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soldaduras y no cambian significativamente el contenido de manganeso o
silicio del metal de soldadura.
2.4.4 Clasificación de electrodos y fundentes
La cantidad de fundente que se derrite por libra de depósito de soldadura
depende del voltaje del arco: cuanto mayor sea el voltaje, más fundente se
derrite. Con fundentes activos, y cuando se utilizan para aplicaciones de
pasadas múltiples, los altos voltajes pueden provocar la acumulación de
aleación en el depósito de soldadura, lo que da como resultado soldaduras de
alta resistencia, pero sensibles a las grietas. Sin embargo, cuando los cambios
de voltaje se realizan con flujos neutros, la composición del depósito de
soldadura no cambia apreciablemente.
Los materiales de aporte para soldadura por arco sumergido se clasifican en
AWS A5.17 para acero al carbono y AWS A5.23 para metales de aporte de baja
aleación. Tanto los fundentes como los electrodos están cubiertos por estas
especificaciones. Dado que SAW es un proceso de dos componentes, es decir,
fundente y electrodo, el sistema de clasificación es ligeramente diferente al de
otros materiales de relleno.
carta final La primera letra es una E, que significa electrodo. La segunda letra
será L, M o H, refiriéndose a un nivel bajo, medio o alto de manganeso en el
electrodo. Los siguientes uno o dos dígitos se refieren al contenido nominal de
carbono en centésimas de porcentaje. Un “12” en esta ubicación, por ejemplo,
indica un contenido de carbono nominal de 0,12 por ciento. Debe enfatizarse
que este es el valor nominal, y es posible tener contenidos de carbono más
altos y más bajos en un electrodo específico. En algunos casos, el electrodo
estará hecho de acero calmado. Cuando este es el caso, normalmente se
agrega silicio y el electrodo tendrá una “K” al final de la clasificación (por
ejemplo, EM13K). Los electrodos compuestos contendrán una "C" después de
la "E" en la designación del electrodo.
Los electrodos SAW suelen ser sólidos, pero también se utilizan electrodos
compuestos. Los electrodos sólidos se clasifican según la composición del
alambre, mientras que los electrodos compuestos se clasifican según la química
del depósito. Bajo AWS A5.17, el electrodo llevará una clasificación que consiste
en dos letras, uno o dos dígitos numéricos y, en algunos casos, un
El fundente de aleación es otro tipo distinto de material de protección, que
se fabrica añadiendo aleaciones específicas al fundente. Cuando se funde el
fundente, las aleaciones se transfieren a la soldadura. Así, se puede utilizar un
electrodo de acero al carbono y obtener un depósito de aleación.
Para productos clasificados bajo AWS A5.23, se utiliza un formato similar
al de AWS A5.17, con esta gran excepción: al final de la clasificación de
electrodos de fundente, se especifica una composición de depósito de soldadura
(Figura 2-20) . Por ejemplo, un F7A2-ENi1-Ni1 indica que el electrodo, un ENi1,
genera un depósito de F7A2 cuando se usa con un fundente específico. En
común.
Los electrodos clasificados bajo AWS A5.23, la variedad de baja aleación,
tienen una nomenclatura más compleja debido a la variedad de aleaciones que
pueden estar involucradas. Las aleaciones más importantes para la soldadura
estructural son el “Ni”, o aleaciones de níquel, y el “W”, o aleaciones resistentes
a la intemperie (p. ej., ENi1K).
Además, el depósito tiene una composición que cumple con los requerimientos
de Ni1. En este caso, un electrodo que contiene níquel deposita una soldadura
que contiene níquel. El ejemplo es directo-
Una de esas aplicaciones es el acero resistente a la intemperie ASTM A588, en
el que se utilizan habitualmente fundentes de aleación, que introducen níquel
en el depósito para proporcionar resistencia a la corrosión atmosférica.
Los fundentes siempre se clasifican junto con un electrodo. La combinación
de electrodo de flujo debe cumplir con los requisitos específicos de propiedades
mecánicas. Después de seleccionar un fundente y soldar una placa de prueba
de clasificación, se puede establecer una clasificación de electrodo de fundente.
Las muestras se extraen del depósito de soldadura para obtener las propiedades
mecánicas de la combinación fundente-electrodo. La clasificación seguirá el
formato de una "F" seguida de un número de uno o dos dígitos, una "A" o "P",
un solo dígito y un guión que separa la clasificación del electrodo. Por lo tanto,
un electrodo de flujo típico puede clasificarse como F7A2-EM13K. La "F"
significa fundente y el "7" indica todo lo siguiente: un depósito de resistencia a
la tracción de 70 a 95 ksi, un límite elástico mínimo de 58 ksi y un alargamiento
mínimo del 22 por ciento. La “A” indica que el depósito se prueba en la condición
de soldado. El “2” indica una resistencia a la muesca de 20 lb-pie a -20 °F
(donde el “2” en la clasificación es una referencia a la temperatura), y el balance
de la clasificación identifica el electrodo utilizado.
Debido a la popularidad del proceso SAW para la fabricación de recipientes
a presión donde los ensambles se liberan de tensión de manera rutinaria, los
productos de arco sumergido pueden clasificarse en la condición de alivio de
tensión o tratamiento térmico posterior a la soldadura. Cuando se hace esto,
una "P" reemplaza a la "A". Para el trabajo estructural, que rara vez se alivia la
tensión, la clasificación "A" es más
Figura 2–20. Sistema de clasificación de electrodos de flujo.
GUÍA DE DISEÑO 21 / CONEXIONES SOLDADAS—UNA PRIMERA PARA INGENIEROS/ 19
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hacia adelante. Sin embargo, también es posible utilizar fundentes de aleación
que, con electrodos de acero al carbono, sean capaces de entregar metal de
soldadura de aleación. En este caso, una clasificación típica puede ser F7A2-EL12-
Nil. En este ejemplo, se usa un electrodo EL12 (un electrodo sin aleación que
contiene un bajo nivel de manganeso) con un fundente de aleación. El resultado
es un depósito aleado. Esto se hace comúnmente cuando se desean depósitos
que contengan níquel sobre acero resistente a la intemperie que no se pintará.
La penetración más profunda puede permitir que se reduzcan los tamaños de
soldadura de filete, o puede permitir el uso de detalles de soldadura de ranura que
requieren menos metal de soldadura. Para tasas de deposición aún más altas, se
puede agregar un segundo o tercer electrodo al sistema para aumentar aún más
la productividad. Debido a que el proceso generalmente está automatizado, las
soldaduras SAW generalmente se hacen continuas a lo largo de la junta.
Solo una parte del fundente depositado desde una tolva o una pistola se funde en
la soldadura. El fundente granular no fusionado se puede recuperar para reutilizarlo
en el futuro y se conoce como fundente recuperado. El fundente sin fundir no sufre
cambios químicos y, por lo tanto, puede ser capaz de brindar soldaduras de
calidad cuando se use la próxima vez. Sin embargo, este fundente puede
contaminarse en el acto de la recuperación. Si entra en contacto con aceite, agua,
suciedad u otros contaminantes, las propiedades del depósito de soldadura hecho
con fundente recuperado pueden verse afectadas negativamente. Las
incrustaciones sueltas también se pueden recoger junto con el fundente sin
fusionar. Por lo tanto, se debe tener cuidado para proteger el fundente recuperado
de la contaminación. Otra preocupación con el fundente recuperado es el potencial
de descomposición de partículas y la modificación
Las soldaduras hechas bajo la capa protectora de fundente tienen una
apariencia excelente y no salpican. Esto es de particular importancia para el acero
designado como acero estructural expuesto arquitectónicamente (AESS), donde
la soldadura SAW completa rara vez requiere un tratamiento posterior a la
soldadura para mejorar su apariencia.
de la distribución del tamaño de partículas; cualquiera puede afectar la calidad y/
o las propiedades. El método de recuperación de fundente puede variar desde
barrer el fundente con escobas y sartenes hasta sistemas de recuperación por
vacío (Figura 2-21); el método elegido debe tener en cuenta la necesidad de evitar
la contaminación.
Otro beneficio del proceso SAW es la ausencia del arco abierto. Esto significa
que no se requiere que el soldador use el casco protector estándar, y se pueden
realizar múltiples operaciones de soldadura en un área estrecha y restringida sin
la necesidad de escudos extensos para proteger a los operadores del arco
eléctrico. El proceso produce muy poco humo, lo cual es otra ventaja de
producción, particularmente en situaciones con ventilación restringida.
2.4.7 Ventajas y limitaciones del proceso
La libertad del arco abierto también demuestra ser uno de los principales
inconvenientes del proceso; no permite que el operador observe el charco de
soldadura. Cuando SAW se aplica semiautomáticamente, el operador debe
aprender a impulsar la pistola con cuidado de manera que asegure un contorno
de cordón uniforme. El operador experimentado confía en la formación de un
manto de escoria uniforme para indicar la naturaleza del depósito debajo de él.
Para soldaduras de un solo paso, esto se domina con bastante facilidad; sin
embargo, para la soldadura de pasadas múltiples, el grado de
2.4.6 Escoria triturada
SAW es capaz de lograr altas tasas de productividad porque puede usar corrientes
de soldadura más altas, lo que da como resultado tasas de deposición más altas
y una penetración más profunda. Tasas de deposición más altas simplemente
significan que el contratista puede depositar la soldadura requerida en menos tiempo.
Una vez que el fundente se ha derretido y solidificado, el producto resultante se
denomina escoria. La escoria suele ser químicamente diferente al fundente sin
fusionar. Sin embargo, este subproducto de soldadura se puede triturar y reutilizar
en algunas aplicaciones. Cuando se hace esto, el producto se conoce como
escoria triturada. No debe tratarse de la misma manera que el fundente virgen. A
menudo, la escoria triturada se entremezcla con fundente nuevo. El rendimiento y
las propiedades mecánicas de la escoria triturada pueden diferir de las del
fundente virgen. AWS D1.1 contiene procedimientos específicos para el uso de
escorias trituradas.
2.4.5 Recuperación de flujo
20 / GUÍA DE DISEÑO 21 / CONEXIONES SOLDADAS : PRIMERA PARA INGENIEROS
Figura 2–21. Sistema de recuperación de vacío de
flujo. (cortesía de ingeniería de soldadura)

