Deformaciones y Esfuerzos Generados Por Soldadura
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Deformaciones y esfuerzosgenerados por soldadura
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Muchos procesos de soldadura utilizan calor para fundirel metal base y el metal de aporte
Este calentamiento localizado genera una gran diferenciade temperaturas entre zonas relativamente adyacentes
Conforme el metal se enfría, se comienzan a ejerceresfuerzos en el material
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Los esfuerzos se originan por la
oposición a la deformación... Barra libre, longitud L0 Calentada
locadizadamente enuna seccin
!curre una e"pansinde #dl$ luego retorna a
L0 %o hay deformacin ni
esfuerzos residuales
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Los esfuerzos se originan por la
oposición a la deformación... Barra con dos
paredes en sus
e"tremos !posicin a su
e"pansin
Compresin y
deformacin pl&stica
de la zona calentada
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Los esfuerzos se originan por la
oposición a la deformación... 'urante el enfriamiento
la zona calentada secontrae
La longitud final se vereducida en #dL debidoa la deformacinpl&stica
La barra cae( %o hayesfuerzos residualespues la contraccin noha tenido oposicin
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Los esfuerzos se originan por la
oposición a la deformación... Barra empotrada en los
e"tremos( )e repite lae"periencia
'urante el enfriamientohay oposicin a lacontraccin por lo tantohay esfuerzos
Esfuerzos alcanzan supico al final delenfriamiento( )u m&"imovalor puede ser el límiteel&stico del material
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Los esfuerzos se originan por la
oposición a la deformación... )i soltamos la barra el
esfuerzo es liberado
por la contraccinel&stica de la barra y labarra se acorta
)i la barra permanece
empotrada slo sepuede aliviar losesfuerzos por untratamiento t*rmico
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Los esfuerzos se originan por la
oposición a la deformación... )e repite la e"periencia peroincluyendo fusin del material
+parece adicionalmente una
contraccin ue acompa-a lasolidificacin
Esta contraccin no generaesfuerzo pues el material ue
se solidifica no ofreceresistencia a la variacindimensional causada poresta solidificacin
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Deformación angular...
Cuando no hay simetría en la disposicin de laszonas afectadas por el calor, se produce unadeformacin angular del elemento ue contiene un
campo de esfuerzos residuales .n tratamiento t*rmico aliviar& los esfuerzos pero no
eliminar& la deformacin
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Resumiendo...
Los esfuerzos se generan por la oposicin a lacontraccin t*rmica durante el enfriamiento, luegode una plastificacin producida por uncalentamiento localizado
Los esfuerzos residuales aparecen en el comienzodel enfriamiento y alcanzan su m&"imo valor al finaldel mismo
%o e"ceden el límite el&stico del material ue
afectan Mientras haya m&s oposicin a la contraccin habr&
mayor n/mero de esfuerzos residuales
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Generación de los esfuerzos
residuales ....Esfuerzos residuales
nulos atemperatura
máxima ΘmEsfuerzos máximos
al fin del
enfriamiento
Valor inferior al
límite elástico Re
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Los esfuerzos residuales pueden
causar... 'istorsin
isuracin en caliente
isuracin en frío
'esgarre laminar
1nestabilidad dimensional durante el mauinado
2andeo
ractura fr&gil
atiga
Corrosin por esfuerzos
E3C
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Distorsión...
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Distorsión....
Cuando la
contraccin
transversal no esuniforme a lo largo de
su espesor se genera
distorsin angular
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Distorsión... Cuando la contraccin longitudinal no
se desarrolla a lo largo del eje neutro
del elemento ocurre una combadura del
elemento
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Distorsión... La soldadura y el metal base adyacente se contraen
durante el enfriamiento produciendo una fuerza act/a sobre el eje neutro produciendo un momento
con brazo d
El momento de inercia de la seccin, 1 , resiste lacontraccin
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¿ Cómo aliviamos losesfuerzos residuales?
¿ Cómo controlamos la
distorsión?
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En realidad...
Esfuerzos
residuales Distorsión
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¿ Cómo controlamos la distorsión? Limitación de la sobre-soldadura
4 A mayor cantidad de soldadura, mayor fuerza de
contracción F
4 Disminuir la cantidad de soldadura con catetos
menores, menor longitud, soldadura intermitente,preparación de junta, etc.
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¿ Cómo controlamos la distorsión?
2re5posicionamiento de la junta
4 'ejemos ue la distorsin trabaje para
nosotros
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¿ Cómo controlamos la distorsión? Balancear la soldadura alrededor del
eje neutro de la seccin del miembro
6 7d"809
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¿ Cómo controlamos la distorsión?
'isminuir la cantidad de dematerial adyacente afectadopor el calor del arco
.tilizar mayoresvelocidades de soldadura
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¿ Cómo controlamos la distorsión?
El primer cordnsiempre distorsionam&s ue los dem&s
En uniones sim*tricas
optimizar lasecuencia
En uniones nosim*tricas soldar
primero las unionesm&s cercanas al ajeneutro
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Alineamientos de plancas
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Alineamientos de plancas
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¿Cómo aliviamos los esfuerzos
residuales? + trav*s de un tratamiento de alivio de
tensiones el cual puede ser t*rmico o
mec&nico 2rincipio: permitir el flujo pl&stico
necesario para aliviar las partes bajo
esfuerzo
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Alivio de tensiones t!rmico...
El límite de fluencia del material disminuye
conforme se incrementa la temperatura
Cada &rea calentada del componente uecontiene esfuerzos residuales a temperatura
ambiente 6 esfuerzos el&sticos9 se vuelve
pl&stica proveyendo de la enlongacin
necesaria para permitir la relajacin detensiones
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Representación de este
mecanismo...
;e: límite el&stico$
<: temperatura$
=: esfuerzo residual
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Alivio de tensiones t!rmico
'epende principalmente de la temperatura: 4 hasta #00 >C : ?0 a @0A de alivio
4 hasta ?00 >C : 0 a ?A de alivio
4 hasta @#? >C : D0 a D?A de alivio
)in embargo tambi*n hay una relacin con el tiempo6 dependiendo de la masa tratada y de la necesidadde homogenizar la temperatura9
2ara definir este tratamiento en funcin de la
temperatura y el tiempo e"iste el par&metroollomon:
836#0 F logt9 G000
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Determinación del par"metro
#ollomon...
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Alivio de tensiones mec"nico
1mplica una deformacin en frío )e obtiene sometiendo a la pieza a
esfuerzo en un nivel suficiente paracausar deformacin pl&stica, por lomenos en picos de esfuerzo
2or ejemplo, un recipiente a presinse puede someter a presinhidra/lica
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Alivio de tensiones mec"nico
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