Este documento describe diferentes tipos de uniones, incluyendo uniones fijas como remaches y soldadura, y uniones desmontables como roscas, pasadores y chavetas. Explica que las uniones unen las piezas de las máquinas y se clasifican en fijas o desmontables. Luego proporciona detalles sobre los diferentes tipos de uniones desmontables y fijas, así como sobre el proceso de remachado y cálculo de uniones.
DEFINICIÓN
Son componentes mecánicos que se caracterizan por absorber deformaciones considerables bajo la acción de una fuerza exterior, volviendo a recuperar su forma inicial es decir presenta una gran elasticidad.
Los resortes poseen múltiples usos, en todas las situaciones en las que es necesario aplicar una determinada fuerza y que ésta luego sea retornada en forma de energía (suspensiones de vehículos, cables de conexión, etc.).
MATERIALES EN QUE SON FABRICADOS
Los materiales usados para la fabricación de resortes son: aceros al carbono, aceros aleados, aceros inoxidables, aleaciones a base de cobre y aleaciones a base de níquel.
Los diámetros de alambres van desde los 0,2 mm hasta 50 mm según disponibilidad en el mercado.
Funciones de Los resortes.
Absorción de energía o cargas de choque: suspensión de vehículos,
Elementos motores o fuentes de energía: relojes y juguetes de cuerda,
Para ejercer fuerza o mantener posición: levas y seguidores, troqueladoras, lapiceros,
Para absorber vibraciones,
Para convertir deformación en fuerza: elementos de medición.
Características de los resortes
Elementos mecánicos deformables,
Grandes desplazamientos bajo fuerzas,
Capacidad de recuperación de la forma cuando cesa la fuerza (Alta elasticidad),
dF/dx: rigidez; dx/dF: flexibilidad
CLASIFICACIÓN
Según la forma del resorte: helicoidal cilíndrico, helicoidal cónico, en espiral, laminar.
Según la forma de la sección transversal: circular, cuadrada, rectangular.
Según el tipo de carga que soportan: de compresión, de tracción, de torsión, de flexión.
DEFINICIÓN
Son componentes mecánicos que se caracterizan por absorber deformaciones considerables bajo la acción de una fuerza exterior, volviendo a recuperar su forma inicial es decir presenta una gran elasticidad.
Los resortes poseen múltiples usos, en todas las situaciones en las que es necesario aplicar una determinada fuerza y que ésta luego sea retornada en forma de energía (suspensiones de vehículos, cables de conexión, etc.).
MATERIALES EN QUE SON FABRICADOS
Los materiales usados para la fabricación de resortes son: aceros al carbono, aceros aleados, aceros inoxidables, aleaciones a base de cobre y aleaciones a base de níquel.
Los diámetros de alambres van desde los 0,2 mm hasta 50 mm según disponibilidad en el mercado.
Funciones de Los resortes.
Absorción de energía o cargas de choque: suspensión de vehículos,
Elementos motores o fuentes de energía: relojes y juguetes de cuerda,
Para ejercer fuerza o mantener posición: levas y seguidores, troqueladoras, lapiceros,
Para absorber vibraciones,
Para convertir deformación en fuerza: elementos de medición.
Características de los resortes
Elementos mecánicos deformables,
Grandes desplazamientos bajo fuerzas,
Capacidad de recuperación de la forma cuando cesa la fuerza (Alta elasticidad),
dF/dx: rigidez; dx/dF: flexibilidad
CLASIFICACIÓN
Según la forma del resorte: helicoidal cilíndrico, helicoidal cónico, en espiral, laminar.
Según la forma de la sección transversal: circular, cuadrada, rectangular.
Según el tipo de carga que soportan: de compresión, de tracción, de torsión, de flexión.
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2. ¿Qué son las uniones?
Las uniones son elementos
que unen las piezas que
forman las máquinas, y se
clasifican en dos tipos como
veremos a continuación.
