Este documento describe los diferentes tipos de soldadura, incluyendo soldadura por arco, soldadura de gas, soldadura de resistencia, soldadura en estado sólido y soldadura de forja. También explica cómo clasificar las uniones soldadas y los parámetros de diseño de los cordones de soldadura. Finalmente, cubre los cálculos y análisis de esfuerzos involucrados en el diseño de resortes helicoidales.

2. Es un proceso de fijación en donde se
realiza la unión de dos o más piezas de
un material,
(generalmente metales termoplásticos),
usualmente logrado a través de
la coalescencia (fusión), en la cual las
piezas son soldadas fundiendo, se puede
agregar un material de aporte (metal o
plástico), que, al fundirse, forma un
charco de material fundido entre las
piezas a soldar (el baño de soldadura) y,
al enfriarse, se convierte en una unión
fija a la que se le denomina cordón. A
veces se utiliza conjuntamente presión y
calor, o solo presión por sí misma, para
producir la soldadura.
1. Metal de base.
2. Cordón de soldadura.
3. Fuente de energía.
4. Metal de aportación.

3. Este tipo de soldadura, popular por su bajo costo, recibe
este nombre debido a que se crea un arco voltaico entre
el metal que se está soldando con autógena durante el
proceso y el electrodo del soldador, creado por una
fuente de alimentación para soldadura. Este arco
voltaico va a calentar el metal hasta que llegue a su
punto de fusión. El arco voltaico calienta el metal hasta
su punto de fusión. La soldadura de arco es muy popular
por su bajo costo.
Entre los tipos de soldadura de arco que podemos
encontrar, están:
Tipos de soldadura por arco eléctrico
Arco blindado del metal
Soldadura MIG
Flujo tubular
Gas inerte de Tungsteno
Soldadura de arco sumergida
Este tipo de soldadura moderno también es conocido
como soldadura de electrones o haz láser. Se trata de
un proceso de soldadura fácil de automatizar, además
de rápido, permitiendo que sea idóneo para fabricar a
alta velocidad. Las soldaduras de haz de electrones o
rayo láser, utilizan láser o haz electrónico altamente
enfocados.
También es llamada soldadura oxiacetilénica, y es uno
de los tipos de soldadura más comunes y más viejos.
Este tipo de soldadura es utilizado para múltiples usos
industriales, y además tiene la ventaja que es bastante
barata, aunque ha sido algo relegado para la soldadura
de arco, anteriormente mencionada, especialmente en
procesos industriales y de fabricación, debido a una de
sus grandes desventajas, que no es otra que la
soldadura de gas tarda bastante más en enfriarse.

4. Soldadura de resistencia
También conocida como soldadura de punto, este
tipo de soldadura se basa en una corriente
eléctrica entre dos pedazos distintos de metal. La
corriente producida va a derretir una sección muy
pequeña o un punto de ambos metales al punto
de fusión, consiguiendo sellarlos juntos.
La ventaja que tiene este tipo de soldadura, frente
a otros como la soldadura de arco o de gas, es que
es mucho más fácil d automatizar y utilizar en
procesos de fabricación simples. Mientras sus
grandes desventajas están en que únicamente
puede utilizarse para unir dos pedazos
superpuestos de metal, lo que la hace bastante
limitada, y además cuenta con unos costos
iníciales bastante altos.
La soldadura en estado sólido consigue ensamblar dos
pedazos de metal mediante vibración y presión, algo que
resulta bastante interesante , al no utilizar ningún tipo de
calor para conseguir derretir los metales utilizados. Una alta
presión y vibración consigue que los metales intercambien
átomos entre ellos mediante el método de difusión,
enlazando los dos pedazos en uno solo.
Los tipos de soldadura de estado sólido que encontramos
son los siguientes:
La soldadura ultrasónica.
Soldadura de la explosión.
Soldadura de la de fricción.
Soldadura del rodillo.
Soldadura de pulso electromagnético.
Soldadura de co-extrusión.
Soldadura en frío.
Soldadura de difusión.
Soldadura exotérmica.
Soldadura de alta frecuencia.

