TECNOLOGÍA DE LA SOLDADURA

En este documento se realizará cada paso para seleccionar el tipo de

soldadura a usar en una estructura tipo “HOWE” de acero ASTM A-36

TRABAJO INDIVIDUAL

INTRODUCCION

En el presente trabajo detallaremos, paso a paso, el procedimiento de cómo se

debe seleccionar el tipo de soldadura en una estructura tipo “HOWE”, teniendo

en cuenta las fuerzas que actuarán sobre cada una de las vigas para así tener

un proceso de selección adecuado del tipo de soldadura que será más eficaz y

resistirá las fuerzas de tracción o compresión halladas; también se hallará la

cantidad de pintura necesaria para el pintado de la estructura, llevando consigo

que se halle los costos de fabricación entre materiales y mano de obra.

MARCO TEORICO

1. DEFINICIÓN DE SOLDADURA

Soldadura es un procedimiento por el cual dos o más piezas de metal se unen

por aplicación de calor, presión, o una combinación de ambos, con o sin aporte

de otro metal, llamado metal de aportación, cuya temperatura de fusión es

inferior a la de las piezas que han de soldarse.

Soldar consiste en reunir las partes integrantes de una construcción

asegurando la continuidad de la materia entre ellas, entendiendo por

continuidad no sólo la de carácter geométrico sino la homogeneidad en todo

tipo de propiedades. 

También se puede considerar soldadura la aportación mediante fusión de

material sobre una pieza para modificar las dimensiones iniciales de la misma,

o para conseguir características superficiales diferentes a las de origen. 

La normativa actual distingue entre soldadura y soldeo, de manera que no se

pueden usar indistintamente. Soldadura es el cordón físico que une las piezas y

soldeo el método que se ha empleado para conseguir realizar dicha unión o

soldadura.

2. APLICACIONES DE LA SOLDADURA

a. Para sustituir piezas fundidas. 

b. Para sustituir al remachado 

c. Para recuperar piezas desgastadas o rotas 

d. Para mejorar las características superficiales 

3. CONCEPTO DE SOLDABILIDAD

Soldabilidad operatoria. Se refiere a la operación de soldeo en sí,

estudiando las dificultades de su realización. 

Soldabilidad metalúrgica. Se ocupa de las transformaciones de los

materiales durante el proceso de soldeo. Se estudia para conseguir

las características mecánicas deseadas para la unión. 

Soldabilidad constructiva. En ella se trata de definir y estudiar las

propiedades y condiciones que debe reunir la soldadura para poder

emplearse en una construcción. 

4. TIPOS DE SOLDADURA MÁS UTILIZADOS

a. Soldadura ordinaria o de aleación.

Esta tipo de soldadura añade un material para la fusión. Este material

se funde y pega las piezas. Estas piezas no se funden entre sí.

b. Soldadura por presión o forja.

Proceso para la unión de dos metales por medio de calor y/o presión

y se define como la liga metalúrgica entre los átomos del metal a unir

y el de aporte.

c. Soldadura por fusión.

Técnica que consiste en calentar dos piezas de metal hasta que se

derriten y se funden entre sí. Puede ser con aporte de material o sin.

d. Soldadura por resistencia.

Es considerada un proceso de fabricación, termoeléctrico, se realiza

por el calentamiento que experimentan los metales, hasta la

temperatura de forja o de fusión debido a su resistencia al flujo de

una corriente eléctrica, es una soldadura tipo autógena que no

interviene material de aporte. Los electrodos se aplican a los

extremos de las piezas a soldar, se colocan juntas a presión y se

hace pasar por ellas una corriente eléctrica intensa durante un

instante. La zona de unión de las dos piezas, como es la que mayor

resistencia eléctrica ofrece, se calienta y funde los metales,

realizándose la soldadura. La cantidad de calor necesaria, por tanto

la intensidad aplicada y tiempo de presión ejercida dependerá del tipo

de metal a soldar.

e. Soldadura por inducción.