3. UNIONES
Tipos de uniones
Uniones desmontables Uniones fijas
Roscas
Pasadores
Chavetas y
longuetas
Remachado Soldadura
Remache
tubular
Heterogénea Homogénea
4. Uniones desmontables
Uniones desmontables
Roscas Pasadores
Chavetas y
lengüetas
Los tipos de uniones desmontables más
conocidas son:
•Las roscadas.
•Los pasadores.
•Las chavetas y lengüetas.
•Resortes
5. � Son un
tipo de
unión
muy
usual,
que se
divide a
su vez
en:
Las roscas
Roscas
Tornillo
Tuerca
Según posición
de la hélice.
Según forma del
filete
Triangula
r
Trapecial
Redonda
Cuadrada
Número
entradas
Dos
entradas
Tres
entradas
Sentido de
giro
A derecha
A izquierda
Uniones desmontables
6.
7. Por el tipo de rosca puedes ser de rosca gruesa o rosca fina,
También están las roscas ordinarias y roscas de grado
8. LAS CHAVETAS Y LENGUETAS
� Las chavetas son piezas en forma
de cuña , que transmiten
esfuerzos entre las piezas que
unen .Hay dos tipos de chavetas:
chavetas
Longitudinales
Con cabeza Sin cabeza Lengüetas
Lengüetas
Redondas
Tangenciales
9.
10.
11. Los resortes
� De flexión
� De espiral
� De disco o diafragma
� De torsión
12.
13.
14. Uniones remachadas
� Hasta no hace poco los remaches eran las
uniones fijas más utilizadas, (barcos,
aviación, otros, como estructuras
metálicas, calderas etc.) . En los últimos
tiempos el gran desarrollo de la
soldadura ha hecho que los roblones se
utilicen menos.
15. � Se llama remache a una pieza de sección
transversal circular de acero dúctil forjado
en el sitio para unir entre sí varias piezas
de acero. El remache se fabrica con una
cabeza especial, que se denomina cabeza
manufacturada, instalada mediante una
pistola remachadora la cual forma otra
cabeza, durante la instalación. El proceso
completo se llama remachado.
DEFINICIÓN
16. � El proceso de remachado pude ser
realizado en caliente, normalmente
para obras pequeñas realizadas en
taller, o para remaches grandes (más de
1”) , o puede realizarse en frio, para
remachados en campo (remaches de ½” a
7/8”). Inicialmente la cabeza de los
remaches se conseguía a golpe de
martillo, actualmente todo esta
simplificado por el uso de maquinaria
especial.
17. � Para realizar el remachado primero se perfora la chapa
a unir, se coloca el remache (frio o caliente) en la
perforación y se conforma la otra cabeza, tal como se
muestra en la figura de abajo.
18. TIPOS DE REMACHES
� Se puede clasificar los remaches por dos categorías:
� a. Por el tipo de carga que resisten.
� b. Por la forma del remache.
� Por el tipo de carga se tienen remaches a carga axial, y
remaches a carga excéntrica,
� Por la forma se encuentra remaches de cabeza
semiesférica, cabeza avellanada, remaches huecos y
remaches de cabeza de hongo.
19. NORMAS PARA EL DISEÑO DE
UNIONES CON REMACHES
� Las normas para el diseño de remaches
están desarrolladas tanto por la ASME, la
ASTM. De acuerdo a esta, se recomienda
los siguientes materiales para los
remaches:
� ACERO ESTRUCTURAL ASTM A141
� ACERO DE ALTA RESISTENCIA ASTM A195
o A502
� En la norma DIN, se puede revisar los
códigos DIN 660, DIN 124 y DIN 123.
20. �El calculo de uniones remachadas o
atornilladas (empernadas) para su
estudio, se basa en la teoría
elemental de la cortadura.
Cálculo resistente de piezas simples
21. �Si se trata de materiales
metálicos, los medios de unión
comúnmente empleados son
remaches pernos y soldadura.
