UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL PERU FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA, AERONAUTICA, AUTOMOTRIZ Y SOFTWARE CURSO: INGENIERIA GRAFICA II
TEMA: SOLDADURA PROF.: ING. JORGE ROJAS 17/09/2012
CONTENIDO 13 Conceptos generales de soldadura 2 Materiales de Aporte para Soldadura 3 Técnica de Soldadura por Arco 4
Soldabilidad de los Aceros al Carbono e Inoxidables
INTRODUCCIÓN American Welding Asociation define soldadura como:” …el proceso de unión de dos o más piezas de material, con frecuencia metálica, por la unión a través través de una cara de contacto.”
DEFINICIÓN La ciencia de la soldadura se encarga de estudiar los medios prácticos para producir uniones átomo a átomo a través de superficies metálicas preexistentes en un número suficiente produciendo una continuidad metálica.
OBJETIVOS DE LA SOLDADURA •
Establecer resistencia mecánica satisfactoria al trabajo que desempeñará la pieza.
ESQUEMA GRANULAR
LIMITACIONES IRREGULARIDADES EN LA SUPERFICIE DE CONTACTO. CAPA DE ÓXIDO Y HUMEDA ADHERIDAS A LA SUPERFICIE METÁLICA
CLASIFICACION DEL PROCESO
CLASIFICACION DEL PROCESO
CLASIFICACION DEL PROCESO
SOLDADURA POR ARCO ELECTRICO
SOLDADURA POR ARCO
Unión producida por el calor generado por un arco eléctrico con o sin metal de aporte, y con o sin presión Energía eléctrica se transforma en energía térmica alcanzando temperaturas hasta 4000 °C
SOLDADURA POR ARCO
La energía eléctrica es un flujo de electrones en un circuito cerrado a través de un medio gaseoso que genera luz y calor
SOLDADURA POR ARCO
Idea del proceso: la soldadura con arco eléctrico manual con electrodo revestido o simplemente “Soldadura Eléctrica” se visualiza a través de la siguiente figura:
SOLDADURA POR ARCO EL EQUIPO CONSTA:
GENERADOR DE CORRIENTE CABLES DE CONEXION PORTA ELECTRODO GRAPA PARA HACER TIERRA CABLE DE MASA
SOLDADURA POR ARCO
A. Soldadora B. Cable pinza porta electrodo. C. Electrodo D. Cable de masa
E. Pinza porta electrodo F. Interruptor G. Cable de alimentación H. Borne
SOLDADURA POR ARCO
Nociones de electricidad FIGURA 1: SENTIDO DE DIRECCIÓN DE LA CORRIENTE FLUYE DEL BORNE HACIA EL CABE DE TIERRA
QUÉ ES VOLTAJE ES UNA “PRESIÓN” QUE INDUCE LA CORRIENTE ELÉCTRICA, TAMBIÉN SE LLAMA DIFERENCIA DE POTENCIAL O TENSIÓN Y SU UNIDAD ES EL VOLTIOS
QUÉ ES AMPERAJE ES LA CANTIDAD DE ELECTRICIDAD POR SEGUNDO SU UNIDAD ES EL COLUMBO POR SEGUNDO LO QUE SE EXPRESA EN AMPERIOS.
Nociones de electricidad CLASES DE CORRIENTE ELÉCTRICA CORRIENTE ALTERNA (CA) : EL FLUJO DE LA CORRIENTE VARIA DE UNA
DIRECCIÓN A LA OPUESTA. EN UN PROMEDIO DE 100 A 120 VECES POR SEGUNDO. EL CAMBIO DE DIRECCIÓN SE DENOMINA CICLOS O PERIODOS.