GMAW tiene una variedad de nombres coloquiales, incluido el
término popular soldadura MIG (metal con gas inerte) y otros como
soldadura con minialambre, soldadura con microalambre y soldadura
con alambre sólido. Cuando la GMAW se realiza con gas de protección
de dióxido de carbono (CO2) , puede denominarse soldadura MAG
(metal con gas activo).
2.5 GMAW
La naturaleza de la unión debe entonces prestarse a la automatización
para que el proceso resulte viable. Las costuras largas, rectas e
ininterrumpidas son aplicaciones ideales para SAW. Las soldaduras
cortas e intermitentes se hacen mejor con uno de los procesos de arco abierto.
GMAW, como FCAW, requiere una fuente de alimentación, un alimentador de
alambre, una pistola y un sistema de cable, un cable de trabajo y una abrazadera,
y un cable de alimentación que va desde la fuente de alimentación hasta el
alimentador de alambre (Figura 2-23). Algunas fuentes de alimentación y
alimentadores de alambre GMAW se combinan en una carcasa independiente (Figura 2-24).
La transferencia de metal del electrodo al baño de soldadura puede
ocurrir de varias maneras, llamadas modos de transferencia. Si bien se
han definido una docena de modos de transferencia, cuatro se usan
comúnmente en aplicaciones estructurales. Estos modos de transferencia
se discutirán por separado.
Finalmente, SAW está restringida a la posición plana y horizontal.
Para la fabricación en taller, el uso de posicionadores o la simple
reorientación de la soldadura pueden facilitar la soldadura en posición.
Sin embargo, las condiciones de campo prohíben tales oportunidades
y, por lo tanto, restringen la idoneidad de SAW.
Además, se requieren un regulador de gas de protección, un medidor
de flujo y mangueras. GMAW se realiza utilizando una fuente de
alimentación de voltaje constante (CV). El alimentador de alambre
impulsa mecánicamente el electrodo en espiral a través del sistema de pistola y cable.
GMAW es uno de los procesos precalificados enumerados en AWS
D1.1, y los WPS utilizados con este proceso pueden precalificarse,
siempre que se cumplan todos los criterios de la Sección 3 de AWS
D1.1. Como excepción, GMAW-S (el modo de transferencia de
cortocircuito que se analiza a continuación) no se puede usar con WPS
precalificados. GMAW-S está en la categoría de pro "aprobado por código"
Los ensambles de cable de la pistola son típicamente de 10 a 15 pies de largo, lo
que permite cierto movimiento de la pistola desde el alimentador de alambre.
2.5.1 Fundamentos
2.4.8 Aplicaciones
El proceso de soldadura por arco metálico con gas (GMAW) utiliza un
arco entre un electrodo típicamente sólido y el baño de soldadura, con
un gas de protección que rodea el arco (Figura 2-22).
Debido a sus ventajas, muchos fabricantes usarán SAW en cualquier
lugar donde sea práctico. Las aplicaciones típicas incluyen costuras
longitudinales en vigas de placa, secciones en caja y columnas
cruciformes. En los talleres de puentes, los empalmes a tope de alas y
almas generalmente se hacen con SAW, al igual que las soldaduras de
refuerzo a alma.
El proceso y el equipo son muy parecidos a FCAW-G.
cesos
GMAW utiliza un electrodo con núcleo sólido o metálico y no deja una
cantidad apreciable de escoria residual. Históricamente, GMAW no ha
sido un método común de soldadura en el taller de fabricación de acero
estructural debido a su sensibilidad a la cascarilla de laminación,
oxidación, control limitado de charcos y pérdida de blindaje. Sin embargo,
desarrollos tales como electrodos con núcleo de metal y controles
mejorados para GMAW pulsado están dando como resultado un mayor
uso de este proceso para acero estructural.
Los equipos GMAW y FCAW son tan similares que en muchos casos
se usan indistintamente. Las fuentes de alimentación GMAW pueden
tener controles adicionales para optimizar las características de salida
para ciertos modos de transferencia.
la habilidad requerida es significativa. Por lo tanto, la mayoría de las aplicaciones
de arco sumergido están mecanizadas.
2.5.2 Equipo
Figura 2–22. proceso GMAW. Figura 2–23. Equipo GMAW.

La mayoría de GMAW se realiza con electrodos sólidos, aunque se pueden
usar electrodos compuestos con núcleo metálico. Los electrodos sólidos
normalmente tienen un diámetro de 0,035 a 0,052 pulgadas, y los electrodos
con núcleo de metal suelen tener un diámetro de 0,045 a z. Sin embargo,
en ambos casos, se pueden usar y se han usado electrodos más pequeños
y más grandes. Los electrodos sólidos GMAW suelen tener un revestimiento
de cobre ligero en la superficie para mejorar el contacto eléctrico entre el
cable y la punta de contacto.
Se puede usar una variedad de gases protectores o mezclas de gases para
GMAW. La selección del tipo de gas depende principalmente del modo
deseado de transferencia de metal y del costo. El dióxido de carbono (CO2)
es el gas de menor costo, pero no se puede usar para la transferencia de
rociado y rociado pulsado. Además, la soldadura con CO2 puro
generalmente genera altos niveles de salpicaduras. Las mezclas de gas a
base de argón se pueden usar para todos los modos de transferencia y
generan menos salpicaduras, pero son considerablemente más costosas.
La selección del gas de protección puede afectar la penetración de la
soldadura y el perfil de penetración.
2.5.3 Consumibles
Los electrodos GMAW están cubiertos por las especificaciones de metal
de aporte AWS A5.18 y AWS A5.28, con la dirección anterior
El dióxido de carbono no es un gas inerte a altas temperaturas; más
bien, es químicamente activo. Esto ha dado lugar al término MAG (gas
metal activo) para el proceso cuando se usa CO2 y MIG (gas metal inerte)
cuando se usan mezclas predominantemente basadas en argón.
Esto ayuda a estabilizar el arco y reduce la superficie del charco diez
electrodos de acero al carbono y este último con electrodos de acero de
baja aleación. Para electrodos sólidos, la clasificación se basa en la
composición del electrodo, mientras que para electrodos con núcleo
metálico, el depósito de soldadura es la base del control químico. En
cualquier caso, las propiedades mecánicas se basan en pruebas realizadas
sobre metal de soldadura depositado.
Para GMAW, no se usa gas protector de argón puro, sino que se
agregan pequeñas cantidades de CO2 u oxígeno, o ambos.
2.5.5 Gas de protección
Si bien el gas de protección se usa para desplazar el nitrógeno y el oxígeno
atmosféricos, es posible agregar cantidades menores de oxígeno a las
mezclas de argón, generalmente en niveles del 2 al 8 por ciento.
La Figura 2-25 ilustra el sistema de clasificación de electrodos GMAW.
El ER70S-3 denota un electrodo sólido capaz de depositar metal de
soldadura con una resistencia a la tracción mínima especificada de 70 ksi
y se indica una tenacidad CVN de 20 ft-lb a 0 °F. Si se especificara un
electrodo con núcleo de metal, una "C" reemplazaría a la "S" y la "R" no se
usaría.
Los electrodos con núcleo de metal son un desarrollo más reciente en
la soldadura por arco metálico con gas. Estos son similares a los electrodos
con núcleo fundente en que ambos son tubulares, pero el material del
núcleo de los electrodos con núcleo metálico no contiene ingredientes que
formen escoria. La soldadura resultante está prácticamente libre de escoria,
al igual que con otras formas de GMAW. El uso de electrodos con núcleo
metálico ofrece muchas ventajas de fabricación. Tienen una mayor
capacidad para manejar la cascarilla de laminación y otros contaminantes
superficiales. Para una corriente dada (amperaje), los electrodos con núcleo
de metal ofrecen tasas de deposición más altas que los electrodos sólidos.
Sin embargo, los electrodos con núcleo de metal son, en general, más
caros que la alternativa de electrodo sólido.
2.5.4 Sistema de clasificación de electrodos
Figura 2–24. Fuente de alimentación/ alimentador de alambre GMAW autónomo. Figura 2–25. Sistema de clasificación de electrodos GMAW.

225
Diámetro del electrodo
Tabla 2–4. Niveles típicos de amperaje de GMAW-S
Amperaje máximo
0,030 pulg.
Amperaje mínimo
0,035 pulg.
150
50
175
0.045 pulg. 100
75
2.5.6 Modos de Transferencia
Si es así, el WPS debe calificarse mediante una prueba antes de que se use en
aplicaciones de acero estructural que tienen un grosor mayor a x pulg.
Hay una variedad de modos de transferencia de metal asociados con GMAW.
Comercialmente, solo cuatro son populares para la fabricación de acero estructural.
Normalmente, la cuestión del modo de transferencia se consideraría simplemente
una de las cuestiones de medios y métodos del contratista. Sin embargo, el ingeniero
debe ser consciente de que un modo de transferencia, el cortocircuito, plantea
algunas preocupaciones únicas.
Si GMAW se realiza en posición vertical o superior, y si no se utiliza un equipo de
pulverización pulsada, entonces el modo de transferencia es automáticamente
GMAW-S.
El gas de protección puede influir en las propiedades del metal de soldadura
depositado. Se debe verificar la idoneidad de la mezcla específica de gases y el
metal de aporte específico que se está utilizando. Esta documentación suele estar
disponible con el fabricante de electrodos o el proveedor de gas.
Transferencia Globular
sión, lo que resulta en una mejor humectación. Son posibles mezclas triples y
cuádruples de argón, oxígeno, dióxido de carbono y helio, que ofrecen ventajas tales
como una mejor acción del arco, mejor apariencia del depósito y tasas reducidas de
generación de humo.
Se discutirán los siguientes modos de transferencia: transferencia por
cortocircuito, transferencia globular, transferencia por pulverización y transferencia
por pulverización pulsada.
al trabajo. Esto ocurre entre 20 y 200 veces por segundo, creando un zumbido
característico en el arco.
Transferencia de cortocircuito
Es difícil determinar cuándo se realiza o no GMAW con el modo de transferencia
de cortocircuito. La preocupación fundamental no es si el modo es GMAW-S o algo
más, como la transferencia globular (discutido más adelante), sino si se está logrando
la fusión. El Anexo A de AWS D1.1 proporciona una tabla que enumera los rangos
de amperaje típicos para la transferencia de cortocircuito para varios diámetros de
electrodos y posiciones de soldadura. La tabla 2–4 es un resumen creado a partir de
la tabla AWS D1.1.
Este modo de transferencia es ideal para láminas de metal, pero genera importantes
problemas de fusión si se aplica a materiales más pesados. Puede producirse un
fenómeno conocido como superposición en frío o fundición en frío cuando el metal
no se fusiona con el material base. Esto es inaceptable ya que las conexiones
soldadas prácticamente no tendrán resistencia.
La transferencia de cortocircuito es un modo de transferencia de GMAW en el que el
metal se transfiere del electrodo al baño de soldadura a través de una serie de
cortocircuitos eléctricos repetidos. Se abrevia como GMAW-S y es un modo de
transferencia de baja energía, ideal para soldar materiales de calibre delgado. Es el
único modo de transferencia adecuado para la soldadura en todas las posiciones, a
menos que se use la transferencia por rociado pulsado (que requiere un equipo más
especializado). GMAW-S generalmente no es adecuado para fines de fabricación de
acero estructural. Este modo de transferencia a veces se denomina soldadura de
arco corto.
La transferencia globular es un modo de transferencia en el que el metal fundido sale
del electrodo en gotas grandes (globs) que se transfieren al baño de soldadura. Este
modo GMAW ocurre cuando se usan altas concentraciones de gas de protección de
dióxido de carbono. La transferencia globular se caracteriza por una penetración
profunda y niveles relativamente altos de salpicaduras. La apariencia de la soldadura
puede ser pobre y está restringida a la posición plana y horizontal. La transferencia
globular puede ser preferible a la transferencia por pulverización
En este modo de transferencia, el electrodo de diámetro pequeño, típicamente
de 0,035 o 0,045 pulgadas, se alimenta a una velocidad de alimentación de alambre
moderada con voltajes de arco relativamente bajos. El electrodo tocará la pieza de
trabajo, lo que provocará un cortocircuito en el circuito eléctrico. El arco realmente se
apagará en este punto, y corrientes muy altas fluirán a través del electrodo, causando
que se caliente y se derrita. Así como la corriente excesiva que fluye a través de un
fusible hace que se funda, el electrodo cortocircuitado se calentará y se derretirá,
eventualmente separándose del trabajo e iniciando un arco momentáneo. Una
pequeña cantidad de metal se transferirá al trabajo en este momento.
Se debe tener mucho cuidado al aplicar el modo de arco corto a placas pesadas
o material con escamas gruesas. Sin embargo, el uso de transferencia de cortocircuito
en placas pesadas no está totalmente prohibido por AWS D1.1, ya que es el único
modo de transferencia que se puede usar fuera de posición con la soldadura por arco
metálico con gas, a menos que se cuente con equipo especializado. usado. Los
detalles de las uniones soldadas deben diseñarse cuidadosamente cuando se usa
GMAW-S.
Los soldadores deben pasar pruebas de calificación específicas antes de usar este
modo de transferencia, y no está precalificado en AWS D1.1.
Este ciclo se repetirá una vez que el electrodo haga cortocircuito.
Es razonable y conservador suponer que si la corriente de soldadura para un
diámetro de electrodo determinado está por debajo del valor máximo que se muestra
arriba, se está utilizando GMAW-S.
Por lo tanto, todos los WPS para GMAW-S deben calificarse mediante prueba.