�Las uniones con pernos tienen
poca aplicación, y las uniones por
medios adhesivos se encuentran
aún en fase experimental.
Cálculo resistente de piezas simples
22. � Las uniones remachadas se llevan a cabo
mediante piezas denominadas roblones o
remaches.
� Un remache es un elemento de unión que
está formado por una espiga cilíndrica
llamada caña, uno de cuyos extremos tiene
una cabeza esférica, bombeada o plana,
llamada cabeza de asiento.
Cálculo resistente de piezas simples
23. � El remache se introduce, calentándolo
previamente entre 950°C (rojo cereza claro) y
1050°C (rojo naranja), en un agujero
efectuado en las piezas a unir y se golpea
bien con martillo neumático o máquina
roblonadora de presión uniforme en el otro
extremo, para formar una segunda cabeza
(cabeza de cierre) que asegure la unión.
Cálculo resistente de piezas simples
24. � La parte de la caña que sobresale, con la que
se va a formar la cabeza de cierre, tiene una
longitud de 4/3 del diámetro del taladro.
Cálculo resistente de piezas simples
25. � El diámetro d1 de la caña del roblón o
remache se hace ligeramente inferior al
diámetro d del agujero con objeto de facilitar
la introducción del remache.
Cálculo resistente de piezas simples
26. � No obstante, en el cálculo consideraremos el
diámetro d del taladro, pues se supone que
después del remachado y enfriamiento
posterior la caña del remache llena
completamente el agujero.
Cálculo resistente de piezas simples
27. � Las uniones empernadas (atornilladas) se
llevan a cabo mediante piezas denominadas
pernos
� Un Perno es un elemento de unión formado
por una espiga cilíndrica llamada caña, uno
de cuyos extremos tiene una cabeza de
forma determinada, estando el otro
extremo roscado.
� La unión se forma introduciendo el perno
en un agujero efectuado en las piezas a unir
y colocando en el extremo roscado una
tuerca con su arandela correspondiente.
Cálculo resistente de piezas simples
28. � Las dimensiones de los pernos vienen
definidas por las distintas normas que
regulan su uso en los diferentes países.
� Por ej. en España esta norma es la MV-106-
1968.
� La suma de los espesores de las piezas a unir
es función de la longitud del vástago del
perno y está definida por las normas.
Cálculo resistente de piezas simples
29. � El uso de uniones con pernos (atornilladas)
resulta interesante en estructuras
desmontables.
� Si la unión es permanente se suele fijar la
tuerca bien con un ligero recalcado de la
parte saliente de la espiga, matando el filete
de la rosca o con un punto de soldadura.
Cálculo resistente de piezas simples
30. � Los pernos se clasifican en pernos ordinarios
y pernos calibrados o de grado, según sus
características geométricas y de colocación.
� En los pernos ordinarios se permite un
huelgo de hasta 1 mm entre el diámetro de la
caña y el del agujero.
� En los pernos calibrados ambos diámetros
deben coincidir.
Cálculo resistente de piezas simples
31. � La elección del diámetro d de los elementos
de unión es función del espesor mínimo de
las chapas a unir.
� Como orientación se recomienda tanto para
roblones como para pernos que:
expresando d y e en cm.
Cálculo resistente de piezas simples
32. �La suma de los espesores
de las piezas unidas será
menor que 4,5 d para
roblones y pernos
ordinarios, y menor que 6,5
d para pernos calibrados.
Cálculo resistente de piezas simples
33. �Las posibles causas de fallo
de una unión remachada o
empernada se resumen en
las indicadas en las
siguientes figuras :
Cálculo resistente de piezas simples
35. Cálculo resistente de piezas simples
a) Fallo por cortadura. Si la tensión de
cortadura en los remaches o pernos es
superior a la tensión admisible tadm (
tensión admisible) del material de los
remaches, la unión se rompería por la
sección del remache sometida a cortadura.
