Soldadura

Asignatura: Elemento de maquina

Profesor: Jos Mnaco

Integrantes: Santilln Emmanuel, zarate Fabricio, torres dante

Carrera: Tecnicatura superior en Mantenimiento Industrial

Ao lectivo: 2015

Soldaduras

LA SOLDADURA La soldadura es un proceso de unin entre metales por la accin del calor, con o sin aportacin de material metlico nuevo, dando continuidad a los elementos unidos. Es necesario suministrar calor hasta que el material de aportacin funda y una ambas superficies, o bien lo haga el propio metal de las piezas. Para que el metal de aportacin pueda realizar correctamente la soldadura es necesario que moje a los metales que se van a unir, lo cual se verificar siempre que las fuerzas de adherencia entre el metal de aportacin y las piezas que se van a soldar sean mayores que las fuerzas de cohesin entre los tomos del material aadido. Los efectos de la soldadura resultan determinantes para la utilidad del material soldado. El metal de aportacin y las consecuencias derivadas del suministro de calor pueden afectar a las propiedades de la pieza soldada. Deben evitarse porosidades y grietas aadiendo elementos de aleacin al metal de aportacin, y sujetando firmemente las piezas que se quieren soldar para evitar deformaciones. Tambin puede suceder que la zona afectada por el calor quede dura y quebradiza. Para evitar estos efectos indeseables, a veces se realizan precalentamientos o tratamientos trmicos posteriores. Por otra parte, el calor de la soldadura causa distorsiones que pueden reducirse al mnimo eligiendo de modo adecuado los elementos de sujecin y estudiando previamente la secuencia de la soldadura.

Clasificacin de los tipos de soldadura Se pueden distinguir primeramente los siguientes tipos de soldadura: - Soldadura heterognea. Se efecta entre materiales de distinta naturaleza, con o sin metal de aportacin: o entre metales iguales, pero con distinto metal de aportacin. Puede ser blanda o fuerte. - Soldadura homognea. Los materiales que se sueldan y el metal de aportacin, si lo hay, son de la misma naturaleza. Puede ser oxiacetilnica, elctrica (por arco voltaico o por resistencia), etc. Si no hay metal de aportacin, las soldaduras homogneas se denominan autgenas. Por soldadura autgena se entiende aqulla que se realiza sin metal de aportacin, de manera que se unen cuerpos de igual naturaleza por medio de la fusin de los mismos; as, al enfriarse, forman un todo nico. Etimolgicamente, esta expresin quiere decir e engendrada o efectua da por s misma. Tuvo su origen en Francia hacia la mitad del siglo XIX. Una confusin bastante extendida, que es importante aclarar, es la de denominar como soldadura autgena a la oxiacetilnica que se estudiar en un apartado posterior- que slo lo ser cuando se realice sin metal de aportacin.

Tipos de soldarura

Soldadura elctrica con arco manual: Herramientas y mquinas de solar Caractersticas de los electrodos. Ventilacin para la extraccin del humo.

SOLDADURA AUTOGENA:

En la soldadura autgena el calor lo proporciona una llama producida por la combustin de una

mezcla de acetileno y oxgeno, en la proporcin , que se hace arder a la salida de una boquilla. La

temperatura alcanzada en la llama es de unos 1300 C. El calor producido funde los extremos a

unir, con lo que se obtiene, despus de la solidificacin, un enlace homogneo. Aunque este tipo

de soldadura todava se utiliza en los talleres mecnicos, no es correcta su utilizacin en uniones

sometidas a esfuerzos, ya que por efecto de la temperatura se provocan unas tensiones

residuales muy elevadas, siendo en general ms lenta y cara que la soldadura por arco. De todas

formas, cuando el soplete oxiacetilnico se utiliza en la soldadura de piezas, se le suele completar

con un alambre de material de aportacin que se funde al mismo tiempo que los bordes de las

piezas, formando en conjunto el cordn de soldadura. El tamao de la boquilla del soplete es

