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    312 SOLDADURA

    12. Determinar la capacidad de carga de la soldadura de

    tapn que se muestra en la figura 2517.

    Utilizar

    una ca

    pacidad de esfuerzo cortante

    permisible

    de 13.600 psi.

    La carga es constante.

    Solucin:

    Area de corte

    =:

    ~ 7 T D 2

    =

    ~ 7 T ( a ) 2

    '"

    0,441 pul'2

    Fuerza permisible

    F =

    (13.600)(0,441) =: 6000 pul

    PROBLEMAS

    PROPUESTOS

    Fig.

    25-17

    13. Una

    bar 18.

    de seccin 1" X

    f

    est soldada a un cilindro de 4 pul de dimetro. De

    terminar la dimensin de una soldadura de filete a 45. Suponer que el esfuerzo

    de corte trasversal est distribuido

    uniformemente

    en la soldadura. Utilizar una

    carga permisible de 9600 lb por pulgada de soldadura.

    Hesp

    Para un momento de flexin de 1800 lb-pul, el mdulo de la seccin de la

    Boldadura es w

    =

    bd

    + d ~ 3

    '"

    t l )

    +

    '2/3 =: 0,83

    pul'2 y la carga resultan

    te

    por pulgada de soldadura es V2160'2 +

    50'2 = 2160

    lb

    Y

    la

    dimensin

    de

    la soldadura es 2160/9600 = 0,225 ; utilizar

    4 .

    Como la carga es esencial

    mente trasversal a la soldadura, se puede emplear una soldadura pequea,

    con base

    en

    una carga permisible de 11.300 lb por pulgada de soldadura_

    Sin

    embargo. es satisfactoria una dimensin w _

    14. Determinar la

    dimensin

    de la soldadura de filete que se debe emplear para unir las placas planas que se mues

    tran

    en

    la figura 25-19.

    Hesp w _ 0,368 ; utilizar w = t para una carga permisible de 9600 Ib/pul

    Fig.

    25-19

    Fig. 26-20

    Fig.

    25-21

    16.

    En la figura

    25-20 se muestra una canal

    soldada a un soporte. Para una carga constante de

    5000 lb,

    determinar

    la

    dimensin

    de la soldadura requerida. Suponer "que la carga vertical se distribuye

    uniformemente

    sobre la

    soldadura.

    Hesp w

    =

    18 pul'2,

    2780

    lb/pul debidas a la flexin; 500 lb-pul

    debidas

    al esfuerzo cortante, resultante =

    2830 lb/pul y w = 0,294 para una carga permisible de 9600 lb por pulgada de soldadura; utilizar

    ,

    w

    =

    j

    18. Una canal est soldada a un soporte, como se muestra

    en

    la figura 2521. La carga se aplica de una forma tal

    que varia desde cero hasta un mximo de 5000 lb. Suponer que la carga wrtical se distribuye uniformemente

    sobre la soldadura. Determinar: o) La carga resultante mxima sobre la soldadura,

    (b)

    la carga mnima sobre

    la soldadura, e) la carga permisible por pulgada de soldadura, para 2.000.000 de ciclos, y

    (d)

    la dimensin de

    la soldadura.

    H e ~ p a) ~ 3 lb por pulgada (igual que en el problema 15).

    b)

    Cero.

    (e)

    Para....K = O la carga permisible

    por pulgada,de soldadura es 5090 lb/pul. (d) u

    =

    0,556 ; utilizar w =

    f

    17. Se ha calculado que la dimensin de una soldadura debe ser 0,180 . Si se utiliza una soldadura de filete det",

    a intervalos, determinar el espaciamiento.

    Resp Utilizar una soldadura de f con intervalos de

    3

    pul de longitud

    y

    espaciamientos de 6 pul

    18.

    En una placa de I pul de espesor se utiliza una soldadura de tapn de 1 " de dimetro. Cul es la carga de di

    seo para

    un

    esfuerzo de corte permisible de 13.600 psi?

    R e ~ p 24.000 lb

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    SOLDADURA

    311

    y distancia desde el rea que est

    encima

    de la soldadura hasta el

    centro

    de gravedad (= 2l pul)

    momento de inercia de

    toda

    la seccin alrededor del eje que pasa por el centro de gravedad

    de

    la viga (= 20.020 pul

    4

    )

    nmero

    de

    soldaduras

    (= 2)

    La dimensin de la soldsdura es w = 1575/9600 = 0,164

    (dimensin

    para soldadura continua).

    Aunque sobre algunas soldaduras se produce muy poco o ningn esfuerzo,

    por

    razones prcticas es mejor

    no

    poner soldaduras demasiado

    pequeas en

    una placa

    gruesa. La siguiente

    tabla, dada

    por la American Welding

    Society, se puede

    utilizar

    como gua. As, la

    dimensin

    mnima calculada

    de

    la

    soldadura

    es 0,164. ,

    para una

    soldadura continua.