Tipo de soldadura que se produce al aprovechar el calor generado

por la resistencia al flujo de la corriente eléctrica inducida que se

tiene en las piezas a unir. Por lo regular esta soldadura se logra

también con presión.

f. Soldadura aluminotérmica.

El calor necesario para este tipo de soldadura se obtiene de la

reacción química de una mezcla de óxido de hierro con partículas de

aluminio muy finas. El metal líquido resultante constituye el metal de

aportación. Se emplea para soldar roturas y cortes en piezas

pesadas de hierro y acero, y es el método utilizado para soldar los

raíles o rieles de los trenes.

g. Soldadura por arco eléctrico.

Los procedimientos de soldadura por arco son los más utilizados,

sobre todo para soldar acero, y requieren el uso de corriente

eléctrica. Esta corriente se utiliza para crear un arco eléctrico entre

uno o varios electrodos aplicados a la pieza, lo que genera el calor

suficiente para fundir el metal y crear la unión.

5. SOLDADURA POR ARCO

5.1. Elementos

Plasma: está compuesto por electrones que

transportan la corriente y que van del polo negativo

al positivo, de iones metálicos que van del polo

positivo al negativo, de átomos gaseosos que se van

ionizando y estabilizándose conforme pierden o

ganan electrones, y de productos de la fusión tales

como vapores que ayudarán a la formación de una

atmósfera protectora. Esta misma alcanza la mayor

temperatura del proceso.

Llama: es la zona que envuelve al plasma y

presenta menor temperatura que éste, formada por

átomos que se disocian y recombinan

desprendiendo calor por la combustion del

revestimiento del electrodo. Otorga al arco eléctrico

su forma cónica.

Baño de fusión: la acción calorífica del arco

provoca la fusión del material, donde parte de éste

se mezcla con el material de aportación del

electrodo, provocando la soldadura de las piezas

una vez solidificado.

Cráter: surco producido por el calentamiento del

metal. Su forma y profundidad vendrán dadas por el

poder de penetración del electrodo y los valores

eléctricos empleados.

Cordón de soldadura: está constituido por el metal

base y el material de aportación del electrodo, y se

pueden diferenciar dos partes: la escoria, compuesta

por impurezas que son segregadas durante la

solidificación y que posteriormente son eliminadas, y

sobre el espesor, formado por la parte útil del

material de aportación y parte del metal base, la

soldadura en sí.

Electrodos: son varillas metálicas preparadas para

servir como polo del circuito; en su extremo se

genera el arco eléctrico. En algunos casos, sirven

también como material fundente. La varilla metálica

va recubierta por una combinación de materiales que

varían de un electrodo a otro. El recubrimiento en los

electrodos tiene diversas funciones, que pueden

resumirse en las siguientes:

Función eléctrica del recubrimiento

Función física de la escoria

Función metalúrgica del recubrimiento

5.2. Tipos de Soldadura por Arco

Soldadura por arco manual con electrodo revestido.

Soldadura por electrodo no consumible protegido (TIG).

Soldadura por electrodo consumible protegido (MIG,

MAG).

Soldadura por arco sumergido.

TRABAJO

1. Hallar las fuerzas externas en los nudos en función a la carga de diseño.

2. Hallar las reacciones en los apoyos del tijeral.

3. Utilizar la notación de BOW para identificar las barras.

4. Desarrollar los nudos para encontrar las cargas en las barras.

5. Desarrollar los nudos hasta la mitad del tijeral.

6. Hacer un cuadro indicando las cargas actuantes en las barras, indicando

si es tracción o compresión.

7. Todos los tijerales serán de perfiles angulares simples o dobles, de

acero ASTM A-36.

8. Diseñar las viguetas, tomando en consideración la distancia entre

tijerales.

9. Seleccionar los perfiles adecuados para cada caso, considerando si está

sometido a tracción o compresión.

10. Para unir los perfiles en los nudos se deberá utilizar cartelas de

planchas de (3/16“) o (1/4”) de espesor, recortadas de forma estática y

ergonómica.

11. Diseñar las columnas tomando en cuenta la resistencia y la relación de

esbeltez (ʎ=1/4).