Como proceso con protección de gas, GMAW tiene las mismas limitaciones
que FCAW-G: si se altera la protección de gas, se producirá porosidad. Incluso
antes del inicio de la porosidad, las propiedades mecánicas del depósito de
soldadura, específicamente la ductilidad y la tenacidad, pueden deteriorarse
(FEMA, 1997).
está libre de los problemas asociados con el modo de cortocircuito. La apariencia
de la soldadura es buena y la calidad puede ser excelente.
La desventaja de la transferencia por arco pulsado es que el equipo es más
complejo y costoso que el requerido para otros modos de transferencia. Sin
embargo, con los nuevos avances en equipos, las máquinas se han vuelto más
fáciles de usar y la popularidad de este modo de transferencia está aumentando.
El blindaje utilizado para la transferencia por arco rociado se compone de al
menos un 80 por ciento de argón, y el resto se compone de dióxido de carbono u
oxígeno. Las mezclas típicas incluyen 90-10 argón-CO2 y 95-5 argón-oxígeno.
Otras mezclas patentadas están disponibles a través de los proveedores de gas.
La transferencia por rociado, como se muestra en la figura 2-26, es un modo de
transferencia en el que se transfiere un rocío fino de gotas fundidas, todas de
menor diámetro que el diámetro del electrodo, desde el electrodo hacia el baño
de soldadura. La transferencia por rociado se caracteriza por altas velocidades de
alimentación de alambre a voltajes relativamente altos, y se transfiere un alto nivel
de energía al trabajo. Como resultado, la transferencia de rociado se restringe a
las posiciones plana y horizontal. El resultado son soldaduras de alta calidad con
una apariencia particularmente buena. Las salpicaduras son prácticamente
inexistentes con la transferencia por pulverización.
Transferencia por pulverización
Transferencia de pulverización pulsada
La transferencia de rociado pulsado utiliza una corriente de fondo, que se aplica
continuamente al electrodo, y una corriente pico pulsante que fuerza
momentáneamente la transferencia de rociado. La transferencia de metal ocurre
durante el pulso. La tasa de pulsación se aplica de manera óptima en función de
la velocidad de alimentación del alambre e, idealmente, el pulso transfiere una
sola gota de metal. La fuente de alimentación luego entrega una corriente de
fondo más baja, lo que mantiene el arco. Esto ocurre entre 100 y 400 veces por
segundo. Este modo de transferencia a veces se abrevia como GMAW-P y puede
llamarse arco pulsado.
Una ventaja de la transferencia por pulverización pulsada es que se puede
utilizar fuera de posición. Para trabajos planos y horizontales, puede que no sea
tan rápido como la transferencia por aspersión. Sin embargo, usado fuera de posición,
GMAW, independientemente del modo de transferencia, tiene algunas ventajas
y limitaciones inherentes que se presentarán primero.
Las ventajas y limitaciones adicionales de GMAW dependen del modo de
transferencia. La transferencia por rociado permite tasas de deposición más altas
y deposita soldaduras con buena apariencia, pero requiere el uso de mezclas de
gas de protección a base de argón de mayor costo y solo se puede usar en
posiciones planas y horizontales.
Debido a que la escoria no cubre la soldadura, la limpieza después de la soldadura
es simple y de bajo costo. Los electrodos GMAW suelen costar menos que los
electrodos con núcleo fundente. GMAW tiene todas las ventajas citadas
anteriormente de los procesos semiautomáticos y automáticos.
La transferencia globular utiliza una protección de dióxido de carbono de bajo
costo y ofrece altas tasas de deposición, pero la apariencia de la soldadura es
inferior a la transferencia por rociado, y las salpicaduras extensas son típicas. El
modo también está restringido a las posiciones plana y horizontal.
GMAW con electrodos sólidos es capaz de depositar metal de soldadura con
niveles muy bajos de hidrógeno difusible.
La transferencia de cortocircuito es ideal para láminas de metal y, si bien se
puede usar fuera de posición (vertical y elevada), la fuerte tendencia a los defectos
de fusión la hace indeseable para la mayoría de las aplicaciones estructurales.
El arco rociado pulsado permite soldar en todas las posiciones y depositar
soldaduras con buena apariencia. Al igual que la transferencia por aspersión, este
modo requiere el uso de mezclas de gas de protección a base de argón, que son
más caras. El equipo de soldadura es más costoso y complejo, pero los avances
técnicos en los controles de fuentes de energía han simplificado las interfaces de
usuario.
debido al bajo costo del gas de protección CO2 y al menor nivel de calor que
siente el operador.
Una limitación general de GMAW, independientemente del modo, es que el
proceso es más sensible a los contaminantes que pueden estar presentes en la
superficie del acero, incluida la cascarilla de laminación, el óxido y el aceite.
GMAW puede manejar algunos de estos contaminantes, pero otros procesos con
sistemas de escoria generalmente pueden tolerar mayores niveles de dichos
materiales. La porosidad puede resultar cuando las superficies están demasiado
contaminadas y las incrustaciones pesadas pueden inhibir la fusión.
Figura 2–26. Transferencia por aspersión GMAW.

en la articulación. Tal respaldo puede ser de cobre o acero. Cuando se
usa cobre, el respaldo a menudo se denomina dique o zapata,
generalmente se enfría con agua y se retira de la unión después de que la
soldadura se ha solidificado y enfriado. Cuando se usa respaldo de acero,
se fusiona con la soldadura y, por lo general, se deja en su lugar,
convirtiéndose en parte de la soldadura.
Aunque ESW y EGW se utilizan en aplicaciones similares, los medios
por los que se funden sus electrodos son fundamentalmente diferentes.
La electroescoria y el electrogas son mecánicamente similares en el
sentido de que ambos utilizan un respaldo para contener el metal de soldadura.
ESW no es un proceso de soldadura por arco, sino un proceso de
soldadura por resistencia. Inicialmente, cuando se inicia ESW, funciona
como SAW; un arco enterrado bajo el fundente funde el metal base, el
metal de aporte y el fundente, formando una escoria. A diferencia de SAW,
la escoria para ESW es eléctricamente conductora. Después de que se
establece una capa de escoria, la corriente eléctrica se conduce desde el
electrodo, a través de la escoria y hacia la pieza de trabajo. Las altas
corrientes transferidas a través de la escoria la mantienen caliente. A
medida que el electrodo pasa a través de esta escoria caliente, se derrite
y el metal fundido gotea desde el electrodo hacia el baño de soldadura.
No hay arco involucrado, excepto cuando se inicia el proceso.
El electrodo se alimenta a través de un conductor y se establece un arco
entre el electrodo y el baño de soldadura. Un gas protector protege el
baño de soldadura. A lo largo del proceso, el arco se establece con EGW.
Electrogas es un proceso de soldadura popular en Asia, pero en los
Estados Unidos, ESW es más
GMAW no se usa mucho en la industria de fabricación de acero estructural
en los Estados Unidos, pero tanto los electrodos sólidos como los de
núcleo metálico se han usado para la fabricación en taller de una variedad
de aplicaciones misceláneas. Por lo general, pero no exclusivamente, las
soldaduras se limitan a situaciones de un solo paso. Un usuario importante
de GMAW es la industria de la construcción metálica, donde casi todas las
soldaduras semiautomáticas se realizan con este proceso. Debido a que
ofrece ausencia de escoria, GMAW a menudo se usa para soldadura por
puntos.
EGW es más como GMAW en una orientación vertical. Un
común.
2.6 ESW/EGW
Existe un tercer proceso, o variación del proceso, que combina
características de ESW y EGW. Es un proceso de soldadura por arco
como EGW pero no requiere gas de protección. Al igual que ESW,
involucra escoria, que se origina como un fundente dentro de un electrodo
con núcleo. Por lo general, se designa como EGW sin gas.
La variación del proceso de NGI-ESW mencionada anteriormente utiliza
un electrodo con núcleo y una abertura de raíz de soldadura que es más
pequeña que la que se ha aplicado tradicionalmente. También se emplea
una guía de electrodos especialmente diseñada. Diseñado específicamente
para aplicaciones de puentes, la variación ha mitigado
2.6.1 Fundamentos
La soldadura por electroescoria (ESW) es un proceso de soldadura por
resistencia en el que se alimenta un electrodo sólido o tubular a través de
una escoria caliente eléctricamente conductora que funde el electrodo y
agrega metal al baño de soldadura (Figura 2-27). La soldadura por
electrogas (EGW) es un proceso de soldadura que utiliza un arco entre un
electrodo y el baño de soldadura, con un gas protector que protege el
baño de soldadura (Figura 2-28). Ambos procesos se utilizan para la
soldadura vertical hacia arriba, con el baño de soldadura contenido por
respaldo en los lados de la soldadura. Las soldaduras de ranura en juntas
a tope y en T son las aplicaciones más comunes para estos procesos.
Las soldaduras se completan en una sola pasada.
2.5.8 Aplicaciones
Se ha introducido una modificación relativamente reciente de la ESW,
comúnmente llamada “soldadura por electroescoria mejorada con
separación estrecha” o NGI-ESW, que renueva el interés en el proceso,
en particular para las aplicaciones de soldadura de puentes.
Figura 2–28. proceso EGW.
Figura 2–27. proceso ESW.

ESW y EGW son ejemplos de los procesos "aprobados por código"
enumerados en AWS D1.1, y los WPS utilizados con este proceso deben
calificarse mediante prueba.
Los consumibles para ESW consisten en fundentes y electrodos sólidos o
con núcleo. En algunas variaciones del proceso, se utilizan tubos guía
consumibles. Los consumibles de EGW incluyen electrodos sólidos o con
núcleo metálico y gas de protección.
Estos procesos son ideales para materiales más gruesos y las
aplicaciones típicas son de 1 pulgada de espesor o más. Los materiales de
12 pulgadas de espesor y mayores se han soldado con ESW usando
múltiples electrodos. Sin embargo, los procesos no son muy adecuados
para su uso en materiales más delgados.
siga el patrón que se muestra en la figura 2-29. Para EGW, se sigue un
patrón algo similar, como se muestra en la figura 2-30.
Una ventaja importante de ESW/EGW es la capacidad de soldar juntas
"ciegas". Un buen ejemplo son las soldaduras de placas de diafragma en
columnas de caja. Es posible fabricar una caja abierta, es decir, unir tres
placas en forma de U y luego soldar las placas del diafragma en los tres
lados con una variedad de procesos. Sin embargo, una vez que se cierra la
caja agregando el cuarto lado, no se puede realizar la costura final de la
placa del diafragma a la columna, debido a las restricciones de acceso.
Se pueden obtener tasas de deposición muy altas con ESW/EGW, lo que
conduce a ganancias de productividad. Normalmente, los detalles de las
juntas involucran preparaciones de bordes cuadrados, lo que elimina los
costos de biselado de las placas. En algunos casos, se reduce el manejo
de materiales: no es necesario voltear las placas como es el caso de las
soldaduras de doble cara hechas con SAW, por ejemplo. La distorsión
angular se puede reducir, en comparación con las soldaduras de un solo
lado en V y ranuras biseladas.
2.6.4 Clasificación de electrodos
Sin embargo, es posible con ESW/EGW soldar a través de un orificio en la
caja, haciendo así una soldadura en un lugar que de otro modo sería
accesible.
Los fundentes y electrodos para ESW están cubiertos por AWS A5.25,
mientras que AWS A5.26 aborda los electrodos para EGW. Al igual que
SAW, ESW involucra dos componentes: flujo y electrodo.
Los electrodos ESW y EGW sólidos se clasifican según la composición del
electrodo. Los electrodos con núcleo para estos procesos se clasifican
según la química del metal de soldadura depositado. Los requisitos de
propiedades mecánicas se basan en pruebas realizadas con metal de
soldadura depositado.
2.6.2 Equipo
El equipo y los accesorios asociados son más caros y menos flexibles
que los asociados con otros profesionales.
El equipo para ESW/EGW consta de una fuente de alimentación, un
alimentador de alambre, un sistema de suministro de fundente (para ESW)
o un sistema de suministro de gas (para EGW), cables y conexiones de
alimentación y trabajo apropiados, un aparato para sostener el electrodo
con respecto a la junta , y accesorios para mantener el respaldo/presas en su posición.
cesos
Los zapatos de cobre refrigerados por agua necesitan una fuente de agua de refrigeración.
Debido a la sensibilidad del proceso a la variedad de variables
involucradas, se requiere capacitación específica del operador, y AWS D1.1
requiere que todas las especificaciones del procedimiento de soldadura
ESW/EGW se califiquen mediante prueba. Como todos los procesos, ESW/
Las combinaciones de electrodos de flujo ESW tienen clasificaciones que
algunas de las deficiencias de la ESW tradicional. También se ha utilizado
para aplicaciones que no son de puente donde existen requisitos de dureza
de muesca para soldadura o HAZ.
2.6.3 Consumibles
Figura 2–29. Sistema de clasificación de electrodos de flujo ESW. Figura 2–30. Sistema de clasificación de electrodos EGW.

