Normalización De Aceros, Soldaduras Y Uniones Hv 20375j

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Grupo 1: - ANTOLÍN, Matías - BARALE, Leonardo - MORANT, Adriel VALDIVIESO, Nicolás

REVOLUCIÓN INDUSTRIAL

PRODUCCIÓN EN SERIE

INTERCAMBIABILIDAD DE PIEZAS Y PARTES

NORMALIZACIÓN



Es un documento que estipula las definiciones, las características tecnológicas de los materiales, productos y equipos, los requisitos especiales que deben cumplir para que estas aplicaciones sean satisfactorias y los métodos de ensayo para verificarlos.

La American Iron and Steel Institute (Instituto Americano del Hierro y del acero), se especializa en aceros inoxidables. Veremos cómo normaliza AISI a los aceros inoxidables:   

Aceros Inoxidables Cr – Ni – Mn (serie 200) Aceros Inoxidables Cr – Ni (serie 300) Aceros Inoxidables Cr (serie 400)

Significado de las Series: 200 – 300: Austenítico: no toman temple; son no magnéticos. Son aleaciones de hierro, cromo, níquel y carbono. • 400: Martensíticos: buen temple; magnéticos. Son aleaciones de hierro, cromo y carbono con contenidos típicos de C: 0,10% y Cr: 12-14%. • 400: Ferríticos: no toman temple; magnéticos Son aleaciones de hierro, cromo y carbono, con mayor contenido de cromo y menor de carbono que los martensíticos • Dúplex: Austenita más ferrita • Endurecidos por precipitación •

 A–B–C: poseen

distinto porcentaje de carbono u otro elemento no principal  L: cantidad extra baja de C  S: cantidad baja de C  F: fácil maquinado  FSe: fácil maquinado  con agregado de selenio

Deustcher Industrie Normen (DIN) Son Normas alemanas que clasifican a los aceros por los requerimientos en sus propiedades mecánicas y la condición de suministro. 17100: Acero de construcción de uso general 17200: Aceros mejorados bonificados

St. 33: Acero con una resistencia a la tracción de 33 kg/mm2 St. 37-2: Acero con σ = 37 kg/mm2; 0.2 a 0.25% de C

  

   

  

PREFIJOS: U: acero no desoxidado (U St. 37-2) R: acero desoxidado (R St. XX-X) Z: acero decapado, aptitud del acero para el laminado en barras (Z St. XX-X) Q: aptitud del acero para recanteado o plegado (Q St. XX-X) P: aptitud del acero para su transformación en piezas forjadas en estampa o en máquinas de forjar (P St. XX-X) K: acero para perfiles laminados; Ro: aptitud de los semiproductos, chapa y banda para fabricación de tubos. (K St. XX-X Ro) SUFIJOS N: el acero está normalizado (St. XX-X N) U: el acero está en estado no tratado conformado en caliente (St. XX-X U)

Comprende dos grados: aceros comunes y los aceros de alto tenor (bajo tenor de P y S). Normalización de los Aceros Comunes:

C XX XX% de Carbono (Si, Mn, P, S) EJ: C 22 0.18 – 0.21 % de C. Normalización de Aceros de Alto Tenor:

CK XX XX% de Carbono Ej: CK15 = SAE 1015

Se agrega una letra al final de la norma:  U: acero sin tratar (efervescente)  V: acero templado y revenido  R: acero calmado (incluso semicalmado)  R R: acero especialmente calmado  N: acero normalizado  G: acero con alivio de tensiones  BF: acero con tratamiento térmico para un valor de tracción dado  B: aceros maquinables con tratamiento térmico  C: aceros con tratamiento térmico para cortado en frío EJ: CK 10 U

Según el método de obtención se agrega una letra al principio:  M: refinado en horno eléctrico  T: refinado en convertidor Bessemer

(básico común)  W: refinado por aire (acero de análisis especial)  Y: refinado por inyección de oxígeno EJ: M NiCrMo 25



La Society of Automotive Engineers (SAE) se basa en la clasificación según la composición química de los aceros, haciendo uso de cuatro o cinco dígitos.

 1: acero

al C  2: acero al Ni  3: acero al Cr – Ni  4: acero al Mo  5: acero al Cr  6: acero al Cr – Va  7: acero al W  8: acero al Ni – Cr – Mo  9: acero al Si - Mn

 Este

nos da el porcentaje del elemento principal o la presencia de un agregado, siempre de acuerdo al primer digito.

 Nos

dan el porcentaje de carbono (dividido por cien), cuando la norma presenta cuatro dígitos.  XX08: Acero que contiene 0.08 % de C  1010: acero al carbono con 0.1 % de C

Se

debe analizar: • si el tercer dígito es 1 XX120: Acero con 1.20% de C • Si estamos en la gama de los aceros al W (7) 713XX: Acero al W con 12 a 13% de W • Si estamos en la gama de los aceros al CrNi o al Cr (3 o 6), y el tercer dígito no es 1 3X310: Acero al Cr-Ni s/AISI inoxidable 310

Algunas letras que puedan acompañar la normalización son las siguientes: • Si están entre el segundo y tercer dígitos: B: Boro; L: Plomo Ej: 15B21 • Antes del número: E: horno eléctrico; B: horno Bessemer Ej: B36 • Después del número: • A, B, C: grado del rango de Carbono • F: fácil maquinado; • Se: adición de selenio; • L: extra bajo grado de carbono; • S: bajo grado de carbono. Ej:A53 Grado B