    Sin embargo, segn la tabla,

    para una

    placa de 2 la

    mnima dimensin

    de

    la soldadura

    es

    t

    Obsrvese que la dimensin de la soldadura de filete no debe exceder el espesor de la placa ms delgada.

    Como la soldadura de j- tiene una

    gran

    resistencia, se puede

    utilizar soldadura a intervalos. As mismo, la Lincoln Electric Co. re

    comienda que la dimensin de la

    soldadura,

    empleada para los clcu

    los de diseo o

    para

    la

    determinacin

    de la longitud,

    no

    debe exceder

    t

    del espesor del alma, o sea t(t)

    =

    0,333 .

    Esta

    recomendacin

    se

    basa

    en que el

    esfuerzo

    de corte en la placa ms delgada se limita

    a 13.000 psi (segn la AWS Bridge Code). As, aunque

    se

    deba utilizar

    una

    soldadura det , los clculos se basan en

    una

    soldadura de 0,333 .

    R

    _ 0,164 _ 49%

    - 0,333 -

    Espesor de la

    placa

    ms

    gruesa

    hasta 1

    desde f '

    hasta

    desde

    a

    hasta

    desde

    1-4

    hasta 2

    desde 2 hasta 6

    ms de 6

    Dimensin

    mnima

    de

    1.

    soldadura

    3/16

    pul

    lj4pul

    5/16

    pul

    3/8

    pul

    1/2 pul

    5/8 pul

    Utilizando

    un

    valor R de 5 0 ~ en la

    tabla de

    porcentajes de soldadura continua, las longitudes del interva

    lo de soldadura y del espacio pueden ser; 2-4, 3-6

    4-8_

    Entonces,

    la recomendacin fmal es utilizar

    una

    soldadura

    de t

    (dimensin),

    con

    intervalos

    de 2 pul de

    longitud y

    distancia entre

    centros de 4 pulgadas.

    1 L

    Se

    debe soldar una viga rectangular a una placa. La mxima carga de 3000 lb se aplica repetida

    mente.

    Determinar la dimensin de

    la

    soldadura necesaria para resistir 10.000.000 de ciclos, Su

    pOner

    que

    la

    carga

    de

    corte est

    distribuida uniformemente sobre

    toda

    la

    soldadura_ Referirse a

    la

    figura

    25-16_

    Solucin:

    Considerar las soldaduras horizontales, donde el esfuerzo de flexin es

    mximo (las soldaduras superior e inferior estn igualmente esforzadas).

    El momento de flexin vara

    desde

    un mximo de 3000(6) = 18.000

    lb-pul, en

    un

    sentido,

    hasta un

    mximo de 3000(6)

    =

    18.000 lb-pul en el

    sentido opuesto. La fuerza de corte vara desde 3000 lb hacia arriba hasta

    3000 lb hacia abajo.

    El mdulo de la seccin de la soldadura es

    Zw= bd d

    /3 (2)(3)+

    3

    2

    /3 ' 9 pul

    2

    La

    carga

    (en

    lb/pul)

    debida

    a la flexin es

    f

    =

    M/Zw

    =

    18.000/9_

    2000 lb/pul

    Fuerza de corte media

    V 3000 ' 300 lb;pul

    L J 2 3 2 3

    Fuerza

    mxima/pul

    V200Q2 +

    300

    2

    2020 lb;pul

    La fuerza

    mxima

    varia desde 2020

    lb/pul en un

    sentido,

    hasta 2020

    lb/pul en el sentido opuesto. Esto es a s ~

    tanto

    para la soldadura superior,

    como para la inferior.

    La

    fuerza permisihle por pulgada,

    para resistir

    2.000.000 de ciclos, es

    5090 5090

    f2 .000.000 --i- t '

    33901b;pul

    .

    _1 2K

    l - :H - l )

    ---

    ,

    ,

    I d _ 3

    J---------

    FiI_

    25-16

    donde

    K '

    esfuerzo mnimo

    . .

    fu

    _

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    310

    SOLDADURA

    (1)

    g

    (h

    Componente vertical fv '

    3,75

    (3080) ' 18501b;pul

    V5') + 3,75'2

    Componente horizontal

    f

    h

    '

    5 (3080) ' 2460 lb/pul

    V5

    2

    + 3,75'2

    Obsrvese que Iv y I l. se pueden obtener directamente, utilizando la

    distancia

    horizontal el = 3,75"

    Y

    la

    distancia vertical

    Cl)

    = 5", en

    la

    frmula 1= TC/J

    w

    Combinando las componentes horizontal y vertical en

    el punto A,

    la carga por pulgada es

    Para cargas constantes la

    loldadura de f".

