMNOS:
Alfonso Chávez López Geovani Herrera kantun Eduardo Cabrera Navarrete Alex Armin Paredes Uc DISEÑO II SOLDADURA Y REMACHES
2 TIPOS DE UNIONES CONECTADAS
JUNT JUNTAS A TRASLAPE
JUNTAS A TOPE
JUNTAS JUNT AS A TRASLAPE
•
JUNTAS JUNT AS A TOPE
•
Las placas a unir se colocan solapadas, una sobre otra, y se cosen entre sí mediante una o varias filas de conectores.
Las dos placas a unir están colocadas en el mismo plano, con sus bordes a tope, y se sujetan mediante dos placas, una a cada lado de las placas pl acas a unir (cubrejuntas) y se unen a cada una de las placas principales.
La separación entre los conectores de una fila se llama paso
Cuando los remaches de dos filas consecutivas, con igual paso, están alternados, a la distancia entre uno de una fila y el correspondiente de la otra se le llama paso diagonal.
La distancia entre filas paralelas de conectores se llama gramil.
La eficacia de eficacia de una unión conectada indica si ha sido bien diseñada, y se mide por la relación entre la resistencia de la unión y de la placa llena, es decir,
EFICACIA= RESISTENCIA DE LA UNIÓN/RESISTENCIA DE • Los orificios LA PLACA LLENA
*
para los conectores se realizan por taladrado o por punzonado, retocándolos con un escariador de diámetro 1.5mm mayor que el del conector. En los cálculos se toma como diámetro de cálculo el del orificio.
Donde d=diámetro de cálculo del conector, conector, es decir, el diámetro del orificio.
Una tercera forma de ruptura, producida por una presión de contacto excesiva, es la indicada en la figura que se muestra más adelante. El movimiento relativo entre las placas cosidas está originado por la deformación permanente o alargamiento del orificio del conector, o por el aplastamiento del mismo. La carga de ruptura o de falla por presión de contacto queda expresada por:
Pb=abσ = (ed) σb
La figura que se muestra a continuación representa la ruptura o falla por tensión e cosidas. Este tipo de ruptura puede ocurrir en la sección que pasa por el centro d es la de menor área, y menor resistencia. Llamando L al ancho del tramo tipo (o p resistente es la sección neta, o sea el el producto del ancho neto (L-d) por el el espes ruptura por tensión es:
Pt= Atσt=(L-d)eσt
La resistencia de una unión de este tipo está limitada por la capacidad de resistencia de los conectores para transmitir la carga entre las placas o por la resistencia al desgarramiento por tensión de las placas.
Diseño: Cálculos previos para determinar la carga que puede transmitir un conector,, por cortante y por presión de conector contacto • Cálculos para determinar las posibles formas de falla de la unión. •
La carga es excéntrica cuando no es posible conseguir que la resultante de las cargas que actúan pase por el centro de gravedad del grupo o conjunto de remaches .
La carga central P es soportada por igual como carga directa Pd=P/n por cada uno de l Para determinar la carga de torsión en cada remache, se puede considerar la conexión como un acoplamiento de discos con tres círculos concéntricos (en este caso) de remaches La carga resultante en cada remache es el vector suma geométrica de las cargas
Es un proceso de manufactura que consiste en unir dos o más materiales la unión se obtiene por calor y/o presión. ya sean metales o termoplásticos con el objetivo de FUSIONAR dichos materiales.
Algunas veces siempre se complementa agregando un material como relleno de un material similar ( metal o plástico fundido) para hacer un buen enlace.
Típicas juntas: - Traslape (cargas axiales y excéntricas)
-Tope (cargas Axiales)
Generalmente este tipo de de soldadura actúa a compresión y a tensión y se determina su resistencia mediante la formula P=Aσ Donde : A es el Área de sección transversal de la placa mas delgada y σ es el esfuerzo permisible de la placa
Vista Transversal de la placa P
Las soldaduras de traslape por lo general están sometidas a esfuerzos cortantes y debe diseñarse adecuadamente y esta se determinan mediante la formula: El tamaño de la soldadura del τ= P/A cordón es el tamaño del cateto o dimensión a .se supone que la corona de la soldadura debe ser ligeramente convexa. Una soldadura de cordon se dice que falla a lo largo de su menor dimension llamada garganta de la soldadura. Y esta señalada como la letra t y el area que se calcula al cortante es: A=tL=aSen45°L=0.707L
L
B t
A
45° C
a
t a
El esfuerzo cortante admisible para la soldadura de cordón es de 0.3 veces el esfuerzo ultimo de tensión del electrodo. Los electrodos se clasifican como E60, E70, E80, etc . El valor numérico de resistencia ultima a tensión de la soldadura: un ejemplo es de E70 usado para trabajos estructurales y su esfuerzo cortante admisible es (0.30)(70)=21 klb/plg2. Por lo tanto P= τA=21 000 x (0.707aL)
Para una longitud de pulgada de soldadura la ecuacion se puede escribir : q= 14 850 a donde q es la carga que puede soportar cada pulgada de soldadura y a es el tamaño de la soldadura en pulgadas. Ejemplo:
Determinar la longitud total de soldadura necesaria para resistir la fuerza de 48 000 lb indicada use se una soldadura de un ¼ pulg. Solución:
Una soldadura de ¼ pulg es capaz de resistir: q= 14 580ª =14 850(1/4) = 3 710 lb/pulg2 de longitud. La longitud necesaria es L = 48 000lb/3 710lb/pulg= 12.9 pulg.