10XX: carbono puro, Mn 1% Máx. 11XX: Resulfurado (libre mecanizado)

Aceros al Carbono

12XX: Resulfurado/refosforado (libre mecanizado)

1-C

15XX: Carbono puro, Mn 1.00-1.65%

Aceros al Manganeso

2-Ni 3-Ni-Cr

Aceros al Níquel

4-Mo

23XX, 25XX

Aceros al Níquel-Cromo Aceros al Molibdeno

31XX, 32XX, 33XX, 34XX 40XX, 44XX

Aceros al Cromo-Molibdeno Aceros al Ni-Cr-Mo

SAE/AISI

13XX: Mn 1,75%

Aceros al Ni-Mo

41XX 43XX, 47XX

46XX, 48XX 50XX,51XX

5-Cr

6-Cr-Va 7-Cr-W 8-Cr-Ni-Mo

9-Si-Mn

Aceros al Cr

Aceros al Cr-Va Aceros al Cr-W Aceros al CrNi-Mo

50XXX, 51XXX, 52XXX (C 1% min) 61XX 72XX 81XX, 86XX, 87XX, 88XX

Aceros al Si-Mn

92XX

Aceros al Ni-CrMo

93XX,94XX, 97XX, 98XX

En Argentina la respuesta técnica eficaz a la normalización la constituyo IRAM. Instituto de Racionalidad Argentino de Materiales.

¿CÓMO PREPARA IRAM UNA NORMA?

 Clasifica

los aceros según su composición química y luego con números que indican la resistencia mínima a la tracción en kg/mm2. X XX

Letra Números Las letras tienen el siguiente significado:       

A- Acero Siemens Martins básico aleado B - Acero al carbono, Bessemer C - Acero al carbono, Siemens Martins básico CB- Acero al carbono, Bessemer o Thomas D - Acero Siemens Martins ácido E - Acero de horno eléctrico MT- Acero al carbono S-M básico, para tubos.

 Aceros

para construcción de uso general  Se aplica a producto laminados de aceros tales como perfiles (T, doble T, L, U, etc.), barras macizas (redondeadas, cuadradas, etc.), flejes, planchuelas y chapas. Se

designarán con la letra F seguida de un número que indica el límite de fluencia mínimo expresado en daN/mm2.

En general los aceros estructurales se consideran soldables por métodos normales de fusión sin tomar precauciones especiales cuando se cumplan las siguientes condiciones:  El carbono equivalente sea menor o igual que 0.55%  Los contenidos de impurezas sean normales  Las segregaciones normales sean las propias de los aceros calmados y semicalmados. F-22, F-24, F-26 y F-36: empleo en estructuras metálicas. F-30, F-34 y F-37: construcciones mecánicas (fabricación de piezas de máquinas y equipos).

ACEROS AL CARBONO

GRIÑON F111 F112 F113 F114 F115 C60 ST-52 A-105

ALEMANI ALEMANI FRANCIA A A UNE 36011NF A35EN 10083 12 DIN 17200 STAND Nº 552-86 F1110 CK15 1.0401 XC15 C25E F1120 CK25 1.1158 XC25 C30E F1130 CK30 1.1178 XC32 C45E F1140 CK45 1.1191 XC45 C55E F1150 CK55 1.1203 XC55 C60E CK60 1.0601 C60 S355 AE355 S355 1.0045 E36-2 C21 1.0432 EUROPA

ESPAÑA

ITALIA

USA

JAPON

UNI 7846

AISI/SAE

JIS

C15 C25 C30 C45 C55 C60 FE510

SAE 1015 SAE 1026 SAE 1030 SAE 1045 SAE 1055 SAE 1060 SAE 1024 ASTM A105

C15C S25C S30C S45C S55C S58C SCC3

ACEROS DE HERRAMIENTAS PARA TRABAJAR EN CALIENTE

ALEMA ESPAÑ ALEMA USA EUROPA NIA FRANCIA ITALIA JAPON GRIÑO A NIA AISI/SA N EN STAND NF UNI JIS UNE DIN E Nº 1.2714 1.2767 1.2343 1.2344 1.2365

35CrMo8 40NiCrMo V16 X38CrMoV 5.1 X40CrMoV 511 32CrMoV1 2-28

F5307 F5305 F5317 F5318 F5313

56NiCrMoV 1.2714 7 X45NiCrMo 1.2767 4 X38CrMoV 1.2343 5.1 X40CrMoV 1.2344 5.1 X32CrMoV 1.2365 3.3

55NiCrMoV7 L6 KU 40NiCrMoV1 6437 E 40NiCrMoV16 6KU ASTM X37CrMoV51 6437E X38CrMoV5 KU ASTM X40CrMoV5. 6408A X40CrMoV5 11KU ASTM 32CrMoV12- X30CrMoV12 H10 28 27KU 55NiCrMoV7

STK-4

SKD-6 SKD-61 SKD-7



Esta norma se encarga de las estructuras de acero de edificios soldadas, su cálculo y disposición constructiva.

Generalidades Campo de validez: Estructuras de edificios de aceros soldadas, y están solicitadas por cargas predominantemente estáticas, así como para pasos y techos de sótanos transitables por vehículos. Bases técnicas: a.

Cálculo de la resistencia

b.

Dibujos de ejecución (con todos los datos)

c.

