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CONEXIONES SOLDADURA

La soldadura es la forma ms comn de conexin del acero estructural y consiste en unir dos piezas de aceromediante la fusin superficial de las caras a unir en presencia de calor y con o sin aporte de material agregado.

Cuando se trabaja a bajas temperaturas y con aporte de un material distinto al de las partes que se estnuniendo, como por ejemplo el estao, se habla de soldadura blanca, que es utilizada en el caso de la hojalatera,pero no tiene aplicacin en la confeccin de estructuras.

Cuando el material de aporte es el mismo o similar al material de los elementos que se deben unir conservandola continuidad del material y sus propiedades mecnicas y qumicas el calor debe alcanzar a fundir las carasexpuestas a la unin. De esta forma se pueden lograr soldaduras de mayor resistencia capaces de absorber losesfuerzos que con frecuencia se presentan en los nudos. Las ventajas de las conexiones soldadas son lograr unamayor rigidez en las conexiones, eventuales menores costos por reduccin de perforaciones, menor cantidadde acero para materializarlas logrando una mayor limpieza y acabado en las estructuras.

Sin embargo, tienen algunas limitaciones importantes que se relacionan con la posibilidad real de ejecutarlas einspeccionarlas correctamente en obra lo que debe ser evaluado en su momento (condiciones ergonomtricasdel trabajo del soldador, condiciones de clima, etc.) Hoy en da, una tendencia ampliamente recomendada esconcentrar las uniones soldadas en trabajos en el taller y hacer conexiones apernadas en obra.

Las posiciones de soldadura tpicas son: plana, vertical, horizontal y sobre cabeza; y expresan parcialmente lasdificultades de la soldadura en terreno

Fuente: Indura en Vliz S, Sebastin; Seminario FAU 2009

Los tipos de conexiones de perfiles y planchas por soldadura son las siguientes:

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Fuente: Indura en Vliz S, Sebastin; Seminario FAU 2009

Por su parte, los tipos de soldaduras que se pueden practicar se detallan en el siguiente esquema:

Fuente: Indura en Vliz S, Sebastin; Seminario FAU 2009

A su vez, hay diferentes formas de practicar los biseles en los perfiles o planchas a soldar:

Fuente: Indura en Vliz S, Sebastin; Seminario FAU 2009

Entre los variados tipos de soldadura se pueden mencionar:

Soldadura Oxiacetilnica, en que la temperatura se logra encendiendo una mezcla de gases de oxgenoy acetileno en el soplete capaz de fundir los bordes de las planchas a unir a la que se le agrega el materialde aporte proveniente de una varilla con la que se rellena el borde a soldar. El principio de la soldaduracon mezcla de oxgeno y acetileno se emplea tambin en el corte de planchas.

Soldadura al Arco, los procesos ms utilizados hoy son la soldadura por arco elctrico en que se generaun arco voltaico entre la pieza a soldar y la varilla del electrodo que maneja el operador que produce

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temperaturas de hasta 3.000C. Los materiales que revisten el electrodo se funden con retardo,generando una proteccin gaseosa y neutra en torno al arco elctrico, evitando la oxidacin del materialfundido a tan alta temperatura. Este proceso puede ser manual, con electrodo revestido o automtica conarco sumergido.

Soldadura por Electrodo Manual Revestido (Stick Metal Arc Welding)

Consiste en un alambre de acero, consumible, cubierto con un revestimiento que se funde bajo la accin delarco elctrico generado entre su extremo libre y la pieza a ser soldada. El alambre soldado constituye el metalde relleno, que llena el vaco entre las partes, soldndolas.

Fuente: Curso Ilafa, arquitecto Sandro Maino Ansaldo

Soldadura por arco sumergido (Submerged Arc Welding)

Para la soldadura de arco sumergido se emplea un equipo compuesto de un alambre de acero desnudo,asociado a un dispositivo inyector de fundente. Al generarse el arco elctrico, el alambre se funde soldando laspartes y el fundente es depositado sobre la soldadura, protegindola.

El proceso de arco sumergido, es un proceso industrial que al ser automtico le confiere mayor calidad a lasoldadura.

Fuente: Curso Ilafa, arquitecto Sandro Maino Ansaldo

La soldadura por resistencia se logra generando el arco voltaico entre dos electrodos que estn presionandolas planchas a unir, el que encuentra una resistencia en las planchas generando una alta temperatura que las

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funde y las une. Se emplea principalmente en la unin de planchas superpuestas como soldadura de punto.Tambin se aplica entre electrodos en forma de rodillos generando una soldadura de costura.