5. En este caso la soldadura de forja se trata del tipo de
soldadura más antiguo, ya que ha sido el tipo de
soldadura utilizado por los herreros.
Este tipo de soldadura se realiza calentando dos
pedazos de acero con poco carbono, calentándolos a
1.800 grados Fahrenheit ( 982,22 ºC) y martillándolos
juntos.
La ventaja que podemos encontrar en este tipo de
soldadura es su versatilidad, ya que puede ser
utilizada para fabricar una alta gama de productos.
Pero lamentablemente, también cuenta con
numerosas desventajas, ya que soldar el metal así
lleva bastante más tiempo que los tipos de soldadura
modernos, únicamente el acero con poco carbono
puede ser soldado así, y además la soldadura puede
ser afectada por el carbón que es utilizado para
calentar el horno, además no debemos olvidar la
dificultad que requiere, ya que los herreros requieren
bastante destreza para soldar en forja.
Si hacemos la categorización en lo que respecta a tipos
de soldadura para materiales metálicos, tenemos dos
tipos según el material de aportación:
Soldadura Homogénea:
En este caso el material de aportación es de la misma
naturaleza o material que las piezas a unir o incluso no
se utiliza.
 Soldadura Heterogénea:
Como soldadura heterogénea entendemos aquella
que ha sido efectuada entre materiales que tienen
diferente naturaleza, tanto con metal de aportación,
como sin él, es decir, en el caso de que se necesite
metal de aportación los metales pueden ser de igual
naturaleza, pero en el caso de no utilizarlo los metales
a unir deberán ser de diferente material para
considerarse soldadura heterogénea.

8. Las uniones soldadas se pueden clasificar según la posición relativa de las chapas soldadas:
 Uniones a tope (en prolongación).
 Uniones a tope en T.
 Uniones por solape.
Dentro de cada tipo, en función de la penetración de la soldadura con respecto al espesor de las chapas
unidas, se distinguen en el caso más usual (cordones alargados):
 Soldaduras en ángulo; en ellas no se realiza ningún tipo de preparación en los bordes de la pieza a unir
antes de soldar y la penetración del cordón se debe exclusivamente a la fusión que se genera durante el
proceso.
 En uniones a tope antes de soldar se realiza preparación de bordes en las piezas para favorecer la
penetración del cordón (en las de poco espesor no es necesaria) y podemos distinguir:
 De penetración completa, cuando la fusión y mezcla entre el material base y el de aportación alcanza a
todo el espesor de la unión.
 De penetración parcial, si esta fusión y mezcla no alcanza a todo el espesor .
Estos tipos definidos por la geometría, se pueden combinar de la forma indicada en la tabla siguiente.
Tanto las disposiciones constructivas como los criterios de cálculo se establecen de forma diferente para
los distintos cordones de esta clasificación.

10. Todas las normas de cálculo suponen
implícita o explícitamente que:
 Se observan las reglas de buena
práctica.
 Las características mecánico-resistentes
del metal de aportación son, como mínimo,
iguales a las del metal de base.
 Se ha evitado, mediante la oportuna
elección del material y de los detalles
constructivos adecuados, el peligro de
rotura frágil.

11. Todas las normas vigentes admiten que un cordón en
ángulo agota su capacidad resistente cuando una
determinada función del estado tensional, llamada
tensión de comparación, alcanza el valor de la
tensión última del metal de base, esto es, cuando se
cumple que:
Obsérvese que σco no es más que un ente de razón
ideado para facilitar los cálculos; por consiguiente,
no es una tensión real que pueda medirse con un
dispositivo experimental.
Dada la complejidad del estado tensional existente
en un cordón de soldadura, no es factible llegar a la
determinación teórica de dicha función σco.
Tradicionalmente se han admitido como válidas
expresiones de la forma:

12. Los coeficientes α, β y k se ajustan mediante la
realización de ensayos experimentales de cordones de
soldadura llevados hasta rotura ( de ahí el que no se
trabaje en “tensiones admisibles”). Las normas en
estudio de este documento toman los coeficientes
propuestos por el Instituto Internacional de la Soldadura
en 1976, α = 0 , k=1, λ = 3 y β variando según el tipo de
acero. Resulta así que:
A parte de este procedimiento, las normativas también
contemplan un método simplificado, similar al Método
Americano de la máxima tensión tangencial, en el que la
resistencia de un cordón de soldadura es suficiente si la
resultante de todas las fuerzas transmitidas por el
cordón por unidad de longitud Fw,Ed, no supera el valor
de su resistencia de cálculo Fw,Rd con independencia de
la orientación del cordón.

15. Se representan gráficamente los parámetros de
diseño de los cordones de soldadura a los que
se alude en la tabla anterior.

22. Resortes.
Se conoce como resorte (o muelle elástico) a un
operador elástico capaz de almacenar energía y
desprenderse de ella sin sufrir deformación
permanente cuando cesan las fuerzas o la tensión a
las que es sometido, en la mecánica son conocidos
erróneamente como " muelle", varían así de la
región o cultura. Se fabrican con materiales muy
diversos, tales como acero al carbono, acero
inoxidable, acero al cromo-silicio, cromo-
vanadio, bronces, plástico, entre otros, que
presentan propiedades elásticas y con una gran
diversidad de formas y dimensiones.

23. Tipos de resorte.
De acuerdo a las fuerzas o tensiones que puedan soportar, se distinguen tres tipos principales de resortes:
Resortes de tracción: Estos resortes soportan exclusivamente fuerzas de tracción y se caracterizan por tener
un gancho en cada uno de sus extremos, de diferentes estilos: inglés, alemán, catalán, giratorio, abierto,
cerrado o de dobles espira. Estos ganchos permiten montar los resortes de tracción en todas las posiciones
imaginables.
•Resortes de compresión: Estos resortes están especialmente diseñados para soportar fuerzas de
compresión. Pueden ser cilíndricos, cónicos, bicónicos, de paso fijo o cambiante.
•Resortes de torsión: Son los resortes sometidos a fuerzas de torsión (momentos).
Existen resortes que pueden operar tanto a tracción como a compresión. También existen una gran cantidad
de resortes que no tienen la forma de resorte habitual; quizás la forma más conocida sea la arandela grower.
Los resortes espirales son un tipo de muelles que combinan características de las clases anteriores, ya que
aunque se tensan arrollándolos al hacerlos girar alrededor de un eje (como los resortes de torsión), en
realidad trabajan a flexión (como los muelles de tracción y/o compresión).

24. Cálculos del resorte.
1. Energía de deformación.
La manera más sencilla de analizar un resorte
físicamente es mediante su modelo ideal global y
bajo la suposición de que éste obedece la Ley de
Hooke. establece así la ecuación del resorte, donde
se relaciona la fuerza F ejercida sobre el mismo con
el alargamiento/contracción o elongación "x"
producida, del siguiente modo:
Donde k es la constante elástica del
resorte, x la elongación (alargamiento
producido), A la sección del cilindro
imaginario que envuelve al resorte y E
el módulo de elasticidad del resorte (no
confundir con el módulo de elasticidad del
material). La energía de deformación
o energía potencial elástica UK asociada al
estiramiento o acortamiento un resorte
lineal viene dada por la integración
de trabajo realizado en cada cambio
infinitesimal dx de su longitud:

25. :
Este tutorial se va a centrar en el estudio de los muelles o resortes de tipo helicoidales, fabricados de alambre
con sección redonda, y enrollado formando espiras.
En la figura esquemática adjunta se puede consultar los distintos parámetros geométricos que definen a un
muelle helicoidal tipo:
D diámetro del muelle
d diámetro del alambre
p paso de la espira del muelle
α ángulo de la espira del muelle
Na número de espiras activas del muelle
Aunque en apartados posteriores se volverá a tratar con más profundidad, se define la constante elástica (K) del
muelle como la relación entre la fuerza actuante sobre el muelle y la deformación que origina, es decir:
K = F / y
donde,
y es el valor de la deformación en dirección axial producida en el resorte
F es el valor de la fuerza axial ejercida sobre el extremo del resorte.
Si la fuerza aplicada (F) se mide en newton (N) y la deformación del muelle en metros (m), las unidades de
medida para la constante del muelle (K) será de newton/metro (N/m).