36. Cálculo resistente de piezas simples
b) Fallo por aplastamiento. La unión podría
fallar si un remache aplastara el material de
la placa en la zona de contacto común, o
bien, si el propio remache fuera aplastado
por la acción de la placa.
37. Cálculo resistente de piezas simples
c) Fallo por rotura de la placa a tracción. En
una pieza sometida a tracción, de una unión
mediante remaches, se puede producir el fallo
por rotura de la sección debilitada por los
agujeros para los remaches.
38. Cálculo resistente de piezas simples
d) Fallo por cortadura de la
placa. Se produce este fallo
por desgarro de la placa en la
parte situada detrás del
remache.
39. �Las roturas por fallo de la chapa a
tracción o cortante no se suelen
considerar en el cálculo de la
unión, ya que se evitan al tener en
cuenta las recomendaciones de
las normas en cuanto a distancias
mínimas entre agujeros y entre
éstos y los bordes de las chapas.
Cálculo resistente de piezas simples
40. � No obstante, la comprobación de una
determinada unión a estos dos posibles fallos
no reviste ninguna dificultad.
� Se utilizará la tensión admisible a tracción en
el primer caso y la tensión admisible a
cortadura en el segundo, tensiones en ambos
casos referentes al material de la pieza que
puede presentar esos fallos.
Cálculo resistente de piezas simples
41. �Nos centraremos, pues, en
el cálculo de las uniones
remachadas o empernadas
atendiendo a su posible
fallo por cortadura de los
remaches o fallo por
aplastamiento.
Cálculo resistente de piezas simples
42. � Supongamos que deseamos unir dos chapas de
espesores e1 y e2 mediante una fila de remaches
o pernos y propongámonos calcular el número
de ellos necesarios para que la unión resista la
fuerza P.
Cálculo resistente de piezas simples
43. � Admitiremos que el esfuerzo P se distribuye
uniformemente entre los n elementos de
unión.
Cálculo resistente de piezas simples
44. � El cálculo a cortadura se hace considerando
un reparto uniforme de tensiones cortantes
sobre la sección recta del remache.
Cálculo resistente de piezas simples
Área= πd²/4 d= diámetro del remache remachado.
τadm, esfuerzo unitario admisible al corte del
Material del remache
τ= Esfuerzo admisible al Corte del remache
p=fuerza aplicada
d= diámetro del remache
45. �Si τadm es la tensión admisible a
cortadura, el número mínimo nτ de
remaches o penos que se precisarían
para no sobrepasarla verificaría la
condición de equilibrio
Cálculo resistente de piezas simples
46. Cálculo resistente de piezas simples
� De donde:
siendo d el diámetro del agujero para
remaches y tornillos calibrados, o diámetro
de la espiga para tornillos ordinarios.
47. Por tanto conociendo el esfuerzo admisible unitario al
corte del material del remache, o perno el esfuerzo
máximo al que puede ser sometido, se puede
dimensionar el remache, (perno) es decir conocer el
diámetro que debe tener, para soportar la carga
A la que estará expuesto. De:
48. �Si σc,adm es la tensión admisible a
compresión en la chapa, el
mínimo número nc de remaches o
pernos que se precisarán
verificará A=e*d
Cálculo resistente de piezas simples
49. � De donde:
siendo e el espesor menor de las chapas a unir
aquí: nc= es el numero mínimo de remaches.
d= diámetro del remache
e= espesor de la chapa más delgada.
● σc,adm= la tensión admisible a la compresión.
● nc= número mínimo de remaches.
Cálculo resistente de piezas simples
50. � De acuerdo con la norma española MV-103-
1968, suponiendo P como carga ponderada,
podemos considerar como valores admisibles
para cortadura y compresión los siguientes:
Cálculo resistente de piezas simples
51. � ß = Coeficiente que toma el valor 0,80 para
roblones y tornillos calibrados y 0,65 para
tornillos ordinarios.