En el clculo de las estructuras, la resistencia de las uniones est dada por la longitud de la soldadura en elsentido longitudinal de los elementos traccionados o comprimidos. Cada unin deber tener determinadacantidad de centmetros lineales de soldadura. Sin embargo, esta situacin es, frecuentemente, imposible delograr, especialmente si se est trabajando con perfiles de menor tamao. Para suplir esta dificultad se agregan

planchas en las uniones llamadas gousset, cuyo nico objeto es permitir conexiones entre elementos a unir ylograr el largo de soldadura requerido para el nudo.

La soldadura es una operacin que requiere un trabajo delicado, realizado por un operario calificado. Unasoldadura mal realizada puede quedar porosa y frgil y expone a la totalidad de la estructura a un desempeodiferente al que ha sido diseado con el consecuente riesgo de colapso. En muchos pases la calificacin de lossoldadores se hace ante instituciones certificadoras y debe revalidarse cada cierta cantidad de aos.

La prctica de la soldadura data de hace miles de aos. Se sabe que en la antigua Grecia se

lograba la unin de piezas metlicas a travs del calor y golpes (forja) para obtener piezas

compuestas con cierta resistencia mecnica. DEFINICION La soldadura se define como un

proceso en el cual se realiza la unin de partes metlicas mediante calentamiento, para alcanzar

un estado plstico con o sin el aporte de un material adicional de refuerzo. Tambin se conoce por

soldadura al metal fundido que une dos piezas de metal, de la misma manera que realiza la

operacin de derretir una aleacin para unir dos metales, pero diferente de cuando se soldan dos

piezas de metal para que se unan entre si formando una unin soldada.

Ventajas y Desventajas Ventajas El empleo de conexiones soldadas en vez de atornilladas o

remachadas permite un ahorro de material (hasta de un 15%). La soldadura permite grandes

ahorros en el peso del acero utilizado. Las estructuras soldadas son estructuras ms rgidas debido

a una unin directa. Proceso de unin silencioso. Permite una buena creacin de perfiles metlicos

utilizados en ingeniera. La soldadura requiere menos trabajo y por lo tanto menos personal que la

colocacin de remaches o tornillos. La soldadura permite una gran variedad de conexiones, cosaque no se puede con remaches o tornillos. Las conexiones soldadas son ms rgidas que las

dems, lo cual permite una verdadera continuidad en la transmisin de elementos mecnicos entre

miembros. Debido a la mayor resistencia del metal de aportacin las conexiones soldadas permiten

una gran resistencia a la fatiga. Las estructuras soldadas pueden repararse muy fcilmente a

diferencia del resto. Las conexiones soldadas permiten ajustes de proyecto ms fcilmente que en

otro tipo de conexiones. Hay un ahorro considerable en el clculo, detallado y montaje de las

estructuras.

Desventajas Las conexiones rgidas pueden no ser ptimas en el diseo. La revisin de las

conexiones soldadas no es muy sencillo con respecto al resto. La creencia de la baja resistencia

a la fatiga en conexiones soldadas (no se permite an en algunos puentes ferroviarios USA).

Mtodos de Soldaduras SMAW (Shielded metal arc welding): Corresponde soldadura manual conelectrodo, esta es la ms comn y antigua de los distintos procesos de soldadura por arco. SAW :

Corresponde a la soldadura por arco sumergido, en este tipo de soldadura el arco se establece

entre la pieza a soldar y el electrodo, estando ambos cubiertos por una capa de flux granular (de

ah su denominacin de arco Sumergido). Por esta razn el arco est oculto

GMAW : Este procedimiento, conocido tambin como soldadura MIG/MAG, consiste en mantener

un arco entre un electrodo de hilo slido continuo y la pieza a soldar. Tanto el arco como el bao

de soldadura se protegen mediante un gas que puede ser activo o inerte. EGW: Corresponde a la

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soldadura por electrogas, la cual es un desarrollo de la soldadura por electroescoria, siendo

procedimientos similares en cuanto a su diseo y utilizacin. En vez de escoria, el electrodo es

fundido por un arco, que se establece en un gas de proteccin, de la misma manera que en la

soldadura MIG/MAG. Este mtodo se utiliza para soldar chapas con espesores desde 12mm. hasta

100 mm., utilizndose oscilacin para materiales con espesores fuertes.

