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Torsión y Flexiónen Juntasen JuntasSoldadas
Resistencia a la soldaduraNúmero de
electrodo AWSResistencia a la
rotura a latensión Sut
MPa (kpsi)
Resistencia a lafluencia Sy
MPa (kpsi)
Elongación (%)
E60xx 427 (60) 345(50) 17- 25
E70xx 482 (70) 393(57) 22
E80xx 551 (80) 462(67) 19
E90xx 620 (90) 531(77) 14 – 17
E100xx 689 (100) 600(87) 13 – 16
Los diámetrosvarían entre1/16 y 5/16 ino 2 a 8 mm
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AWS: American Welding Society.2 o 3 primeros dígitos: Resistencia a la tensión (kpsi – ksi)Penúltimo dígito: Posición del soldado: 1. Plana, horizontal, vertical y elevada
2. Filetes planos y horizontales3. Solo en posición plana
Último dígito: Variables de la técnica de soldado como fuente de corriente.
Usamos el esfuerzo cortante permisible
E100xx 689 (100) 600(87) 13 – 16
E110xx 760 (110) 670(97)
1/16 y 5/16 ino 2 a 8 mm
Propiedades de aplicación devarios electrodos
Clasificación Penetración Aplicación Básica
E6010 Profunda Buenas propiedades mecánicas,Especialmente en pases múltiples,como en edificios, puentes,recipientes a presión y tuberíasE6011
MediaBueno para filetes horizontales dealta velocidad y un solo pase. Fácil
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E6012Media
Bueno para filetes horizontales dealta velocidad y un solo pase. Fácilde manejar. Especialmente paracasos de pobre ajuste.
E6013Media Para obtener soldaduras de buena
calidad dentro del metal
E6020 Profunda media Para soldaduras de filetehorizontal en secciones pesadas.
E6027 Media Electrodo de polvo de hierro.Rápido y fácil de manejar.
Carga de torsiónEsfuerzo cortante directo (o transversal) en la soldadura
P= 20 KNantagladetotalArea
tecorFuerzaAV
d argtan
Esfuerzo cortante de torsión en la soldadura
Trt
4
r = distancia desde el centroide del grupo de soldadura hasta el punto masapartado en la soldadura, m
T = par de torsión aplicado a la soldadura, N-m
Donde: Jt
J = momento de inercia del área polar, m4
La sección critica para carga de torsión es la sección de la garganta, como lo espara carga paralela y transversal
Carga de torsión
Ju = momento polar de inercia del área unitaria, m3
Donde:
La relación entre el momento polar de inercia unitario y el momento polarde la soldadura de filete es
ueue JhJtJ 707.0
De esta forma, para evitar la falla debida a carga de torsión, se debe
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De esta forma, para evitar la falla debida a carga de torsión, se debecumplir lo siguiente:
soldadurasytd S
A continuación damos los valores del momento polar de inercia del áreapolar unitaria para nueve grupo de soldadura.Usando esta tabla se simplifica la obtención de la carga de torsión
Geometría y Parámetros de soldadura(1)Dimensiones dela soldadura
Flexión Torsión
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Geometría y Parámetros de soldadura(2)Dimensiones dela soldadura
Flexión Torsión
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Geometría y Parámetros de soldadura(3)Dimensiones dela soldadura
Flexión Torsión
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Geometría y Parámetros de soldadura(4)Dimensiones dela soldadura
Flexión Torsión
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Geometría y Parámetros de soldadura(5)Dimensiones dela soldadura
Flexión Torsión
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FlexiónEn flexión la junta soldada experimenta un esfuerzo cortante transversal, asícomo un esfuerzo normal
El momento M produce un esfuerzo flexionantenormal s en las soldaduras. Comúnmente sesupone que el esfuerzo actúa como una normal
El esfuerzo cortante directo (otransversal) es el mismo que se dio paracarga paralela y transversal wewewe Lh
PLh
PLtP 414.1
707.0
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Iu = momento de inercia del área unitaria ,m2
Donde:
supone que el esfuerzo actúa como una normalsobre el área de la garganta
wuewue LIhLItI 707.0
Lw = longitud de la soldadura ,m
Flexión
a = distancia desde la pared hasta la carga aplicada, m
Donde:
A continuación damos los valores del momento de inercia del área unitariapara nueve grupos de soldadura Iu
La fuerza por unidad de longitud de la soldadura es
uIPa
W ´
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a = distancia desde la pared hasta la carga aplicada, m
El esfuerzo normal debido a la flexión es
IMc
Donde:
c = distancia desde el eje neutral hasta la fibra exterior, m
FlexiónUna vez que se conocen el esfuerzocortante y el normal, se puedendeterminar los esfuerzo cortantesprincipales por medio de la ecuación
O los esfuerzos normales principales pormedio de la ecuación
2
2
21minmax 4,, xy
yx
2
2
21 42, xy
yxyx
Una vez que se obtienen tales esfuerzos yS
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Una vez que se obtienen tales esfuerzosprincipales se puede determinar la teoría delesfuerzo cortante máximo (MSST)