2.8 SOLDADURA DE PERNOS POR ARCO
La soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW) utiliza un arco entre un
electrodo de tungsteno no consumido y el baño de soldadura, con un gas
protector que protege el tungsteno caliente y el baño de soldadura (Figura
2-31). El metal de aporte, si se usa, se agrega externamente, ya sea de
forma manual o automática. El proceso a menudo se denomina TIG, que
significa gas inerte de tungsteno.
Las soldaduras que unen las placas de continuidad a las columnas se
pueden realizar con ESW/EGW, al igual que las soldaduras de columna a
placa base y las soldaduras de tapa de columna. Como se ha comentado,
otra aplicación común es para la soldadura de placas de continuidad en el
interior de columnas cajón.
En el campo del acero estructural, GTAW generalmente se usa solo para
aplicaciones especializadas. Se usa comúnmente para soldar aluminio y
acero inoxidable, y se puede usar para realizar soldaduras de raíz de alta
calidad en tuberías y tuberías hechas de estos materiales, así como aceros
al carbono y de baja aleación. GTAW es muy lento y, en consecuencia, las
soldaduras realizadas con el proceso son costosas. El proceso tiende a
usarse solo cuando no existen otras opciones de proceso alternativas viables.
Debido a los altos niveles de entrada de calor, a menudo 10 veces o más
que la SAW, la zona afectada por el calor (HAZ) es grande. La baja tenacidad
CVN de soldaduras y HAZ ha sido un problema constante asociado con
estos procesos, aunque los nuevos desarrollos han mitigado estas
preocupaciones.
Para la fabricación de puentes, los empalmes de bridas se pueden
realizar de manera efectiva con estos procesos, incluidas las juntas de
transición que involucran materiales giratorios de diferentes espesores. Sin
embargo, debido a problemas en el pasado, ESW/EGW se restringieron a
miembros de compresión durante muchos años. Con el advenimiento de la
alternativa de brecha estrecha, tales restricciones se están reduciendo y los
códigos aplicables se están modificando para reflejar estos cambios.
EGW debe ser controlado para obtener soldaduras con la calidad requerida.
ESW/EGW tienen la ventaja de ser procesos automáticos, y cuando se
configuran correctamente, se pueden obtener buenos resultados
consistentemente. Sin embargo, diferentes variables están involucradas en
comparación con otros procesos. El ajuste de las zapatas de cobre a la obra,
la temperatura de las zapatas y el espesor de la capa de escoria son factores
que deben controlarse para obtener soldaduras de calidad.
GTAW es un proceso "aprobado por código" en AWS D1.1, y
2.6.6 Aplicaciones
En la soldadura de espárragos por arco, se establece un arco entre un
espárrago metálico y la pieza de trabajo. Después de que se inicia el arco,
se aplica presión al espárrago, que se presiona en el baño de soldadura. La
mayor parte del metal fundido y la contaminación se expulsan del área de
soldadura a medida que el espárrago se introduce mecánicamente en el
baño de soldadura. Cierta protección del arco y del baño de soldadura se
logra por medio de una férula, generalmente de cerámica, que rodea el
espárrago. Una pequeña bolita en el extremo de la base del perno
proporciona algunos desoxidantes. La soldadura de espárragos por arco, a
menudo denominada simplemente soldadura de espárragos, se usa para
unir conectores de espárragos de corte con cabeza a las vigas para facilitar
la acción compuesta. Los montantes se pueden aplicar a través de cubiertas,
2.7 GTAW
los WPS utilizados con este proceso deben ser calificados por prueba.
ESW/EGW tienen aplicaciones de nicho dentro de la industria de fabricación
de acero estructural. Pueden ser muy eficientes en la fabricación de
columnas de árboles. En el taller, las soldaduras del ala de la viga a la
columna se pueden realizar con la columna en el plano horizontal. Con el
equipo y las herramientas adecuados, las cuatro soldaduras de brida se
pueden realizar simultáneamente.
Figura 2–31. GTAW.

logrando el doble propósito de sujetar la plataforma y el montante en una sola
operación (Figura 2-32).
2.9 PROCESOS DE CORTE TÉRMICO
Los montantes que no tienen rebaba para el perímetro completo de 360° pueden
repararse usando uno de los procesos de soldadura por arco,
Inherente a la fabricación de acero es la necesidad de cortar formas, placas y barras
en piezas del tamaño adecuado. El corte se puede hacer mecánicamente con
sierras, cizallas, punzones y mordiscos, o se puede hacer con una variedad de
procesos de corte térmico. Además de cortar los miembros primarios, es posible
que sea necesario realizar orificios de acceso para soldadura, remates, penetraciones
en el alma de la viga y otros detalles en esos miembros, y generalmente se usa
corte térmico. Los biseles se cortan y el metal se elimina mediante métodos de corte
térmico. Al igual que la soldadura, estos procesos de corte térmico introducen calor
en el elemento y el subsiguiente enfriamiento del metal caliente crea una zona
afectada por el calor (HAZ) en el material que se está cortando. Estas ZAT suelen
ser más pequeñas que las asociadas con la soldadura y no suelen ser motivo de
preocupación.
La soldadura de espárragos por arco está automatizada y es bastante simple de usar.
La calidad de un borde cortado es importante. Para los bordes que no se
soldarán, las muescas y las muescas afectan la apariencia y pueden afectar el
desempeño de un miembro, particularmente cuando se carga cíclicamente. Para
superficies cortadas térmicamente en las que se colocarán soldaduras, la calidad
del corte puede afectar la calidad e integridad de la soldadura. Las superficies lisas
y planas son el objetivo.
como SMAW o FCAW, y aplicando una soldadura de filete alrededor del perímetro.
Luego, tales espárragos se doblan 15°, no 30°, para probar su idoneidad.
Los cortes guiados mecánicamente suelen ser lo suficientemente suaves como para
Las claves para obtener una soldadura de calidad son soldar sobre materiales
relativamente limpios, usar espárragos que estén limpios y obtener el equilibrio
adecuado entre la corriente de soldadura y el tiempo de arco.
La soldadura de espárragos se aborda en la Sección 7 de AWS D1.1, por
separado de otros procesos de soldadura. El proceso, que no se utiliza para unir a
los miembros principales, no se ajusta a las listas de "precalificados" o "aprobados
por el código" de AWS D1.1 que se han discutido. Sin embargo, la soldadura de
espárragos puede usarse bajo las condiciones enumeradas en la Sección 7 de AWS
D1.1 sin prueba de calificación de procedimiento. Las pruebas de soldaduras de
producción mencionadas anteriormente aseguran que se utilicen los procedimientos
adecuados.
Por lo general, los montantes soldados se inspeccionan visualmente para garantizar
que el reborde de soldadura rodee el perímetro. Cuando la corriente es demasiado
baja o el tiempo es demasiado corto, el destello generalmente no se extenderá
alrededor de todo el espárrago. Por el contrario, cuando la corriente es demasiado
alta o el tiempo es demasiado prolongado, el destello puede extenderse mucho más
allá de la férula o puede socavar el propio perno.
Para garantizar que se utilicen los procedimientos adecuados, AWS D1.1
requiere que al comienzo de un turno de producción, o antes de soldar con una
configuración determinada del equipo, se prueben los dos primeros pernos
doblándolos mecánicamente hasta un ángulo aproximado de 30°. ángulo desde el
eje del montante original. Esto se logra golpeando el montante con un martillo
adecuado o insertando un tubo u otro dispositivo hueco alrededor del montante y
doblándolo. Una buena soldadura permitirá tal deformación y no se romperá. Los
procedimientos deficientes generalmente harán que el espárrago se separe de la
viga en la región de soldadura. Debido a que los postes se enterrarán en concreto,
los postes probados no se enderezarán de forma rutinaria después.
Figura 2–32. Soldadura automática de
pernos. (cortesía de Nelson Stud Welding)
Figura 2–33. Corte con oxicorte.

Se examinarán tres procesos de corte térmico comúnmente utilizados para
la fabricación de acero estructural, a saber: corte y ranurado con gas
oxicombustible, corte y ranurado con arco de plasma y ranurado y corte con arco
de aire y carbono.
Una característica importante del corte con gas oxicombustible es que su
reacción de oxidación inherente libera energía térmica a través del espesor del
material que se está cortando. Una vez que se ha iniciado un corte, es la energía
térmica creada por el proceso de oxidación la que permite que continúe el corte.
Si, por ejemplo, se corta una pieza de acero de 4 pulgadas de espesor, el
proceso no requiere que la energía térmica del soplete de oxicombustible sea
conducido a través de 4-in. espesor. Más bien, el calentamiento por oxidación
ocurre a través del espesor del material, inmediatamente adyacente al corte.
Esto permite que OFC corte acero de más de un pie de espesor.
2.9.2 Corte y ranurado por arco de plasma
El aparato básico para el corte con gas oxicombustible se puede usar para el
precalentamiento o incluso para la soldadura oxicombustible simplemente
haciendo un pequeño cambio en el conjunto del soplete. Con un cambio en la
boquilla, se puede usar el mismo aparato de corte de gas oxicombustible para
ranurar. Los detalles de soldadura de ranura en U también se pueden preparar
con ranurado con oxicorte.
La OFC se conoce coloquialmente como "quemado", lo que proporciona
información útil sobre el funcionamiento del proceso, ya que la oxidación es un
aspecto clave del mismo. Otro término coloquial asociado con el corte de gas
oxicombustible, por el contrario, es muy inútil y puede ser peligroso; los
soldadores a menudo se refieren al oxígeno puro utilizado para cortar como
"aire". El aire en la atmósfera es sólo un 20 por ciento de oxígeno. El oxígeno
puro favorece la combustión en condiciones en las que las llamas normalmente
pueden extinguirse en una atmósfera de aire. El oxígeno puro comprimido, por
ejemplo, nunca debe usarse para quitar la suciedad de la ropa sucia.
El corte por arco de plasma (PAC) es un proceso de corte térmico que utiliza un
arco restringido para calentar y eliminar metal fundido con un chorro de gas
ionizado de alta velocidad emitido desde una boquilla u orificio restringido (Figura
2-34). Cuando los gases se exponen a un arco en condiciones restringidas, se
crea un gas de plasma extremadamente caliente y conductor de la electricidad.
El plasma calienta el trabajo y el gas de alta velocidad expulsa mecánicamente
el metal fundido fuera de la ranura.
Para el corte primario en un taller de fabricación, el corte con gas
oxicombustible generalmente se mecaniza, a menudo con varias antorchas en
mesas de corte grandes. Los biseles de los miembros que se unirán con
soldaduras de ranura también se suelen cortar con sistemas mecanizados, lo
que mejora la calidad del corte y reduce los costos.
PAC requiere el uso de una fuente de alimentación de corte por arco de
plasma especial, que superficialmente puede parecer una fuente de alimentación
de soldadura por arco, pero la naturaleza de la salida es significativamente
diferente. También se requiere un soplete de corte PAC especial.
Una de las principales ventajas del corte por arco de plasma es que se puede
utilizar para cortar materiales que no se pueden cortar con gas oxicombustible.
El PAC se puede utilizar para cortar cualquier material conductor de electricidad,
incluido el acero al carbono y de baja aleación, el acero inoxidable, el aluminio y
el cobre. PAC corta secciones de acero más delgadas (menos de W in. de
espesor) más rápido que OFC, lo que ofrece ventajas de productividad.
2.9.1 Corte y ranurado con gas oxicombustible
El corte por arco de plasma no involucra las reacciones de oxidación
asociadas con el corte con gas oxicombustible, y esto constituye una limitación
importante del PAC cuando se aplica a secciones de acero más gruesas (más
de 2 pulgadas). Toda la energía térmica para el corte con PAC debe ser
entregada por la antorcha, y toda la energía térmica debe ser conducida a través
del espesor
El corte con gas oxicombustible (OFC) es un proceso de corte térmico que se
basa en la combustión de un gas combustible para calentar un material a la
temperatura de encendido, seguido del uso de una corriente de oxígeno que
crea la reacción química de oxidación del metal que se está cortando ( Figura
2-33). Esta reacción libera energía térmica que calienta el material circundante
y mantiene la temperatura alta. La corriente presurizada de oxígeno desplaza el
material oxidado de la región de corte, conocida como entalladura.
Se puede usar una variedad de gases combustibles para el corte de gas
oxicombustible, incluidos acetileno, gas natural, propano y varios gases
patentados que se han desarrollado.
que no se requieren reparaciones. Los defectos menores se pueden reparar
mediante pulido. Los defectos más grandes se pueden reparar mediante
soldadura. AWS D1.1 establece límites en el alcance de las reparaciones permitidas.
El corte con gas oxicombustible puede cortar cualquier material que pueda
soportar la reacción de oxidación, incluido el acero al carbono. Los materiales
como el acero inoxidable y el aluminio no se pueden cortar con este proceso (a
menos que se modifiquen) porque los óxidos forman una capa muy adherente
que inhibe la continuación del proceso de oxidación.
Figura 2 –34. Corte por arco de plasma.