12. Todas las columnas serán de perfiles H de ala ancha (WF); y con una

placa para sujetar el tijeral.

13. Las distancias entre nudos de la parte inclinada del tijeral serán de 1.70

metros aproximadamente, para poder techar con planchas de eternit de

6 pies.

14. Diseñar los cordones de soldadura de unión de los perfiles con la

cartela, implicando el tipo de cordón.

15. Especificar los tipos de soldadura a utilizar.

16. Realizar el metraje de toda la estructura indicando la cantidad y tipo de

material a utilizar.

17. La estructura llevará dos capas de pintura, una de Zincromato y otra

mano de acabado.

18. Hallar los costos de fabricación, incluyendo materiales y mano de obra.

19. Realizar los planos de despiece y ensamble en formatos A-2.

20. En el plano de despiece se debe dibujar los nudos hasta la mitad del

tijeral indicando la simbología de la soldadura.

21. Cada grupo de trabajo contará con un integrante.

22.El plazo de entrega es de tres semanas después del dado el trabajo.

23.El trabajo se entregará en un folder manila tamaño A-4, tipeado a

computadora, en versión escrita y en un CD en versión digital.

Desarrollo del Trabajo

Datos de la estructura:

Luz: 9m

Longitud: 18m

Distancia entre tijerales: 6m

Altura: 4.5m

Ángulo: 30°

Carga total de diseño: 100 kg/m2

Peso aproximado de todo el techo: Ft

F ( t )=A ( t ) x C (t )

A (t )=9mx 18m=162m2

F ( t )=162m2 x 100kg

m2

F ( t )=16200kg

Notación de Bow para identificar las fuerzas y las barras:

Forma de hallar las cargas en los nudos:

F1 = A1 x C1 = (0.75 x 6)m2 x 100kg/m2 = 450 kg

F2 = A2 x C2 = (1.5 x 6)m2 x 100kg/m2 = 900 kg

F3 = A3 x C3 = (1.5 x 6)m2 x 100kg/m2 = 900 kg

F4 = A4 x C4 = (1.5 x 6)m2 x 100kg/m2 = 900 kg

F5 = A5 x C5 = (1.5 x 6)m2 x 100kg/m2 = 900 kg

F6 = A6 x C6 = (1.5 x 6)m2 x 100kg/m2 = 900 kg

F7 = A7 x C7 = (0.75 x 6)m2 x 100kg/m2 = 450 kg

Reacciones en los apoyos del tijeral:

Se usarán tres (3) apoyos, debido a la luz del tijeral.

R (a )=R (b )=R ( c )= ( 450+900+900+900+900+900+450 ) kg3

R (a )=R (b )=R ( c )=1800kg

Cálculos en las barras:

Desarrollo de los nudos:

NUDO 1:

R(a) R(b) R(c)

∑ Fx=0

F (a ) cos30 °=F (b )

∑ Fy=0

F (1 )+F (a ) sen30 °=R (a )

F (a )= R (a )−F (1 )sen30 °

=2700kg

F (b )=2700kg x cos30 °=2338.2685kg

NUDO 2:

∑ Fx=0

F (b )=F ( f )=2338.2685 kg

∑ Fy=0

F (c )=0 (NOTRABAJA )

NUDO 3:

∑ Fx=0

F (a ) cos30 °=F (d ) cos30 °+F (e ) cos30 °

F (a )=F (d )+F (e )

∑ Fy=0

F (2 )+F (d ) sen30 °=F (a ) sen30 °+F (e ) sen30 °

F (2 )=(F (a )+F (e )−F (d ) ) sen30 °

F (2 )sen30 °

=2 F (e )

F (e )=900kg

F (d )=F (a )−F (e )=1800kg

NUDO 4:

∑ Fx=0

F ( f )=F (e ) cos30 °+F ( j)

F ( j )=F ( f )−F (e ) cos30 °

F ( j )=1558.8456 kg

∑ Fy=0

F (e ) sen30 °=F (g )

F (g )=450kg

NUDO 5:

∑ Fy=0

F (d )cos30 °=F (h ) cos30 °+F ( i ) cos30 °

F (d )=F (h )+F (i )

