MINISTERIO POPULAR PARA LA EDUCACIÓN SUPERIOR

UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA

ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

SOLDADURAS Y PERNOS

ESTRUCTURALES

Estructuras de AceroPROF. Ing. Jesús MedinaEstudiantes:Oswaldo Russián CI 20 688 123Víctor Salazar CI 20 578 400

Proyecto Final

INDICE

SOLDADURAS

Introducción

Definiciones

Tipo de juntas

Simbología en soldaduras

Calidad de soldaduras y pruebas

Clasificaciones de los electrodos

Electrodos 6010 y 7018

PERNOS ESTRUCTURALES

Introducción

Tipo de pernos

Pernos de baja resistencia

Pernos de alta resistencia

Determinación de la longitud en pernos

Perforaciones en de agujeros para pernos de alta resistencia

Tipo de conexiones

Tipo de de falla en conexiones mecánicas

SOLDADURASLa soldadura con arco sumergido es un proceso de unión de dos cuerpos por medio de un arco eléctrico que en su desarrollo produce una coalición de metales entre el material de aporte (alambre consumible) y la pieza de trabajo.Para el proceso de soldadura con arco sumergido se dispone en el mercado con alambres electrodos para la soldadura de aceros al carbón, aceros de baja aleación, aceros de alto carbón, aceros de aleación especial, aceros inoxidables y aleaciones especiales para la aplicación de de recubrimientos. El alambre puede ser solido, y/o compuesto, similar al alambre tubular.Según las especificaciones de las casas clasificadoras, los alambres y fundentes deben de cubrir los requisitos necesarios para el proceso de soldadura con arco sumergido como son, el nombre comercial de los alambres, fundente, composición química y método de elaboración.

*Definiciones:Soldadura. La unión localizada del metal producida por el calentamiento y fusión apropiada con el uso de material de aporte (alambre electrodo y fundente).SAWP (Sumerged Arc Welding Process, Proceso de Soldadura con arco sumergido). Es un método de soldadura con maquina gobernada automáticamente. Incluye alimentación y velocidad, donde el arco queda completamente cubierto por el fundente.Fundente. Material en forma de polvo y/o granitos, usado en soldadura de arco sumergido para proteger el charco de soldadura de los agentes contaminantes de la atmosfera, conformar y guiar el cordón en su formación, contribuir a la limpieza del material base, modificar la composición química del material aportado y proteger el cordón de soldadura de un rápido enfriamiento.Alambre electrodo. Alambre cobrizado embobinado en carretes especiales, usado en los procesos de soldadura eléctrica automática y semiautomática de arco sumergido o con protección de gas.Intensidad de soldadura. Es el elemento con mayor influencia en el proceso de soldadora automática, porque aumenta la velocidad del alambre a la medida de su fusión.Penetración. La distancia en que la zona de fusión se extiende por debajo de la superficie de la parte o partes q se han soldado.

TIPOS DE JUNTAS EN SOLDADURA

Cada unión se diferencia de otra por el ángulo o por el tipo de bisel que la compone, y en consecuencia la soldadura se deposita según las exigencias que impongan la preparación de la costura y el tipo de material base.Normalmente el tipo de junta se relaciona con el espesor del material a unir y con las características del trabajo de la pieza de construcción.A continuación se muestra la forma de norma que se usa para la preparación de uniones con costuras en ángulo y juntas para costuras a tope.

SÍMBOLOS DE SOLDADURA

Las uniones a soldar se suelen presentar en los planos por medio de símbolos. El objetivo de los símbolos es el proporcionar en la forma más clara y correcta la localización de la soldadura especificación del proceso, tipo de soldadura, dimensión del cordón y otras indicaciones más.

1. La completa información de una soldadura es dada siempre por una línea de referencia, la cual en la parte delantera de una flecha, indica la localización de la soldadura, y por la parte trasera, las especificaciones del proceso y otras referencias.2. En el centro de la línea se pone el símbolo que indica el tipo de soldadura y otras informaciones de la unión.3. La especificación de la dimensión del cordón de soldadura se marca en la parte izquierda del símbolo.4. Los símbolos suplementarios proporcionan otras informaciones extras para completar el trabajo.

Ejemplo:

CALIDAD DE SOLDADURA Y PRUEBAS

Los operadores deben sostener un examen de calificación por parte de la casa encargada de la inspección de la obra en construcción.