2.9.3 Ranurado y corte por arco de aire-carbono
ser alimentado por el mismo tipo de equipo que se usa para soldar, requiriendo
solo la adición de un soplete dedicado y una fuente de aire comprimido. La
remoción de metal es rápida y cuando se hace correctamente, se crea una cavidad
semicilíndrica suave.
el metal calienta y derrite un charco localizado de metal, y la acción mecánica de
la corriente de aire comprimido a alta presión y alta velocidad expulsa el metal
fundido. También se produce algo de oxidación ya que el aire comprimido contiene
aproximadamente un 20 por ciento de oxígeno.
El ranurado con arco de carbón y aire implica el calentamiento del metal base
mediante un arco conducido entre un electrodo de carbón y la pieza de trabajo, y
una corriente de aire comprimido que elimina mecánicamente el metal calentado
(Figura 2-35). El proceso puede
El arco eléctrico entre el electrodo de carbono y la base.
El ranurado con arco de carbón y aire se puede utilizar para preparar detalles
de soldadura de ranura en U, ranurar juntas de doble cara y eliminar el metal de
soldadura defectuoso durante las operaciones de reparación.
del miembro que se está cortando antes de que pueda ser cortado. Además, para
entregar la energía necesaria para cortar secciones más pesadas, las capacidades
de salida de la fuente de energía PAC deben incrementarse sustancialmente, lo
que a su vez resulta en mayores costos de equipo. Por lo tanto, cuando se le da
la opción, el corte con gas oxicombustible generalmente se usa para cortar acero
más grueso y el PAC se usa en acero más delgado. El acero inoxidable y el
aluminio, necesariamente, se cortan con PAC, incluso en secciones más gruesas.
Con una ligera modificación de la técnica, el proceso se puede utilizar para
cortar materiales, aunque la calidad del corte es inferior al corte con gas
oxicombustible y el corte por arco de plasma.
Una ligera modificación al soplete de corte por plasma puede permitir que el
proceso se utilice para el ranurado.
Figura 2–35. Ranurado con arco de aire.

3. Conexiones soldadas
Las juntas de borde son más comunes para aplicaciones de láminas de metal.
Por definición, las soldaduras de ranura de penetración completa en la junta (CJP)
tienen una dimensión de garganta igual al espesor de las placas que unen (Figura
3-4). En el pasado, estas soldaduras se conocían como soldaduras de penetración
completa (CP), y antes de eso, soldaduras de penetración total (FP). Para estructuras
cargadas estáticamente, las soldaduras de ranura CJP desarrollan toda la resistencia
de los materiales adjuntos.
3.2 TIPOS DE SOLDADURA: GENERAL
Los tipos de juntas simplemente describen el posicionamiento relativo de los
materiales; el tipo de unión no implica un tipo específico de soldadura.
Las soldaduras pueden clasificarse en tres categorías principales: soldaduras de
ranura, soldaduras de filete y soldaduras de tapón/ranura, como se muestra en la
Figura 3-2. Para las soldaduras de ranura, hay dos subcategorías: soldaduras de
ranura de penetración completa en la junta (CJP) y soldaduras de ranura de penetración
parcial en la junta (PJP) (Figura 3-3). Las soldaduras de ranura y de filete son de
interés primordial para las principales conexiones estructurales. El uso más común de
las soldaduras de tapón y ranura en aplicaciones estructurales es para unir el centro
de placas dobles de alma grande a miembros de alas anchas y profundas (las
soldaduras de filete generalmente se aplican alrededor del perímetro).
3.1
Las soldaduras de ranura CJP se pueden aplicar a juntas a tope, en T y de esquina.
A menudo se requieren en uniones a tope cargadas en tensión. Cuando las uniones a
tope se cargan en compresión, y para las uniones en T y en esquina cargadas en
cortante, los requisitos de diseño rara vez justifican el uso de soldaduras de ranura
CJP.
La terminología asociada con las soldaduras de ranura y de filete se describe en
la figura 3-4. De interés primordial para el diseñador es la dimensión señalada como
la "garganta". La garganta es teóricamente el plano más débil de la soldadura y, por lo
tanto, controla el diseño de muchas soldaduras.
ARTICULACIONES
En general, los detalles de soldadura de ranura CJP precalificados que se
enumeran en AWS D1.1 requieren un respaldo de acero si se fabrican en un lado y un
ranurado posterior si se realizan en ambos lados (consulte la Sección 3.3.1).
3.3 PENETRACIÓN ARTICULAR COMPLETA (CJP)
Cuando las piezas de acero se unen para formar una junta, asumen una de las cinco
configuraciones que se presentan en la figura 3-1. De las cinco, las uniones a tope, en
T, de esquina y traslapadas son comunes en la construcción. Las juntas a tope
incluyen empalmes de columnas y empalmes de alas en vigas de placa. Las juntas en
T tienen aplicaciones variadas, que incluyen pestañas de corte en columnas, cartelas
en vigas, vigas en columnas y columnas en placas base. Las juntas de esquina están
representadas por las costuras exteriores en las secciones de columnas armadas. Los
ejemplos de juntas traslapadas incluyen placas de cubierta en vigas laminadas,
ángulos para placas de refuerzo y ángulos de clip para almas de vigas.
Esto asegura una fusión completa en todo el espesor del material que se está uniendo.
En general, para detalles de soldadura de ranura CJP soldados desde un lado sin
respaldo de acero, o para dos
SOLDADURAS DE RANURA
Figura 3–2. Principales tipos de soldadura.
Figura 3–1. Tipos de juntas.

Se aplica una excepción especial a esto a las conexiones tubulares, para las cuales las
soldaduras de ranura CJP se pueden hacer desde un lado sin respaldo.
Las soldaduras de ranura CJP cargadas en tensión requieren el uso de metal de
aporte de resistencia equivalente (consulte la Sección 3.11). Cuando se carga en
compresión o cortante, existe la posibilidad de que el metal de aporte no se acople,
aunque en la mayoría de las situaciones se utiliza material de acople.
Las soldaduras de ranura CJP tienen dos ventajas sobre otros tipos de soldadura, y
estas ventajas también han resultado en un abuso generalizado con respecto a la
tendencia a especificar CJP en situaciones donde hay mejores opciones. Como se ha
mencionado, estas soldaduras desarrollan toda la resistencia del material conectado.
Por lo tanto, una ventaja de estas soldaduras es que no se requieren cálculos de diseño
cuando se utilizan soldaduras de ranura CJP en estructuras cargadas estáticamente.
La simple especificación de "CJP" en la cola del símbolo de soldadura es suficiente
para garantizar que, cuando se fabrique de acuerdo con las normas aplicables, la
soldadura desarrollará la resistencia del material conectado.
Si bien la terminología adecuada según AWS A3.0 es simplemente "respaldo", se
utiliza una amplia gama de términos coloquiales, que incluyen "respaldo de soldadura",
"barras de respaldo" y "tiras de respaldo".
3.3.1 Respaldo de soldadura de ranura CJP
Las soldaduras de ranura CJP se pueden inspeccionar con más metodologías de
pruebas no destructivas (NDT) que otros tipos de soldadura. Dependiendo de la junta
involucrada (a tope, esquina, T), el volumen total de metal de soldadura en una
soldadura de ranura CJP puede ser
La simplicidad de especificar soldaduras de ranura CJP ha llevado al abuso en la
especificación de soldaduras de ranura CJP para situaciones en las que no se requieren.
Quizás el caso más comúnmente abusado es el de las soldaduras longitudinales en
secciones de columnas y vigas armadas. Estas soldaduras generalmente se cargan en
corte, lo que rara vez requiere la resistencia de las soldaduras de ranura CJP. Las
soldaduras de filete o las soldaduras de ranura PJP suelen ser opciones mejores y de
menor costo para este caso. Una notable excepción a este principio general involucra
el diseño de soldaduras longitudinales en vigas de grúa construidas, donde el riel se
apoya directamente sobre el ala superior sobre el alma. Es posible que se requieran
soldaduras de ranura CJP para tales aplicaciones, no debido al corte, sino a las altas
cargas de compresión directas.
El respaldo de soldadura y las lengüetas de soldadura son diferentes; las lengüetas
de soldadura se analizan en la Sección 3.9.1 de esta Guía.
Respaldo de acero
inspeccionado con inspección radiográfica (RT) o inspección ultrasónica (UT). Estos y
otros procesos de END se tratan en detalle en el Capítulo 9 de esta Guía. Para ciertas
conexiones críticas, puede ser prudente usar una soldadura de ranura CJP simplemente
por la capacidad de realizar una inspección volumétrica.
El respaldo de acero es un respaldo fusible; es decir, el metal de soldadura está
destinado a fusionarse con el material de respaldo. Si bien podría ser
detalles laterales sin ranuras posteriores, se requiere una prueba de calificación del
procedimiento para demostrar que se desarrolló la garganta completa.
El respaldo es una pieza auxiliar de material que se utiliza para soportar y retener el
metal de soldadura fundido (Figura 3-5). Aunque normalmente está hecho de acero, el
respaldo puede estar hecho de otros materiales, como cobre o cerámica. El respaldo se
considera fusible o no fusible, dependiendo de si la soldadura está destinada o no a
unirse al respaldo. El respaldo generalmente se asocia con soldaduras de ranura CJP
hechas de un lado.
Sin embargo, cuando no se requieran soldaduras de ranura CJP, se deben considerar
tipos de soldadura alternativos junto con una inspección visual adecuada durante el
proceso, tal vez mejorada con el uso de inspección con tintes penetrantes (PT) o
partículas magnéticas (MT).
Figura 3–4. Terminología de soldadura.
Figura 3–3. Tipos de soldaduras de ranura.