∑ Fy=0

F (3 )+F (h ) sen30 °=F (d ) sen30 °+F ( i ) sen30 °+F (g )

F (3 )−F (g )= (F (d )+F (i )−F (h ) ) sen30 °

F (3 )−F (g )sen30°

=2F ( i)

F ( i )=450kg

F (h )=F (d )−F ( i )=1350kg

NUDO 6:

∑ Fx=0

F (h )cos 30°=F (l ) cos30 °

F (h )=F ( l )=1350 kg

∑ Fy=0

F ( 4 )=F (h ) sen 30°+F (l ) sen30°+F (k )

F ( k )=450kg

NUDO 7:

∑ Fx=0

F (i ) cos30 °+F (n )=F (m ) cos30 °+F ( j)

∑ Fy=0

F ( k )=F ( i ) sen30 °+F (m) sen 30°

F (m )= F (k )sen30 °

−F ( i )=450kg

F (n )=F ( j )=1558.8456kg

Identificación de las fuerzas de tracción o compresión que actúan en las

barras:

En el sistema métrico:

BARRA LONGITUD(m)Carga (kg)

TRACCION COMPRESION

A 1.732 ---- 2700B 1.5 2338.2685 ----C 0.866 ---- ----D 1.732 ---- 1800E 1.732 ---- 900F 1.5 2338.2685 ----G 1.732 450 ----H 1.732 ---- 1350I 2.291 ---- 450J 1.5 1558.8456 ----K 2.598 450 ----L 1.732 ---- 1350M 2.291 ---- 450N 1.5 1558.8456 ----O 1.732 450 ----P 1.732 ---- 1800Q 1.732 ---- 900R 1.5 2338.2685 ----S 0.866 ---- ----T 1.732 ---- 2700U 1.5 2338.2685 ----

En el sistema inglés:

BARRA LONGITUD(pies)

Carga (lbs)

TRACCIONCOMPRESIO

N

A 5.682692 ---- 5952.42

B 4.92155154.9467

4 ----C 2.841346 ---- ----D 5.682692 ---- 3968.28E 5.682692 ---- 1984.14

F 4.92155154.9467

4 ----G 5.682692 992.07 ----H 5.682692 ---- 2976.21I 7.516771 ---- 992.07

J 4.92153436.6310

1 ----K 8.524038 992.07 ----L 5.682692 ---- 2976.21M 7.516771 ---- 992.07

N 4.92153436.6310

1 ----O 5.682692 992.07 ----P 5.682692 ---- 3968.28Q 5.682692 ---- 1984.14

R 4.92155154.9467

4 ----S 2.841346 ---- ----T 5.682692 ---- 5952.42

U 4.92155154.9467

4 ----

Selección de perfiles angulares:

Para barra a máxima compresión:

BARRA: A

LONG.: 5.682692 pies

CARGA: 5952.42 lbs

o Primera condición:

lγ≤180→γ=

l180

=5.682692 pies x 12

pulgpies

180

γ=0.3788461333 pulg

UTILIZAREMOS PERFILES ANGULARES DE ACERO

ASTM A-36:

γ=0.465 pulg ,2 ⌉ ⌈−112

x1 {1} over {2} x18

o Segunda condición:

Para acero estructural ASTM A-36.

σ ( y )=36000lbs

pulg2

σ (d )≥ FA

Esfuerzo de diseño para compresión:

σ (d )=0.4 x36000lbs

pulg2=14400

lbs

pulg2

Área mínima que debe tener el perfil:

A= Fσ (d )

= 5952.42 lbs

14400lbs

pulg2

=0.4133625 pulg2

Área del perfil seleccionada:

A=0.716 pulg2≥ Amin=0.4133625 pulg2

Usaremos: PARA TODA LA BRIDA SUPERIOR

2 ⌉ ⌈−112

x1 {1} over {2} x18

Para barra a máxima tracción:

BARRA: B

LONG.: 4.9215 pies

CARGA: 5154.94674 lbs

o Condición:

Para acero estructural ASTM A-36.