EL FLUJO DE CORRRIENTE MANTIENE SIEMPRE UNA MISA DIRECCIÓN, ES DECIR, DEL POLO NEGATIVO AL POSITIVO. CORRIENTE
FIGURA 1: SENTIDO DE DIRECCIÓN DE LA CORRIENTE FLUYE DEL BORNE HACIA EL CABE DE TIERRA
CONTINUA
(CC):
Nociones de electricidad
SOLDADURA DE UNIÓN
En la soldadura de unión se requiere que el material en la costura obtenga casi la misma cualidades de material base , esto es con respecto a la composición química , a las características mecánicas y físicas tales como tenacidad ,resistencia a la tracción resistencia a la corrosión etc.
TÍPOS DE UNIONES
La soldadura se ejecuta para realizar uniones de partes, estas pueden ser plancha plana, rolada, forma estructural, tubo, fundiciones, piezas forjadas, lingotes etc. A estas juntas se les llama construcción soldada. Hay cinco tipos básicos de uniones
TÍPOS DE UNIONES
T Í P O S D E U N I O N E S
CONCENTRACION DE ESFUERZOS EN UNIONES La concentración de esfuerzos se da en secciones que pueden tener muescas, agujeros, los cordones de soldadura de filete mal diseñado, excesivo material en la soldadura. En la siguiente figura se muestra el flujo de esfuerzos y las resistencias.
CONCENTRACION DE ESFUERZOS EN UNIONES
TÉCNICAS DE SOLDEO -Preparación del metal base. -Técnica de Apuntalado. -Posición de soldadura. -Secuencia de Soldeo -Limpieza de los cordones. - Inspección Visual.
JUNTAS DE SOLDEO
Una junta es la parte a rellenar del metal entre 2 a más planchas o piezas, que tienen los bordes preparados.
a tope, de solape ,en ángulo, en T y por el borde.
PREPARACIÓN DE JUNTAS
PREPARACIÓN DE JUNTAS
SÍMBOLOGIA DE SOLDADURA
La AWS ha creado un sistema que permite identificar, localizar las soldaduras desde el diseñador hasta el taller en los planos, se han hecho esfuerzos en estandarizar para todo el mundo inclusive las Euro normas el ISO están estandarizando sus símbolos.
SÍMBOLOGIA DE SOLDADURA AWS American Welding Society
SÍMBOLOS BÁSICOS CANAL O SURCO
SÍMBOLOS BÁSICOS
IDENTIFICACION DE LAS FLECHAS
IDENTIFICACION DE LAS FLECHAS
SIMBOLOGÍA COMPLEMENTARIA
SÍMBOLOS TÍPICOS EN SOLDADURA
SÍMBOLOS TÍPICOS EN SOLDADURA
POSICIONES PARA UNIONES SOLDADAS Para soldar hay que tomar diversas posiciones de acuerdo a la unión a soldar, si la pieza es pequeña y móvil se acomodara para buscar la posición plana u horizontal, pero si es grande como las construcciones estructurales el soldador tendrá que soldar en la posición necesaria de la unión. El AWS define 4 posiciones básicas para soldar que son plana, horizontal, vertical y sobre cabeza,
POSICIONES PARA UNIONES SOLDADAS
PARTES DE UNA SOLDADURA EN CHAFLAN
PARTES DE UNA SOLDADURA EN BISEL
CLASIFICACION AWS
E 70 1 8 H4 R
Electrodo Resistencia a la tensión en ksi Posiciones Tipo de recubrimiento y corriente Nivel de hidrógeno Cumple los requerimientos del ensayo de absorción de humedad
PROPIEDADES MECÁNICAS - AWS Valores mínimos Resistencia a la tensión Límite de cedencia 2 2 (lb/pulg ) (lb/pulg ) E60XX 62,000 50,000 E70XX 70,000 57,000 E80XX 80,000 67,000 E90XX 90,000 77,000 E100XX 100,000 87,000 a E110XX 110,000 95,000 a E120XX 120,000 107,000 a. En este tipo de electrodos se utiliza recubrimiento tipo bajo hidrógeno únicamente Clasificación AWS
POSICIONES - AWS
HORIZONTAL
VERTICAL
SOBRECABEZA
PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA
Un procedimiento de soldadura es conjunto de método y practicas detallados implicados en la producción de una construcción soldada, esto implica dos tipos de procedimientos, el primero un requisito de cumplimiento de un código o especificación, y segundo el instructivo paso a paso para ejecutar una construcción soldada. Todos los códigos son parecidos en lo que se refiere a los procedimientos. Los reglamentos especifican que los soldadores tengan la habilidad para seguir con éxito el procedimiento y se hagan las soldaduras especificas y se prueben para demostrar que la soldadura tiene la calidad necesaria.
PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA
El ASME, el AWS, el API, el ASHHO en sus códigos especifican los pasos para hacer los procedimientos y estos son muy parecidos. Los códigos afirman que cada fabricante o contratista es responsable de las soldaduras ejecutadas por su organización y debe llevar a cabo las pruebas para calificar los procedimientos de soldadura que se use en la construcción de las partes soldadas, además deberá mantener un registro de los resultados obtenidos en la confección de los procedimientos de soldadura, calificación y desempeño de los soldadores, dichos registros deben ser certificados por el fabricante y estar a disposición del Inspector autorizado.
PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA
El WPS (Welding Procedure Specification) procedimiento de soldadura, este documento detalla las condiciones necesarias para que las aplicaciones respectivas aseguren a los soldadores y otros trabajadores entrenados en la repetición de las operaciones de soldadura según el código. El WPS describe paso a paso las variables esenciales que son aquellas que un cambio se considera que afecta las propiedades mecánicas de la unión soldada. Las variables esenciales suplementarias son para los materiales que hay que hacer pruebas de muesca. Las variables no esenciales son aquellas que en el WPS se pueden cambiar sin efectuarse una recalificación.
PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA El WPS debe referir al registro de calificación del procedimiento el PQR Para respaldar el WPS es necesario probar y certificar los resultados de soldadura, esto se lleva a cabo ejecutando las soldaduras descritas, en el WPS maquinándolas y examinando el espécimen de acuerdo al código. El WPS deberá especificar Uniones, Metales base, metales de aporte, precalentamientos, tratamiento térmico después de soldar, gas de protección, técnica.
PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA
PROCEDIEMIENTO DE SOLDADURA
PARAMETROS GEOMETRICOS Gargant a
No considero el esfuerzo normal
Potencio el esfuerzo cortante
No disponemos de formulación analítica ni FEM: Modelo simple y conservador
Figure 15.21 Fillet welds. (a) Cross section of weld showing throat and legs; (b) shear planes.
PARAMETROS GEOMETRICOS Table 15.9 Geometry of welds and parameters used when considering various types of loading. [From Mott (1992)] En flexión proporciona el momento resistente. En Torsión el momento de inercia polar
PARAMETROS GEOMETRICOS Table 15.9 Geometry of welds and parameters used when considering various types of loading. [From Mott (1992)] En flexión proporciona el momento resistente. En Torsión el momento de inercia polar
PARAMETROS GEOMETRICOS Table 15.9 Geometry of welds and parameters used when considering various types of loading. [From Mott (1992)] En flexión proporciona el momento resistente. En Torsión el momento de inercia polar
PROPIEDADES DE ELECTRODOS Sistema de numeración del código de especificaciones de American Welding Society (AWS) para electrodos. En este sistema se uso como prefijo la letra E, en un sistema de numeración de cuatro o cinco dígitos en el cual los primeros dos o tres números designan la resistencia mínima a la tensión. El ultimo incluye variables en la técnica de soldado, como lo fuente de corriente. El penúltimo digito indica la posición de soldado, como por ejemplo, plana, vertical o sobre la cabeza.