aproximadamente igual que el espesor de las chapas a unir

SOLDADURA POR ARCO ELECTRICO

La soldadura por arco se basa en que si a dos conductores en contacto se les somete a una

diferencia de potencial, establecemos entre ambos una corriente. Si posteriormente se les separa,

provocamos una chispa, cuyo efecto es ionizar el gas o el aire que la rodea, permitiendo as el

paso de la corriente, a pesar de no estar los conductores en contacto. Con esto lo que hacemos

es crear entre ellos un arco elctrico por transformacin de la energa elctrica en energa

luminosa y calorfica. El calor provocado por el arco no slo es intenso, sino que adems est

muy localizado, lo que resulta ideal para la operacin de soldar. Las temperaturas alcanzadas son

del orden de 3500C. En el circuito elctrico formado por los electrodos y el arco, la intensidad de

corriente depende de la tensin y de la resistencia del circuito. Si los electrodos se acercan o se

separan variar la resistencia y la intensidad y, por lo tanto, la energa se transformar en calor,

con lo que la soldadura no ser uniforme Desde el punto de vista prctico quiere decir que para

obtener soldaduras uniformes es imprescindible mantener constante la separacin de los

electrodos durante el proceso del soldeo.

Los procedimientos de soldadura en arco pueden agruparse en tres:

Con electrodos de carbono.

Con electrodos de tungsteno en atmsfera de hidrgeno (soldadura al hidrgeno atmico).

Soldadura con electrodo metlico.

a).Soldadura con electrodo de carbono. No se utiliza en la estructura metlica. El arco salta entre

un electrodo de carbn y la pieza a soldar. Se complementa con metal de aportacin.

b). Soldadura con electrodo de tungsteno. El arco salta entre dos electrodos de tungsteno en

atmsfera de hidrgeno. El calor del arco disocia las molculas de hidrgeno, que vuelven a

soldarse al contacto con las piezas a soldar, desprendiendo una gran cantidad de calor. Este

calor funde las piezas y permite que se efecte la soldadura en ausencia del oxgeno y el

nitrgeno del aire.

c). Soldadura con electrodo metlico revestido.

Es el procedimiento de unin normalmente utilizado en la construccin metlica, pudiendo

afirmarse sin titubeos que el gran desarrollo de la construccin metlica actual se debe en gran

parte a este sistema.

La unin se consigue al provocar un arco elctrico entre las piezas a unir y un electrodo que sirve

de material de aportacin.

El operario establece un contacto inicial entre el electrodo y la pieza a soldar (llamada trabajo),

con lo que se inicia un flujo de corriente. A continuacin se retira ligeramente el electrodo y se

establece un arco, que funde el electrodo y los bordes de la pieza a unir, formndose el cordn de

soldadura.

La soldadura en arco, tal como hoy se entiende, se inici en Suecia a principios de siglo, cuando

Kjellber invent el electrodo revestido. Hasta entonces los electrodos se fabricaban con varillas de

acero extrasuave simplemente.

En estas condiciones, el metal fundido, sin proteccin alguna, reacciona libremente con el

oxgeno y el nitrgeno del aire, convirtindose al enfriar en un metal frgil.

La idea de Kjellber consisti en recubrir los electrodos con una pasta de polvo y aglomerante, de

forma que al fundir se forme una escoria protectora, que impida el acceso del aire al bao de

metal fundido.

El recubrimiento de los electrodos est constitudo generalmente por xidos minerales,

carbonatos, silicatos o diversos compuestos orgnicos.

Adems del efecto protector del material fundido, el revestimiento proporciona las siguientes

ventajas:

Al ser menos fusible que el metal del electrodo, forma una especie de vaina alrededor del

arco, que facilita su direccin y evita la formacin de arcos secundarios. Tambin se ioniza

mejor el aire que rodea la zona a soldar.