Todos los materiales como son: aceros, alambres, fundentes y aplicación de la soldadura son sjuetos a inspección y aprobación.

Todas las pruebas de calificación de los operadores se deben efectuar con el material de aporte y material base que la empresa usara para la obra.

La empresa debe proporcionarlos datos de los fundentes, equipos y materiales a utilizar, y sus respectivas especificaciones precisas.

Las pruebas para soldaduras se dividen en

Destructivas: Las probetas serán marcadas y numeradas. Al terminarse de soldar, las probetas serán trazadas, cortadas y preparadas mecánicamente, para efectuar los ensayos requeridos.

No destructivas:

Método visual.

El método o prueba de líquidos penetrantes: se basa en el principio físico conocido como capilaridad y consiste en la aplicación de un líquido, con buenas características de penetración en pequeñas aberturas, sobre la superficie limpia del material a inspeccionar. Una vez que ha transcurrido un tiempo suficiente, como para que el líquido penetrante recién aplicado, penetre considerablemente en cualquier abertura superficial, se realiza una remoción o limpieza del exceso de líquido penetrante, mediante el uso de algún material absorbente (papel, trapo, etc.) y, a continuación se aplica un líquido absorbente, comúnmente llamado revelador, de color diferente al líquido penetrante, el cual absorberá el líquido que haya penetrado en las aberturas superficiales.

El método de Ultrasonido se basa en la generación, propagación y detección de ondas elásticas (sonido) a través de los materiales con un sensor. Este contiene un elemento piezo-eléctrico, cuya función es convertir pulsos eléctricos en pequeños movimientos o vibraciones, las cuales a su vez generan sonido, con una frecuencia en el rango de los megahertz (inaudible al oído humano). El sonido o las vibraciones, en forma de ondas elásticas, se propaga a través del material hasta que pierde por completo su intensidad ó hasta que topa con una interfase, es decir algún otro material tal como el aire o el agua y, como consecuencia, las ondas pueden sufrir reflexión, refracción, distorsión, etc. Lo cual puede traducirse en un cambio de intensidad, dirección y ángulo de propagación de las ondas originales.

CLASIFICACIÓN DE LOS ELECTRODOS

La American Welding Society enumeró los electrodos directamente según sus características de aplicación, tipo de corriente con que se debe usar, así como el tipo de depósito.

Nomenclatura:

AWS YYXZDonde:YY significa un mínimo de resistencia en libras por pulgadas cuadradas.X significa la posibilidad de aplicación1: todas las posiciones2: Posición Plana y horizontal.3: Solo soldable en posición plana.Z significa la penetración.0: alta penetración: para soldar únicamente con C.C. en corriente invertida (celulosa y sodio)1: alta penetración: para soldar en C.A. –C.C. Polaridad invertida (celulosa y potasio).2: mediana penetración: para soldar en C.A. y C.C. Polaridad directa y polaridad invertida (titanio y sodio).3: Ligera penetración: Acabado terso para aplicarse con C.A.-C.C. directa o invertida (titanio y sodio).4: Penetración mediana: (polvo de hierro y titanio) Polaridad directa o invertida.5: Bajo hidrogeno y sodio: Para soldar en C.C. Polaridad invertida.6: Bajo hidrogeno y potasio: para soldar en C.A.-C.C. polaridad invertida.7: Bajo hidrogeno, polvo de hierro, oxido de hierro: para soldar con C.C. polaridad directa.8: Bajo hidrogeno y polvo de hierro: para soldar con C.C. polaridad invertida o con C.A.

Ejemplo:AWS 6010

60: significa un mínimo de resistencia de 43,60 a 53.50 Kg/cm2 (60.00 libras por pulgada cuadrada.)1: Significa la posibilidad de aplicación, que en este caso es en todas las posiciones.0: Significa alta penetración y que se debe aplicar únicamente con polaridad invertida y corriente continua.

Los significados del índice adicional más comunes son los siguientes:A1 -: Significa un contenido de molibdeno.B1 al B4: Significa un contenido de cromo molibdeno.C1 a C3: Significa un contenido de níquel.D1 a D2: Significa un contenido de manganeso-molibdeno.G: Para electrodos no clasificados.M - : Una clasificación militar (generalmente para soldar aceros de grano fino y extra fino).