σ (d )≥ FA→A= F

σ (d )

Esfuerzo de diseño para tracciónσ (d ):

σ (d )=0.6 x36000lbs

pulg2=21600

lbs

pulg2

Área mínima que debe tener el perfil:

A= Fσ (d )

=5154.94674 lbs

21600lbs

pulg2

=0.2386549417 pulg2

Área del perfil seleccionada:

A=0.469 pulg2≥ Amin=0.2386549417 pulg2

Usaremos: PARA TODA LA BRIDA INFERIOR

2 ⌉ ⌈−1 x1 x18

Para barra K:

BARRA: K

LONG.: 8.524038 pies

CARGA: 992.07 lbs

o Condición:

Para acero estructural ASTM A-36.

σ (d )≥ FA→A= F

σ (d )

Esfuerzo de diseño para tracciónσ (d ):

σ (d )=0.6 x36000lbs

pulg2=21600

lbs

pulg2

Área mínima que debe tener el perfil:

A= Fσ (d )

= 992.07 lbs

21600lbs

pulg2

=0.04592916667 pulg2

Área del perfil seleccionada:

A=0.234 pulg2≥ Amin=0.04592916667 pulg2

De la tabla seleccionamos el perfil:

⌊−1 x1x18

, A=0.234 {pulg} ^ {2

Para barra G:

BARRA: G

LONG.: 8.524038 pies

CARGA: 992.07 lbs

o Primera condición:

lγ≤180→γ=

l180

=8.524038 pies x12

pulgpies

180

γ=0.5682692 pulg

UTILIZAREMOS PERFILES ANGULARES DE ACERO

ASTM A-36:

γ=0.626 pulg , ⌊−2 x2 x18

o Segunda condición:

Para acero estructural ASTM A-36.

σ ( y )=36000lbs

pulg2

σ (d )≥ FA

Esfuerzo de diseño para compresión:

σ (d )=0.4 x36000lbs

pulg2=14400

lbs

pulg2

Área mínima que debe tener el perfil:

A= Fσ (d )

= 992.07 lbs

14400lbs

pulg2

=0.06889375 pulg2

Área del perfil seleccionada:

A=0.438 pulg2≥ Amin=0.06889375 pulg2

De la tabla seleccionamos el perfil:

⌊−1 x1x14

, A=0.438 {pulg} ^ {2

Para C y S:

Estas barras están sometidas a ninguna carga, es decir no

trabajan, pero se les debe colocar seleccionando el perfil:

De la tabla seleccionamos el perfil:

⌊−1 x1x18

Diseño para las Columnas:

H: 4.5m = l = 14.76377955 pies

R(a)=R(b)=R(c): 1800 kg = 3968.320716 lbs

o Primera condición:

lγ≤180→γ=

l180

=14.76377955 pies x12

pulgpies

180

γ=0.98425197 pulg

Seleccionamos una viga I de ala ancha WF, de:

WF-6”x6”, γ x− x=2.56 pulg, γ y− y=1.45 pulg,

A=4.62 pulg2

o Segunda condición:

σ (d )≥ FA

Esfuerzo de diseño para compresión:

σ (d )=0.4 x36000lbs

pulg2=14400

lbs

pulg2

Área mínima que debe tener el perfil:

A= Fσ (d )

=3968.320716 lbs

14400lbs

pulg2

=0.2755778275 pulg2

Área del perfil seleccionada:

A=4.62 pulg2≥ Amin=0.2755778275 pulg2

o USAREMOS UN PERFIL “I” DE ALA ANCHA WF-

6”x6”, DE LAS SIGUIENTES CARACTERÍSTICAS:

Altura de perfil = 6”

Ala ancha = 6”

Espesor de ala = 0.269”

Espesor de alma = 0.24”

Área de la sección = 4.62 pulg2

Eje = x-x

I = 30.3 pulg

S = 10.1 pulg3

γ=2.56 pulg

Peso = 15.5 lbs/pie

Eje = y-y

I = 9.69 pulg

S = 3.2 pulg3

γ=1.45 pulg