Tensiones en uniones soldadas a tope con perfiles abiertos bajo torsión

Stress in butt welded joints of open profiles under torsion

En el trabajo se destaca como en la literatura de Mecánica de Materiales y Diseño de Elementos de Máquinas, solo algunos autores abordan el tema de las uniones soldadas, dentro de estos se pueden citar a Shigley, Hall, Reshetov y Faires [1, 3, 4-5]; estos autores, aunque brindan expresiones para el cálculo de las tensiones en uniones soldadas de configuración geométrica compleja, no analizan el cálculo de las mismas para el caso de estar sometidas a torsión, tampoco toman en cuenta para los cálculos las particularidades de los perfiles de paredes delgadas, esto solo es analizado en el Tratado general de soldadura de los autores Schimpke, Horn y Ruge [7], donde se mencionan estas particularidades sin abordar las expresiones para el cálculo de las tensiones en casos complejos. Un tanto similar ocurre en los artículos y literatura especializada, donde se profundiza en la investigación sobre los parámetros tecnológicos en la soldadura, materiales y otros temas sin abordar el perfeccionamiento de las expresiones de cálculo para determinar las tensiones en este tipo de uniones. En el presente trabajo se brindan nuevas expresiones para el cálculo de las tensiones tangenciales que surgen en los cordones de uniones a tope, en perfiles abiertos sometidos a torsión libre, tomando en cuenta para ello su consideración como perfiles de paredes delgadas.

INTRODUCCIÓN

La soldadura es la unión permanente más utilizada en la construcción de maquinaria, por lo que resulta sorprendente que en la literatura especializada no se trate con frecuencia ni con suficiente profundidad y especificidad la evaluación de su resistencia, lo que fue destacado por Shigley "Una de las dificultades que afronta el ingeniero en el diseño al trabajar con uniones soldadas, es que a esta materia no se le ha dedicado el mismo estudio riguroso que a otros procesos, materiales y elementos mecánicos" [1]. En el diseño de uniones soldadas es frecuente la introducción de factores de seguridad elevados y la existencia de códigos preestablecidos para el diseño de uniones en equipos, como los recipientes que trabajan a presión y otros de destino específico con altos requisitos de seguridad en su construcción y operación.

La Especificación para Construcciones de Acero ANSI-AISC 360-10 [2] establece las relaciones geométricas que deben tener los elementos de refuerzos para las uniones mixtas bajo diferentes solicitudes de carga, así como los requerimientos técnicos que deben cumplir estos refuerzos y los métodos de soldadura más adecuados a utilizar en función de la solicitación a que están sometidos. Se analizan cada uno de estos métodos mostrándose el área efectiva para estas uniones, las limitaciones de cada uno y las dimensiones mínimas de los cordones de soldadura para cada caso.