    F V(2460)'2+ (400+1850)'2 = 33301b;lul

    . I real

    longitud de la soldadura es w '"

    f

    permioible

    Usar una

    Obsrvese que la carga permisible es

    9600

    lb por cada pulgada de soldadura, o sea que se utiliza

    la

    carga permisible para carga paralela cuando hay

    una

    combinacin de cargas trasversal y paralela.

    Un anlisis diferente, que se justifica con base en la distribucin

    de

    fuerza de corte trasversal que se hace

    en el anlisis de vigas, consiste en considerar que las soldaduras superior e inferior no soportan fuerza de

    corte trasversal.. El mximo e.sfuerzo de corte trasversal en

    una

    seccin rectangular es

    3V/2A

    en

    el

    eje

    neutro. Aal:, el elfueno de corte directo en el punto

    A

    es cero y en el punto

    E

    la

    mxima

    fuerza de corte

    por pulgada

    etI

    f

    =

    (. :::.)

    -

    . (8000)

    =

    1200 lblr.ul

    s

    2

    Lw

    - 2

    10

    /l

    En el

    punto A

    la fuerza resultante por pulgada de soldadura, debida nicamente a la torsin, es

    3080

    lb,1rul, como Be determin en la

    parte

    (e).

    La dimensin de la soldadura

    es

    crtica en

    el punto A

    (yen el punto

    B

    y

    es

    w

    f real 3080

    Utilizar

    una

    soldadura de

    f

    permi.ibl.

    9600

    .1.

    11

    l

    lO

    8

    9. Una

    barra

    circular est soldada a una placa de

    acero.

    El dimetro de la barra,

    d

    es 2 pul. Determi-

    nar

    la

    dimensin

    de la soldadura requerida.

    10.

    Solucin;

    Momento

    de

    flexin

    =

    (2000)(8)

    =

    16.000

    lbpul.

    Fuerza de corte

    =

    2000 lb. El mdulo de la s ec in de la soldadura considerada como

    una

    lnea,

    es (vase la figura 25-7(a))

    Z", =

    4m(-

    =< q7T(2)'2 ::

    3,14

    pul '2

    La fuerza por pulgada de soldadura, en la parte superior y en

    ferior, es

    la in-

    lB '" MIZ , '"

    16.000/3,14

    = 51001b;pul

    Suponiendo que la fuerza de corte est uniformemente distribuida, el

    esfuerzo de corte vertical es

    s =

    VIL

    III

    2000/27T = 318 lb/pul

    Carga resultante,

    I

    ='

    3,75

    , . _ - _ ~ B

    C

    Torsin

    Fig.

    25-13

    A

    400

    1850

    2460

    Ca ,

    rMultant. por pulgada

    =

    V2460

    2

    + 400+1BSOj2

    = 3330 lb/pul

    Combinando

    los efectos del corte

    directo y

    la torsin

    en

    A

    b)

    Remplazar

    la fuerza original de 8000 lb por

    una

    fuerza de 8000 lb

    actuando

    en el

    centro

    de gravedad y un

    par

    igual a 8000(23,75) = 190.000 lb-pul (que produce torsin).

    e)

    Se supone que la fuerza vertical

    de

    8000 lb est uniformemente distribuida sobre la soldadura y produce

    una carga

    de (8000)/(5

    10 5) = 400

    lb por pulgada

    de

    soldadura.

    d)

    Ahora

    se determina

    el efecto del

    par

    de torsin. El

    momento

    polar

    de

    inercia de la

    soldadura

    (que se

    con

    sidera como una lnea) es

    (10+10)3

    12

    (e)

    En

    los

    puntos A

    y

    B

    la mxima

    carga de

    torsin.

    1

    es

    (190.000)

    V ~ 5 ' ; - + - 3 - , - 7 5 '

    385,4

    f

    TC

    J

    w

    f(s+

    10)2

    2(5)+10

    3080 lb;tml

    donde

    e = distancia

    desde el

    centro

    de gravedad

    hasta

    el

    punto

    que se est

    analizando.

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    5/12

    308

    SOLDADURA

    1)

    La

    fuerza V rmisible por pulgada de soldadura et F

    a dimensin de la soldadura.

    13.800w(l)

    1,21

    11.300w. donde

    3.

    Cmo es la

    distribucin

    de

    carga en soldaduras sometidas

    a

    carga paralela,

    si

    las

    soldaduras son

    relativamente largas?

    Solucin;

    Si las soldaduras son largas, la distribucin de carga no es uniforme. La carga mxima por pulgada de

    soldadura depende de la longitud de la misma. Los valores de la carga permisible por pulgada de soldadura se

    reducirn aproximadamente

    al 90%

    de dicho valor para soldaduras cortas.

    4.

    Considerando

    la

    soldadura como una lnea,

    determinar

    el

    mdulo de

    la

    seccin

    en flexin, ZIu

    de

    una soldadura de d pulgadas

    de

    altura.

