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Problema modelo 20-2.
Diseñe una mensula parecida a la figura “a”, pero fije la mensula a la columna con
soldadura. La mensula tiene 6,00 pulgadas de altura y de acero ASTM A36, de ½
pulgada de espesor. Tambien, la columna es de acero A36, y tiene 8,00 pulgadas de
ancho.


Solucion

      Paso 1. La geometria propuesta es una decision de diseño, y podra estar
sujeta a posteriores iteraciones para llegar a un diseño optimo. Como primera
alternativa, use el cordon en forma de C, mostrado en la figura “a”.

     Paso 2. La soldadura sera sometida a cortante vertical directo y a la torsion
causada por la carga de 3500 lb sobre la mensula.

      Paso 3. Para calcular las fuerzas sobre la soldadura, se deben conocer los
factores geometricos Aw y Jw. Tambien se debe calcular el lugar del centoride del
cordon (ver figura b). emplee el caso 5 de la figura 20-8.

                          Aw = 2b + d = 2(4) + 6 = 14 pulgadas

                                3              2         3            2
                         2b d       b2 b d          14       16 10
                    Jw                                                    114,4 pu lg 3
                           12         2b d          12         14

                                          b2       16
                                    x                    1,14 pu lg
                                        2b d       14




UNIDAD V. UNIONES SOLDADAS. PROF. ROGER MEDINA. LAPSO 2008                                Página 1/8
El momento de torsión causa una fuerza sobre la soldadura, que es
perpendicular a una línea radial desde el centroide de la figura del cordón hasta el
punto de interés. En este caso, el extremo del cordón superior a la derecha sostiene
la máxima fuerza. Lo más conveniente es descomponer la fuerza en componentes
horizontal y vertical, para después volver a combinar todos esos componentes y
calcular la fuerza resultante:




UNIDAD V. UNIONES SOLDADAS. PROF. ROGER MEDINA. LAPSO 2008                 Página 2/8
Paso 4. La combinación vectorial de las fuerzas sobre la soldadura se muestra
en la figura 20-9(c). Entonces, la fuerza máxima es de 1560 lb/pulg.


      Paso 5. Al seleccionar electrodos E60 para soldar, observe que la fuerza
admisible por pulgada de lado es de 9600 lb/pulg (tabla 20-3). Entonces, la longitud
necesaria del lado es

                             1560 lb / pu lg
                         w                                       0,163 pu lg
                             9600 lb / pu lg por pu lg de lado




      En la tabla 20-4 se indica que el tamaño del cordón mínimo, para una placa
de ½ pulgada es de 3/16 (0,188) de pulgada. Debe especificarse este tamaño.




UNIDAD V. UNIONES SOLDADAS. PROF. ROGER MEDINA. LAPSO 2008                     Página 3/8
UNIDAD V. UNIONES SOLDADAS. PROF. ROGER MEDINA. LAPSO 2008   Página 4/8
Problema modelo 20-4
Evalúe el diseño de la figura 20-11, con respecto a esfuerzos en las soldaduras. Todas
las partes del conjunto son de acero estructural ASTM A36, soldadas con electrodos
E60. La carga de 2500 lb es carga fija.




UNIDAD V. UNIONES SOLDADAS. PROF. ROGER MEDINA. LAPSO 2008                  Página 5/8
El chaflan de ¼ de pulgada especificado en la figura 20-11 es satisfactorio.




UNIDAD V. UNIONES SOLDADAS. PROF. ROGER MEDINA. LAPSO 2008                 Página 6/8
Figura 20-8. Factores geometricos para el analisis de soldadura




UNIDAD V. UNIONES SOLDADAS. PROF. ROGER MEDINA. LAPSO 2008                  Página 7/8
Formulas for welded connections types 1-3.
                              Dimensions       Bending         Torsion
                                of weld
                                       Aw       d              SW d 2 / 6                 JW d 3 / 12
                                                               M Pa                       T Pa
                                                                                          c d /2


                                   Aw       2d                 SW        d 2 /3                 b (3b 2         d 2)
                                                                                     JW
                                                                                                           6


                                       Aw   2b                  SW        bd                        b3     3bd 2
                                                                                         JW
                                                                                                           6



                    Formulas for welded connections types 4-6.
            Dimensions          Bending                Torsion
              of weld
             Aw   b           d                           4bd d 2                                   (b     d )4     6b 2d 2
                                            At top : SW                                  JW
                     b    2                                  6                                            12(b      d)
             x                                               d 2 ( 4b d )
                  2(b 2)                    At bottom : SW
                                                              6(2b d )
                    d2
             y
                  2(b 2)


             Aw   d           2b                     SW   bd    d2 /6                         (2b        d )3     b 2 (b   d )2
                                                                                    JW
                      b   2
                                                                                                    12              (2b    d)
             x
                  2b          d

             Aw       b       2d                               2bd       d2                    (b     2d )3        d 2 (b d )2
                                            At top : SW                              JW
                      d   2                                          3                               12              (b 2d )
             y
                  b       2d                                         d 2 ( 2b d )
                                            At bottom : SW
                                                                       3(b d )


                           Formulas for welded connections types 7-9.
                          Dimensions      Bending           Torsion
                            of weld
                          Aw           2b       2d        SW    bd       d 2 /3                     (b      d )3
                                                                                          JW
                                                                                                           6