Electrode Number
Ultimate tensile strength, S u , ksi
Yield strength, S y , ksi
Elongation, e k , percent
E60XX
62
50
17-25
E70XX
70
57
22
E80XX
80
67
19
E90XX
90
77
14-17
E100XX
1 00
87
13-16
E120XX
1 20
107
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PROPIEDADES DE ELECTRODOS ESFUERZO DE CORTE PERMISIBLE EN SOLDADURA DE FILETE
NIVEL DE RESISTENCIA DEL ELECTRODO
Ksi 60 70 80 100
MPa 400 500 600 700
ESFUERZO DE CORTE PERMISIBLE
Ksi 18 21 24 30
MPa 120 150 180 210
PROPIEDADES DE ELECTRODOS No se considera tan importante equiparar las propiedades del electrodo con las del metal base, como la rapidez y habilidad del operador, amen de perder condiciones, como por e.j. maquinabilidad. Recomendación: Empleo a aceros con especificación UNS entre G10140 y G10230, con resistencia a tensión en condición de laminado en caliente entre 60-70 kpsi. Fatiga: Códigos AWS y AISI para puentes.
Factor de Seguridad Esfuerzos permisibles por el código AISC para metal de aporte (American Institute of Steel Construction)
Ej. Cálculo n real.
Valores basados en Su, de aceros estructurales ASTM (30-50 kpsi) / Sy=0,5Su Tensión = 1/0,60=1,67 Cortante=0,577/0,40=1,44
PROPIEDADES DE ELECTRODOS Cargas constantes permisibles y tamaños mínimos de soldadura de filete.
PROPIEDADES DE ELECTRODOS Enunciado: Una ménsula se suelda a una viga como se indica en la figura. Sudoponemos una carga constante de 20KN y longuitudes l1= 150 mm y l2=100 mm. Se realiza una soldadura de filete con un electrodo E60xx. Hallar: la longitud del cateto de la soldadura para la carga, considerando la torsión pero no la flexión para n=2,5. Figure 15.22 Welded bracket used in Example 15.11. (a) Dimensions, load and coordinates; (b) torsional shear stress components at points A and B. (All dimensions are in millimeters.)
PROPIEDADES DE ELECTRODOS Type of weld Reinforced butt weld Toe of transverse fillet weld End of parallel fillet weld T-butt joint with sharp corners
Fatigue stress concentration factor, 1.2 1.5 2.7 2.0
K
Table 15.11 Fatigue strength reduction factors for welds. [From Shigley and Mischke (1989)]
Fatigue Strength Reduction Factors
PROPIEDADES DE ELECTRODOS
Adhesive Bonded Joints Figure 15.23 Four methods of applying adhesive bonding. (a) Lap; (b) butt; (c) scarf; (d) double lap.
PROPIEDADES DE ELECTRODOS Scarf Joint
Figure 15.24 Scarf joint. (a) Axial loading; (b) bending; (c) torsion.
CONSIDERACIONES A TENER EN CUENTA 1. A lo largo de bordes cuadrados de placas menores a ¼” (6.4mm) el tamaño máximo de la soldadura es igual al espesor de la placa. 2. A lo largo de borde cuadrados de placas de ¼” o mayores, el tamaño máximo de soldadura de filete es 1/16” menor que el grosor de las placas.
FORMULAS EMPLEADAS P S V AV
P S V t sen L Donde: P: carga aplicada. Sv= Esfuerzo de corte en el material de aporte. t: ancho del filete. Ø= ángulo del filete con la horizontal L= largo del cordón de soldadura.
PROBLEMAS DE SOLDADURA
PROBLEMA 1
Una placa de borde cuadrado de 1/2”x5” se va a soldar a una placa pesada, por medio de soldaduras de filete, como se muestra en la figura usando electrodos de clase 60, determínese la longitud necesaria de la soldadura, si P = 50 000 libras.
PROBLEMA 2
Determínese la longitud necesaria para las soldaduras de filete L1 y L2 para conectare el L8x6x1/2 a la placa de unión como se muestra en la figura . Úsense electrodos clase 70 y supóngase que el tamaño máximo de la soldadura de filete es tres cuartos del espesor del ángulo.
PROBLEMA 3 Realice el modelado del ensamble utilizando perfiles y una las partes con procesos de soldadura.
PROBLEMA 4 Realice el modelado del ensamble utilizando perfiles y una las partes con procesos de soldadura.