    Referirse

    a

    la figura

    25-10.

    Soluci'n: .1Id 3

    Momento de inercia / y2 dy '

    Id

    y

    5.

    Considerando la soldadura

    como

    una

    de

    inercia alrededor

    del

    centro,

    J

    w

    '

    lnea,

    determinar su

    momento

    Solucin:

    Con referencis a la figura 25-10, J

    w

    6. Considerando

    la

    soldadura como una lnea,

    determinar

    el mdulo de la seccin, Zw alrededor del

    eje

    x-x.

    Referirse

    a

    la

    figura 25-11.

    Solucin:

    Del problema 4, el momento de inercia de las lneas vertica

    Iet alrededor del eje

    x-x

    es

    /1

    2(d:r12) ~ 6 .

    El momento de inercia de las lneas horizontales es

    /2' 2[b((/2)2]

    =:

    bd: 2.

    El momento total de inercia alrededor del eje

    x-x

    es

    / =

    1

    1

    ' 1

    2

    ' f/6) fut/2).

    Mdulo de la sec

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    6/12

    SOLDADURA

    Solucin:

    (al Considerar como un cuerpo libre la placa ver

    tical con las dos soldaduras cortadas simtri

    camente.

    (b)

    Llamar

    t'

    la garganta de la seccin arbitraria.

    El rea de la soldadura en la seccin cortada

    es A = t L, donde t =w/{senO+ cosO).

    (e) El esfuerzo de corte es

    F F

    F(senO+ cosO)

    Ss = ;

    t L

    = wL

    (d) Derivar Ss con respecto a

    O.

    e igualar

    la

    deri

    vada a cero para hallar el mximo:

    d.ss :: L (cosO-senO) " O

    dO wL

    Fig.

    25-8

    que se satisface cuando cos

    O =

    sen

    O,

    o sea que ()

    = 45.

    (e) Remplazando e por

    45

    en

    (el, ss(max)

    (f)

    La

    carga permisible por pulgada de soldadura es

    w es la dimensin.

    2.

    Demostrar

    que

    el plano de

    mximo esfuerzo

    cortante est a 67 o

    para

    Ulla soldadura de

    filete

    con

    los lados iguales, sometida

    a

    carga

    trasversal. Despreciar la flexin._.Determinar

    la fuerza permisible

    por

    pulgada de

    soldadu

    ra, si el

    esfuerzo de

    corte

    permisible

    es 13.600

    psi, de

    acuerdo con la

    AWS.

    Solucin:

    (a) En la figura 25-9 se muestra el cuerpo libre.

    Suponer que ta carga se reparte por igual en

    tre

    las

    dos soldaduras.

    La

    fuerza de corte es

    F

    s

    y

    la fuerza normal, Fn' Sumando las compo-

    ' F

    donde t

    es

    la garganta a 45.

    L

    Fan

    = Ss all)wLN2

    = 13.60Ow(I)1\2

    =

    Fig. 25-9

    nentes verticales,

    +2F-2FssenO-2Fncos J =: O

    307

    960Ow.

    donde

    (b, Si se supone que la

    resultante

    de F

    s

    y

    Fn

    es vertical, entonces las componentes horizontales

    son

    iguales y

    opuestas: F

    s

    cos O

    Fn

    senO. Remplazando Fn por

    (F

    s

    cos

    O)/(senO)

    en ;0),

    2F.

    coS'O

    +

    2F

    -

    2F

    s

    sen(J - s

    6

    (cosO)

    o

    o

    (e) La garganta en la seccin

    tomada

    es t =

    w/(cos

    O+ sen 8).

    (d

    F,

    El esfuerzo de corte es Ss :: A

    (F senO)(cosO+

    senO)

    wL

    (e)

    Para obtener

    Ss

    mximo, se encuentra el ngulo () que define el esfuerzo de corte mximo, haciendo

    dss/dO

    " O.

    ds

    s

    e

    F

    wL

    [(sen8)(-senO+cosO)

    + c o s O + s e n O ) c o s 8 ~

    o

    Utilizando

    las

    identidades

    trigonomtricas

    o r

    O-

    sen:2

    (J

    cos

    2 J

    y

    sene

    C08

    8

    1

    sen

    28,

    obte

    nemos:

    sen28,;

    -,COS28.

    tan

    2 J

    =

    -1. 28=: 135

    y

    finalmente,

    J=

    671 .

    (fJ El esfuerzo de corte mximo se encuentra remplazando

    J

    por

    671" en

    {dI:

    (Fsen

    6'1 ') (cos

    671o +

    sen6'1IJ "

    1,21F

    wL wL

    O,924F

    L

    donde t es la garganta a 67i .