� σr = Resistencia de cálculo del acero del
elemento de unión. Normalmente igual a
2.400 kp/cm2 para roblones, y a 2.400 ó
3.000 kp/cm2 para pernos según la clase de
acero, 4D ó 5D
σc,adm = α σu
Cálculo resistente de piezas simples
52. � α = Coeficiente que toma el valor 2 para
uniones con pernos ordinarios y 2,5 para
uniones con remaches o pernos calibrados.
� σu = Resistencia de cálculo del acero de la
chapa. Normalmente, 2400 kp/cm2 para
aceros A-37; 2600 kp/cm2 para aceros A-42;
y 3600 kp/cm2 para aceros A-52.
Cálculo resistente de piezas simples
53. � De los valores obtenidos para el número de
remaches o pernos, nτ y nc, se habrá de
adoptar el mayor.
� Resulta fácil ver la condición que se ha de
verificar entre el valor del espesor menor de
las chapas y el diámetro del elemento de
unión, para que el cálculo se haga de una u
otra forma.
Cálculo resistente de piezas simples
54. �La condición para que nτ = nc será:
Cálculo resistente de piezas simples
56. � Los valores de γ para los distintos
elementos de unión (remaches, pernos
calibrados o pernos ordinarios) y las
distintas clases de acero de las chapas a
unir (A-37, A-42 o A-52) pueden verse en
la siguiente tabla (las tensiones están
expresadas en kp/cm2.
Cálculo resistente de piezas simples
57.
58. � Por tanto, las uniones mediante una fila de
remaches o pernos, cuando éstos trabajan a
cortadura simple, se calcularán a cortadura
cuando el menor espesor de las chapas a unir
verifique e > γd, y a compresión o
aplastamiento de la chapa contra la espiga
cuando e < γd.
� a) e > γd. b) e < γd. c) e = γd
Cálculo resistente de piezas simples
59. �Una unión mediante costura
simple tiene el inconveniente de
que al efecto del esfuerzo
cortante en la sección recta se
añade un momento debido a no
tener las fuerzas iguales y
opuestas aplicadas a las chapas
en la misma línea de acción.
Cálculo resistente de piezas simples
60. � La existencia de este momento tenderá a
provocar una deformación de la costura del
tipo indicado en las figuras (a) y (b), según se
trate de unión con una o dos filas de
remaches.
Cálculo resistente de piezas simples
61. � Este efecto se puede evitar colocando las
placas en alguna de las posiciones indicadas
a continuación:
Cálculo resistente de piezas simples
62. � En este caso los elementos de unión trabajan
a doble cortadura.
� Para el cálculo a cortadura del número menor
nτ de pernos o remaches se tendría:
Cálculo resistente de piezas simples
63. � Para el cálculo por aplastamiento:
Cálculo resistente de piezas simples
64. � Igualando las expresiones de nτ y nc, se tiene:
Cálculo resistente de piezas simples
66. � Es decir, las uniones mediante pernos o
remaches, cuando éstos trabajan a doble
cortadura, se calcularán a cortante cuando el
menor espesor de las piezas verifique
e > 2γd,
� Y a aplastamiento contra la espiga del
elemento de unión, si
e < 2γd
� Los valores de γ se han dado en la tabla
anterior.
Cálculo resistente de piezas simples
67. � El reparto de tensiones de cortadura en los
remaches pertenecientes a distintas filas ya
no es la misma, sino que los pertenecientes a
las filas extremas aparecen más cargados que
los centrales.
� Puede ocurrir que los remaches de las filas
extremas lleguen a la fluencia.
Cálculo resistente de piezas simples
68. Cálculo resistente de piezas simples
� En estos casos, la plasticidad
del material actúa de regulador
alejando el peligro de rotura,
ya que si el diagrama tensión-
deformación de los remaches
es del tipo indicado en la
figura (b), cuando las dos filas
extremas llegan a la tensión de
fluencia la tensión tangencial
se mantiene constante en los
correspondientes remaches.