El respaldo puede estar hecho de cobre, que, cuando se usa correctamente,
no se fusiona con la soldadura de acero. Cuando se completa la soldadura,
se quita el respaldo de cobre y se puede reutilizar. Por lo general, el respaldo
de cobre se mantiene en su lugar con abrazaderas y soportes mecánicos.
El respaldo de cerámica consiste en una serie de baldosas de cerámica
adheridas a una cinta adhesiva que se puede unir al lado de la raíz de una
junta. El alto punto de fusión de la cerámica permite que este material
contenga el baño de fusión del metal de soldadura, pero sin derretirse. En
situaciones en las que se requiera retirar el respaldo de acero, el Contratista
puede optar por usar un respaldo de cerámica, ya que no es fusible y se
puede quitar fácilmente después de completar la soldadura.
La especificación AISC y AWS D1.1 tienen requisitos que abordan las
condiciones de respaldo comunes. Por ejemplo, AWS D1.1 Provision 5.10
requiere que el respaldo de acero sea continuo a lo largo de la junta.
Considere un respaldo de acero paralelo al campo de tensión en un miembro
longitudinal, como una sección en caja. Si se utilizan segmentos de respaldo
en una sola junta, las intersecciones entre los segmentos de respaldo crean
un elevador de tensión perpendicular al campo de tensión. Esto es
particularmente dañino para estructuras sujetas a carga cíclica y también ha
causado problemas con aplicaciones cargadas estáticamente. Si se deben
usar segmentos de respaldo en una junta, AWS D1.1 permite que los
segmentos de respaldo se unan entre sí con soldaduras de ranura CJP.
Respaldo de cobre
Respaldo de cerámica
Visto casualmente como simplemente parte de los medios y métodos del
contratista, cuando se deja el respaldo de acero, se convierte en parte de la
estructura final y es importante considerar la influencia potencial del respaldo.
El respaldo de acero que se deja en su lugar puede introducir trayectorias de
carga no deseadas o puede crear aumentos de tensión inesperados e
inaceptables. En otras situaciones, el respaldo no crea tales elevadores de
tensión y, por lo tanto, es aceptable dejar el respaldo en su lugar.
Por lo tanto, el soldador debe establecer un “puente” de metal de soldadura
entre las dos piezas que se unen, sobre el respaldo de cerámica. Una vez
hecho esto, se puede proceder a la soldadura siempre que el arco se
mantenga siempre contra este puente.
Los aceros aceptables para respaldo de soldadura se definen en AWS
D1.1. A lo largo de los años, se han utilizado inapropiadamente varios tipos
de materiales inaceptables, incluido el acero de refuerzo. Solo se deben usar
materiales listados en código.
Para estructuras cargadas cíclicamente, se requiere eliminar el respaldo
de acero en las soldaduras que son transversales a la dirección de la tensión
calculada, mientras que no se requiere eliminar el respaldo en las soldaduras
que son paralelas a la dirección de la tensión (AWS D1.1, Disposición 5.10).
Consulte también el Capítulo 11 de esta Guía. Para estructuras diseñadas
para resistir cargas sísmicas altas, las Disposiciones sísmicas de AISC (AISC
341) y el Estándar de conexión precalificado de AISC (AISC 358) requieren
que se retire el respaldo de algunas juntas. Consulte el Capítulo 10 de esta
Guía.
Si bien AWS D1.1 permite específicamente el uso de respaldo cerámico,
ninguno de los detalles de unión precalificados lo usa, por lo que las
especificaciones del procedimiento de soldadura (WPS) que requieren
respaldo cerámico deben calificarse mediante prueba.
El desafío de usar un respaldo de cerámica proviene de la naturaleza no
conductora de electricidad de la cerámica. Para la soldadura por arco, se
requiere un circuito eléctrico completo. Si bien la corriente de soldadura puede
fluir desde el electrodo hasta las piezas de acero que se unen, la corriente no
puede conducirse a través de la cerámica.
El cobre tiene un punto de fusión más bajo que el acero, pero una tasa de
conductividad térmica mucho más alta. Cuando el charco de soldadura de
acero fundido entra en contacto con el cobre, la energía térmica se disipa,
elevando la temperatura del cobre, pero sin fundirlo. Este es un equilibrio
delicado, y es fácil derretir el cobre sin darse cuenta, lo que causa varios
problemas. Si se derrite, el respaldo de cobre ya no será fácil de quitar, y el
cobre puede dañarse tanto como para impedir su
AWS D1.1 también exige una fusión completa entre la soldadura y el
respaldo y sugiere espesores de respaldo mínimos recomendados para evitar
la fusión. Para estructuras cargadas estáticamente, se permite dejar el
respaldo en su lugar y no es necesario que las soldaduras de unión sean de
longitud completa, a menos que el ingeniero especifique lo contrario. En la
Tabla de especificaciones AISC J2.5, se estipula que cuando se deja el
respaldo de acero en las juntas en T y de esquina, las soldaduras de ranura
CJP sujetas a tensión normal a su eje longitudinal deben hacerse con metal
de aporte que pueda lograr un Charpy mínimo. Tenacidad con muesca en V
de 20 ft-lb cuando se prueba a +40 °F o menos. Si esto no se hace, la
soldadura debe diseñarse como una soldadura de ranura PJP, de acuerdo
con la Sección J2.6.
Figura 3–5. Respaldo de soldadura.

La selección de soldaduras de un solo lado o de dos lados generalmente se
basa en cuestiones de acceso, control de la distorsión y economía. Si el
acceso no es práctico o es imposible, se requerirán soldaduras de un solo
lado. El efecto de este tema sobre la distorsión se analiza en el Capítulo 6,
mientras que los aspectos económicos se tratan en la Sección 14.3.3 de
esta Guía.
reutilizar. Cuando el respaldo de cobre se derrite, introduce cobre en el metal
de soldadura y esta adición puede causar grietas en el metal de soldadura.
Por lo tanto, se debe tener cuidado para evitar la fusión del cobre.
Una variedad de preparaciones de soldadura de ranura son posibles para
las soldaduras de ranura CJP (Figura 3-6). Los preparativos son necesarios
porque, a excepción de los materiales más delgados, la penetración de los
procesos de soldadura generalmente no es adecuada para obtener la
profundidad de fusión requerida para la resistencia de soldadura necesaria.
Las secciones más delgadas, hasta un máximo de una pulgada, se pueden
unir con preparaciones de borde cuadrado utilizando WPS precalificados.
3.3.4 Barras espaciadoras
Si bien AWS D1.1 permite específicamente el uso de respaldo de cobre,
ninguno de los detalles de juntas precalificadas lo usa, por lo que los WPS
que requieren respaldo de cobre deben calificarse mediante prueba.
Por lo tanto, para la mayoría de las aplicaciones de acero estructural, se
requiere algún tipo de preparación de juntas. Las preparaciones más fáciles
de hacer y las más comúnmente aplicadas involucran superficies planas,
por ejemplo, los tipos de soldadura de ranura en V y en bisel. Las superficies
curvas asociadas con las preparaciones de ranuras en U y J son más
costosas de preparar porque generalmente implican mecanizado o ranurado
con arco de aire. Los detalles de superficie curva generalmente requieren
menos metal de soldadura para obtener una soldadura de la misma
resistencia que las alternativas de superficie plana.
Algunos de los detalles de unión precalificados por AWS D1.1 incorporan
una barra espaciadora, o tira espaciadora, que es una pieza auxiliar de metal
insertada en la unión que actúa como respaldo mientras se realiza una
soldadura de dos lados (Figura 3-7). ). Antes de soldar el segundo lado,
todos los planos de falta de fusión que rodean la barra espaciadora se
eliminan mediante un ranurado posterior.
Cuando se detalla y se suelda correctamente, cualquiera de los detalles
de la soldadura de ranura CJP producirá una conexión de igual resistencia
que el material conectado. De manera similar, se puede usar una variedad
de detalles de soldadura de ranura PJP para lograr las dimensiones de
garganta efectivas especificadas. Como resultado, la práctica típica en la
industria del acero estructural es que el ingeniero deje la selección del tipo
de soldadura de ranura y los detalles al contratista. Con base en factores
como el conocimiento y la experiencia, el plan de fabricación y montaje, así
como el equipo disponible, el contratista selecciona el detalle de soldadura
de ranura que produce la calidad requerida al menor costo.
Las preparaciones de soldadura de ranura que utilizan barras espaciadoras
deben realizarse correctamente. La barra espaciadora no debe interrumpirse
a lo largo de la junta y debe estar hecha de un material aprobado. Cuando
se retuerce la unión, todos los rastros de fusión incompleta entre la soldadura
y la barra espaciadora deben eliminarse antes de soldar el segundo lado.
Conceptualmente, la barra espaciadora funciona como respaldo para una
soldadura de doble cara. Permite una abertura de raíz más grande, lo que a
su vez permite ángulos incluidos más pequeños, al mismo tiempo que
conserva las ventajas de una soldadura de doble cara. Los detalles de
soldadura de ranura que utilizan la barra espaciadora han demostrado ser
los detalles de menor costo cuando los espesores del material superan las
4 pulgadas y donde es posible el acceso a ambos lados de la junta. En la
Sección 14.3.5 de esta Guía se incluye una comparación detallada.
3.3.2 Soldaduras de un solo lado o de dos lados
3.3.3 Preparaciones para soldadura de ranura
Figura 3–6. Preparaciones para soldadura de ranura. Figura 3–7. Detalle de barra espaciadora.

SOLDADURAS DE RANURA
3.4.2 Tamaños mínimos de soldadura de ranura PJP
Esto significa que para un ángulo incluido dado, la profundidad de la
preparación de la junta debe incrementarse para compensar la pérdida de
penetración.
La Tabla J2.3 de la Especificación AISC prescribe un tamaño de garganta
efectivo mínimo para soldaduras de ranura PJP, en función del espesor de la
parte más delgada de las partes unidas. Esta tabla no se basa en las cargas
de diseño mínimas asumidas, sino que trata los problemas relacionados con
la soldadura. La interacción del tamaño de la soldadura de filete y la entrada
de calor se analiza en la Sección 3.5.1 de esta Guía, y los mismos principios
se aplican a las soldaduras de ranura PJP.
En una soldadura de ranura con penetración parcial en la junta, la dimensión
de la "garganta efectiva" delimita entre la profundidad de la preparación de la
ranura y la profundidad probable de fusión que se logrará (Figura 3-8). Cuando
se usa soldadura por arco sumergido (que tiene una penetración
inherentemente profunda) y el ángulo incluido en la ranura de soldadura es
de 60°, la Tabla J2.1 de la Especificación AISC le permite al diseñador confiar
en la profundidad total de la preparación de la junta que se usará para
entregar la dimensión de garganta requerida.
La dimensión efectiva de la garganta para una soldadura de ranura PJP
se abrevia utilizando una "E" mayúscula. La profundidad requerida de la
preparación de la junta se designa con una “S” mayúscula. Dado que el
ingeniero normalmente no sabe qué proceso de soldadura seleccionará un
fabricante, ni la posición en la que se realizará la soldadura, el dibujo de
diseño solo necesita mostrar la dimensión efectiva de la garganta ("E"). El
fabricante elige el proceso de soldadura, determina la posición de la soldadura,
especifica el ángulo incluido y selecciona la dimensión S adecuada, que se
mostrará en los planos de taller. En la mayoría de los casos, tanto la dimensión
S como la E se estipularán en los símbolos de soldadura de los planos de
taller, con la dimensión efectiva de la garganta mostrada entre paréntesis.
3.4.3
AWS D1.1 La Figura 3.3 muestra la garganta efectiva y la profundidad
requerida de la preparación de la ranura para varios detalles de soldadura de
ranura PJP precalificados, en función del proceso de soldadura, la posición
de la soldadura y el ángulo incluido. Restricciones en el uso de soldaduras de ranura PJP
Debido a que las soldaduras de ranura PJP no fusionan completamente la
sección transversal de la junta, siempre habrá un plano no fusionado debajo
de la raíz del PJP o, en el caso de PJP de dos lados, entre los dos. Esto tiene
implicaciones de rendimiento e inspección.
Cuando se utilizan procesos con capacidad de penetración reducida, como
la soldadura por arco de metal blindado, o cuando el ángulo de la ranura está
restringido a 45°, es poco probable que se logre la fusión hasta la raíz de la
unión. Debido a esto, la Tabla J2.1 asume que 8 pulgadas de la junta de
soldadura de ranura PJP no se fusionarán. Por lo tanto, para tales condiciones,
se supone que la garganta efectiva es 8 pulgadas menos que la profundidad
de preparación.
En cuanto al rendimiento, el plano no fusionado puede crear una concentración
de tensiones, según la dirección de la carga.
Una soldadura de ranura PJP es aquella que, por definición, tiene una
dimensión de garganta menor que el espesor de los materiales que une (vea
la Figura 3-3). Las soldaduras de ranura PJP se pueden aplicar a juntas a
tope, de esquina y en T. Se usan comúnmente para empalmes de columnas
donde la junta a tope generalmente se carga en compresión o solo con una
tensión limitada. Las soldaduras de ranura PJP también se usan comúnmente
en juntas de esquina de columnas de caja ensambladas. Tanto las soldaduras
de filete como las soldaduras de ranura PJP se pueden usar en juntas en T y
juntas de esquina interior. Las ventajas económicas relativas de ambos se
analizan en la Sección 14.2 de esta Guía.
Cuando se carga en cortante, esta concentración de esfuerzos no es de
importancia. Cuando esté sujeto a carga de tracción cíclica, esta región debe
ser considerada en el diseño de la conexión (consulte la Sección 11.3 de esta
Guía).
3.4.1
Las uniones soldadas con ranura PJP de un solo lado deben verificarse
para garantizar que no se produzca una rotación alrededor de la raíz de la
unión, independientemente de las condiciones de carga. Al igual que las
soldaduras de filete de un solo lado, las soldaduras de ranura PJP de un solo
lado pueden desgarrarse fácilmente desde la raíz cuando se giran alrededor
de la raíz. La rotación puede evitarse mediante diafragmas o refuerzos o, en
algunos casos, simplemente mediante la configuración general del elemento.
El plano no fusionado en la raíz de las soldaduras de ranura PJP hace que
los resultados de la inspección radiográfica (RT) y ultrasónica (UT) sean
difíciles de interpretar. No se recomienda ni RT ni UT para este tipo de
soldaduras, no solo por las dificultades de interpretación, sino también porque
normalmente no se requieren pruebas no destructivas para este tipo de
aplicación.
3.4 PENETRACIÓN ARTICULAR PARCIAL (PJP)
Gargantas efectivas para soldaduras de ranura PJP
Figura 3–8. Soldaduras de ranura PJP: “E” vs. “S”.