  • 7/23/2019 87686817-Paginas-desdeSchaum-Soldadura (1).pdf

    7/12

    306

    2)

    SOLDADURA

    R

    dimensin empleada en

    dimensin necesaria de la soldadura continua

    la

    soldadura

    a intervalos

    75

    3-4

    66

    4-6

    60

    3-5

    57

    4-7

    50

    2-4

    3-6

    4-8

    44

    4-0

    43

    3-7

    40

    2-5 4-10

    37

    3-8

    33

    2-6

    3-0

    4-12

    30

    3-10

    25

    2-8 3-12

    20

    2-10

    16

    2-12

    Resistencia

    a

    la

    fatiga permisible

    para

    soldaduras de filete,

    para

    600.000 ciclos

    lb;pul

    (si el valor calculado es

    mayor

    que 8780 lb/pul, utilizar 8780 lb/pul).

    (3)

    Resistencia

    a la fatiga

    permisible para soldaduras

    de filete,

    para

    100.000

    ciclos

    lb/:lu (si el

    valor calculado

    es

    mayor que

    8780 Ib/llUl, utilizar 8780 Ihj:lUl).

    7070

    1-- K

    8484

    1-IK

    (Para otros

    tipos de

    soldadura,

    recrrase a la AWS Bridge Code,

    Section

    208, Design ror

    Repeated

    Stress .

    En

    las

    frmulas anteriores, K

    carga

    mnima

    carga

    mxima

    esfuerzo

    mnimo

    f

    = 1

    para carga

    cons-

    es uerzo m xlmo

    tante;

    K

    =

    O

    si

    la

    carga

    es

    libre (vara

    en

    un

    solo

    sentido),

    K

    = 1

    si

    la carga

    es

    completamente

    in

    vertida.

    Un

    cambio abrupto de la seccin a lo largo de la trayectoria del flujo

    de

    esfuerzo, reducir la resis

    tencia

    a

    la

    fatiga.

    Es ms importante en la

    reduccin

    de

    la

    resistencia

    a

    la fatiga.

    el

    efecto de la

    forma

    y

    la geometra,

    que la

    presencia de la soldadura.

    La resistencia a la fatiga se puede expresar en

    funcin

    del nmero de ciclos por medio de la frmu

    la empirica

    donde

    F

    Fj

    M

    F (..1.f

    B N

    ,

    resistencia a

    la

    fatiga

    para

    ciclos

    resistencia

    a la fatiga

    para

    N

    ciclos

    constante

    que

    vara ligeramente

    con

    el tipo de soldadura. Se ha utilizado 0,13 para sol

    daduras

    a tope y 0,18 para placas

    sometidas

    a carga axial de traccin y compresin.

    La regla

    empleada para soldaduras no calculadas

    es

    la siguiente:

    Para

    una

    soldadura

    sometida

    a

    carga paralela y carga trasversal, simultneamente, la dimensin debe ser 3/4 del

    espesor

    de la placa,

    la

    longitud

    de la soldadura debe ser igual a la longitud de la placa y la placa se debe

    soldar

    a ambos la

    dos.

    Para diseos en que

    la rigidez es

    el

    factor

    bsico,

    utilizar una longitud del lado (dimensin) igual

    a

    3/8 del

    espesor

    de la placa.

    PROBLEMAS RESUELTOS

    1.

    Demostrar

    que el

    plano de

    mximo esfuerzo cortante est a 45

    0

    para

    una soldadura de filete

    con

    los dos

    lados

    iguales, sometida a carga paralela,

    como

    se muestra en la figura 25-8.

    Despreciar

    la

    flexin.

    Determinar

    la

    fuerza permisible por pulgada de soldadura,

    I ,;.u. si

    el esfuerzo de

    corte

    per

    misible

    es

    13.600

    psi, de

    acuerdo

    con

    la AWS.

  • 7/23/2019 87686817-Paginas-desdeSchaum-Soldadura (1).pdf

    8/12

    SOLDADURA

    traccin

    o

    compresin

    de corte

    vertical

    ftexin

    torsin

    Frmulas

    de

    diseo

    patrones

    Esfuerzo

    psi

    trasmite toda la carga

    p

    A

    V

    A

    l

    Z

    ~

    I

    Soldaduras

    secundarias

    305

    Considerando la

    soldadura como

    una lnea

    Fuerza

    lhllUl

    f

    f

    f

    f

    p

    Lw

    V

    Lw

    l

    Zw

    Te

    w

    une las dos secciones - bajo esfuerzo

    de corte

    horizontal

    de corte

    torsional

    horizontal

    Pi.

    2G-7(b)

    s

    s

    VAy

    t

    Te

    I

    f

    f

    VAy

    In

    Te,

    I

    Si

    se utiliza soldadura a

    intervalos,

    se

    determina

    la razn

    R

    de la dimensin calculada de la

    oldadura

    continua

    a la

    dimensin ~ a l

    que debe emplear

    en

    la

    soldadura

    a intervalos.