P
CLASIFICACIÓN DE LOS CORDONES DE SOLDADURA
Por la posición geométrica de las piezas a unir. * Soldaduras a tope. * Soldaduras en ángulo. Por la posición del cordón de soldadura respecto al esfuerzo * Cordón frontal * Cordón lateral * Cordón oblicuo
En la sección anterior se han aplicado las ecuaciones de equilibrio estático para determinar la fuerza que ha de soportar cada cordón de soldadura. El estudio se basada en que cada cordón se supone uniformemente cargado en toda su longitud. Esta hipótesis es aceptable si todos los cordones tienen la misma base y la carga aplicada pasa por el centro de gravedad de los cordones, considerados como segmentos lineales. En el caso de que los cordones sean de diferente espesor, el centro de gravedad ha de ser el de las áreas de los mismos. Si la fuerza resultante aplicada P no pasa por el centro de gravedad, los cordones no quedan uniformemente cargados. El análisis simplificado que se hace a continuación indica cómo se puede determinar la máxima intensidad de carga por unidad de longitud del cordón, que sirva de base para determinar su tamaño, o si se conoce el tamaño, calcular el valor de la fuerza P.
Siguiendo el mismo procedimiento que en el caso de uniones remachadas excéntricamente cargadas se añaden mentalmente dos fuerzas P iguales y opuestas (indicadas de trazos en la fig. 12-21 a) en el centro de gravedad C de los cordones, con lo que se reduce la carga excéntrica a una carga centrada P y un par de torsión de momento M t= P*e.
La carga centrada P es soportada por la fuerza directa qd por unidad de longitud de cordón. c ordón. Esta fuerza directa esta uniformemente distribuida entre todos los cordones y viene dada por:
Siendo ∑L la longitud total de los cordones.
En la figura 12-21c el par de torsión es soportado por una fuerza variable qt por unidad de longitud de cordón. Suponiendo que los cordones trabajan elásticamente y que la placa es completamente completamente rígida y gira en su plano alrededor del centro de gravedad C, se puede determinar la intensidad de esta fuerza de torsión aplicando la formula de la torsión con un valor muy aproximado de Ip.
Consideremos una distribución cualquiera de cordones como en la figura 12-22
Para cualquiera de ellos, de longitud L, el momento polar respecto de su centro de gravedad es la suma de los momentos respecto de los ejes longitudinal y transversal del cordón. Estos valores son, respectivamente, cero (o prácticamente cero) y L3 / 12. Teniendo en cuenta la expresión del teorema de Steiner se obtiene, respecto del centro c entro de gravedad del grupo de cordones: c ordones:
Por lo tanto, para todos los cordones, el valor de Ip que ha de figurar en la formula de la torsión es:
Aplicando ahora la formula de torsión se obtiene para la fuerza q t, que actúa perpendicularmente al radio en un punto cualquiera de un cordón:
Y como se vio en las uniones remachadas, interesa aún más las componentes de q t como entonces dan:
En donde x e y son las coordenadas del punto en el que se va a determinar las componentes de qt.
La máxima intensidad de la fuerza total por unidad de longitud en los cordones se obtendrá en el punto en que tanto las componentes horizontales como verticales de qd y del máximo qt sean del mismo sentido y se sumen. Su valor vendrá dado por el modulo de la suma vectorial, es decir:
En general, y esto es lo correcto, si los cálculos se han hecho como ha que dado expuesto, el máximo valor de q determina el ancho de la base, o calibre, de los cordones todos iguales. En ocasiones cada cordón se dimensiona de acuerdo con el mayor valor de q que exista en él, pero esto es menos correcto que lo anterior, aunque el procedimiento no es exacto de ninguna
EJEMPLO
Suelda una placa de apoyo al bastidor de una máquina mediante dos cordones, como se indica en la fig. 12-23a. Determinar el calibre de los cordones para que pueda soportar so portar una carga vertical P=5000Kgf
Resolución: el centro de gravedad de los cordones, respecto respec to del punto A tiene las coordenadas siguientes:
Con estos valores se sitúa C como se indica en la fig. 12-23ª. El momento de P respecto de este punto, que es el par de torsión, es:
El momento de inercia polar simplificado, del grupo de soldaduras respecto de C, es la suma de los valores de Ip de cada uno de los cordones. Recordando que x̄ e ȳ son las las coordenadas del centro de cada cordón respecto de C, se obtiene:
Su suma es el valor I p total:
Los componentes de la carga directa son:
Estos valores han de combinarse con las componentes de q t en los puntos A y E, que son los más sobrecargados en los cordones AB y DE, como se puede ver en la fig. 12- 23 b.
Fig.(12-23 b)
Aplicando le ecuación (12-10) resulta:
Combinando las componentes directas y de torsión, se obtienen los máximos valores de q en cada cordón, que son:
Aplicando ahora P=A =670 a, para la fuerza admisible por centímetro de longitud de cordón, que es independiente de la dirección de la fuerza se determina el calibre a para el punto más cargado:
Por lo que se daría como solución unos cordones de 17 mm. En AB, en todo caso, se podría utilizar un calibre menor, ya que qA=1010Kgf/cm, con lo que puede ser a=15 mm, aunque como se ha dicho antes esto introduce más errores, ya que en este caso el punto C no es el centro de gravedad de
Bibliografía
Procesos de Manufactura, B.H. Amstead, Phillip F. Ostwald, Myron L. Begeman Capítulo 8, Pags.: 215-263
Ferdinand L. Singer, Andrew Pytel. (1982). Resistencia de materiales. Editorial HARLA, tercera edición, México. Manual de procedimientos de la soldadura al arco. ( 1943). México. La consolidada.