Tipos de Soldaduras Penetracin (Parcial o Completa): Se obtienen depositando metal deaportacin entre dos placas que pueden, o no, estar alineadas en un mismo plano. Pueden ser de

penetracin completa o parcial, segn que la fusin de la soldadura y el metal base abarque todo o

parte del espesor de las placas, o de la ms delgada de ellas. Filete o Cordn: Se obtienen

depositando un cordn de metal de aportacin en el ngulo diedro formado por dos piezas. Su

seccin transversal es aproximadamente triangular. Ranura o Tapn: Las soldaduras de tapn y de

ranura se hacen en placas traslapadas, rellenando por completo, con metal de aportacin, un

agujero, circular o alargado, hecho en una de ellas, cuyo fondo est constituido por la otra.

SIMBOLOS DE SOLDADURA

Defectos de las uniones soldadas Fisura: Son discontinuidades por rotura local, provocadas por

enfriamiento o esfuerzos transmitidos, esto debido principalmente al empleo de electrodosinadecuados y la excesiva rigidez de las piezas a unir. Las fisuras son peligrosas ya que producen

una disminucin de la seccin resistente y facilitan la corrosin. Cavidades y poros: Son

provocadas por residuos ajenos al proceso, es decir, falta de limpieza y preparacin. Tambin se

pueden provocar por la excesiva intensidad de corriente que calienta los electrodos. Inclusiones

slidas: Cualquier materia extraa, que quede aprisionada en el metal fundido, diferente de los

metales de base y de aportacin de la soldadura constituyen una inclusin slida. Las ms

frecuentes son las escorias, los xidos y las inclusiones metlicas. Los efectos de ests inclusiones

pueden ser amplificados cuando la estructura comienza a prestar servicios. Defectos de fusin:

Este tipo de defectos se deben principalmente a la falta de ligazn entre el metal de aportacin y el

metal de base o entre las diferentes pasadas del cordn. Se puede presentar en los bordes, falta

de fusin lateral, entre pasadas y en la raz.

Falta de penetracin: Es debida a una fusin parcial de los bordes provocando discontinuidades de

los mismos. Es provocada principalmente por una separacin incorrecta de los elementos a unir

durante el soldeo, al empleo de electrodos excesivamente gruesos, a una velocidad de avance

excesiva o a una baja intensidad. Este defecto provoca una disminucin de la resistencia de la

unin. Defectos de forma: Se deben a la falta de geometra de la superficie externa en relacin con

el perfil correcto esperado

Tipos de Soldadura en Metales:

La Soldadura es la unin de piezas metlicas, con o sin material de aporte, utilizando cualquiera de

los siguientes procedimientos:

a) Aplicando presin exclusivamente.

b) Calentando los materiales a una temperatura determinada, con o sin aplicacin de presin.

Se denomina "material base" a las piezas por unir y "material de aporte" al material con que se

suelda.

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Este tipo de soldadura es utilizado para la unin de piezas que no estarn sometidas a grandes

cargas o fuerzas. Una de sus principales aplicaciones es la unin de elementos a circuitos

elctricos.

Soldadura fuerte:

En esta soldadura se aplica tambin metal de aporte en estado lquido, pero este metal, por lo

general no ferroso, tiene su punto de fusin superior a los 430 C y menor que la temperatura de

fusin del metal base. Habitualmente se requiere de fundentes especiales para remover los xidos

de las superficies a unir y aumentar la fluidez del metal de aporte. Algunos de los metales de

aporte son aleaciones de cobre, aluminio o plata.

La soldadura fuerte se puede clasificar por la forma en la que se aplica el metal de aporte. A

continuacin se describen algunos de estos mtodos:

* Inmersin: El metal de aporte previamente fundido se introduce entre las dos piezas que se van a

unir, cuando este se solidifica, las piezas quedan unidas.

* Horno: El metal de aporte en estado slido, se pone entre las piezas a unir, estas son calentadas

en un horno de gas o elctrico, para que con la temperatura se derrita al metal de aporte y se

genere la unin al enfriarse.

* Soplete: El calor se aplica con un soplete de manera local en las partes del metal a unir, el metal

de aporte en forma de alambre se derrite en la junta. El soplete puede funcionar por medio de

oxiacetileno o hidrgeno y oxgeno.

* Electricidad: La temperatura de las partes a unir y del metal de aporte se puede lograr por medio

de resistencia a la corriente, por induccin o por arco, en los tres mtodos el calentamiento se da

por el paso de la corriente entre las piezas metlicas a unir.

