Las uniones soldadas son ampliamente utilizadas en diversos sectores industriales debido a su efectividad y resistencia. Sin embargo, en ocasiones estas uniones pueden presentar zonas de concentración de esfuerzos, lo que puede comprometer su integridad estructural. En este artículo, exploraremos los esfuerzos en las uniones soldadas y los factores que contribuyen a la concentración de esfuerzos. Comprender estos conceptos es fundamental para garantizar la seguridad y eficiencia en la utilización de este tipo de uniones. ¡Acompáñanos en este viaje por el mundo de las uniones soldadas y los factores de concentración de esfuerzos!
En el artículo anterior hablamos de diferentes procesos de soldadura: soldadura por arco, soldadura TIG, soldadura MIG y soldadura con gas. También discutimos cómo calcular la resistencia de las juntas soldadas. Analicemos las tensiones de las uniones soldadas y varios factores de concentración de tensiones para las uniones soldadas.
Carga en la conexión soldada
Debido a los parámetros variables e impredecibles, es difícil determinar las tensiones de soldadura. Estos parámetros incluyen la homogeneidad del metal de soldadura, las tensiones térmicas en las soldaduras, el tratamiento térmico debido a las zonas afectadas por el calor y los cambios en las propiedades físicas debido a la alta velocidad de enfriamiento.
Las tensiones en las uniones soldadas se pueden determinar mientras la unión soldada está bajo carga utilizando las siguientes suposiciones.
- La carga se distribuye uniformemente a lo largo de toda la soldadura.
- La tensión se distribuye uniformemente sobre la sección transversal efectiva.
La siguiente tabla muestra las tensiones permitidas para uniones soldadas para unir metales ferrosos a electrodos de acero dulce bajo carga continua, de fatiga o inversa.
| electrodo desnudo | electrodo desnudo | Electrodo recubierto | Electrodo recubierto | |
| tipos de soldaduras | Carga constante (MPa) |
carga de fatiga (MPa) |
Carga constante (MPa) |
carga de fatiga (MPa) |
| Soldaduras de filete (todos los tipos) | 80 | 21 | 98 | 35 |
| Soldaduras a tope para cargas de tracción. | 90 | 35 | 110 | 55 |
| Soldadura a tope para carga de presión. | 100 | 35 | 125 | 55 |
| Soldaduras a tope para carga de corte | 55 | 21 | 70 | 35 |
Los datos anteriores son datos manuales estándar que se pueden utilizar para calcular fácilmente la tensión de la unión soldada.
Factor de concentración de tensiones para uniones soldadas.
La concentración de tensiones surge debido a una distribución irregular de las tensiones. Esta distribución irregular de tensiones se produce en una unión soldada debido a la unión soldada irregular.
El refuerzo proporcionado en la soldadura crea una concentración de tensiones en la unión entre la soldadura y el metal base. Cuando las piezas están sujetas a cargas de fatiga, se debe considerar el factor de concentración de tensiones que figura en la siguiente tabla para varias uniones soldadas.
| Tipo de conexión soldada | Factor de concentración de estrés |
| Conexión a tope reforzada | 1.2 |
| Punta de la soldadura de filete transversal | 1.5 |
| Fin de la costura de soldadura rellena paralela | 2.7 |
| Junta en T con esquina afilada | 2 |
Por favor habilite JavaScript
Los factores de carga de fatiga enumerados anteriormente. Cuando la unión soldada se somete a carga estática, el factor de concentración de tensión es 1,0.
Ahora resolvamos un problema simple para calcular las tensiones en las uniones soldadas a partir de los factores de concentración de tensiones anteriores y las tensiones permitidas en las uniones soldadas.
Problema de ejemplo para determinar la longitud de soldadura de una muestra específica
Una placa con un ancho de 100 mm y un espesor de 12,5 mm se debe soldar a otra placa mediante soldaduras en ángulo paralelas. Las placas se someten a una carga de 50 kN. Encuentre la longitud de la soldadura para que la tensión máxima no exceda los 56 MPa. Considere la conexión primero bajo carga estática y luego bajo carga de fatiga.
Solución:
datos dados
Ancho = 100 mm
Espesor = 12,5 mm = Este es el tamaño de la(s) soldadura(s)
Carga = 50 kN = 50 × 103norte
Esfuerzo máximo permitido (τ) = 56 MPa = 56 N/mm2
Decimos yo es la longitud de la soldadura que había que determinar.
Carga estática
Para carga estática, la tensión máxima permitida (τ) es 56 MPa/1,0 = 56 N/mm2
Donde 1 es el factor de concentración de tensiones que se debe utilizar cada vez que diseñamos una unión soldada.
Del artículo anterior, para una junta de filete doble paralela, la carga máxima (P) que pueden soportar las placas viene dada por (de Ecuación 2)
PAG = 1,414 S × yo ×τ
50×103 =1.414 S × yo ×τ
50×103 = 1,414 × 12,5 × yo × 56
50×103 = 990 yo
yo = 50 × 103 / 990
yo = 50,5 mm
Si sumamos 12,5 mm para iniciar y detener el proceso de soldadura, obtenemos
yo = 50,5 + 12,5 = 63 mm
Para soportar una carga especificada de 50 kN, la placa debe soldarse con una soldadura en ángulo doble paralela de 63 mm de largo.
carga de fatiga
Y para cargas de fatiga, la tensión máxima permitida (τ) es 56 MPa/2,7 = 20,74 N/mm2
PAG = 1,414 S × yo ×τ
50×103 =1.414 S × yo ×τ
50×103 = 1,414 × 12,5 × yo × 20,74
50×103 = 367 yo
yo = 50 × 103 / 367
yo = 136,2 mm
Si sumamos 12,5 mm para iniciar y detener el proceso de soldadura, obtenemos
yo = 136,2 + 12,5 = 148,7 mm
Para soportar una carga de fatiga de 50 kN, la chapa debe soldarse con un doble cordón paralelo de 149 mm de longitud.
Resuelva este problema de ejemplo para encontrar usted mismo la longitud de soldadura de una muestra específica.
Una placa con un ancho de 75 mm y un espesor de 12,5 mm está conectada a otra placa mediante una soldadura transversal simple y una soldadura de filete paralela doble, como se muestra en la figura 10.15. Los esfuerzos máximos de tracción y corte son 70 MPa y 56 MPa, respectivamente. Encuentre la longitud de cada soldadura de filete paralela cuando la unión está sujeta a cargas estáticas y de fatiga.
Para resolverlo, utiliza las fórmulas de este artículo y cuéntanos la respuesta en el cuadro de comentarios.
Diploma
Esto significa que al calcular la resistencia de la soldadura se tienen en cuenta los factores de concentración de tensiones de las uniones soldadas. Para su información, la tensión de soldadura permitida también se proporciona arriba, que es la entrada obligatoria para calcular la longitud o resistencia de la soldadura. Resuelva el problema de ejemplo anterior y díganos qué respuesta obtiene en la sección de comentarios a continuación.
El estrés en las juntas soldadas: factores de concentración de estrés y cálculo de longitudes de soldadura
En el artículo anterior, hemos discutido los diferentes procesos de soldadura, como la soldadura por arco, la soldadura TIG, la soldadura MIG y la soldadura de gas. También hemos discutido cómo calcular la resistencia de las juntas soldadas. Ahora, vamos a hablar sobre los diferentes tipos de estrés en las juntas soldadas y los factores de concentración de estrés asociados.
Estrés en las juntas soldadas
El estrés en las juntas soldadas es difícil de determinar debido a los parámetros variables e impredecibles. Estos parámetros incluyen la homogeneidad del metal de soldadura, los esfuerzos térmicos en las soldaduras, el tratamiento térmico debido a las zonas afectadas por el calor y los cambios en las propiedades físicas debido a la alta velocidad de enfriamiento.
El estrés en las juntas soldadas se puede obtener asumiendo las siguientes condiciones mientras la junta soldada está bajo carga:
– La carga se distribuye uniformemente a lo largo de toda la longitud de la soldadura.
– El estrés se distribuye uniformemente sobre su sección efectiva.
La tabla siguiente muestra los esfuerzos admisibles para juntas soldadas que unen metales férricos con electrodos de acero al carbono bajo carga constante y carga de fatiga o inversa.
- Electrodo sin revestimiento:
- Carga constante: 80 MPa
- Carga de fatiga: 219 MPa
- Electrodo con revestimiento:
- Carga constante: 98 MPa
- Carga de fatiga: 351 MPa
Estos datos son tomados de un manual estándar y se pueden utilizar para el cálculo simple del estrés en las juntas soldadas.
Factores de concentración de estrés para juntas soldadas
La concentración de estrés ocurre debido a la distribución irregular de esfuerzos. Esta distribución desigual de esfuerzos ocurre en una junta soldada debido a la irregularidad de la propia junta.
La refuerzo proporcionado a la soldadura produce una concentración de estrés en la unión de la soldadura y el metal base. Cuando las piezas están sometidas a carga cíclica, se deben tener en cuenta los factores de concentración de estrés para diferentes tipos de juntas soldadas, como se muestra en la siguiente tabla:
- Junta reforzada: factor de concentración de estrés de 1.2
- Extremo de una unión transversal de filete: factor de concentración de estrés de 1.5
- Extremo de una soldadura de filete paralela: factor de concentración de estrés de 2.7
- Junta en T con una esquina afilada: factor de concentración de estrés de 2
Estos factores de concentración de estrés se aplican únicamente para carga cíclica. Para carga estática en la junta soldada, el factor de concentración de estrés es de 1.0.
Ahora vamos a resolver un problema simple para calcular los esfuerzos en la junta soldada utilizando los factores de concentración de estrés mencionados anteriormente y los esfuerzos admisibles en la junta soldada.
Ejemplo de problema para encontrar la longitud de la junta soldada
Se debe soldar una placa de 100 mm de ancho y 12.5 mm de espesor a otra placa mediante soldaduras de filete paralelas. Las placas están sujetas a una carga de 50 kN. Encuentre la longitud de la soldadura para que el estrés máximo no supere los 56 MPa. Considere la junta primero bajo carga estática y luego bajo carga de fatiga.
Solución:
Datos dados:
Ancho = 100mm
Espesor = 12.5mm (este es el tamaño de la soldadura, s)
Carga = 50 kN = 50 × 103 N
Esfuerzo máximo admisible (τ) = 56 MPa = 56 N/mm2
Se dice que l es la longitud de la soldadura que debe determinarse.
Para carga estática, el esfuerzo máximo admisible (τ) = 56 MPa / 1.0 = 56 N/mm2
Para una junta de doble filete paralelo, la carga máxima (P) que las placas pueden soportar se calcula mediante la siguiente fórmula:
P = 1.414 s × l × τ
50×103 = 1.414 × 12.5 × l × 56
50×103 = 990 l
l = 50 × 103 / 990
l = 50.5 mm
Agregando 12.5 mm para el inicio y el final de la soldadura, obtenemos:
l = 50.5 + 12.5 = 63 mm
Para soportar una carga estática de 50 kN, la placa debe soldarse con una junta de doble filete paralelo con una longitud de 63 mm.
Para carga de fatiga, el esfuerzo máximo admisible (τ) = 56 MPa / 2.7 = 20.74 N/mm2
Para una junta de doble filete paralelo, la carga máxima (P) se calcula de la misma manera:
P = 1.414 s × l × τ
50×103 = 1.414 × 12.5 × l × 20.74
50×103 = 367 l
l = 50 × 103 / 367
l = 136.2 mm
Agregando 12.5 mm para el inicio y el final de la soldadura, obtenemos:
l = 136.2 + 12.5 = 148.7 mm
Para soportar una carga de fatiga de 50 kN, la placa debe soldarse con una junta de doble filete paralelo con una longitud de 149 mm.
Resuelve este ejemplo de problema por tu cuenta para encontrar la longitud de la junta soldada en el caso de una carga estática y una carga de fatiga.
Preguntas frecuentes
- ¿Cómo se calcula el estrés en las juntas soldadas?
- ¿Cuál es la importancia de los factores de concentración de estrés en las juntas soldadas?
- ¿Por qué los esfuerzos en las juntas soldadas son difíciles de determinar?
- ¿Cómo se calcula la longitud de una junta soldada?
El estrés en las juntas soldadas se puede calcular asumiendo condiciones de carga estática o carga de fatiga y teniendo en cuenta los factores de concentración de estrés correspondientes.
Los factores de concentración de estrés son importantes porque ayudan a tener en cuenta la distribución desigual de las tensiones en las juntas soldadas, lo que puede afectar su resistencia y durabilidad.
Los esfuerzos en las juntas soldadas son difíciles de determinar debido a los muchos parámetros variables e impredecibles que influyen en ellos, como la homogeneidad del metal de soldadura y los cambios en las propiedades físicas debido a la alta velocidad de enfriamiento.
La longitud de una junta soldada se calcula en función de los factores de concentración de estrés, los esfuerzos admisibles y la carga aplicada a las placas que están siendo unidas.
Para obtener más información sobre la resistencia de las juntas soldadas y los cálculos relacionados, puedes consultar los siguientes enlaces:
– American Welding Society
– The Welding Institute
Esperamos que este artículo te haya sido útil para comprender mejor el estrés en las juntas soldadas y los factores de concentración de estrés asociados. ¡Si tienes alguna pregunta o quieres compartir tus propias soluciones al problema de ejemplo, déjanos un comentario!