Fatiga en uniones soldadas

8° CONGRESO IBEROAMERICANO DE INGENIERÍA MECÁNICA Cusco, 23 al 25 de Octubre de 2007

CONSIDERACIONES DE DISEÑO Y FACTORES QUE AFECTAN EL DESEMPEÑO DE LAS UNIONES SOLDADAS BAJO CARGA CÍCLICA Autor: J. Alberto Bejarano U. Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá Asociación Colombiana de Soldadura y Ensayos no Destructivos Calle 98 No. 15-17 Of.509 E - mail: jabejaranou@unal.edu.co BogotáD.C.- Colombia

RESUMEN

Resulta excepcional encontrar un ramo de la ingeniería mecánica ajeno a procesos de soldadura y dentro de sus aplicaciones casos donde se presente carga exclusivamente estática; normalmente se presenta carga variable que genera una falla súbita de la unión soldada bajo esfuerzos menores que los límites de ruptura reportados por el fabricante tanto del material basecomo del de aporte. Esta ruptura catastrófica implica grandes pérdidas económicas y lo que resulta más lamentable unidas en ocasiones a pérdidas de valiosas vidas humanas. Es en este sentido en que la aproximación aquí presentada al fenómeno de la fatiga en uniones soldadas asume su verdadera importancia. La intención fundamental de este artículo es pues, presentar y argumentar de manera concisa ypráctica criterios que apoyen la toma de decisiones del ingeniero en el proceso de diseño basados en la amplia normalización existente. Este documento se limita a los aceros estructurales con menos de 0,35% de Carbono y a los procesos de soldadura por arco eléctrico haciendo énfasis en las diferencias entre el análisis de fatiga de elementos monolíticos frente a conjuntos soldados en términos delos defectos inducidos en el metal de soldadura debidos a errores de aplicación del material de aporte.
PALABRAS CLAVE: Diseño mecánico, fatiga, soldadura.

Código 1623

1. INTRODUCIÓN AL FENOMENO DE LA FATIGA EN SOLDADURA Nota: Los lineamientos aquí mostrados no pretenden reemplazar al criterio profesional del ingeniero fundado en su experiencia y conocimiento teórico al momento deproyectar uniones soldadas a fatiga. Las teorías clásicas para el tratamiento de la fatiga se aplican directamente a materiales sanos, en el caso de la soldadura se habla de uniones soldadas sanas, esto es, sin defectos o con indicaciones1 dentro de norma. En caso contrario las teorías de diseño clásicas se hacen poco representativas del fenómeno, obligando al diseñador a asumir a la mecánica de lafractura como herramienta de análisis teoría que no se presta para ser fácilmente aplicable en la dinámica propia de los procesos de diseño dado especialmente que esta está orientada a la predicción de la vida restante de un elemento en presencia de indicaciones, lo que supone un conjunto soldado preexistente. Ahora bien, sabemos que cuando se diseñan elementos de máquinas monolíticos se asumenestados idealizados tales como la isotropía o más exactamente falsa isotropía y la homogeneidad del material en su estructura metalográfica y ausencia de discontinuidades y defectos, en la soldadura nunca se presentan estas características debido esencialmente a la existencia de la denominada Zona Afectada por el Calor (ZAC) la cual corresponde a un cambio brusco en las características metalográficasdel material de soldadura. Una vez comprendidas las particularidades de la soldadura las teorías de fatiga especialmente aplicables para materiales dúctiles y las curvas S-N se aplican de la misma manera especialmente en lo que se refiere al cálculo de los esfuerzos principales que permiten determinar un factor de seguridad específico presente en un diseño. Las fuentes de concentración deesfuerzo así como la cuantificación de los mismos varían en el caso de la soldadura y por eso se presentan en este documento. 2. LA IMPORTANCIA DE LA EXPERIMENTACIÓN Cuando se proyectan uniones soldadas cuyo desempeño deba presentar alta confiabilidad (normalmente del 99,99 %) bajo carga a fatiga, es necesario llevar a cabo ensayos que aproximen de la mejor manera posible la geometría de la unión, los...