Permite realizar las llamadas soldaduras de gran penetracin gracias a que se puede

utilizar ms intensidad de corriente con ciertos tipos de electrodos, llamados electrodos de

gran penetracin, aumentando la zona fundida y evitando con esto el que tengamos que

preparar los bordes de algunas piezas

Gracias a la proteccin de la escoria fundida, el enfriamiento de la soldadura se hace con

mayor lentitud, evitando tensiones internas

Soldadura por resistencia elctrica

Este tipo de soldadura se basa en el efecto Joule: el calentamiento se produce al pasar una corriente elctrica a travs de la unin de las piezas. El calor desprendido viene dado por

la expresin:

Q = 0,24 . I2. R . t

siendo: Q = calor (en caloras). I = intensidad de corriente elctrica (en amperios). R = resistencia (en ohmios) al paso de la corriente elctrica. t = tiempo (en segundos).

La soldadura por resistencia puede realizarse de las siguientes maneras: - Por puntos. Las piezas -generalmente chapas- quedan soldadas por pequeas zonas circulares aisladas y regularmente espaciadas que, debido a su relativa pequeez, se denominan puntos. Las chapas objeto de unin se sujetan por medio de los electrodos y, a travs de ellos, se hace pasar la corriente elctrica para que funda los puntos. Cuando se solidifican, la pieza queda unida por estos puntos, cuyo nmero depender de las aplicaciones y de las dimensiones de las chapas que se unen. Este tipo de soldadura por puntos tiene gran importancia en la indus tria moderna, sobre todo en chapa fina. Se emplea en la fabricacin de carroceras de automviles, electrodomsticos (por ejemplo, neveras), y en las industrias elctrica y de juguetera.

Soldadura aluminotrmica o con termita Utiliza como fuente de calor para fundir los bordes de las piezas a unir y metal de aportacin el hierro lquido y sobrecalentado que se obtiene de la reaccin qumica se produce entre el xido de hierro y el aluminio de la cual se obtiene la almina (xido de aluminio), hierro y una muy alta temperatura. 3 Fe3O4 + 8 Al 4 Al2O3 + 9 Fe + calor La almina forma una escoria en la parte superior de la unin evitando la oxidacin. Para efectuar la soldadura se realiza un molde de arena alrededor de la zona de soldadura y se vierte el metal fundido en l.

Procedimientos de energa radiante Un reducido nmero de procesos utilizan para la soldadura energa radiante. Su importancia, dentro del volumen total del producto industrial es todava muy reducida; pero merecen ser destacados por lo que aportan de perspectiva de futuro. Lo que caracteriza a estos procedimientos es su extraordinario poder para aportar la energa en la zona exacta donde se necesita, mediante e enfoque de la fuente radiante sobre el objeto que se va a soldar. Como consecuencia se reduce al mnimo la zona afectada por la unin, no produciendo deformaciones apreciables. Por todo ello, y como excepcin en los procesos d soldadura, estos procedimientos aparecen como procesos de acabado, ejecutados como ltimos pasos d la fabricacin. De todos ellos, el nico que ya ha tomado forma de procedimiento industrial es la soldadura por haz de electrones. El procedimiento se basa en aprovechar la energa cintica de un haz de electrones para bombardear la pieza en la zona que se desea fundir. E proceso tiene lugar en una cmara de vaco a partir deun can de electrones.

MANANTIALES DE CORRIENTE La corriente a utilizar puede ser continua o alterna. La capacidad de corriente Necesaria en la salida para realizar un trabajo depende del espesor del metal que se vaya asoldar y del dimetro del electrodo. La corriente continua permite una seleccin ms amplia de electrodos y escalas de corriente con arco ms estable, por lo que suele preferirse para trabajos en posiciones difciles y chapas finas. Con corriente continua, los dos tercios del calor los proporciona el polo positivo y el tercio restante el polo negativo. Los electrodos de fusin difcil, como los electrodos bsicos, se funden mejor conectndolos al polo positivo. La corriente alterna consume menos energa y produce menos salpicaduras. Tambin los transformadores requieren menos mantenimiento que las dinamos. La corriente alterna se usa donde hay problemas de soplo del arco y en trabajos de soldadura en posicin plana con chapas gruesas.