ELETRODOS 6010 Y 7018AWS 6010:Los electrodos que pertenecen a este grupo (E-6011 incluidos), se distinguen por la alta penetración que es producida por la alta potencia del arco, debido al alto contenido de celulosa en el revestimiento (aproximadamente el 35% de su peso). Otra característica especial de estos electrodos, es que durante la fusión producen un ruido parecido a un fuerte soplido, que se distinguen claramente entre todos los demás electrodos. Este soplido se produce durante la influencia del arco eléctrico, que descompone la celulosa en gas carbónico (CO1) y vapor de agua (H2O).Otros componentes del revestimiento de los E-6010, además de la celulosa (elemento primario), son generalmente usados: el dióxido de titanio, disoxidantes metálicos tales como el fierro manganeso y otros como el magnesio, silicato de aluminio y silicatos de sodio. Sin embargo, estos electrodos son clasificados con el nombre de solo dos componentes: alta celulosa y sodio.Son recomendados para la mayoría de aplicaciones de soldadura en uniones de acero al carbón, como son tuberías, tanques, construcción y reparación naval, etc.Son recomendados para aplicaciones de soldadura en todas posiciones, haciendo uso exclusivamente de corriente continua o directa, con el tipo de polaridad invertida.

AWS 7018:La composición del revestimiento es similar a E-7015, excepto que el 7018 tiene una adición de alto porcentaje de polvo de hierro, que varía entre un 25 y 40% del peso del revestimiento.Los componentes del revestimiento del E-7018, permiten la obtención de soldadura en posición vertical ascendente, más rápida que cualquier tipo de electrodo, debido a la posibilidad de usarlos con rangos más altos de corriente.La composición del revestimiento de los electrodos de bajo hidrogeno es de suma importancia para merecer este nombre. Veamos n qué forma: la obtención de un óptimo deposito de soldadura hecho con estos electrodos, es directamente relacionado con dos elementos muy importantes: el carbonato de calcio y la flurita, como veremos a continuación.

PERNOS ESTRUCTURALES

Los pernos son piezas metálicas largas de sección constante cilíndrica, normalmente hecha de acero o hierro. Se utilizan para sujetar piezas en una estructura, por lo general de gran volumen.

Los dos tipos de pernos que se utilizan más en estructuras de acero son el tornillo común (A307) y el perno de alta resistencia (A325, A449, y A490).

TORNILLO COMÚN

(PERNO DE BAJA RESISTENCIA)

Tornillo A307: es conocido con una variedad de nombres: sin terminar, desbastado, común, ordinario y maquinado.

Se suministra en dos grados, A y B; el primero para usos generales y el último para juntas en sistemas de tuberías. Están hechos de acero de baja resistencia (acero con bajo contenido de carbono) y son los pernos más económicos. Poseen una resistencia mínima a la tensión de 4220 Kg/cm 2.

Estos tornillos se aprietan por medio de llaves de tuercas manuales de gran brazo que inducen en el tornillo tensiones iniciales relativamente pequeñas y de valor impredecible. Se usan

satisfactoriamente en marcos de edificios no sujetos a choques o vibraciones y en construcciones de acero laminado en caliente o formado en frío

PERNOS DE ALTA RESISTENCIA

El perno A325 se hace de acero medio al carbón, utilizándose también tanto en la construcción con aceros laminado como con aceros formados en frío. La resistencia a la tensión de este perno disminuye con el aumento de su diámetro, de manera que se especifican dos rangos de diámetros (Tabla 1-1).

El perno A449, también de acero medio al carbón, se suministra en tres rangos de diámetros.

El perno A490 se hace de aleación de acero con un solo rango de resistencia a la tensión. Debe mencionarse que las propiedades de tensión se basan en un “área de esfuerzos” que es mayor que el área de la sección transversal en raíz de la rosca, pero menor que el área sin roscar. La resistencia del tornillo considerando esta área es aproximadamente la misma que la del espécimen de prueba.

Las especificaciones para los pernos A325 y A490, escritas por el consejo de Investigaciones de Uniones Estructurales Remachadas y Atornilladas, requieren que estos pernos se instalen con una tensión inicial aproximadamente igual al 70% de la resistencia mínima a la tensión inicial e incluye al perno A449.

Diagramas de esfuerzo-deformación para los distintos grados de pernos de alta resistencia.