69. � Mientras, la tensión tangencial en la fila
central (a) se mantiene inferior a la de las filas
extremas, absorbiendo posibles aumentos de
la carga P.
Cálculo resistente de piezas simples
70. �Todo lo expuesto
anteriormente se refiere al
cálculo de uniones
remachadas en las que la
carga está centrada
respecto a la posición de
los remaches.
Cálculo resistente de piezas simples
71. �Se presentan con frecuencia
casos de uniones remachadas en
los que la carga es excéntrica,
como ocurre en la unión indicada
en la Figura (a) siguiente, y cuyo
cálculo simplificado se basa en la
teoría elemental de la cortadura.
Cálculo resistente de piezas simples
73. Cálculo resistente de piezas simples
� La solicitación exterior
(Fig. a) es equivalente
a una carga P y un
momento M = Pe,
aplicados ambos
vectores en el centro
de gravedad G de los
taladros (Fig. b).
74. Cálculo resistente de piezas simples
� La carga P se reparte
entre los remaches
de forma uniforme,
es decir, sobre cada
remache actuará en
sentido vertical un
esfuerzo cortante
P/n, si n es el
número de ellos (Fig.
c).
76. UNIONES FIJAS SOLDADAS
Las uniones tienen , dentro de los proyectos
de las construcciones de acero,
especial relevancia y porque no decirlo,
dificultad. Toda unión es por su propia
naturaleza una discontinuidad y por tanto,
una zona potencialmente peligrosa:
de hecho, multitud de accidentes se deben a
uniones mal proyectadas o mal ejecutadas.
77. En el proyecto de una unión entre dos o mas
piezas de una estructura metálica se distinguen
dos fases principales.
La primera y mas importante es la concepción y
diseño general de la misma, eligiendo entre
uniones soldadas o atornilladas y dentro de cada
tipo el modelo de unión: a tope, en Angulo, con
cubrejuntas, con chapa frontal, con casquillos,
etc.
78. En la segunda fase, el proyectista
ha de comprobar la capacidad
portante de la unión elegida. En el
caso mas general esta
comprobación se realiza en tres
etapas:
79. Determinación de los esfuerzos a los que se
encuentra sometida la unión, que en general
depende de su rigidez, por lo que nos
encontraremos ante un problema isostático o
hiperestático (donde no es suficiente analizar
las leyes de la estática para averiguar los
esfuerzos que la solicitan, sino que es preciso
tener en cuenta además las deformaciones
locales de la propia unión).
80. Determinación de las tensiones que estos esfuerzos
originan en los distintos elementos de la unión
(cordones de soldadura, tornillos, casquillos, cartelas,
etc.)
Comprobación de que estas tensiones no ocasionan
el agotamiento de ninguno de dichos elementos.
Para conseguir un diseño adecuado de una unión
deben considerarse además una serie de factores o
consideraciones de carácter económico y técnico:
81. La soldadura constituye una unión fija
entre dos o más piezas metálicas, por lo
general de igual material, las cuales por
medio de calor entregado a las mismas, y
casi siempre a un material adicional de
aporte, se funden y se combinan
resultando una unión por cohesión en las
denominadas soldaduras fuertes y por
adhesión en las denominadas soldaduras
blandas.
82. Por lo tanto se tienen soldaduras con
aporte y sin aporte de material, siendo las
primeras las que se unen por simple
fusión de cada uno de los materiales, o
del material de aporte, y las segundas las
que además de la fusión necesitan que se
ejerza presión entre ellas para que se
realice la unión.
83. Las soldaduras fuertes se realizan
mediante soldadura oxiacetilénica
(soldadura autógena), soldadura eléctrica
por arco voltaico, soldadura
aluminotérmica y por resistencia eléctrica
y presión. Las soldaduras blandas son las
estañadas, donde el material aportado es
de menor resistencia y dureza que los que
se unen.
84.
