Soldaduras

Soldaduras

Las uniones soldadas pueden clasificarse según la posición relativa de las chapas soldadas:
Soldaduras en ángulo
En este tipo de configuración no se realiza ningún tipo de preparación en los bordees de las piezas a unir antes de soldar y la penetración del cordón se debe exclusivamente a la fusión que se genera durante el proceso.
Soldaduras a tope
En este tipo antes de soldar se realiza una preparación de bordes en las piezas, con objeto de favorecer la penetración del cordón (en piezas de poco espesor no es necesaria)
A la vez, en las uniones a tope se puede distinguir:
a) De penetración completa: cuando la fusión y mezcla entre el material base y el de aportación alcanza a todo el espesor de la unión.
b) De penetración parcial: si esta fusión y mezcla no alcanza a todo el espesor.

Resistencia

El cálculo de la resistencia de un cordón de soldadura tiene una base experimental y basada en la experiencia obtenida. Es por ello que no existe un criterio único y universal, sino que cada norma o país tiene su propio criterio. No obstante, se puede tomar como referencia cualquiera de las normas de cálculo existentes, que éstas suponen implícita o explícitamente las siguientes bases comunes sobre los que se levantan sus respectivos criterios de cálculo:
1) Que durante la ejecución de la soldadura que se pretende calcular su resistencia, se han seguido en todo momento las reglas de buenas prácticas.
2) Que las características mecánico-resistentes del metal de aportación son como mínimo iguales a las del metal base
3) Que el diseño del cordón, se ha evitado, mediante la oportuna elección del material y de los detalles constructivos adecuados, el peligro de una rotura frágil.
De acuerdo con la segunda hipótesis las uniones a tope con penetración completa, no necesitan ser calculadas, y es evidente que su capacidad portante saldrá superior o al menos igual que las de las piezas que une (no obstante, en las uniones sometidas a cargas dinámicas sí que es preciso comprobarlas.
Por lo tanto, en lo que sigue el cálculo mecánico de las uniones soldadas se centrará para el caso de las uniones en ángulo, y todo el desarrollo teórico que a continuación se expondrá, será de aplicación para este tipo de uniones.
Para comenzar con el estudio de las uniones en ángulo, se va a definir lo que se llama el plano de garganta del cordón de soldadura. En estos cordones en ángulo se define el llamado plano de garganta, el determinado por la línea de intersección de los dos planos a unir y la altura del mayor triángulo isósceles que puede ser inscrito en la sección del cordón. A esta altura se la denomina garganta o espesor de garganta, o simplemente garganta, a, del cordón.
Triedro soldadura
Tensiones en la sección de la garganta
Por lo tanto, el cordón de soldadura se puede asimilar a un triángulo isósceles del cual se va a tomar como sección de cálculo la definida por la altura “a” (garganta del cordón) de dicho triángulo isósceles, por ser la de menor sección.
Asimismo, se va a considerar que las tensiones son constantes a lo largo del plano definido por la altura “a” y cuya superficie es "a·L", siendo L la longitud del cordón de soldadura.

A continuación, sobre este plano, se van a definir las componentes de las tensiones que se generan en un cordón de soldadura: una tensión normal al plano \sigma_{\bot} , y otras dos componentes sobre el plano de referencia y perpendiculares entre si \tau_{\bot} y \tau_{//} .

A partir de estas tensiones, ya cada norma monta su expresión de cálculo, obtenida a partir de una base experimental, que proporciona la resistencia última de un cordón de soldadura.
Según CTE (Código Técnico de la Edificación):

\sqrt {\sigma_{\bot}^2 + 3 (\tau_{\bot}^2+ \tau_{//}^2)} < \Large \frac{f_u}{\beta_w   \gamma_{M2}}

\sigma_{\bot} < \Large \frac{f_u}{\gamma_{M2}}

Siendo:

f_u : la resistencia última a tracción de la pieza más débil de la unión.

\gamma_{M2} : el factor de seguridad, de valor 1.25.

\beta_{w} : el coeficiente de correlación, según dado en la siguiente tabla:

Steelfu (Mpa)βw
S2353600.80
S2754300.85
S3555100.90
En ocasiones, las tensiones descritas en el plano de la garganta de soldadura resultan más manejables si se abaten sobre las caras de la soldadura.
Triedro abatido
Tensiones en la cara de la soldadura
Sobre esta cara abatida, se puede definir las tensiones (n, tn, ta) según se muestra en la figura anterior.
Ahora solo falta relacionar ambos grupos de tensiones:

\sigma_{\bot} = \Large \frac{1}{\sqrt{2}} \normalsize \cdot (n+t_n)

\tau_{\bot} = \Large \frac{1}{\sqrt{2}} \normalsize \cdot (n-t_n)

\tau_{//} = t_a

Por lo que la tensión de comparación será:

\sqrt {2 (n^2+t_n^2-n\cdot tn) +3t_a^2} < \Large \frac{f_u}{\beta_w   \gamma_{M2}}

\Large \frac{1}{\sqrt{2}} \normalsize \cdot (n+t_n) < \Large \frac{f_u}{  \gamma_{M2}}

Simbología

La representación simbólica para su indicación en planos de uniones soldadas está marcada en la normativa ISO 2553.
Simbologia 2
Simbología
1) Línea de flecha.
2) Intersección (opcional). Puede aparecer un circulo indicando soldadura circunferencial cerrada o una bandera marcando soldadura en montaje.
3) Dimensión de la soldadura. Para soldaduras en ángulo se indican con una “a” seguida de la dimensión en milímetros para indicar el tamaño de la garganta. Otra alternativa es sustituir la “a” por una “z” para indicar el tamaño de la cara de la soldadura. Opcionalmente se puede añadir delante una “s” con una dimensión para indicar la penetración si fuera necesario indicarla. El tamaño de la penetración incluye al de la garganta. Las soldaduras a tope simplemente se marcan con la “s” antes mencionada seguida de su tamaño.
4) Símbolo suplementario (opcional). Si se quiere un determinado acabado en la superficie vista de la soldadura.
5) Símbolo de soldadura. Suele estar relacionado con la sección de la misma. La normativa marca el símbolo para cada tipo.
6) Número y longitud de trazos (opcional). Si la soldadura no es continua se sustituye el número de trazos en la letra “n” y su longitud en la letra “l”, en milímetros.
7) A tresbolillo (opcional). Indica si una soldadura a trazos por ambos lados debe ser realizada a tresbolillo.
8) Espacio entre trazos (opcional). Espacio que separan los trazos de soldadura si esta no es continua. Se sustituye en la letra “e”, siempre entre paréntesis.
9) Cola. Para que una soldadura quede totalmente definida en la cola del símbolo de soldadura deben marcarse los siguientes aspectos:
Calidad (ISO 5817)
Preparación de bordes (ISO 9692)
Posición de trabajo (ISO 6947)
Proceso (ISO 4063)
Material de aporte
Corresponde a Diseño definir las dos primeras, las restantes a Ejecución.

Calidad

Los diferentes aspectos de la calidad de las soldaduras vienen definidos por la norma ISO 5817. Este estándar lista todas las imperfecciones posibles en la soldadura y las acota en rangos dependiendo de 3 categorías:
B/ EN ISO 5817. Es la más exigente de los 3 y debe señalarse para cualquier soldadura que sea estructural y resistiva
C/ EN ISO 5817: es la categoría intermedia. Se usa en soldaduras que no son resistivas
D/ EN ISO 5817: es la menos exigente y no suele utilizarse en soldaduras técnicas.

Preparación de bordes.

La normativa ISO 9692 define las recomendaciones para las preparaciones de chapas a unir dependiendo del tipo de unión y tipo de soldadura a emplear. Tiene cuatro partes.
ISO 9692-1. Soldeo y procesos afines. Tipos de preparaciones de uniones.
Parte 1. Soldeo por arco con electrodos revestido, soldeo por arco protegido con gas y electrodo de aporte, soldeo por llama, soldeo por arco con gas inerte y electrodo de wolframio y soldeo por haz de alta energía de aceros.
ISO 9692-2. Soldeo y procesos afines. Preparación de uniones.
Parte 2: Soldeo por arco sumergido.
ISO 9692-3. Soldeo y procesos afines. Preparación de uniones.
Parte 3: Soldeo MIG y TIG del aluminio y sus aleaciones.
ISO 9692-4. Soldeo y técnicas afines. Recomendaciones para la preparación de las uniones.
Parte 4: Aceros plaquelados.
A continuación, se expone una tabla con la codificación de bordes más comunes para los procesos de soldaduras descritos en la ISO 9692-1 que es más general:
CódigoTipo de preparación
1.2.1 / EN ISO 9692-1SPB (a tope), t ≤ 4mm
1.2.2 / EN ISO 9692-1SPB (a tope), 3 < t ≤ 8mm
1.3 / EN ISO 9692-1En V simple, 3 < t ≤ 10
1.4 / EN ISO 9692-1
En V simple con bisel cerrado, t > 16
1.5 / EN ISO 9692-1
En V simple con talón amplio (Y), 5 ≤ t ≤ 40
1.9.1 / EN ISO 9692-1
Con bisel simple (chapas en ángulo), 3 < t ≤ 10
1.9.2 / EN ISO 9692-1
Con bisel simple (chapas a tope), 3 < t ≤ 10
2.1 / EN ISO 9692-1
SPB (a tope), t ≤ 8
2.2 / EN ISO 9692-1
En V simple 3 ≤ t ≤ 40
2.5.1 / EN ISO 9692-1
En V doble (X), t > 10
2.8 / EN ISO 9692-1
Con bisel simple 3 ≤ t ≤ 30
2.9.1 / EN ISO 9692-1
Con bisel doble (K), t > 10 (chapas a tope)
2.9.2 / EN ISO 9692-1
Con bisel doble (K), t > 10 (chapas a tope)
3.1.1 / EN ISO 9692-1
SPB. Triángulo t > 2 (chapas chapas a 180º)
3.1.2 / EN ISO 9692-1
SPB. Triángulo t > 2 (chapas chapas a 180º)
3.1.3 / EN ISO 9692-1
SPB. Doble Triángulo t > 3 (chapas chapas a 270º)
4.1.1 / EN ISO 9692-1
SPB. Doble Triángulo t > 3 (chapas chapas a 270º)
4.1.3 / EN ISO 9692-1
SPB. Doble Triángulo t > 3 (chapas chapas 90º)
SPB = Sin preparación de bordes.

Posiciones de trabajo

Las posiciones de trabajo para realizar soldaduras vienen definidas por la norma ISO 6947
Las posiciones principales vienen definidas en la siguiente tabla:
PosiciónSímboloPendiente (S)Rotación (R)
PlanaPA/ EN ISO 694790º
Horizontal verticalPB/ EN ISO 694745º
135º
Horizontal horizontalPC/ EN ISO 6947
180º
Horizontal bajo techoPD/ EN ISO 6947225º
315º
Bajo techoPE/ EN ISO 6947270º
Vertical ascendentePF/ EN ISO 694790º--
Vertical descendentePG/ EN ISO 6947270º--
Posiciones de trabajo
Posiciones de trabajo principales
La pendiente (S) es la inclinación del cordón de soldadura con respecto al plano horizontal
La rotación (R) es el ángulo del soldador con respecto a la posición de origen hacia la soldadura. Si tomamos como referencia la soldadura en el origen:
0º: soldador desde la derecha hacia el origen.
90º: soldador desde arriba hacia el origen.
180º: soldador desde la izquierda hacia el origen.
270º: soldador desde abajo hacia el origen.
Para una posición no principal se designa con el ángulo de la pendiente (S) y el ángulo de rotación (R), separados por un guion.
Ejemplo:
030-090 (Pendiente de 30º con una rotación de 90º).

Circunferenciales en tubos

Para una soldadura circunferencial en tubos, se designa con la letra “L” y la inclinación del eje del tubo con respecto a la horizontal (entre 0º y 180º preferiblemente), precedida por las siguientes letras, separadas con un guion:
H: soldadura ascendente
J: soldadura descendente
K: soldadura orbital
Ejemplo:
H-L030 (tubo orientado 30º con respecto a la horizontal, soldadura ascendente)
Circunferenciales
Soldaduras circunferenciales en tubos

Procesos de soldadura

La norma ISO 4063 asigna a un código a los procesos de soldadura para identificarlos sin margen de error.
Se exponen a continuación los más comunes:
CódigoProceso de soldadura
3/ EN ISO 4063Soldeo por llama
111/ EN ISO 4063Soldeo por arco con electrodo revestido
121/ EN ISO 4063Soldeo por arco sumergido (SAW) con electrodo de hilo (alambre) de aceros
131/ EN ISO 4063Soldeo por arco con gas inerte; soldeo MIG
135/ EN ISO 4063Soldeo por arco con gas activo; soldeo MAG
141/ EN ISO 4063Soldeo por arco con gas inerte y electrodo de volframio; soldeo TIG
21/ EN ISO 4063Soldeo por puntos
52/ EN ISO 4063Soldeo laser

Material de aporte

Dependen de los materiales a unir y del proceso de soldadura.
Se adjunta una tabla con algunos consumible usuales junto con su proceso de soldadura:
Materiales a unirMaterial de aporteProceso de soldadura
Aceros de construcciónAWS A5.18: ER70S-6135
Aceros de alta resistenciaAWS A5.1 E7018-1111
INOX 316DIN 8556:316LSI135
INOX 309 e INOX disimilaresCODEMIG 309L / AWS A5.9: ER309L135
Chapa galvanizada CODEMIG CuSi3 / AWS A5.7: ER CuSi-A131
Aceros a presiónAWS/ASME SFA 5.17:EM 12K 121
INOX, cobre y níquel
EWTh-2/EN ISO 6848141
Aluminio y Magnesio
EWP/EN ISO 6848
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