Proyecto de soldadura (si es necesario)

d.

Proyecto del radiografiado (si es necesario)

e.

Justificación de la aptitud para la soldadura

Materiales de Aportación: Los electrodos de soldaduras de arco eléctricos deben estar de acuerdo con las condiciones técnicas de suministro de DIN 1913. Los materiales de aportación han de corresponder con el material de base a soldar y, en el caso de cambio de clase, han de corresponder entre ellas. Cálculo de las Uniones Soldadas

Ha de comprobarse el dimensionado correcto de las uniones soldadas. Las dimensiones de los cordones de soldadura han de indicarse en los planos.

Principios Fundamentales de la Configuración Decisivos para el Cálculo

Las platabandas se consideran como plenamente resistentes en aquellos puntos en donde su sección está totalmente unida mediante los cordones de soldadura. La longitud (l) de los cordones angulares decisiva para el cálculo (sin cráteres extremos), en cordones angulares laterales de uniones de barra no puede suponerse más pequeña que 15·a y no mayor que 60·a

En una misma unión o empalme a tope, los cordones de soldadura y otros medios de unión (tornillos, roblones, etc.) no pueden emplearse conjuntamente para la transmisión de fuerzas.

Tracción, compresión, esfuerzo cortante Se debe verificar que:

p

SOL

a

l



sol

p sol

a

l



sol

en donde “P” es la fuerza a transmitir; “l” la longitud de de los cordones de soldadura y “a” es el espesor del cordón.

Para una unión soldada solicitada por un momento flector M se debe verificar que: SOL

M

J

SOL

M

W

c





sol

sol

Siendo J el momento de inercia y W el momento resistente de la sección decisiva, c una distancia a la línea neutra.

 En

uniones soldadas con cordones angulares y a tope en un mismo empalme, los cordones angulares laterales solicitados a cortadura tienen que adicionarse con la mitad del valor de su sección de los cordones a tope. Los cordones angulares no deben ser mas cortos que 15 a 

En uniones soldadas con cordones angulares, que se presentan en el empalme rígido a la flexión de una viga, tienen que calcularse para una fuerza transversal A y un momento M.

Tienen que cumplirse las siguientes condiciones:



1  h     2  4· 2 2

 h  

h 



  M 1 M    2 WSOL WSOL  

SOL



1    2  4· 2 2

 h  



  M MAX 1  M MAX    2  WSOL WSOL  

   A    4·   (a·l )     2

 AMAX      4·   (a·l )     2

2

SOL

A es la fuerza transversal correspondiente al máximo momento flector Mmax M es el momento flector correspondiente a la mayor fuerza transversal Amax

   

2

   

Además debe cumplirse para uniones soldadas con cordones angulares, que éstas han de calcularse para un momento flextor M y una fuerza longitudinal N. Debiéndose cumplir la siguiente condición:

 SOL

AMAX     (a·l )

 SOL

M MAX   WSOL

SOL

N    (a·l )

SOL

Wsol= Momento de inercia de la soldadura La expresión (a.l) comprende solamente aquellos cordones de empalme que, por su situación, son capaces de soportar preferentemente esfuerzos cortantes.

La comprobación de la tensión principal ha de llevarse a cabo como sigue:



1  h     2  4· 2 2

 h  



2  2  Q.S   1  M MAX .c  M MAX .c        4·   2 J J J . a       

SOL

Q = Fuerza transversal correspondiente al momento máximo Mmax S = Momento estático del área de las secciones a empalmar J = Momento de inercia de la sección c = distancia del borde del cordón mas exterior  a = espesores del cordón a considerar

Cordones de empalme entre cabeza y alma (fig 13 y 14)  Cordones longitudinales de platabandas (fig 12)  Empalmes a tope longitudinales de chapa del alma (fig 11) 

Tiene que cumplirse para la tensión principal, la siguiente condicione:



1  h     2  4· 2 2

 h  



2 2  1 M MAX .c  M MAX .c  Q        4·  2 J J t.h       

SOL

Mmax = Máximo momento en la sección del empalme Q = Fuerza transversal correspondiente a dicha sección h = Altura de la chapa del alma t = Espesor de la chapa del alma

 Cordones a tope: • Para garantizar una unión soldada correcta, tiene que

prepararse generalmente la raíz – acanalar, pulir, cepillar juntas – y soldar seguidamente. • Ejecución sin cráteres de los extremos del cordón. • Transito plano del cordón a la chapa sin ranuras de penetración perjudiciales. • Ausencia de grietas, defectos de unión y de raíz.

 Cordones angulares: • Inalterabilidad de medidas de los cordones y transito

correcto del cordón a la chapa. • En lo posible, ausencia de entallas y cráteres. • Ausencia de grietas.



Ya en la elaboración del diseño, ha de procurarse en la ejecución que los cordones de soldadura sean bien accesibles.

Los elementos estructurales tienen que disponerse de tal manera que se consiga un flujo de las líneas de fuerza sin distorsiones. 

En estructuras al aire libre o en caso de estar expuestas a la corrosion, no tienen que ejecutarse cordones discontinuos. 





Si se disponen cordones de soldadura uno frente al otro, las chapas intermedias han de tener un espesor mínimo de 7 mm. Dos platabandas ya soldadas, han de empalmarse a tope conjuntamente para que pueda soldarse luego la raíz.

Los empalmes a tope de platabandas han de ser normales a la dirección de la fuerza. 