85. Esta soldadura se realiza utilizando el calor producido por
la llama que se produce al entrar en combustión el
acetileno (C2H2) cuando reacciona con el oxígeno que se
le proporciona específicamente con esta finalidad. Para
ello se utiliza un soplete soldador (Fig.3.15), al cual
llegan acetileno y oxígeno por distintos conductos,
existiendo válvulas en el soldador para dejar fluir ambos
gases hacia una boquilla y tubo mezclador donde se
combinan los mismos
Soldadura oxiacetilénica
86. Se realiza por la fusión de las piezas a soldar
y el material de aporte utilizando el calor que
desarrolla el arco voltaico que se produce al
circular una corriente eléctrica, a través del
aire, entre los electrodos positivo y negativo,
constituidos por la pieza a soldar que actúa
de ánodo y la pinza con la varilla del material
de aporte que es el cátodo, elevándose la
temperatura hasta aproximadamente 3600°C.
Soldadura eléctrica por arco
voltaico
87. Para simplificar se denomina electrodo a la
pinza con la varilla de aporte de material y
pieza al material a soldar. Por lo general se
utiliza corriente continua, con tensiones entre
50 V y 70 V para encender el arco siendo
necesario para mantenerlo durante el trabajo
tensiones de 20 V y 30 V, circulando
corrientes entre 50 a 500 amperes. La
corriente eléctrica se produce, ya sea en un
transformador-rectificador conectado a la red
eléctrica industrial o en un generador.
88.
89. El electrodo, en la soldadura manual por arco
eléctrico, está constituido por una varilla de
acero o aleación, las que actualmente vienen
todas revestidas o recubiertas con un material
especial, como pueden ser el óxido de titanio
(revestimiento de rutilo), el ferromanganeso
(revestimiento ácido), el carbonato cálcico
(revestimiento básico) o la celulosa
(revestimiento orgánico).
90. Al producirse la elevación de la
temperatura, el revestimiento se funde y
forma una envoltura gaseosa que impide la
penetración del nitrógeno y del oxígeno del
aire, que causarían, el primero la fragilidad
del material y, el segundo, inclusiones de
óxidos, que debilitan la soldadura
91. Los electrodos están normalizados según Normas
IRAM, DIN, SAE, etc., las que dan sus dimensiones y
características (Fig.3.22), como ser el diámetro de
las varillas, tanto del alma como del revestimiento, su
longitud total l y su longitud l’ correspondiente a la
zona donde es sujetada por la pinza y la cual no
tiene revestimiento para permitir el contacto directo y
con ello la circulación de la corriente eléctrica.
92. Espesores de chapas con sus correspondientes
diámetros de electrodos con revestimiento y las
intensidades de corrientes
93. En el proceso de soldadura, al fundirse el metal
por la elevada temperatura, el arco eléctrico
produce en la pieza una pequeña depresión,
llamada cráter. Al mismo tiempo, la extremidad
del electrodo se funde por el calor del arco
eléctrico y se desprende en forma de gotas,
depositándose el metal en el cráter e
incorporándose al metal base de la pieza.
Proceso de soldadura
94.
95. Soldadura por puntos : consiste en la aplicación de una
tensión a las piezas a soldar
mediante dos electrodos (Fig.3.26-a), que por lo general son
cilíndricos y enfriados interiormente por agua, con un diámetro
D en el cuerpo del electrodo y un diámetro d en la
punta de contacto del electrodo con las piezas (Fig.3.26-b)
96.
97.
98.
99. DISEÑO DE UNIONES SOLDADAS
Los materiales del cordón y de los elementos originales
determinan los esfuerzos
Admisibles. La tabla 20:2 contiene varios ejemplos para
acero y aluminio. Los Elementos admisibles mencionados
son para cortante de soldadura de Chaflan.
Para acero soldado con el método de arco eléctrico , el tipo
de electrodo contiene una indicación de la resistencia a la
tensión del metal de aporte por Ej., el electrodo E70 tiene
una resistencia mínima de tensión de 70 Ksi.