Las soldaduras de filete se usan ampliamente en la fabricación de acero
estructural y, a menudo, se usan para unir pestañas de corte a columnas,
cartelas a vigas y columnas, refuerzos a almas y columnas ligeras a placas
base, así como muchos otros ejemplos.
El tamaño de una soldadura de filete se especifica en términos del tamaño
de la pierna, aunque la resistencia de la soldadura está teóricamente controlada
por el tamaño de la garganta. Para soldaduras de filete de lados iguales, caras
planas o convexas aplicadas a superficies que están orientadas a 90°, la
dimensión de la garganta se encuentra multiplicando el tamaño del lado por
0.707 (p. ej., sin 45°).
El ingeniero solo necesita especificar la dimensión de garganta efectiva
requerida (“E”), dejando al contratista la opción de seleccionar la profundidad
de preparación requerida (“S”) apropiada para las condiciones de soldadura,
así como seleccionar el tipo de soldadura de ranura PJP. detalle (V, bisel, J o
U). A menos que el tamaño de la soldadura sea grande, la mayoría de las
soldaduras de ranura PJP se realizan de forma más económica con las
preparaciones planas (p. ej., V y biseles).
3.4.5
Para todas las soldaduras de ranura PJP, independientemente de la dirección
o el tipo de carga, se puede usar metal de aporte coincidente o insuficiente
(consulte la Sección 3.7 de esta Guía).
Soldaduras Flare-V y Flare-Bevel-Groove
Debido a que las soldaduras de filete no fusionan la sección transversal de
la unión, siempre habrá un plano no fusionado debajo de la raíz del filete o, en
el caso de filetes de dos lados, entre los dos (a menos que el filete se aplique
encima de la unión). una soldadura de ranura).
La garganta efectiva “E” de estas soldaduras es función del radio “R” y del
proceso de soldadura. El radio en HSS se puede aproximar como 2t, donde t
es el espesor de la pared del tubo; consulte la figura 3-10. Sin embargo, esto
es solo una aproximación y las prácticas de las plantas varían en este sentido.
La tabla de especificaciones AISC J2.2 proporciona las relaciones entre el
radio R y la garganta efectiva, a menos que las pruebas hayan demostrado
otras dimensiones efectivas de la garganta. Dichas pruebas se describen en
AWS D1.1 y consisten en realizar una soldadura representativa, cortarla
perpendicularmente al eje longitudinal, pulir y grabar la sección transversal
para poder determinar la garganta efectiva.
Las uniones soldadas con filete de un solo lado deben verificarse para
garantizar que la rotación alrededor de la raíz de la unión no pueda ocurrir, re
Las soldaduras Flare-V y Flare-Bevel-Groove son tipos especiales de
soldaduras de ranura PJP. Dichas soldaduras se colocan en la ranura creada
cuando una superficie curva intersecta una superficie plana (bisel abocinado)
u otra superficie curva (abocardado V), como se muestra en la figura 3-9. Las
esquinas de la tubería de caja (rectangular) conformada en frío crean tales
superficies curvas, al igual que las esquinas del material doblado en las
prensas plegadoras.
Las dimensiones de la garganta que se muestran en la Tabla J2.2 suponen
que la ranura se llena al ras. La garganta de las juntas con relleno insuficiente
se reduce por la cantidad de relleno insuficiente (Figura 3-11).
3.4.6 Una cara frente a dos caras
3.5 SOLDADURAS DE FILETE
Las soldaduras de filete tienen una sección transversal triangular y se aplican
a la superficie o los bordes de los materiales que unen. Las soldaduras de
filete por sí solas no fusionan completamente las áreas transversales de las
partes que unen, aunque por lo general es posible desarrollar conexiones de
resistencia total solo con soldaduras de filete.
Al igual que las soldaduras de ranura CJP, las soldaduras de ranura PJP
pueden ser de un solo lado o de dos lados. La soldadura de ranura PJP de
doble cara siempre requiere menos metal de soldadura, y las únicas variables
relacionadas con el costo que deben equilibrarse son el tiempo de preparación
de la junta y el tiempo de soldadura, suponiendo que sea posible el acceso a
ambos lados de la junta. Las soldaduras de ranura PJP de doble cara suelen
ser ventajosas para controlar la distorsión.
3.4.4 Resistencia requerida del metal de aporte para soldaduras de
ranura PJP
Las soldaduras de filete se pueden aplicar a juntas en T y traslapadas, y a la
esquina lateral interior de las juntas de esquina. Las soldaduras de filete se
pueden usar para agregar resistencia a las soldaduras de ranura PJP y se
pueden usar para proporcionar un contorno más gradual a las soldaduras de
ranura CJP en juntas en T y de esquina. Cuando se utiliza junto con soldaduras
de ranura CJP, la resistencia de la soldadura de filete no se suma a la de la
soldadura de ranura CJP.
3.4.7 Detalles de soldadura de ranura PJP
Figura 3–10. Radio HSS y espesor de pared, t.
Figura 3–9. Soldaduras de ranura ensanchada y biselada y soldaduras de ranura en V ensanchada.

H
Para realizar una buena soldadura por arco, se debe introducir una cantidad
mínima de energía térmica en la unión. El no hacerlo puede resultar en la
deposición de metal de soldadura, aunque sin fusión con el metal base.
Alternativamente, cuando se entrega energía térmica insuficiente a la unión, la
tasa de enfriamiento experimentada por la soldadura y la zona afectada por el
calor puede ser tal que se produzca el agrietamiento.
=
La sección transversal triangular por sí sola es problemática para estas técnicas
de inspección, y la falta natural de plano de fusión siempre confundirá la
interpretación de los resultados.
relación entre la energía térmica introducida en la junta y el tamaño de la
soldadura aplicada a la junta. Esto supone, sin embargo, que el tamaño de la
soldadura se aplica en una sola pasada.
Para crear una soldadura más grande en una sola pasada, se pueden usar
dos enfoques: se deben emplear amperajes más altos (I) o velocidades de
desplazamiento más lentas (SW) . Observe que cualquier modificación del
procedimiento da como resultado una mayor entrada de calor.
La Tabla J2.4 especifica los tamaños de soldadura mínimos aceptables con
el objetivo principal de dictar los niveles mínimos de entrada de calor. Por
ejemplo, casi independientemente del proceso de soldadura utilizado, una
soldadura de filete de 4 pulgadas requerirá una entrada de calor de
aproximadamente 20-30 KJ/pulgada. Al prescribir un tamaño mínimo de
soldadura de filete, estas especificaciones, en esencia, estipulan una entrada
de calor mínima.
donde
La entrada de calor se usa típicamente para estimar directamente la
cantidad de energía térmica que se introduce en la junta, usando la siguiente
ecuación:
yo = amperaje
Para todas las soldaduras de filete, independientemente de la dirección o
el tipo de carga, se puede usar metal de soldadura coincidente o insuficiente
(consulte la Sección 3.11 de esta Guía). E = voltios de arco
60
3.5.1 Tamaño mínimo de las soldaduras de filete
El tamaño mínimo de la soldadura de filete nunca debe exceder el espesor
de la parte más delgada que se está uniendo. En algunas circunstancias
extremas, la conexión puede implicar la unión de una placa extremadamente
gruesa con una placa muy delgada. La Especificación AISC dicta que la
soldadura no necesita exceder el tamaño de la parte más delgada. Sin
embargo, bajo estas circunstancias, se puede justificar un precalentamiento
adicional basado en el material más grueso.
Para garantizar que se introduzca un nivel razonable de energía térmica en
la junta, la tabla de especificaciones AISC J2.4 requiere que se aplique un
cierto tamaño mínimo de soldadura, independientemente de las cargas de
diseño. Esto es posible porque hay una relación directa
IE
1000
H = entrada de calor (kilojulios/pulg., o KJ/pulg.)
La tabla de especificaciones AISC J2.4 especifica los tamaños mínimos de
soldadura que son una función del espesor de la placa. Estos no son requisitos
relacionados con el diseño, pero se utilizan para abordar problemas relacionados
con la soldadura que involucran fusión y agrietamiento.
independientemente de las condiciones de carga. La rotación puede evitarse
mediante diafragmas o refuerzos o, en algunos casos, simplemente mediante
la configuración general del elemento.
La inspección de soldaduras de filete con inspección radiográfica (RT) y
ultrasónica (UT) no es práctica, por múltiples razones.
SW = velocidad de desplazamiento (pulg./min)
sudoeste
Figura 3–11. Determinación de las dimensiones efectivas de la garganta. Figura 3–12. Soldaduras en bordes.