 Ha

formulado recomendaciones para la elección de los grupos de calidad de aceros.

 Son

recomendaciones para la elección de los grupos de calidad de aceros, mostrándose en ellas como conveniente una clasificación de las estructuras y elementos estructurales.

 No

sustituyen los conocimientos teóricos y prácticos en el terreno de la técnica de la soldadura y del comportamiento de la soldadura de los aceros.

Pensadas para ayudar en la evaluación de: • Estados de tensión interna • Sensibilidad de los cordones de soldadura a

ejecutar

• Influencias metalúrgicas y constructivas del

material a soldar

• Influencia del frío • Importancia del elemento para toda la

estructura





Para la realización de la clasificación, se toma una valoración numeración de las influencias aisladas, que se suman al comportamiento del cordón. En el caso de una influencia aislada predominante, se debe elegir un material de acuerdo a la misma.

Estas estructuras son ejemplos donde son aplicables los anexos de la norma DIN 4100 en cuanto a las recomendaciones de la influencia aisladas.

Influencias

Coeficientes z

A – Actuación conjunta de tenciones de tracción internas longitudinales con tensiones debidas a las cargas

0a5

B – Magnitud de las tensiones debidas al peso propio, sobrecarga, asiento de apoyos y pretensado

0a3

C – Sensibilidad en la elaboración

0a5

D – Espesor del elemento estructural

0a5

E – Deformación en frio

0a3

F – Influencia del frio

0a5

G – Grado de riesgo

0a5

Z = suma de los Coeficientes A a G

Z max = 31

Correspondencia de los coeficientes de evaluación con los grupos de calidad de los acero de DIN 17100 y elección de la calidad del acero Coef. De evaluación total z 0 a 14

Grupo calidad ac.

1

15 a 21

2

22 a 26

3

27 a 31

Acero especial

Actuación conjunta de tensiones dirigidas longitudinalmente, con tensiones debida a las cargas

Si actúan en los cordones de soldadura tensiones debidas al peso propio (g) y a la sobrecarga (p) que actúa casi permanentemente en la misma medida, pueden adoptarse:

Influencias debidas a la sensibilidad de la elaboración de cordones longitudinales • Situación del cordón en la sección: Si el cordón longitudinal están en el borde de las secciones del perfil o chapa (tensiones internas de la soldadura pequeñas)

Otra cosa sucede en los cordones en las zonas medias de la sección y en chapas gruesas (tensiones internas de la soldadura considerables)

Influencias debidas a la sensibilidad de la elaboración de cordones longitudinales • Forma del cordón: Los cordones angulares por ambos lados no son sensibles a la aparición de defectos de soldadura y a la penetración de las fisuras, en cambio los cordones a tope si lo son.

Espesor del elemento estructural

Espesor del elemento estructural t (en mm) t ≤14 15 ≤ t ≤ 19 20 ≤ t ≤ 24 25 ≤ t ≤ 29 30 ≤ t ≤ 34 35 ≤ t

Coeficiente z 0 1 2 3 4 5

Deformación en frio En los aceros de construcción usuales no debe soldarse en las zonas de la sección que han sufrido una deformación en frío mayor del 5% debido a alargamiento o recalado. Si el enderezado, achaflanado o curvado se realiza mecánicamente, han de ponerse los siguientes valores de acuerdo a la relación

radio de curvatura/espesor de la chapa: R/t

25

24 a 19

18 a 13

12 a 10

z

0

1

2

3

Influencia del frio En estructuras y elementos estructurales en los cuales ha de suponerse que están expuestos completamente a la temperatura exterior, se propone la siguiente correlación para las temperaturas mas bajas que puedan presentarse:

°C

Hasta -10°

z

0

de -11 de -16 hasta -15º hasta -20º

1

2

de -21 hasta 25º 3

de -26 hasta -30º

Menos que -30°

4

5

Grado de Perjuicios: Se determina mediante las consecuencias inmediatas de la ruina de un elemento estructural sobre la estructura total. 

Grado de riesgo I: coeficiente z = 0

Elementos estructurales y sus piezas simples, cuya ruina no tiene una influencia inmediata sobre la seguridad de la estructura total. 

Grado de riesgo II: coeficiente z = 3

Elementos estructurales y sus piezas simples, cuya ruina ocasiona daños locales o una disminución local de la utilización pero no compromete la seguridad de la estructura total. 

Grado de riesgo III: coeficiente z = 5

Elementos estructurales y sus piezas simples, de los cuales depende la seguridad de la estructura total.

.- Soldar, es llevar los bordes de las partes a ser unidas hasta el punto de fusión adicionándole o no un metal de aporte y luego permitir al conjunto enfriarse hasta Temperatura ambiente.  .- Lo más relevante de este proceso es sin duda el calentamiento localizado seguido de enfriamiento que produce en las piezas soldadas una serie de EFECTOS INDESEABLES.  .- Las velocidades de calentamiento y enfriamiento son elevadas. La velocidad máxima alcanza los 300ºC / seg. durante el calentamiento y/o enfriamiento a un nivel de temperatura de 1000ºC, reduciéndose al disminuir la temperatura a valores de 6ºC / seg. a 550ºC. 

 .-

Generación de Tensiones Residuales y/o distorsión

 .-

Absorción de gases por el metal fundido.