EL CORDON DE SOLDADURA El cordn de soldadura tiene tres partes bien diferenciadas

Zona de soldadura: Es la zona central, que est formada fundamentalmente por el metal de aportacin.

Zona de penetracin. Es la parte de las piezas que ha sido fundida por los

electrodos.

La mayor o menor profundidad de esta zona define la penetracin de la soldadura. Una soldadura de poca penetracin es una soldadura generalmente defectuosa. Zona de transicin. Es la ms prxima a la zona de penetracin. Esta zona, aunque no ha sufrido la fusin, s ha soportado altas temperaturas, que la han proporcionado un tratamiento trmico con posibles consecuencias desfavorables, provocando tensiones internas.

Las dimensiones fundamentales que sirven para determinar un cordn de soldadura son la garganta y la longitud La garganta (a) es la altura del mximo tringulo issceles cuyos lados iguales estn contenidos en las caras de las dos piezas a unir y es inscribible en la seccin transversal de la soldadura.

Se llama longitud eficaz (l) a la longitud real de la soldadura menos los crteres extremos. Se admite que la longitud de cada crter es igual a la garganta.

CLASIFICACION DE LOS CORDONES DE SOLDADURA Los cordones de soldadura se pueden clasificar Por la posicin geomtrica de las piezas a unir. * Soldaduras a tope (figura 4) * Soldaduras en ngulo (figura 5)

Soldadura en angulo

Por la posicin del cordn de soldadura respecto al esfuerzo (figura 6) * Cordn frontal * Cordn lateral * Cordn oblicuo

Por la posicin del cordn de soldadura durante la operacin de solda(figura7) * Cordn plano (se designa con H) * Cordn horizontal u horizontal en ngulo (se designa por C). * Cordn vertical (se designa con V) * Cordn en techo o en techo y en ngulo (se designa con T)

SOLDADURAS A TOPE -Deben ser continuas en toda la longitud y de penetracin completa. -Debe sanearse la raz antes de depositar el primer cordn de la cara posterior o el cordn de cierre. -Cuando no sea posible el acceso por la cara posterior debe conseguirse penetracin completa. - Cuando se unan piezas de distinta seccin debe adelgazarse la mayor con pendientes inferiores al 25%.

SOLDADURAS EN ANGULO - La garganta de una soldadura en ngulo que une dos perfiles de espesores e1e2 no debe sobrepasar el valor mximo de la Tabla 2, que corresponde al valor e1 y no debe ser menor que el mnimo correspondiente al espesor e2 , y siempre que este valor mnimo no sea mayor que el valor mximo para e1

- La longitud eficaz l de una soldadura lateral en ngulo con esfuerzo axial debe estar comprendida entre los siguientes valores:

Exceptuando los casos de uniones sometidas a cargas dinmicas, o estructuras expuestas a la intemperie o ambientes agresivos, o temperaturas inferiores a 0C, o bien en uniones estancas, las uniones longitudinales de dos piezas podrn realizarse mediante soldaduras discontinuas. Las uniones discontinuas pueden ser correspondientes o alternadas. En estos casos, los valores lmites recomendados por la NBE EA-95 para l y s son los siguientes:

RECOMENDACIONES PARA LA EJECUCION DE CORDONES.