La sección J2.2b de la especificación AISC requiere que las longitudes de
soldadura de filete sean al menos cuatro veces el tamaño de la pierna. Para las
soldaduras que no cumplan con este criterio, el tamaño efectivo de la soldadura
se tomará como 4 de su longitud. La disposición de cuatro veces la longitud,
combinada con el tamaño mínimo de soldadura de filete de la Tabla J2.4, da
como resultado requisitos de longitud mínima de soldadura en función del
espesor del material que se une, aunque tales disposiciones no se establecen
explícitamente.
ÿ = factor de reducción de longitud
3.5.4 Longitudes máximas de soldadura de filete
Tanto la especificación AISC como la AWS D1.1 tienen disposiciones que
especifican los tamaños máximos de soldadura de filete. Estas disposiciones
son frecuentemente mal interpretadas y mal aplicadas. La sección J2.2b de la
especificación AISC requiere un tamaño máximo de soldadura de filete a lo
largo de los bordes del material de 4 pulgadas o más de espesor. Tenga en
cuenta que esto se aplica solo a la situación en la que las soldaduras se aplican
"a lo largo de los bordes". Tales condiciones incluyen juntas traslapadas y
algunas configuraciones de juntas de esquina, pero no incluyen juntas en T
(Figura 3-12).
Esto crea una soldadura con una dimensión de punta de soldadura normal,
pero la garganta de soldadura correspondiente puede ser mucho más pequeña
de lo que pretendía el diseñador (Figura 3-13).
L = longitud real de la soldadura con carga final, pulg.
w = tamaño de la pata de soldadura, pulg.
Estas disposiciones surgieron porque es posible que los soldadores
(particularmente cuando usan electrodos SMAW) derritan el borde superior del
miembro cuando sueldan en un borde.
La sección J2.2b de la especificación AISC limita la longitud máxima efectiva
de las soldaduras de filete bajo un conjunto específico de condiciones.
La fusión del borde superior no es perjudicial para la unión soldada,
siempre que se obtenga la dimensión de garganta requerida. Para materiales
más delgados (identificados como de menos de 4 pulgadas de espesor), es
menos probable que ocurra esta situación y, por lo tanto, estas disposiciones
solo se aplican a los bordes de los miembros más gruesos.
Para soldaduras que excedan este límite, la longitud efectiva debe reducirse
para tener en cuenta los efectos del retardo de corte.
Considere una junta traslapada con soldaduras de filete longitudinales. Cuando
se aplica una carga de tracción, las soldaduras de filete pueden considerarse
cargadas en el extremo. La disposición de longitud máxima permite longitudes
de soldadura de hasta 100 veces el tamaño de la pierna sin ajuste.
El mal uso común de estas disposiciones se produce cuando se aplican a
situaciones que involucran la colocación de soldaduras en una superficie versus
en un borde. Considere una columna de tubo soldada a una placa base. Se
puede especificar una soldadura de filete y se puede requerir para desarrollar
la capacidad total de la pared del tubo. Suponiendo que el acceso al interior del
tubo sea limitado (como suele ser el caso), la soldadura de un solo lado a
menudo necesitará tener un tamaño de pierna que exceda el grosor de la pared
del tubo.
Para calcular el factor de reducción se utiliza lo siguiente:
Rara vez se excede la longitud de soldadura de 100 veces, y una soldadura
de filete bajo estas condiciones (por ejemplo, con carga en el extremo) que es
300 veces el tamaño de la pierna sería extremadamente rara (Miller, 1998a).
Cuando la longitud de la soldadura excede 300 veces el tamaño de la pierna,
el valor de ÿ es 0,60.
ÿ = 1,2 – 0,002 (L/w) < 1,0
Las disposiciones de tamaño máximo de soldadura de filete no se aplican en
esta situación ya que la soldadura no está en un borde.
3.5.5 Soldaduras de filete intermitentes
Las soldaduras intermitentes se pueden usar para transmitir cargas y son
opciones naturales para conexiones con cargas ligeras. La longitud mínima de
soldadura discutida en la Sección 3.5.3 de esta Guía también se aplica a las
soldaduras de filete intermitentes, pero, además, no se permite que la longitud
mínima sea inferior a 12 pulgadas.
Si se requiere que una soldadura tenga más capacidad de la que se
proporciona con una soldadura de filete con un tamaño de pierna que es z pulg.
menor que el espesor del borde, puede ser posible especificar un filete de
pierna desigual, permitiendo que la otra pierna ser mas grande
Leff = ÿ × L
donde
3.5.3 Longitudes mínimas de soldadura de filete
3.5.2 Tamaño máximo de soldaduras de filete
Para conexiones sujetas a carga cíclica, las soldaduras de filete intermitentes
tienen un rango de tensión admisible bajo. Consulte el Capítulo 11 de esta
Guía.
Este enfoque, sin embargo, es ineficiente; duplicar un lado de una soldadura
de filete duplica la cantidad de metal de soldadura necesaria, pero solo aumenta
la resistencia de la soldadura en un 25 por ciento.
Leff = longitud efectiva, pulg.
Figura 3–13. Tamaño máximo de soldadura de filete a lo largo del borde.

Se ofrecen dos advertencias con respecto a esta práctica.
Primero, la capacidad de obtener esta penetración debe ser repetible.
3.5.6 Penetración en soldaduras de filete
3.5.7 Soldaduras de filete longitudinales y transversales
Una soldadura de filete de cara plana o cara convexa de lados iguales en
una unión en T de 90° tiene una dimensión de garganta teórica de 0.707w,
donde w es el tamaño del lado (Figura 3-14). Esto supone que la fusión se
logra hasta la raíz de la junta, pero no necesariamente más allá de ese
punto. Cuando el proceso y el procedimiento de soldadura logran una
profundidad de penetración más allá de la raíz, la dimensión efectiva de la
garganta aumenta para soldaduras de filete con tamaños de pierna iguales.
La dimensión de garganta efectiva, teff, es entonces igual a la garganta
teórica, tth, más algún valor adicional debido a la penetración (Figura 3-15).
Por lo tanto, si se logra la penetración más allá de la raíz, se puede reducir
el tamaño de la pierna y se puede lograr la misma resistencia de la
soldadura. Esto reduce la cantidad requerida de metal de aporte y, si la
soldadura de filete de penetración se puede realizar a velocidades de
desplazamiento iguales o superiores, se pueden reducir los costos de
soldadura.
Con la soldadura de filete, la penetración de la raíz depende de muchos
factores, incluidos el amperaje de soldadura, la velocidad de desplazamiento,
el diámetro del electrodo, la orientación del electrodo con respecto a la
unión, el grosor del material que se está soldando y el tamaño de la
soldadura de filete. Para operaciones en las que se controlan tales
variables, la penetración se puede lograr de manera consistente. Sin
embargo, cuando estas variables no se controlan adecuadamente, la
penetración también será inconsistente.
El enfoque tradicional utilizado para diseñar una soldadura de filete supone
que la garganta de la soldadura resiste la carga, independientemente de la
dirección de la carga. Sin embargo, la experiencia y la experimentación han
demostrado que las soldaduras de filete cargadas perpendicularmente a su
eje longitudinal tienen una resistencia última que es aproximadamente un
50 por ciento mayor que la misma soldadura cargada paralelamente al eje
longitudinal (Figura 3-16). El enfoque tradicional, en el que no se considera
la dirección de la carga, es por lo tanto conservador. Sin embargo, cuando
se considera la dirección de la carga, pueden ser posibles soldaduras de
filete más pequeñas, lo que resulta en una mayor economía de diseño.
donde
La tensión nominal permitida en una carga de grupo de soldadura lineal
ÿ = ángulo de carga medido desde el eje longitudinal de la
soldadura, grados
La sección J2.2a de la especificación AISC establece que “se permite
un aumento en la garganta efectiva si se demuestra una penetración
constante más allá de la raíz de la soldadura esquemática mediante
pruebas que utilizan los procesos de producción y las variables del
procedimiento”. Se permite el aumento, independientemente del proceso,
siempre que se pueda demostrar una penetración constante.
ed en el plano a través del centro de gravedad es el siguiente:
Para cargas paralelas, ÿ = 0°, y el término entre paréntesis en la
ecuación anterior se convierte en 1, dando el mismo valor nominal
Las soldaduras de filete intermitentes de pasadas múltiples no están
prohibidas, pero nunca son una solución económica. Consulte la Sección
14.3.2 de esta Guía.
Fw = 0.60FEXX (1.0 + 0.50 sen1.5ÿ)
En segundo lugar, se debe considerar el papel de la composición del
metal base y el potencial de agrietamiento en la línea central debido a
composiciones de metal base no deseadas. Los procedimientos de
soldadura que dan como resultado una penetración profunda introducen
más metal base en el metal de soldadura. Además, las proporciones
inadecuadas de ancho a profundidad pueden causar grietas en la línea
central, y la penetración profunda fomenta estos perfiles indeseables. Estos
fenómenos se discuten en detalle en la Sección 5.3.1 de esta Guía.
FEXX = número de clasificación del electrodo, es decir, resistencia a
la tracción mínima especificada, ksi
Fw = tensión unitaria nominal, ksi
Figura 3–14. Dimensiones de la soldadura de filete. Figura 3–15. Dimensión efectiva de garganta con penetración.

Junto con el aumento en la resistencia de las soldaduras cargadas
perpendicularmente a su longitud, hay una disminución en la capacidad de
deformación antes de la falla (Figura 3-17). Si se desea una capacidad de
deformación posterior a la fluencia significativa, se preferirá la orientación
de la soldadura longitudinal (es decir, carga paralela).
Para soldaduras del mismo tamaño de pierna, siempre que la soldadura
transversal sea al menos un tercio de la longitud de la soldadura longitudinal,
la segunda ecuación arrojará un valor más alto.
La Especificación AISC aborda este problema al permitir
Se espera que la mayoría de las estructuras diseñadas permanezcan
elásticas bajo las cargas de diseño, por lo que considerar solo la resistencia
es generalmente adecuado. Sin embargo, para estructuras que pueden
estar sujetas a condiciones de sobrecarga donde se desean grandes
cantidades de deformación plástica que preceden a la falla, el diseñador
puede optar por orientar las soldaduras paralelas a la carga principal
aplicada (Miller, 1998b).
el uso de la mayor de las siguientes:
3.5.9 Devoluciones Finales (Boxing)
Rn = 0.85Rwl + 1.5Rwt
Los retornos finales son la continuación de una soldadura de filete alrededor
de la esquina de un miembro como una extensión de la soldadura principal.
Boxeo es el término preferido por AWS A3.0, pero “devoluciones finales”
o
donde
soldaduras de filete cargadas
3.5.8 Combinación de soldaduras longitudinales y transversales
tensión unitaria que ha sido tradicionalmente permitida. Para carga
perpendicular, ÿ = 90°, y el término entre paréntesis se convierte en 1,5, lo
que permite aumentar la resistencia nominal de la unidad.
La proporción relativa de la soldadura transversal frente a la longitudinal,
tanto en términos de longitud como de tamaño de garganta, determinará
cuál de las dos ecuaciones produce el mayor valor.
Cuando las soldaduras longitudinales y transversales se combinan en un
solo grupo de soldadura, la diferencia en la capacidad de deformación entre
las dos no permite que se logre la resistencia completa de ambas soldaduras
simultáneamente. En última instancia, las dos soldaduras deben deformarse
de manera compatible y, dado que las curvas de carga/deformación no son
lineales y son únicas, es difícil determinar cuánta capacidad aportará cada
elemento de la combinación.
polinomio derivado en Lesik y Kennedy (1990).
5.
La fuerza total de todos los elementos de soldadura se combinan para resistir la carga excéntrica
las tres ecuaciones estáticas en el plano (ÿFx = 0, ÿFy = 0, ÿM = 0) serán
y, cuando se ha seleccionado la ubicación correcta del centro instantáneo,
Combinación de Soldaduras
Debido a que la fuerza máxima está limitada a 0.60FEXX para cargas longitudinales
satisfecho. Las técnicas numéricas, como las dadas en Brandt (1982), han sido
Al determinar la capacidad de una combinación de soldadura de ranura PJP y filete
desarrollado para ubicar el centro instantáneo de rotación sujeto a convergencia
soldaduras (ÿ = 0ÿ), la disposición de la Especificación establece, en la ecuación reducida
soldadura contenida dentro de la misma unión, la dimensión total de la garganta no es la simple
adición de la garganta de soldadura de filete y la garganta de soldadura de ranura. En tales casos, el
tolerancias.
coeficiente, un margen razonable para cualquier variación en las técnicas de soldadura y
garganta resultante de la soldadura combinada (dimensión desde la raíz perpendicular a la cara
procedimientos. Para eliminar posibles dificultades de cálculo, la deformación máxima en los
elementos de soldadura se limita a 0,17w. Por conveniencia de diseño, un
de soldadura de filete) debe determinarse y el diseño debe basarse en esta dimensión.
se usa una fórmula elíptica simple para f (p) para aproximarse estrechamente a la
Rn = Rwl + Rwt
Rwl = la fuerza nominal total de la longitudinalmente
Rwt = la resistencia nominal total de las soldaduras de filete
cargadas transversalmente, sin tener en cuenta el
aumento del 50 por ciento como se discutió anteriormente
Figura C-J2.13. Relación carga-deformación.
Com. J2.] 341
Especificación para edificios de acero estructural, 9 de marzo de 2005
SOLDADURAS
Figura 3 INSTITUTO AMERICANO DE CONSTRUCCIÓN EN ACERO , INC.
Figura 3–16. Soldaduras de filete longitudinales y transversales.
–17. Capacidad deformativa y orientación de la soldadura.

design-guide-21-welded-connections-a-primer-for-engineers[030-069] ESPAÑOL.pdf

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