 .-

Modificación de la Estructura Metalográfica



La mayoría de los Metales al calentarse se dilatan. Si el calentamiento es localizado como ocurre durante la soldadura, la falta de uniformidad de la Temperatura produce dilataciones diferentes en distintos puntos de la pieza en un mismo instante generándose por esa razón Tensiones Térmicas. Si estas Tensiones alcanzan el Límite de Fluencia algo que ocurre normalmente en el cordón de soldadura, se produce deformación plástica localizada que luego en el enfriamiento genera Tensiones Residuales y / o distorsión.

 Cualquiera

que sea el procedimiento de Fusión, en el acero líquido se fijan cantidades más o menos importantes de los gases del aire (Oxigeno y Nitrógeno) y de los productos de descomposición del revestimiento, principalmente Hidrógeno procedente de la humedad o del agua de cristalización de ciertas substancias químicas.

 La

mayoría de los aceros modernos obtienen sus propiedades mecánicas por intermedio de procesos termomecánicos como Forja, laminación, extrusión, fundición o Tratamiento Térmico los que realizados correctamente proporcionan una microestructura óptima para soportar las solicitaciones mecánicas.

Cuando a esta estructura se le aplica el ciclo térmico de la Soldadura se forman dos zonas perfectamente diferenciadas  .- Metal fundido con o sin presencia de metal de aporte.  .- Zona afectada por el calor (ZAC).Esta zona está afectada estructuralmente sin haber llegado a la fusión. Estas dos zonas ya no tienen la Estructura óptima original del Material Base y por lo tanto puede considerarse a este cambio estructural un efecto Indeseable del ciclo térmico de Soldadura. Esto puede controlarse parcialmente por dos medios.

1)Modificando el Ciclo Térmico de la Soldadura.  .- Actuando sobre las variables del proceso de Soldadura. El Calor Aportado (Heat Input). Su aplicación tiene limitaciones.  .- Por medio del Precalentamiento del Material Base. 2) Realizando un ciclo térmico luego de la Soldadura con Temperaturas y velocidades de calentamiento / enfriamiento controlado. A este ciclo se le llama TRATAMIENTO TÉRMICO POST SOLDADURA. (TTPS) (PWHT) y conjuntamente con el Precalentamiento es la forma idónea para evitar o corregir los Efectos Indeseables de la Soldadura

Se entiende por Precalentamiento, a la temperatura que debe tener la chapa en una franja de 200 mm a cada lado del cordón a soldar, antes de iniciar la soldadura o antes de realizar cada pasada.









La calidad de la chapa o perfil a soldar queda vinculado con la velocidad de enfriamiento. Cuanto mas rápido el enfriamiento menor será el tiempo disponible para que las distintas estructuras puedan nuclearse y crecer Inclusiones de gases como oxigeno, hidrogeno y nitrógeno, son otros de los problemas mas frecuentes . De ellos, el hidrogeno es el mas peligroso. El ámbito crítico de temperatura en el cual se producen las transformaciones metalográficas mas importante es el comprendido entre 500 y 800 °C.

Se utilizan las ecuaciones de de Kas y Van Adrichen que tienen en cuenta los varios factores que las gobiernan. 𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝐸𝑛𝑓𝑟𝑖𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟𝑣𝑎𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑓𝑟𝑖𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜

Para chapas finas, de menos de 20 mm de espesor, es: 0,242 𝑄 Δ𝑡 800 − 500 º𝐶 = ∗ 4∗𝜋∗𝐾∗∗𝐶 𝑉𝑎 ∗ 𝑑

2

∗[

1 500 − 𝑇𝑜

2−

1 ] 500 − 𝑇𝑜 2

Para chapas gruesas, de mas de 30 mm de espesor, es: Δ𝑡 800 − 500 º𝐶 =

0,24 𝑄 1 1 ∗ ∗[ − ] 2 ∗ 𝜋 ∗ 𝐾 𝑉𝑎 500 − 𝑇𝑜 800 − 𝑇𝑜

0,242 𝑄 Δ𝑡 800 − 500 º𝐶 = ∗ 4∗𝜋∗𝐾∗∗𝐶 𝑉𝑎 ∗ 𝑑

2

1 ∗[ 500 − 𝑇𝑜

1 2 − 500 − 𝑇𝑜 2 ]

Donde:  K = Conductividad térmica expresada en cal/seg*cm*°C y que vale 0,18para el hierro puro, 0,08 a 0,12 para aceros débilmente aleados, 0,06 para aceros martensíticos y 0,036 para aceros austeníticos. 

 = Peso especifico en gr/cm3, 7,8 para el acero



C = Calor especifico cal/gr°C, 0,155 para el acero en 650 °C.



Q = Potencia del arco Volt*Amp= W



Va = Velocidad en avance en cm/min.



d = Espesor en cm



To = Temperatura de precalentamiento

Aplicando las ecuaciones dadas calculamos los valores de t para unas chapas a 20 °C 1) Se trata de una chapa de 30mm de espesor soldada con una energía de arco de 30.000 J/cm, sobre un acero débilmente aleado (k=0.08)

Δ𝑡 =

0,24 2∗𝜋∗0,08

∗ 30.000 ∗

1 480

−

1 780

= 11.46 seg

VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO = 26,17 ºC /s 2) Veamos ahora el caso de una chapa similar pero de 10mm de espesor soldada con 20000 J/cm (k= 0.10)

0,242 Δ𝑡 = ∗ 200.002 ∗ 4 ∗ 𝜋 ∗ 0,1 ∗ 7,8 ∗ 0,15 = 40 𝑠𝑒𝑔

1 480

VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO = 7,5 ºC /s

1 − 2 780

2

Aplicando las ecuaciones dadas calculamos los valores de t para unas chapas a 20 °C 3) Si a la chapa del punto 1), se le aplica un precalentamiento de 250 ºC,

Δ𝑡 =

0,24 2∗𝜋∗0,08

∗ 30.000 ∗

1 250

−

1 550

= 31,5 seg

VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO = 9,52 ºC /s Conclusión: Aplicando un precalentamiento se reduce drásticamente la velocidad de enfriamiento de un material ( 26,17 ºC/s a 9,52 ºC/s).