Durante el soldeo proporcionamos calor que se propaga a lo largo y ancho de las piezas, producindose: a). Un enfriamiento ms o menos rpido de las partes de las piezas en las que la temperatura ha superado la del punto crtico del acero. b). Contracciones de las zonas calentadas al enfriarse posteriormente. La velocidad de enfriamiento de la pieza tiene un efecto importante sobre la modificacin de la estructura cristalina del metal, lo cual se traduce en una modificacin de sus caractersticas mecnicas y, en especial, en un aumento de su fragilidad. Las contracciones, si operasen sobre piezas con libertad de movimiento, slo proporcionaran deformaciones, pero como las piezas tendrn ligaduras, nos aparecern, adems, tensiones internas, que sern mayores a medida que la produccin de calor sea mayor o, lo que es equivalente, a medida que las piezas sean ms gruesas Las deformaciones que nos aparecen pueden dividirse en deformaciones lineales y deformaciones angulares. Podemos eliminar estas deformaciones y tensiones internas si seguimos las siguientes indicaciones: Soldaduras de cordones mltiples Se recomienda en NBE EA-95 que una soldadura de varios cordones se realice depositando stos en el orden de la figura . El ltimo cordn conviene que sea ancho para que la superficie de la soldadura sea lisa

Soldaduras continuas Cuando la longitud de la soldadura no sea superior a 500 mm se recomienda que cada cordn se empiece por un extremo y se siga hasta el otro sin interrupcin en la misma direccin. Cuando la longitud est comprendida entre 500 y 1000 mm se recomienda empezar por el centro de cada direccin Uniones planas con soldaduras cruzadas Se recomienda ejecutar en primer lugar las soldaduras transversales

Uniones en ngulo con soldaduras cruzadas Cuando slo son dos los cordones que se cruzan (figura 16) debe seguirse la disposicin a), ya que aunque parece que la disposicin b) evita las tracciones biaxiales, el efecto de entalla es ms desfavorable que la propia biaxialidad de tracciones

Cuando se trata de tres cordones (figura 17), el efecto de traccin triaxial y su consecuente peligro de rotura frgil recomienda que se utilice la configuracin

a), en lugar de la b), a pesar del efecto de entalla, aunque la mejor solucin es evitar la concurrencia de tres cordones en un punto

CALCULO DE LOS CORDONES DE SOLDADURA Normativa: NBE EA-95.

Soldaduras a tope La norma NBE EA-95 especifica que las soldaduras a tope realizadas correctamente no requieren clculo alguno.

Soldaduras en ngulo Se asimila el cordn de soldadura a un tringulo issceles (figura ) y se toma como seccin de clculo la definida por la altura a del tringulo issceles, por ser la seccin menor

Tringulo issceles que define el cordn de soldadura.

Tambin se acepta que las tensiones son constantes a lo largo del plano definido por la altura a (figura ) y cuya superficie es al, siendo l la longitud del cordn de soldadura.

Plano definido por la altura a.

Sobre este plano las componentes de las tensiones sern: una tensin normal s y dos componentes sobre el plano de referencia, que llamamos ta y tn. Con una base experimental, la norma NBE EA-95 define como condicin de seguridad de una soldadura de ngulo la que la tensin de comparacin obtenida de las acciones ponderadas sea inferior a la resistencia de clculo del acero

siendo la resistencia de clculo del acero u

Aunque la tensin de comparacin est referida al plano de garganta de la soldadura, en general resulta ms sencillo para el clculo abatir la seccin de garganta sobre una de las caras del cordn (figura 20). La relacin entre las tensiones unitarias es la siguiente

SOLICITACIONES A TRACCION A. UNION CON SOLO CORDONES FRONTALES

La seccin de garganta se considera abatida sobre el plano de uno cualquiera de los lados del cordn. En este plano abatido:

Las relaciones entre las tensiones del plano abatido y el de la garganta son:

O bien

UNION CON SOLO CORDONES LATERALES.

La seccin de garganta se considerar abatida sobre el plano de la superficie de contacto entre las dos piezas. Las dos secciones quedarn as contenidas en el mismo plano y sometidas a la tensin ta. Esta tensin puede considerarse como uniforme a lo largo del cordn, siempre que la longitud de sta no exceda de cincuenta veces el espesor de garganta, ni de doce veces el espesor de garganta, ni de doce veces el ancho del perfil unido.

O bien

UNION CON SOLO CORDONES OBLICUOS.