26. La expresión anterior será válida siempre y cuando la tensión del muelle no exceda el límite elástico del
material del alambre.
Para el caso concreto de muelles helicoidales sometidos a un esfuerzo de compresión o extensión, conocido
el módulo de cizalladura (G) del material del que está fabricado las espiras del muelle, la expresión que
permite calcular de manera directa la constante elástica del muelle es la siguiente:
donde,
G es el módulo de cizalladura del alambre del muelle
D es el diámetro de la espira del muelle
d es el diámetro del alambre
Na es el número de espiras activas del muelle
Análisis de esfuerzos
Supongamos a continuación un muelle helicoidal sometido a una carga (F) de compresión, como la que se
muestra en la figura siguiente que se acompaña.

27. La carga (F) axial aplicada en el extremo del resorte originará un esfuerzo de cortadura (V) y una torsión (T)
en el alambre de la espira, de valores:
V = F
T = F · D/2
Estos esfuerzos darán lugar en la sección del alambre de tensiones tangenciales, tanto debido al momento
torsor (T) como al esfuerzo de cortadura (V), de valores:
• Tensiones tangenciales debidas al momento torsor (T):
τT = T / (π·d3/16) = 8·F·D / π·d3
• Tensiones tangenciales debidas al esfuerzo cortante (V):
τV = 1,23·F / (π·d2/4) = (0,615/c)·(8·F·D / π·d3)
donde c = D/d es el llamado índice del resorte.
La tensión tangencial resultante será la suma de ambas tensiones:
τ = τT + τV = (1+0,615/c) · (8·F·D / π·d3) = Ks · (8·F·D / π·d3)
donde Ks es el llamado coeficiente de multiplicación de la tensión de valor:
No obstante, este factor sólo tiene en cuenta los efectos debidos al cizallamiento puro, pero no los
incrementos de tensión producidos por la curvatura del alambre.

28. En efecto, la forma curva de la espira del muelle genera
una concentración de tensiones en las fibras más
interiores de la sección del alambre, que origina una
distribución de tensiones en la sección diferente a la del
caso de una barra recta tensionada.
Por tanto se tiene que, por un lado, debido a la
curvatura se produce una concentración de tensiones
porque la longitud de las fibras interiores del alambre
son más cortas que las exteriores, y por otro lado
además, en las fibras interiores del alambre también se
va a originar una mayor concentración de tensión
debido a que a la tensión tangencial (τV) pura debida al
esfuerzo cortante (F) se le suma la tensión tangencial de
torsión (τT), mientras que en la fibra más externa de la
sección se resta.
Con la siguiente figura que se adjunta, se pretende
ilustrar cómo es la superposición de tensiones que se
produce en la sección del alambre de un muelle
helicoidal.

29. Ejercicio.
Dos resortes helicoidales de compresión, ambos de hilo del mismo acero y diámetro del alambre d=1,5
cm y 7 espiras cada uno, escuadradas y rectificadas, tiene la misma longitud (altura). El diámetro medio
de cada uno es De=10 cm y Di =7,5 cm. Están montados uno en el interior del otro, según se indica en la
figura, y entre dos planos paralelos. El superior es una placa móvil y el plano inferior es el suelo. Si se
aplica una carga total de 60 Kg a la placa, calcular: a) La carga que soportará cada uno de los resortes. b)
La flecha que descenderán (se debe tener en cuenta que ambos deben descender la misma longitud). c)
La tensión total, τ, a la que se ve sometido cada uno de los resortes. Dato: G=800.000