Estudios realizados por R. D. Williams, demostraron que el Manganeso y el Silicio tenian una influencia sobre el agrietamiento cuatro veces menor que el carbono, y dedujo:

𝑀𝑛 % 𝑆𝑖 % C =C%+ + 4 4

Agregando otros elementos de aleacion, afectados por un coeficiente que valora su influencia comparativa con el carbono, se obtiene:

𝑀𝑛 + 𝐶𝑟 𝑁𝑖 𝑀𝑜 C =C + + + 9 18 13

Se basa en la composición química del acero a soldar y el primer paso es el cálculo del carbono equivalente. [C] = C + Mn + Ni + Cr+Mo+V 20 15 10  Luego se debe buscar los índices, el de soldabilidad y el de severidad térmica. El índice de soldabilidad (I.S.) depende de dos factores, el [C] y el tipo de electrodo que se emplee. 



El índice de severidad térmica (I.S.T.) depende de la forma de la junta y del espesor a soldar o sea asigna un valor diferente que tiene en cuenta la velocidad de enfriamiento esperada. Toma como unidad de espesor 6mm y considera tantas unidades como caminos de disipación de calor ofrece el tipo de junta a realizar.

 Ejemplo 

 

de aplicación:

Sea una chapa de acero para calderas o recipientes a presión A.S.T.M A 302, de: C (0,2 a 0,25); Mn (0,9 a 1,30); Si (0,15 a 0,3); Mo (0,4 a 0,6) de 12mm de espesor, soldada en junta T con electrodo básico de composición similar (AWS E-7015 A1) diámetro 3,25, para pasada de raíz, y 4mm para las pasadas sucesivas:

(I.S) = D ; (I.T.S) = 6 Pasada de raíz To=150°C; pasada con diámetro 4mm; temperatura entre pasadas, mínima 100°C

 Difiere

del anterior solo en la fórmula que emplea para calcular el Carbono equivalente que en este caso es:

 En

el caso del ejemplo planteado en 1) resultaría:

Con lo cual, para igual (I.T.S) = 6, pero con (I.S) = G resultaría un precalentamiento de 250°C para la pasada de raíz y 200°C para el relleno de la junta.



Tiene en cuenta, además de la composición química, el efecto del hidrógeno expresado en cm3/100gr de metal depositado y estado de tensiones residuales del empalme, medido por su grado de embridamiento (A) que afecta el espesor t(mm).

Siendo:  A=1 para empalmes con libertad de contracción.  A=2 para empalmes fuertemente embridados.  1A2 para empalmes de embridamientos medios.  H2 entre 1 y 5 cm3/100gr. De metal (prácticamente de electrodos depositados).  T entre 10 y 50 mm  C entre 0.07 y 0.022%  Ni 0 a 1.12%  Mo 0 a 0.6%  Mn 0.4 a 1.4%  Cu 0 a 0.50%  V 0 a 0.20%  Si 0.03 a 0.60%  Cr 0 a 1.20%  B 0 a 0.002%

 Luego

se calcula el precalentamiento con la formula siguiente:

 Veamos

el valor que resulta de nuestro ejemplo dado al comienzo y tomando un empalme libre A=1 y H2= 4 de metal depositado:

Las propiedades características de la fundición influyen de manera preponderante sobre sus propiedades de soldadura: •

• •

Su alto tenor de Carbono Su mala conductividad térmica Su baja ductilidad







Para contrarrestar estas influencias desfavorables se emplean dos métodos: La soldadura en frio: Consiste en limitar a 50° C la diferencia de temperatura entre la soldadura y las partes vecinas con lo cual se atenúa el efecto de la baja ductilidad y mala conductividad La soldadura en caliente: Consiste en precalentar la pieza uniformemente a alta temperatura (400 a 600°C) dentro de un horno adecuado y mantener a esa temperatura durante toda la operación de soldadura. Luego se deja enfriar al abrigo del aire

Al respecto, la USS efectúa tres recomendaciones: • Usar electrodos adecuados • Usar una correcta energía de arco • Usar los procedimientos recomendados

Sea la soldadura de chapa acero T.1 de 12.7mm de espesor a soldar con electrodo de 4mm (amperaje 160, voltaje de arco 24) que se soldara a una velocidad de avance de 10 cm/min.



el valor puede interpolarse linealmente con lo que resulta Trec=79°C. Tambien podría elegirse Tprec= 92°C y con ello resulta de la tabla que la energía a emplear no debe sobrepasar el valor de 22.050 J/cm en ese caso la velocidad de avance del electrodo, obligada, será:

El soldador deberá ensayar sobre una chapa cualquiera cual debe ser la velocidad a imprimir a su mano para lograr avanzar en 1min 10.5 centímetros. Nótese que si hubiéramos calculado con el método 3) hubiera resultado una temperatura de precalentamiento de 270°C aproximadamente y en ese caso se debería emplear una energía de arco muy inferior a 15.700 J/cm con ello el soldador debería avanzar a razón de 19.5 cm /min lo cual es evidentemente exagerado. 