    R

    dime; 'sin calculada (soldadura

    continua)

    dimensin

    real que se debe emplear (soldadura a intervalos)

    La longitud de los intervalos de soldadura y la distancia entre los

    centros

    de dos intervalos consecu

    tivos estn dadas

    en

    funcin de R.

    Una

    representacin como 3 - 4 significa que la longitud del in

    soldadura

    es

    3

    y la

    distancia entre

    los centros de dos intervalos consecutivOS es 4 .

    Los siguientes valores.de resistencia a la fatiga (lb por pulgada de soldadura de filete) sirven de

    de

    soldaduras

    de

    mete

    sometidas a carga variable. Los valores se

    basan

    en un valor

    en

    el dise

    o de puentes, segn las recomendaciones de la

    AWS

    ( I ) Resistencia a la fatiga permisible

    para

    soldaduras de filete, para 2.000.000 de ciclos

    Ibpul (si el valor calcularlo es mayor que 8780 lbpul, utilizar 8780 IbpuIJ.

    5090

    1 -

    K

  • 7/23/2019 87686817-Paginas-desdeSchaum-Soldadura (1).pdf

    9/12

    304

    SOLD DUR

    Propiedades

    de

    una soldadura considerada como una lnea

    >

    de .

    Flexin

    junta soldada

    Torsin

    b l ~ d altura

    alrededor del eje

    X-X

    d d

    Zw

    /w

    6

    12

    .

    8

    d

    d(3b'l d'l)

    -

    -

    --

    Zw /w

    3 6

    L ...Jl

    Zw

    bd

    h3 3bd'l

    l l

    J

    /w

    - - - -

    6

    * ~

    4bd E

    J'4bd+d)

    b+d)4 _

    6b

    2

    d 2

    .,

    I'F'

    .

    Zw /w

    -

    :;6:

    6

    6 2b+d) 12 b+d)

    ,'

    Parte superior Pene inferior

    .11

    1

    d

    2b+d)3 _

    fi2 b

    +d) l

    , . ~ c

    ,,

    Zw

    bd

    +

    /w

    6

    12

    2b+d)

    .

    r- -,

    Zbd

    d

    2

    .

    b+2d)3

    d 2(b

    +

    d) 2

    ,eS

    Ti

    Zw

    3

    ::,:, ""

    /w

    - - 2 ~

    -

    I

    (h

    2d)

    1- -

    d h d)3

    ,-

    ---

    1-

    Zw

    bd+

    -

    /w 6 ~

    .

    zbd d 2

    (6+ 2d)3

    d

    2

    b+d)2

    I

    11.1

    Zw

    rt,

    , ~ , ' m

    ~ . ~ ; , ' m

    J

    w

    .

    12

    (D+2ii')

    . ~

    ,

    OV

    - -

  • 7/23/2019 87686817-Paginas-desdeSchaum-Soldadura (1).pdf

    10/12

    SOLDADURA

    303

    donde sa l =

    esfuerzo

    permisible =

    13.600

    psi

    (el

    mismo

    que

    para soldadura

    de filete

    sometida

    a

    car

    ga paralela)

    A

    = rea

    de la seccin de

    la garganta

    a 67i de

    1

    de

    soldadura =

    O,765u

    De acuerdo con la AWS, si una parte de

    la

    carga se aplica

    paralela

    y

    ls

    otra se aplica

    trasversal-

    mente, se debe utilizar la carga

    permisible

    paralela. Cuando ocurre flexin o

    torsin,

    el

    procedimiento

    seguido

    para

    analizar

    la soldadura consiste

    en

    considerar

    sta como una

    lnea

    que no

    tiene

    seccin tras-

    versal. Se puede

    demostrar

    que

    el

    mdulo

    de

    la

    seccin de

    una rea

    delgada

    es igual

    al

    mdulo de la

    seccin,

    cuando sta se considera

    como una lnea,

    multiplicado

    por su espesor, con

    un error

    despre

    ciable.

    Considerando

    flexin:

    ,

    M

    l

    donde M = momento de flexin, en lb-pul; Z = mdulo de la seccin, en pul

    3

    ;

    =

    esfuerzo, en psi.

    Las unidades

    del

    mdulo de la

    seccin de una

    soldadura

    que

    se considera como

    una lnea,

    Zw,

    son

    pul:? (Zw)(u:) da el

    mdulo

    de la seccin de

    la

    soldadura, donde

    t

    es la dimensin de

    la soldadura.