100. En el diseño de uniones soldadas es
necesario considerar la forma de aplicación
de la carga sobre la junta, los materiales en
la soldadura y en los elementos que se van a
unir, la geometría de la junta misma . La carga
puede estar uniformemente distribuida sobre
la soldadura de tal modo que todas sus
partes tengan el mismo Esfuerzo o bien se
pueda aplicar excéntricamente.
101.
102. Tamaño de la soldadura.
Los cinco tipos de soldadura en la fig 20:7 se hacen con
cordones de penetración Completa. Entonces para las
soldaduras a tope, la soldadura es más resistente que los
metales originales y no se necesita análisis.
Las soldaduras de chaflan son hechas en forma de triangulo de
catetos iguales, en el caso típico, y el tamaño de la soldadura
es la longitud del cateto. Una soldadura de chaflan con carga
de cortante tenderá a fallar a lo largo de la dimensión menor del
cordón, que es la línea que va de la raíz del cordón hasta la
cara teórica del mismo en dirección perpendicular a esa
carga. La longitud de esa carga (la garganta) se calcula con
trigonometría sencilla y es igual a 0.707 w donde w es la
dimensión del cateto o del lado.
106. Procedimiento general para diseñar uniones soldadas.
1. Proponer la geometría de la unión y el diseño de los
elementos a unir.
2. Identificar los esfuerzos que se desarrollan en la unión
(flexión, torsión, cortante vertical, tensión o compresión
directa.
3. Analizar la junta para determinar la magnitud y la dirección de
las fuerzas sobre la soldadura, debido a cada tipo de carga.
4. Combinar vectorialmente las fuerzas en la unión, o en los
punto del cordón donde las fuerzas parezcan máximas.
5. Dividir la fuerza máxima sobre la soldadura entre la fuerza
admisible, de la tabla 20:3, para calcular el lado requerido
para el cordón. Observe que cuando se sueldan placas
gruesas, los tamaños mínimos aceptables de los cordones
son los que se muestran en la tabla 20:4
107. Problema
• Diseñar la unión soldada como la que se muestra en la figura. El material a soldar es ASTM A36
• (utilizar electrodo E60). Determinar el espesor de la soldadura
SOLUCIÓN:
Definir la geometría de la unión, en base a la 20.8 factores geométricos para análisis de soldadura,
para el caso se puede elegir la Nº 5, de esta grafica tenemos los siguientes datos:
P=6000lb.
12”
e =1/2” espesor de la plancha
8”
6”
108. � Análisis de fuerzas, la soldadura es sometida a cortante
directo vertical y a torsión por efecto de la carga p. con
los factores geométricos tenemos: d=8, b=6, entonces:
�
plg
Plg.
Hay que calcular las coordenadas del centro de gravedad que es por donde pasa la fuerza que
actúa en la soldadura.
Cv= d-Y(Prom)= 8-4=4 Plg.
Ch= b-X(prom)= 6-1.8= 4.2 plg
109. � Ahora hacemos el cálculo debido:
� Corte vertical:
Esta fuerza actúa de forma vertical hacia abajo.
La fuerza debida al momento de torsión: d= 12+b-X (prom)
Este momento produce una fuerza sobre la soldadura que es perpendicular a
una radial desde el centro de gravedad de la soldadura hasta el punto de interés,
que es el cordón superior que sostiene la máxima fuerza, y se compone de una
fuerza horizontal y una fuerza vertical
Fuerza
horizontal
Fuerza
vertical:
La suma de las fuerzas es:
110. � La fuerza resultante es: =
2024.02lib/plg
� Con tabla 20.3 para electrodos E-60 la fuerza admisible por pulgada de lado
es 9.600 lib/plg.
La longitud necesaria por pulgada de
lado es
.
Por recomendación para planchas de espesor de ½ plg el tamaño mínimo de lado para soldadura de
chaflan en plg es 3/16plg , por lo que podemos asumir que el valor encontrado es bueno está por
encima del mínimo recomendado.