Soldadura por forja:

Es el proceso de soldadura ms antiguo. El mismo consiste en el calentamiento de las piezas a

unir en una fragua hasta su estado plstico y posteriormente por medio de presin o martilleo

(forjado) se logra la unin de las piezas. En este procedimiento no se utiliza metal de aporte y la

limitacin del proceso es que slo se puede aplicar en piezas pequeas y en forma de lmina. La

unin se hace del centro de las piezas hacia afuera y debe evitarse a toda costa la oxidacin, para

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esto se utilizan aceites gruesos con un fundente, por lo general se utiliza brax combinado con sal

de amonio.

La clasificacin de los procesos de soldadura mencionados hasta aqu es la ms sencilla y general.

A continuacin se hace una descripcin de los procesos de soldadura ms utilizados en los

procesos industriales modernos.

Soldadura con gas:

Este proceso incluye a todas las soldaduras que emplean gas para generar la energa necesaria

para fundir el material de aporte. Los combustibles ms utilizados son el acetileno y el hidrgeno

los que al combinarse con el oxgeno, como comburente generan las soldaduras oxiacetilnica y

oxhdrica.

La soldadura oxhdrica es producto de la combinacin del oxgeno y el hidrgeno en un soplete. El

hidrgeno se obtiene de la electrlisis del agua y la temperatura que se genera en este proceso es

entre 1500 y 2000 C.

La soldadura oxiacetilnica o autgena se logra al combinar al acetileno y al oxgeno en un

soplete. Se conoce como autgena porque con la combinacin del combustible y el comburente se

tiene autonoma para ser manejada en diferentes medios. El acetileno se produce al dejar caer

terrones de carburo de calcio en agua, en donde el precipitado es cal apagada y los gases

acetileno. Uno de los mayores problemas del acetileno es que no se puede almacenar a presin

por lo que este gas se puede obtener por medio de generadores de acetileno o bien en cilindros los

que para soportar un poco la presin de 1,7 MPa, se les agrega acetona.

En los sopletes de la soldadura autgena se pueden obtener tres tipos de llama las que son

reductora, neutral y oxidante. De las tres la neutral es la de mayor aplicacin. Esta llama, est

balanceada en la cantidad de acetileno y oxgeno que utiliza. La temperatura en su cono luminoso

es de 3500 C, en el cono envolvente alcanza 2100 C y en la punta extrema llega a 1275 C.

En la llama reductora o carburizante hay exceso de acetileno lo que genera que entre el cono

luminoso y el envolvente exista un cono color blanco cuya longitud esta definida por el exceso de

acetileno. Esta llama se utiliza para la soldadura de nquel, ciertas aleaciones de acero y muchos

de los materiales no ferrosos.

La llama oxidante tiene la misma apariencia que la neutral excepto que el cono luminoso es ms

corto y el cono envolvente tiene ms color, Esta llama se utiliza para la soldadura por fusin del

latn y bronce.

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Una de las derivaciones de este tipo de llama es la que se utiliza en los sopletes de corte en los

que la oxidacin sbita genera el corte de los metales. En los sopletes de corte se tiene una serie

de llamas pequeas alrededor de un orificio central, por el que sale un flujo considerable de

oxgeno puro que es el que corta el metal.

En algunas ocasiones en la soldadura autgena se utiliza aire como comburente, lo que produce

que la temperatura de esta llama sea menor en un 20% que la que usa oxgeno, por lo que su uso

es limitado a la unin slo de algunos metales como el plomo.

En los procesos de soldadura con gas se pueden incluir aquellos en los que se calientan las piezas

a unir y posteriormente, sin metal de aporte, se presionan con la suficiente fuerza para que se

genere la unin.

Cilindros y reguladores para soldadura oxiacetilnica

Soldadura por resistencia:

El principio del funcionamiento de este proceso consiste en hacer pasar una corriente elctrica de

gran intensidad a travs de los metales que se van a unir. Como en la unin de los mismos la

resistencia es mayor que en el resto de sus cuerpos, se generar el aumento de temperatura en lajuntura (efecto Joule). Aprovechando esta energa y con un poco de presin se logra la unin.

La alimentacin elctrica pasa por un transformador en el que se reduce la tensin y se eleva

considerablemente la intensidad para aumentar la temperatura. La soldadura por resistencia es

aplicable a casi todos los metales, excepto el estao, zinc y plomo. En los procesos de soldadura

por resistencia se incluyen los de:

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horizontal y preferentemente en materiales ferrosos, mientras que la corriente continua no presenta

esas limitaciones de posicin y material.

El arco se enciende cortocircuitando el electrodo con la pieza a soldar. En esa situacin, en el

punto de contacto el calentamiento hmico es tan intenso que se empieza a fundir el extremo del

electrodo, se produce ionizacin trmica y se establece el arco.

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