    As

    , ~ M c : : M

    s

    Zw) w) o sw

    =

    Zw

    El producto de

    por

    1/

    tiene por unidades Iblpul

    y

    se representa

    por

    el

    smbolo

    f

    f

    \/

    lw

    '

    donde

    f

    es la carga por pulgada

    de

    soldadura,

    M (lb-pul)

    es

    el

    momento

    de flexin y

    w

    (pul:?)

    es el

    m

    dulo de

    la s e ~ i n

    de la soldadura considerada como una lnea. El

    procedimiento

    anterior permite

    en-

    contrar directamente la dimensin de

    la soldadura.

    En la

    figura 25-7 se

    indican

    los

    mdulos

    de

    la

    seccin en flexin, Zw, y los

    momentos

    polares de

    inercia,

    J

    w

    , de 3 uniones

    soldadas

    tpicas,

    en

    que

    la

    soldadura

    se considera

    como

    una lnea. Los mdu

    los de

    la

    seccin de estas

    frmulas

    son para una fuerza mxima, tanto de la porcin superior como de

    la porcin

    inferior

    de las

    uniones soldadas.

    En

    las uniones asimtricas

    que

    se muestran, la

    fuerza

    de

    fle

    xin mxima

    ocurre

    en la parte inferior.

    Si

    se aplica ms

    de una fuerza a

    la soldadura, todas las

    fuerzas

    se

    hallan

    combinadas

    y deben ac

    tuar en el mismo punto de

    la soldadura.

    El

    mdulo

    de

    la

    seccin y el

    momento polar

    de

    inercia se

    utilizan en

    las frmulas de diseo

    patro

    nes que

    se

    enumeran aqu. Las soldaduras secundarias

    no se

    consideran como una lnea, pero se em

    plean las frmulas

    de

    diseo

    patrones para encontrar

    la

    fuerza por

    pulgada

    de

    soldadura.

    Los smbolos

    empleados

    son

    b

    anchura de

    la

    unin, en pul

    d altura de

    la

    unin, en pul

    A rea

    del material

    de

    la

    pestaa soportada

    en

    corte

    por las soldaduras, en

    pul

    2

    1 momento

    de

    inercia

    de la seccin completa,

    en pul

    4

    e

    distancia

    a

    la

    fibra

    externa, en pul

    espesor de

    la placa, en pul

    ,

    momento

    polar.

    de inercia de la

    seccin, en

    pul

    4

    p

    carga de

    traccin o de

    compresin, en lb

    x distancia

    desde el

    eje x hasta

    la cara,

    en pul

    y distancia

    desde

    el eje

    JI

    hasta

    la

    cara, en pul

    V carga

    vertical

    de corte,

    en lb

    M momento de

    flexin,

    en

    lb-pul

    T

    momento de torsin,

    en lb-pul

    w

    longitud

    de

    la soldadura,

    en pul

    w

    mdulo de

    f ~ s e c c i n

    de la

    soldadura,

    en

    pul:?

    w momento polar de

    inercia

    de

    la soldadura,

    en pul

    3

    s esfuerzo en

    la

    frmula

    patrn de

    diseo, en

    psi

    f fuerza

    por pulgada

    de

    soldadura en la frmula

    patrn de

    diseo, cuando se considera la

    soldadura como una

    lnea,

    en lb-pul

    =

    nmero de soldaduras

  • 7/23/2019 87686817-Paginas-desdeSchaum-Soldadura (1).pdf

    11/12

    302

    Carga

    paralela

    o)

    Fig.

    25-2

    SOLDADURA

    Carga

    trasversal

    b)

    Carga paralela

    Carga trasversal

    En

    la soldadura

    de filete a

    45 tpica,

    el

    plano

    de

    mximo esfuerzo cortante es la seccin

    de la gar

    ganta

    a

    45, cuando

    se

    somete

    a

    cargas paralelas

    y

    la garganta

    a 67 ",

    cuando

    se

    somete

    a

    carga

    tras

    versal, como se

    muestra

    en la figura 25-3. En

    consecuencia,

    la resistencia a carga

    trasversal

    es mayor.

    En

    los

    Estados Unidos

    la base de

    la

    especificacin de una

    soldadura de

    filete

    es la longitud

    del

    lado

    (en Europa se emplea la garganta). Se entiende por dimensin de una soldadura de filete la lon

    gitud del cateto del mayor tringulo rectngulo issceles

    inscrito

    o las

    longitudes

    de los catetos del ma

    yor tringulo rectngulo (no issceles)

    inscrito.

    La dimensin

    de una

    soldadura

    de filete

    que tiene ambos lados

    iguales

    est

    darla

    por

    w y las

    dimensiones

    de una soldadura de filete que tiene los dos

    lads

    diferentes,

    estn

    dadas por a y b como

    se muestra en la figura 254.

    La garganta de una soldadura de file-

    te que

    tene

    los dos lados iguales, t, se obtie

    ne multiplicando

    la

    dimensin

    de la

    solda

    dura

    por

    0,707

    es

    decir

    que t =

    0,707 u .

    (Vase

    la

    figura

    25-5.)