                          Aw           2b       2d        SW    bd       d 2 /3                b3        3bd 2     d3
                                                                                    JW
                                                                                                           6


                                  Aw        d             SW         (d 2 / 4)            JW         (d 3 / 4)




UNIDAD V. UNIONES SOLDADAS. PROF. ROGER MEDINA. LAPSO 2008                                                                        Página 8/8

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  • 1. Problema modelo 20-2. Diseñe una mensula parecida a la figura “a”, pero fije la mensula a la columna con soldadura. La mensula tiene 6,00 pulgadas de altura y de acero ASTM A36, de ½ pulgada de espesor. Tambien, la columna es de acero A36, y tiene 8,00 pulgadas de ancho. Solucion Paso 1. La geometria propuesta es una decision de diseño, y podra estar sujeta a posteriores iteraciones para llegar a un diseño optimo. Como primera alternativa, use el cordon en forma de C, mostrado en la figura “a”. Paso 2. La soldadura sera sometida a cortante vertical directo y a la torsion causada por la carga de 3500 lb sobre la mensula. Paso 3. Para calcular las fuerzas sobre la soldadura, se deben conocer los factores geometricos Aw y Jw. Tambien se debe calcular el lugar del centoride del cordon (ver figura b). emplee el caso 5 de la figura 20-8. Aw = 2b + d = 2(4) + 6 = 14 pulgadas 3 2 3 2 2b d b2 b d 14 16 10 Jw 114,4 pu lg 3 12 2b d 12 14 b2 16 x 1,14 pu lg 2b d 14 UNIDAD V. UNIONES SOLDADAS. PROF. ROGER MEDINA. LAPSO 2008 Página 1/8
  • 2. El momento de torsión causa una fuerza sobre la soldadura, que es perpendicular a una línea radial desde el centroide de la figura del cordón hasta el punto de interés. En este caso, el extremo del cordón superior a la derecha sostiene la máxima fuerza. Lo más conveniente es descomponer la fuerza en componentes horizontal y vertical, para después volver a combinar todos esos componentes y calcular la fuerza resultante: UNIDAD V. UNIONES SOLDADAS. PROF. ROGER MEDINA. LAPSO 2008 Página 2/8
  • 3. Paso 4. La combinación vectorial de las fuerzas sobre la soldadura se muestra en la figura 20-9(c). Entonces, la fuerza máxima es de 1560 lb/pulg. Paso 5. Al seleccionar electrodos E60 para soldar, observe que la fuerza admisible por pulgada de lado es de 9600 lb/pulg (tabla 20-3). Entonces, la longitud necesaria del lado es 1560 lb / pu lg w 0,163 pu lg 9600 lb / pu lg por pu lg de lado En la tabla 20-4 se indica que el tamaño del cordón mínimo, para una placa de ½ pulgada es de 3/16 (0,188) de pulgada. Debe especificarse este tamaño. UNIDAD V. UNIONES SOLDADAS. PROF. ROGER MEDINA. LAPSO 2008 Página 3/8
  • 4. UNIDAD V. UNIONES SOLDADAS. PROF. ROGER MEDINA. LAPSO 2008 Página 4/8
  • 5. Problema modelo 20-4 Evalúe el diseño de la figura 20-11, con respecto a esfuerzos en las soldaduras. Todas las partes del conjunto son de acero estructural ASTM A36, soldadas con electrodos E60. La carga de 2500 lb es carga fija. UNIDAD V. UNIONES SOLDADAS. PROF. ROGER MEDINA. LAPSO 2008 Página 5/8
  • 6. El chaflan de ¼ de pulgada especificado en la figura 20-11 es satisfactorio. UNIDAD V. UNIONES SOLDADAS. PROF. ROGER MEDINA. LAPSO 2008 Página 6/8
  • 7. Figura 20-8. Factores geometricos para el analisis de soldadura UNIDAD V. UNIONES SOLDADAS. PROF. ROGER MEDINA. LAPSO 2008 Página 7/8
  • 8. Formulas for welded connections types 1-3. Dimensions Bending Torsion of weld Aw d SW d 2 / 6 JW d 3 / 12 M Pa T Pa c d /2 Aw 2d SW d 2 /3 b (3b 2 d 2) JW 6 Aw 2b SW bd b3 3bd 2 JW 6 Formulas for welded connections types 4-6. Dimensions Bending Torsion of weld Aw b d 4bd d 2 (b d )4 6b 2d 2 At top : SW JW b 2 6 12(b d) x d 2 ( 4b d ) 2(b 2) At bottom : SW 6(2b d ) d2 y 2(b 2) Aw d 2b SW bd d2 /6 (2b d )3 b 2 (b d )2 JW b 2 12 (2b d) x 2b d Aw b 2d 2bd d2 (b 2d )3 d 2 (b d )2 At top : SW JW d 2 3 12 (b 2d ) y b 2d d 2 ( 2b d ) At bottom : SW 3(b d ) Formulas for welded connections types 7-9. Dimensions Bending Torsion of weld Aw 2b 2d SW bd d 2 /3 (b d )3 JW 6 Aw 2b 2d SW bd d 2 /3 b3 3bd 2 d3 JW 6 Aw d SW (d 2 / 4) JW (d 3 / 4) UNIDAD V. UNIONES SOLDADAS. PROF. ROGER MEDINA. LAPSO 2008 Página 8/8