Las Partes a Unir Geometría y la Ubicación de las Partes a Unir.

 

Diseño de unión

Antes de pensar en el tipo de soldadura, es necesario examinar el tipo de unión que se va a utilizar. La unión se define como el acto o proceso de poner o juntar cosas para que sean continuas o formar una unidad [22].

 Definido para la industria, la unión es el proceso de acoplamiento de un componente, elemento estructural, detalle, o para crear un ensamble, donde se requiere que un conjunto de partes o elementos formen un componente para una función específica que por sí solo no se puede lograr [34].

 La terminología utilizada en el área de diseño cambia entre países y los términos utilizados por compañías del mismo país para definir lo mismo pueden ser diferentes, lo que ha llevado a estandarizar la terminología ofreciendo equivalencia entre varios idiomas, la Sociedad Americana de Soldadura (AWS, por sus siglas en inglés) publica AWS A-2.4 que lleva por nombre “Símbolos estándar para la soldadura, la soldadura fuerte y los ensayos no destructivos”, donde se encuentra la nomenclatura que se utiliza en el continente Americano . 

 En términos de ingeniería las instrucciones son plasmadas en dibujos simplificando estos por medio de símbolos en lugar de textos, ayudando a evitar confusiones o problemas entre socios al traducir el texto. El símbolo principal de soldadura es una flecha que señala la ubicación de la soldadura además de contener toda la información referente a la unión como el tipo de soldadura, su tamaño y el procedimiento que será utilizado 

Tipos de uniones Para seleccionar el proceso de soldadura se requiere un análisis del diseño de unión que va a utilizarse, un ejemplo son las cargas que se transfieren de un elemento a otro a través de la soldadura situada en la unión, sin embargo, el diseño puede impactar en los costos. Existen 4 tipos de unión más comunes: unión a tope, unión traslapada, unión en “T” y unión en esquina .

Para minimizar costos se consideran los siguientes puntos:

 1. Se debe seleccionar el diseño de unión que requiere menor cantidad de metal de aporte.

 2. De lo contrario, utilizar ranura cuadrada y ranura con penetración parcial cuando éstas satisfagan los requisitos de resistencia y facilidad de mantenimiento. 

3. Utilizar uniones de traslape o en filete en lugar de ranura, pero si la resistencia a la fatiga es menor y no satisfacen los requerimientos de servicio hay que usar ranura.

 4. Utilizar soldadura en doble “V” o “U” en lugar de “V” o “U” simple en espesores gruesos de placas que minimicen la cantidad de material de aporte depositado y la distorsión resultante. 

5. Biselar los elementos sujetos a contracción lineal a través de la soldadura, también la unión en esquina de espesores gruesos para reducir el desgarre laminar. 

6. El diseño de unión debe permitir la aplicación de soldadura en el ensamble.

 Cada tipo de unión cuenta con diversas configuraciones geométricas, de acuerdo a la AWS (2001) la unión a tope cuenta con las configuraciones de preparación de la unión que se muestran en la Figura 2. 20, consiste en un conjunto en el que dos o más partes se unen de extremo a extremo o borde a borde fusionando toda la sección transversal dentro del contorno del componente final 

  

 Requerimientos para el diseño Los requerimientos para el diseño son en base a fabricación y armado de estructuras soldadas, se debe cumplir con estándares o modelos de comparación según el caso. El código AWS D1.1 (2010) publicado por la Sociedad Americana de Soldadura especifica que el código es aplicable en aceros al carbono o de baja aleación con un espesor mayor que 1/8 de pulgada (3.175 mm) con una resistencia a la fluencia mínima especificada de 100 ksi (690 MPa) o menor [37]. La Tabla 2. 8 enlista los requerimientos comunes para el diseño de uniones soldadas, para componentes tubulares y no tubulares de acuerdo con AWS D1.1 (2010) y de acuerdo a estos requerimientos cumplidos se puede decir que la unión es confiable.

Costos de diseño de unión

 Los costos deben de estimarse en el diseño de algún componente, la integración de ingeniería permite realizar esta fase del diseño gracias al avance tecnológico. La fabricación de un componente que lleva uniones soldadas, debe ir acompañada de una evaluación de costos. Los costos pueden estimarse con dos tipos de información [38]:

 1. La información de tipo económico que define la relación entre los parámetros de la función y costos de fabricación.

 2. La información técnica relacionada con el proceso de fabricación de la característica de preparación de unión. La metodología se basa en la descomposición de la estructura que se va a soldar en varios ensambles. Se divide en dos operaciones :

 a) Operaciones de preparación

 b) Operaciones de soldadura Para las operaciones de preparación de la unión se basa en las características geométricas, dimensionales, y tecnológicas.

 A continuación, se describe el modelo de cálculo:

  Descomposición de la estructura en sub ensambles para analizar el montaje de cada pieza.

  Establecer el inventario de las características de preparación para cada pieza. 

 Selección de las características de preparación.

  Calcular el tiempo de fabricación y el costo para cada proceso de preparación

Seleccionar el proceso con el costo más bajo.

  Calcular el costo mínimo del ensamble.

  Calcular el costo mínimo de la estructura.

Preparación de unión a tope

 Algunos procesos de soldadura (electrodos básicos de bajo hidrógeno) no cuentan con la capacidad de realizar una penetración completa, lo cual ha originado que la soldadura a tope requiera un bisel para poder depositar el material de aporte en la unión y existe la fusión con el metal base, aunque los proceso MAG y soldadura por arco sumergido (SAW, por sus siglas en inglés) logran hacer una penetración completa de la soldadura a tope cuando la corriente es lo suficientemente alta y existe un bisel de un solo lado .

 Si no se llega a hacer una preparación de unión contemplando la corriente y el bisel, ocasionará defectos por falta de penetración o la unión no estará totalmente fundida dando origen al cizallamiento, por este tipo de problemas surge la exigencia de especificación.

 La preparación de la unión se basa en la configuración geométrica de la articulación, el acceso para la soldadura, la inspección y el costo. La preparación más común y sencilla donde es bisel en ambos elementos

Para la soldadura a tope la cara de la base debe mantenerse a mínima profundidad para ahorrar consumibles, pero se introduce una gran cantidad de calor y el riesgo de distorsión es excesivo. Para manufacturar un bisel de este tipo el equipo más común es el soplete, pero tiene una gran variación por lo que se sugiere una biseladora o una fresadora.

 Para espesores gruesos es recomendable hacer doble biselado en lugar de un solo bisel como se muestra. Existen dos razones muy importantes:

 1. El volumen del metal de aporte en la soldadura crea reducción de costos. 

2. La entrada de calor y el historial térmico es más equilibrado a través del espesor llevando a niveles más bajo de distorsión.

 Para minimizar la distorsión con este tipo de preparación no se hace simétrico el tamaño del biselado, el primer lado es menor que el segundo lado a soldar o se pueden variar los ángulos, esto porque la cara de la base sirve como si la preparación es un solo bisel.

La preparación de la unión consiste en dos operaciones:

  Preparación de los bordes (para dar un contorno geométrico adecuado). 

 Posicionar los dos bordes (para tener una alineación y respetar el espacio entre las partes a soldar que depende del espesor).

 La preparación es el conjunto de especificaciones que tienen relación con la forma geométrica y el proceso de fabricación, éstas especificaciones se muestran en la siguiente tabla