 Se

trata también de una familia de aceros templados y revenidos, salvo el Wel-Ten 60H que es normalizado y por ello las consideraciones para el acero T.1. son también válidas. Las recomendaciones se resumen en la siguiente tabla:

Este tratamiento consiste en calentar la unión a una temperatura de entorno a los 620ºC, mantenerla durante un tiempo determinado y finalmente realizar un enfriamiento controlado a baja velocidad. El calor se puede aplicar mediante resistencias eléctricas, hornos temporales o mediante equipos de inducción eléctrica y sistemas basadas en reacción química exotérmica.  Con ello se pretende distensionar la unión, aplicar un leve revenido de las Zonas Afectadas Térmicamente (ZAT) y ayudar a la difusión del hidrógeno absorbido. 



El agrietamiento en la soldadura se produce cerca o durante el momento de la fabricación. Las grietas en calientes son las que ocurren a temperaturas elevadas y son por lo general relacionadas con la solidificación, y las grietas en frío son aquellas que se producen después de que el metal de soldadura se ha enfriado a temperatura ambiente y tienen que ver generalmente con el hidrógeno.

Fisuración en caliente: Del metal fundido:  Se producen durante el transcurso del enfriamiento debido a que las fisuras observadas a simple vista son resultado de ductilidad insuficiente en caliente y en presencia de microfisuras. Del metal base :  El calor proveniente del cordón forma películas delgadas de bajo punto de fusión en los bordes del grano. Estas películas no pueden absorber las deformaciones que se producen durante el enfriamiento y generan microfisuras a lo largo del borde del grano. 

Fisuración en frío:  Se produce a temperaturas bajas y hasta 24 hs, después de realizada la soldadura. Frecuentemente se localiza en la zona adyacente al cordón, hay del tipo bajo cordón, a raíz y en extremo. Es causa de tres factores combinados: • Estructuras frágiles • Difusión del hidrógeno • Tensiones 

 Designación  Tornillos

de los tipos de resistencia

hexagonales y hexagonales internos

Los tornillos a partir de 5mm de diámetro de rosca y dureza 6,6 deben ser marcados según su tipo de resistencia. El primer número indica, por 10, la resistencia a la tracción (en N/mm2) La segunda cifra indica, por 10, la relación entre el limite inferior de fluencia Rel (o límite convencional de elasticidad Rp0,2) y la resistencia nominal a la tracción Rm. A

3.6

4.6

4.8

5.6

5.8

6.6

6.8

6.9

8.8

10.9

12.9

14.9

B

3.6

4.6

4.8

5.6

5.8

6.6

6.8

6.9

8.8

10.9

12.9

14.9

 Las

designaciones pueden marcarse en relieve o huecas.

Diámetro de la rosca (mm) Más de 8 12

Hasta 8 12 -

Sobrepaso isible de la altura de la Cabeza (mm) + 0.1 + 0.2 + 0.3

 Espárragos: A partir de 5 mm de diámetro de rosca y tipos de resistencias a partir de 8.8 han de marcarse con la designación del tipo de resistencia según la tabla anterior sobre la punta del extremo

Si una tal caracterización no es posible por falta de espacio, pueden emplearse en lugar de las designaciones del tipo de resistencia los siguientes símbolos.

 Tornillos

hendidos y tornillos prisioneros

Los tornillos hendidos y tornillos prisioneros no reciben en general caracterización alguna.

 Designación

de tornillos con rosca

izquierda Los tornillos con rosca izquierda a partir de 5 mm de diámetro de rosca, han de caracterizarse con la letra L.

 Modo de suministro Los tornillos han de embalarse de modo que durante el transporte no puedan generarse desperfectos mecánicos. Para resaltar la designación de los paquetes han de emplearse etiquetas con los siguientes colores: COLOR

TIPO DE RESISTENCIA

Rojo

8.8

Azul

10.9

Amarillo

12.9

Marrón

14.9

Estos tornillos hexagonales están destinados a emplear en uniones de alta resistencia pretensados (HV), solo deben emplearse con tuercas hexagonales según DIN 6915 y arandelas según DIN 6916, 6917 y 6918. Para la designación de estos tornillos hexagonales de gran anchura de llave se deben marcar en la cabeza con señal HV.

Las tuercas para uniones HV tienen las entradas de rosca escariadas a 120° por ambas caras. Para la designación las tuercas deben ir marcadas en una de las caras frontales con las letras HV además de la designación DIN 267.

Para las arandelas también corre la designación con las letras HV mas la marca del fabricante y están normalizadas según DIN 6916 para arandelas redondas, DIN 6917 arandelas cuadradas para vigas I, DIN 6918 para arandelas cuadradas para vigas C.



DIN 6916



DIN 6917



DIN 6918

 Modo

de actuar las uniones HV

En las uniones HV se presentan tornillos de alta resistencia. 

Colocados en los agujeros con un cierto juego, con ello se puede transmitir por fricción en las superficies de o fuerzas perpendiculares a la del tornillo.