PROPIEDADES DE LOS PERNOS ESTRUCTURALES

DesignaciónASTM

Diámetro del tornillo mm

Resistencia a la tensión. Ton/cm2 Resistencia mínima a la

fluencia ton/cm2. 0.2% Desplazamien

to

Prueba de carga, medición

de longitud, ton/cm2*Mínima Máxima

Acero bajo al carbón:

A307Grado AGrado B

TodosTodos

4.24.2 7.0

Pernos estructurales. Alta

resistencia:Acero medio al

carbón:A325 y A449A325 y A449

A449

13-2528-3844-76

8.47.356.30

………

6.445.674.16

5.955.183.65

Aleación de acero:A490 13-38 10.50 12.60 9.10 8.40

*En el área π4 (D−2 .475

n )2

donde D = diámetro nominal y n = número de hilos por pulgada.

DETERMINACIÓN DE LA LONGITUD DEL PERNO

La longitud del perno a utilizar está en función de los espesores de las láminas a conectar, del espesor de las arandelas y del diámetro del perno. En efecto, la longitud del perno será la sumatoria de los espesores de las láminas a conectar (longitud de agarre), más el espesor de las arandelas, más un valor tabulado que varía en función del diámetro.

TABLA 1.2

Diámetro nominal del perno (pulg) Valor añadido a la longitud de agarre (pulg)1/2 11/165/8 7/83/4 17/8 1 1/81 1 1/4

1 1/8 1 1/21 ¼ 1 5/8

1 3/8 1 3/4

1/1/2 1 7/8

PERFORACIONES DE AGUJEROS PARA PERNOS DE ALTA RESISTENCIA

Existen tres tipos de agujeros que se pueden utilizar para alojar los pernos de alta resistencia:

- Agujeros estándar: los agujeros estándar son aquellos en los que se aumenta en 1/16’’ el diámetro nominal del perno. Esto con el fin de brindar una holgura en lo referente a montajes estructurales. Son recomendados para la mayoría de las aplicaciones.

Agujeros sobredimensionados: proporcionan una mayor holgura para alojar los pernos de alta resistencia. Se aumenta en 3/16’’ el diámetro nominal del perno a alojar.

Agujeros de ranura (corta, larga): los agujeros de ranura corta y larga son aquellos en los que se permite un ajuste en una dirección en particular, y dependiendo de la dirección de la carga la ranura puede ser vertical u horizontal.

Dependiendo del diámetro del perno de alta resistencia, se establecen las dimensiones nominales de los agujeros:

TIPOS DE CONEXIONES

El tipo de conexión depende del esfuerzo al que estén sometidos los pernos, y éstos pueden ser: corte, tensión y la combinación de tensión y corte.

En la conexión de corte, los pernos son cargados con acciones de corte axial o corte excéntrico. Si la línea de acción de la carga aplicada pasa a través del centroide del conjunto de pernos, entonces la junta es cargada con corte axial. En corte excéntrico, la fuerza de corte no pasa a través de este centroide, y por tanto, produce un momento torsional sobre la junta empernada, que incrementa los esfuerzos de corte en el perno.

Corte axial:

Corte excéntrico:

El tipo de conexión más común, sin embargo, es aquella en la cual los pernos están sometidos a tracción y corte combinados, como se expresa en la figura.

TIPOS DE FALLA EN LOS CONECTORES MECÁNICOS

Falla por tracción.

El apriete de las tuercas en los pernos origina fuerzas de pre-tracción. Si a estos esfuerzos iniciales se suman los debidos a las fuerzas exteriores de tracción sobre los conectores, y se supera su resistencia al agotamiento en tracción, sobreviene este tipo de falla.

Falla por corte.

Se produce cuando el desplazamiento entre las planchas origina elevadas tensiones de corte en uno o más planos del conector. Cuando la rosca de los pernos está incluida en los planos de corte, se exige una reducción de las tensiones admisibles de diseño a corte.

Falla por aplastamiento del conector.

En la práctica, esta falla tiene sólo una remota posibilidad de ocurrencia, debido a que el acero de los pernos es de calidad superior al de las planchas que conectan, y el confinamiento dentro de las perforaciones aumenta su ductilidad. Pero si se materializara una conexión con pernos A307 y planchas de alto rendimiento, podría ocurrir este tipo de falla. Por lo tanto, este tipo de conexión debe evitarse.

En la siguiente figura se presentan los distintos tipos de falla: