Diseño de juntas soldadas

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DISEÑO DE JUNTAS

En general el diseño de uniones soldadas relaciona tres aspectos básicos:
_ Mecánicos
_ Condiciones de Operación
_ Metalúrgicos

El esquema que se muestra en la figura 1 permite resumir conceptualmente dichos aspectos del
diseño de las uniones soldadas.

Aspectos Mecánicos
Están relacionados con la naturaleza y tipo de esfuerzos a los cuales estará sometida unaestructura, un recipiente o un elemento mecánico soldado y consecuentemente este aspecto se encuentra directamente vinculado con el cálculo de esfuerzos y cargas. En este sentido se debe diferenciar en primer lugar lo referente al tipo de unión soldada a definir.
En uniones a tope, con igualación de espesores respecto del material base a unir, en donde las reglas del cálculo de la soldadura son lasaplicadas para los materiales base del componente o estructura en términos de sección resistente y utilizando las herramientas y especificaciones indicadas por los códigos de diseño. Para este tipo de uniones la soldadura debe verificar un comportamiento igual al material base de manera tal que la misma pueda ser considerada como un continuo y no como una perturbación o singularidad en laestructura. En este caso los esfuerzos admisibles son los aplicados al material base pudiendo ser función del límite de fluencia o de la resistencia a la tracción
En uniones a tope en las que no existe igualación de espesores entre el material base y la penetración obtenida mediante el cordón soldado, no se cuenta con toda la resistencia del metal base por la limitación en el espesor del metal soldado,por lo que el área resistente es el espesor efectivo soldado por el ancho de la junta. En este último caso los códigos de diseño especifican el cálculo de la resistencia de la junta en función de la resistencia tanto del metal de aporte (Ft) como del material base (Fy). La figura 2 ilustra dos uniones a tope con penetración completa y otra con penetración parcial.

En juntas con aplicación defiletes el área que resiste los esfuerzos se supone trabaja al cortante y es la que resulta de multiplicar la garganta del filete por la longitud del filete. La garganta es la distancia mínima desde la raíz a la cara del filete. En el caso de un filete de catetos iguales la garganta resulta ser 0,707 del cateto. La resistencia de la junta se calcula en función de la resistencia del metal de soldaduracomo una fracción de la resistencia a la tracción del metal depositado.
La figura que sigue ilustra el área resistiva en el caso de un filete. La figura 19 presenta los tamaños teóricos y reales de los filetes.

En relación a la posibilidad de uso de juntas de penetración total, parcial y filetes debe considerarse el aspecto de optimización estructural. Este último concepto resulta desingular importancia en virtud que permite lograr diseños de uniones soldadas más económicos aplicando la mínima cantidad necesaria de material de aporte. Pero más importante aun es el beneficio de tener menores niveles de tensiones residuales, de distorsión y de probabilidad de defectos en las soldaduras por el hecho de reducir u optimizar el volumen de metal depositado. En consecuencia la optimizaciónestructural que es posible realizar en el diseño de estructuras soldadas permite aumentar la integridad estructural de las mismas.
La figura 3 muestra esquemáticamente y a modo de ejemplo cómo es posible mediante el diseño de la unión con secciones de soldadura diferentes lograr áreas resistentes equivalentes.

Sin embargo la posibilidad anterior, de optimización del diseño, debe ser evaluadatambién en cuanto a las condiciones de fatiga de una junta soldada, dado que las juntas de filete y parciales pueden presentar condiciones favorables para una falla por fatiga. En general la fatiga en los códigos se considera en función del nivel de esfuerzo, el número de ciclos y la clasificación de juntas más o menos críticas a los efectos de la fatiga (fig 4). También en ciertos códigos se...
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