Las normas y los valores para los momentos de roscado y las fuerzas a transmitir isibles solo tiene valor si se emplean tornillos, tuercas y arandelas según DIN 6914, 6915,6916, 6917 y 6918

 Modo

de calcular las uniones HV

 Generalidades:   

Para las uniones HV hay que tomar en cuenta las fuerzas isibles a transmitir. No se requiere en general una comprobación de la tensión cortante del tornillo HV. Solamente en la comprobación general de la tensión, ha de verificarse la presión sobre las paredes del agujero.



N d* l

N=Fuerza transmitida por la unión HV

 Fuerzas

isibles que pueden transmitirse.

Con las indicaciones de estas tablas se tiene que determinar el número de tornillos necesarios, considerando las superficies de roce existentes. En uniones de piezas de distintos materiales prevalecen los valores del material de menor resistencia.

Los tornillos HV pueden estar solicitados, además de la fuerza de pretensado, por una fuerza de tracción paralela al eje del tornillo. Esta fuerza de tracción secundaria Z no puede sobrepasar el 80% en la construcción de edificios y obras de ingeniería, es del 60% en la construcción de puentes y grúas, de los valores indicados. La suma de estas fuerzas secundarias en los tornillos de una unión HZ no debe sobrepasar el 60%, de las sumas de las fuerzas de pretensado (SPv)

N

N

Pv Pv

Z

 Fatigas

isibles.

• En la comprobación general de tensiones se ite la

presión sobre las paredes del agujero de la tabla.

H 1 4800 •

Material St 33, St 37, St 52 Caso de carga HZ H 2 3 5400 7200

HZ 4 8100

(Tensiones . a compresión contra las paredes del agujero en kg/cm2)

• Para la comprobación de resistencia permanente hay que

observar, para los esfuerzos calculados anteriormente en las secciones más desfavorables.

 Tratamiento 







de las partes a atornillar

El diámetro de los agujeros se hace como máximo 1mm mayor que el diámetro de la rosca del tornillo. Antes del montaje hay que decapar las superficies de o en la zona de la unión HV al soplete o a chorro de arena (preferentemente arena de cuarzo con un diámetro de grano de 0.5 a 1mm). Al empalmar las superficies deben estar limpias de polvo, óxido, grasa, pintura, etc. Debe eliminarse el oxido que haya podido formarse entre el decapado y el montaje final. Durante el montaje no se pueden emplear aceites lubricantes en operaciones de taladrar o escariar.

 Montaje 



y pretensado

Cada tornillo se dispone con una arandela templada según DIN 6916, 6917 o 6918, en cada extremo. Los tornillos se tensan generalmente por la tuerca y a veces por la cabeza, sujetando la tuerca, hasta alcanzar las tensiones prescritas en la siguiente tabla. Para ello se utilizan instrumentos de apriete, que permiten una lectura fiable de los correspondientes momentos torsores aplicados.

 La

diferencia entre el momento de apriete prescripto y el realmente aplicado no debe ser mayor que el ±10% con la herramienta utilizada.

 El

apriete se produce antes de cargar la estructura y luego se verifican periódicamente.





Cuando hay muchos tornillos en una placa de empalme se recomienda tensarlos por fila. La tensión final se da en una segunda operación que se lleva de tal modo que los tornillos b según la figura, que están en ambos extremos de la unión son los últimos en apretarse.

 Cooperación

de tornillos HV con cordones de soldadura

Si se aplican a la misma unión o empalme tornillos HV y cordones de soldadura, hay que prestar atención a la influencia recíproca entre la soldadura y el pretensado de los tornillos.

 Comprobación

del atornillado

Es necesario realizar una comprobación de la tensión conseguida por lo menos de un 5% de los tornillos. En los tornillos a comprobar se marca la posición de la tuerca en la pieza y entonces se suelta la tuerca.

Para desenroscarla se requiere en general un momento de abertura de aproximadamente 70 a 75% del momento de apriete. Al apretar de nuevo la tuerca hasta la posición marcada se requiere como mínimo el momento necesario según tabla.

Protección

.

anticorrosivo de las uniones HV a) las piezas han de atornillarse en un estado limpio y

seco como se prevé. Inmediatamente después de la confección de la unión hay que saturar todas las juntas con una primera capa de imprimación a base de líquido.

IMAGEN ILUSTRATIVA

Las juntas anchas hay que rellenarlas antes con plomo.

•

Protección anticorrosivo de unión HV, cuyos tornillos no son pretensados inmediatamente después del montaje:

Esto se puede lograr cerrando exteriormente todas las juntas por imprimación a base de líquido espeso y los agujeros todavía abiertos con láminas de plástico adhesivas o recubriendo con una película. Inmediatamente antes de completar y tensar los tornillos pueden quitarse dichas protecciones. Finalmente se procede como en (a). •

Si las piezas, cuyas superficies de o están preparadas, y tienen que estar almacenadas en obra o en un lugar apropiado por largo tiempo puede haberse formado en la superficie de o algo más que oxido superficial, ha de chorrearse otra vez con granalla (diámetro del grano 1mm).

• La eliminación de los medios de

calentamiento y su servicio que es necesario en el roblonado.

• El atornillamiento de esta nueva

modalidad de unión exige menos esfuerzo físico y menos habilidad manual. • disminuyen considerablemente los ruidos producidos por el trabajo • La elaboración de los agujeros y el

repaso pueden simplificarse en relación con la unión atornillada.

Gracias por su atención.