La seccin de garganta se abatir sobre el lado del cordn normal a la superficie de contacto entre las dos piezas:

UNIONES CON CORDONES FRONTALES Y LATERALES COMBINADOS En estas uniones existe una interaccin entre los cordones frontales y laterales, de forma que la resistencia total de la costura no es igual a la suma de las resistencias de los dos tipos de cordones. De acuerdo con la experimentacin disponible, se pueden recomendar provisionalmente las siguientes reglas de clculo: a). Si la longitud de los cordones laterales es mucho mayor que la longitud de los cordones frontales (l2>1.5h) la deformacin que admiten aqullos es tal que no puede aceptarse ninguna carga para los frontales. En este caso, el clculo se efectuar como se indica en el epgrafe 8.2 (Unin con slo cordones laterales) y se debe seguir la regla de buena prctica de no emplear uniones como las de las figuras 24 c y d, ya que el cordn C3 se fisurar antes de que los cordones C2 hayan llegado a su capacidad total de resistencia. b). Si los cordones laterales y frontales son aproximadamente igual en longitud (0.5h

Los valores de b estn dados en la Tabla 3 y los valores de K en la Tabla 4

c). Si los cordones laterales y frontales son aproximadamente iguales en longitud (0.5h

d). Si la longitud de los cordones laterales es mucho menor que la de los cordones frontales (l20.5l1) (figura 24 f) se supondr que la mxima carga admisible en la unin es:

SOLICITACIONES A FLEXION A. UNION CON SOLO CORDONES FRONTALES LONGITUDINALES

La tensin mxima producida por el momento flector puede calcularse abatiendo la seccin de garganta sobre el plano del lado del cordn paralelo al eje de momento

La tensin tangencial originada por el esfuerzo cortante puede suponerse uniforme:

Combinando las tensiones obtenidas se obtendr

Si e >>L, es decir, si el momento flector es grande comparado con el esfuerzo cortante, puede utilizarse la frmula simplificada

UNION CON SOLO CORDONES FRONTALES TRANSVERSALES

Unin con slo cordones frontales transversales.

Considerando primero slo el momento flector, la tensin mxima puede calcularse abatiendo la seccin de garganta sobre el plano de unin de las piezas

En la mayor parte de los casos prcticos, h ser grande con respecto a a, y se puede tomar:

UNION CON CORDONES FRONTALES LONGITUDINALES Y TRANSVERSALES

Unin con cordones frontales longitudinales y transversales.

Se considera que el esfuerzo cortante acta nicamente sobre los cordones que unen el alma y que puede considerarse como distribuido uniformemente en su seccin de garganta:

Para los cordones exteriores slo se considera el momento flector

SOLICITACIONES DE TORSION Y ESFUERZO CORTANTE COMBINADOS

A. UNION CON SOLO CORDONES LATERALES

Unin con slo cordones laterales

El momento torsor MT=Fe se descompone en un par de fuerzas T que actan sobre los cordones:

Estas fuerzas producen en los dos cordones la tensin tangencial longitudinal

Que se puede considerar como uniforme distribuida a lo largo de los cordones. Resulta:

UNION CON DOS CORDONES LATERALES Y UNO FRONTAL

Unin con dos cordones laterales y uno frontal.

El momento torsor que agotara el cordn a2 sera:

El momento torsor que agotara el cordn a1 sera:

El momento torsor se descompone proporcionalmente a estos dos, para saber cuanto soporta cada cordn

El esfuerzo cortante se considera absorbido por el cordn 2. La soldadura 1 se calcula a flexin, tal y como se describe en el apartado 8.2 A Unin con slo cordones frontales longitudinales, pero con un nico cordn. La soldadura 2 se calcula como se describe en el apartado 8.3 A Unin con slo cordones laterales.

UNION DEL ALMA CON LAS PLATABANDAS

Unin del alma con platabandas. Debe cumplirse:

Siendo: F Esfuerzo cortante en la seccin. S Momento esttico de la platabanda respecto al eje X Ix Momento de inercia de la seccin completa respecto al eje X Puede, del lado de la seguridad, utilizarse la frmula simplificada siguiente