Una vez que se obtienen tales esfuerzosprincipales también se puede determinar lateoría de la energía de distorsión (DET)
s
y
n
S 21
Donde: Sy = esfuerzo de fluencia del material
ns = fator de seguridad
132 octoedro
Ejemplo 1Una ménsula se suelda a una viga. Suponga una carga constante de 20 KN y longitudesde soldadura l1 = 150 mm y l2 = 100 mm . Asimismo suponga el número de electrodo comoE60XX y una soldadura de filete.Determine la longitud del catetolongitud del cateto de soldadura para la carga excéntrica que se muestra.Considerando la torsión pero no la flexión, para un factor de seguridad de 2.5
< Solución >
La suma de las áreas soldadas es
eeeei thhlltA 2508.176100150707.021
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El centroide del grupo de soldaduras de las ecuaciones es
El par de torsión que se aplica es
Ejemplo 1De la tabla considerando la torsión y la soldadura que se presenta
El momento polar de inercia del área unitaria es:
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Las fórmulas que se proporcionan en la tabla de Geometría y Parámetros de soldadurase pueden derivar usando el teorema de los ejes paralelos
2' yxx
AdII 2
' xyyAdII
Ejemplo 1
De la ecuación
Para la soldadura 12
' yxxLdII
2' xyy
LdII
Coordenadas del centroide delfilete de soldadura
x
Y
1
2 3232
11
31 250,41675105150
12150
212' mm
lyl
lI
x
De la ecuación
322000,6020150 mmxlI
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El momento polar de área unitaria para la soldadura 1 es:
x 1 000,6020150' mmxlIy
31 250,476'' mmIIJ
yxu
Para la soldadura 2
De la ecuación 2' yxx
LdII 32
2 500,20245' mmlIx
De la ecuación 2' xyy
LdII 3232
232 333,1732050100
12100
212' mmlxlI
y
Ejemplo 1
De esta forma, el momento polar de inercia del área unitaria para la soldadura 1 y 2 es
El momento polar de área unitaria para la soldadura 2 es:
32 833,375'' mmIIJ
yxu
321 083,852 mmJJJ uuu
Este es el mismo resultado que el que se obtuvo usando la fórmula de la tabla
El momento polar de inercia del área es
hJhJtJ 514,602707.0 J se expresa en milímetros a la cuarta potencia
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eueue hJhJtJ 514,602707.0 J se expresa en milímetros a la cuarta potencia
P= 20 KNEsfuerzo cortante por carga transversal,en los puntos A y B son iguales
MPahhA
P
eedBdA
1.1138.176
000,20
Ejemplo 1Los componentes del esfuerzo cortante detorsión en el punto A son:
Esfuerzo cortante de torsión
ttAx
ttAy
MPa
hMPa
hJT
eetAx
3.418514,602
45106.545 6
MPa
hMPa
hJT
eetAy
7.7433.418458080
MPa3.418
18
ttBx
ttB
y
MPahe
tAxAx
3.418
MPah
MPahh eee
tAydAAy8.8567.7431.113
MPah
MPah ee
AyAxA
5.9538.8563.418
1 2222
Ejemplo 1Los componentes del esfuerzo cortante detorsión en el punto B son:
Esfuerzo cortante de torsión
ttAx
ttAy
MPa
hMPa
hJT
eetBx
1.976514,602
105106.5105 6
MPah
MPahJ
T
eetBy
9.1851.9761052020
19
ttBx
ttB
y
MPahe
tBxBx1.976
MPah
Pahh eee
tBydBBy
82.7210
1.1139.185 6
MPah
MPahh eee
ByBxB8.97882.721.976
22
22
AB AB
AB Como
Este se seleccionapara el diseño
La resistencia a la fluencia para el electrodoE60XX es de 50 Ksi
Ejemplo 1
La resistencia de un elemento de máquina es:
ypermisible S40,0
ypermisible S40,0
MPaKsiS ypermisible 0.13820105040,040,0 3
El factor de seguridad es:
B
permisiblesn
8.9780.138
20
ypermisible S40,0
e
B
h
Puesto que el factor de seguridad es 2.5, se tiene:
mmhe 73.17
0.1385.28.978
Practica Domiciliaria
1.-Dos placas de aceroestán soldadas a la vigapor soldaduras de filete.Las dimensioneslongitudinales se dan enmilímetros. La cargavertical es de 10 KN,esta carga esta divididapor igual entre los doslados. Si se usa una barrade soldadura, serie E60 y
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de soldadura, serie E60 yun factor de seguridadde 3 ¿Qué tamaño desoldadura debeespecificarse?
2.-El bastidor de una bicicleta está hecho de tubos circulares soldados con un diámetro exterior de30mm y un espesor de pared de 2,5mm. Un ciclista que va colina arriba durante una carrera jalaverticalmente hacia arriba del manubrio derecho para compensar por el gran empuje hacia abajo sobreel pedal derecho. Al hacer eso aplica un par de torsión de 500N-m al bastidor de la bicicleta.Ignorando el cortante directo, ¿Cuál es la longitud de una parte del espesor de pared del tubo de2,5mm que se tiene que cubrir por la soldadura, si el esfuerzo a la fluencia por cortante es de 180 MPaen el material de soldadura, y se aplican 250 N-m a cada soldadura?
Practica Domiciliaria
3.-Un electrodo AWS número E100XX sirvepara soldar la ménsula a la placa, la ménsulatiene un espesor de 1 pulgada como se muestra.Encuentre la carga máxima F considerando quepuede soportar un factor de seguridad de 3,5contra la fluencia. ¿Cuál es el esfuerzo máximoen la soldadura y donde ocurre? Las dimensionesse dan en pulgadas
4.-Se muestra un tubo soldado a unsoporte fijo. Hállese el momento detorsión T que puede aplicarse si elesfuerzo cortante permisible en lasoldadura es de 20,000Lbr/pulg2 .
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