    La garganta

    real,

    ta

    obtenida con

    sol

    dadura automtica, es

    mayor

    que la

    gar

    ganta terica t. (Vase la figura 25-6.

    Si se

    produce una penetracin p, la dimensin es

    (w

    + p y la

    garganta es

    O,707(u + pI.

    La

    AWS no

    tiene en cuenta la resistencia adi-

    cional debida a la penetracin,

    pero

    se pue-

    de considerar este efecto, si

    as

    se desea.

    E/ e ~ f u e r z o en una soldadura de filete

    se

    considerar como un esfuerzo cortante en

    la 8arMfmta cualquiera que sea

    /a

    direccin

    de aplicacin de la carga.

    La carga paralela

    permisible

    por

    pul

    gada

    de

    soldadura, en una soldadura

    de

    fi-

    lete cargada

    estticamente,

    es

    F.

    U

    =

    s.nA

    =

    13.600(0,707w)

    = 9600w

    donde sall _

    esfuerzo

    cortante permisible =

    13.600

    psi, de

    acuerdo con

    el

    cdigo de

    la A WS

    A

    rea de la seccin de la gar

    ganta

    ti

    45

    de

    1"

    de

    soldadu

    ra = '0,707

    u

    w

    longitud del lado (dimensin),

    en pul

    Fig. 25-4

    w

    Soldadura de filete con

    las dimensiones iguales

    Fig. 25-5

    Manual

    e = Fondo de la

    ""Idadura

    d '

    Fondo

    d. la junla

    b

    Soldadura

    de

    filete con las

    dimensiones diferentes

    Para

    8oldadur oon la.

    do. dimension@siguales,

    garganta

    _ 0,707

    .

    Automtica

    la

    = Garxante "'al

    t = Garganta terica

    La

    carga

    trasversal permisible

    por

    pulgada

    de

    soldadura, en

    una

    soldadura de

    filete

    cargada estti-

    camente, es o

    Fan

    =

    sal iA' 13.600(O,765w)/coS22 ' 11.300w

  • 7/23/2019 87686817-Paginas-desdeSchaum-Soldadura (1).pdf

    12/12

    Captulo 5

    Soldadura

    INTRODUCCION.

    Hay

    muchos

    aspectos importantes de la soldadura que se deben

    considerar

    en el

    diseo

    de mquinas. El problema inmediato

    del

    diseador

    es

    determinar la

    di.

    mensin

    adecuada de la soldadura de una parte especfica, lo cual implica un anlisis de esfuerzos de

    las

    diferentes

    partes, en

    los puntos sometidos a

    cargas estticas

    o

    fluctuantes.

    Se

    utilizarn

    los procedi

    mientos

    recomendados

    por la

    American

    Welding

    Society

    AWS)

    y

    las

    modificaciones hechas

    por

    la

    Lincoln

    Electric

    Company.

    El diseador

    debe

    utilizar los esfuerzos de diseo y

    los procedimientos

    especificarlos

    por

    los

    diferen-

    tes

    cdigos

    de

    estructuras, puentes

    y

    recipientes

    a

    presin,

    donde

    los

    diseos

    deben

    ser

    conservadores.

    Por

    otra

    parte,

    el diseador tiene

    mucha

    libertad en el

    diseo

    de la mayora

    cte

    mquinas. El punto de

    vista de

    este

    captulo es permitir libertad

    y flexibilidad

    en

    el

    diseo.

    TIPOS DE JUNTAS SOLDADAS

    1)

    Soldaduras

    a tope. Vase la figu

    ra

    25-1.

    De

    acuerdo con

    la

    Lincoln

    Elec

    trie

    Company,

    una

    soldadura a tope,

    cuando

    est hecha correctamente, tie

    ne igual

    o

    mejor

    resistencia

    que

    la

    placa y

    no

    hay

    necesidad de calcular

    el

    esfuerzo en

    la

    soldadura,

    ni hacer

    ensayos para determinar su

    dimen-

    sin. Cuando

    se

    sueldan aceros

    de

    aleacin, es necesario hacer coi ncidir

    la

    resistencia

    del

    electrodo

    con

    la re

    sistencia

    de

    la

    placa.

    Algunos

    cdigos sugieren reducir

    l resistencia, con

    el empleo del factor

    llamado eficiencia

    de

    la junta. Cuan-

    do

    se tiene

    que

    reducir la resistencia,

    la ecuacin de

    la

    fuerza

    permisible

    en

    una soldadura a

    tope

    est

    dada por

    la

    frmula

    donde

    au

    t: 1l

    fuerza permisible,

    en lb

    St esfuerzo permisible en la sol

    dadura,

    en psi

    t espesor de la placa, en pul

    L longitud

    de

    la soldadura, en

    pul

    e

    eficiencia

    2)

    Soldaduras

    de filete.

    / l