1 Introd Soldadura Estructv

8/12/2019 1 Introd Soldadura Estructv

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INTRODUCCIN A LA SOLDADURA DEESTRUCTURAS EN ACERO

UTN-FRHMaestra/Posgrado Ingeniera Estructural Mecnica

Ing. Eduardo Asta


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Ing. E. Asta Soldadura deEstructuras en Acero

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DISEO DE UNIONES SOLDADAS

ASPECTOS BSICOS

MECNICOS CONDICIONES DE OPERACIN METALRGICOS

TIPOS DE ESFUERZOS

CLCULO ESTRUCTURAL

TEMPERATURA CORROSIN

DESGASTE

SOLDABILIDAD

RIESGO A FISURACIN


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MECANICOS

ACCIONES

CARGAS ESTTICAS CARGAS DINMICAS

TRACCINCOMPRESIN FLEXIN

CORTE TORSIN

COMBINADOS

IMPACTO FATIGA

ALTO N|DE CICLOSHCF

BAJO NDE CICLOSLCF


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Tensin Admisible

a = Y / n

Tensiones Admisibles para el Diseo

Convencional (DTA o ASD)


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Diseo por Factor de Carga yResistencia (DFR o LRFD)

FR = Fwsiendo:FR = resistencia de diseo (MPa)

= factor de resistenciaFw= resistencia nominal (MPa) metal

base o metal de aporte


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Soldaduras de Fileteejem.:Juntas longitudinales de elementos

estructuralesCorte sobre el rea efectiva

DTA o ASD FR = 0,30 FEXX

DFR o LRFD FR = 0,75* 0,6 FEXX


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CONDICIONES DE OPERACION

fluencia a temp.

Alta Temperatura(No permanente)

Creep(cargas estticas)

Creep- Fatiga(LCF)(cargas cclicas

Alta Temperatura(Permanente)

Tenacidad(tenacidad a la fractura)

Cv(Charpy), KIc,JCTOD

Baja Temperatura

TEMPERATURA

Corrosin Generalizada Corrosin Intergranular

Corrosin por Picado yen Rendijas

Corrosin Bajo Tensiones

Oxidacidacin Resistencia a la Intemperie

MEDIO CORROSIVO

RozamientoAbrasinErosin

Cavitacin

DESGASTE


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ASPECTOS METALRGICOS

Carbono equivalente Hidrgeno difusible

Tensiones residuales

Microestructura

ZACMetal de Soldadura

Riesgo a la Fisuarcin en FrioAsistida por Hidrgeno

Contenidode Impurezas

Aporte Trmico

Geometria de junta Composicin qumica

Modo de solidificacin

Metal de Soldadura

Riesgo a la Fisuracin enCaliente

Impurezas(metal base)

Geometra de junta

Aporte trmico

H

ZAC

Fisura por DesgarreLaminar

Comp. qumica impurezasMetal base y soldadura

Factor J y XStep cooling

TenacidadTemperatura de transicin

Riesgo de Fisurasde Fragilizacin por Revenido


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Procesos de Soldadura por Arco (a) soldadura por arco con electrodo revestido

(SMAW) (b) soldadura por arco sumergido (SAW) (c) soldadura por arco elctrico con proteccin

gaseosa o semiautomtica alambre macizo (GMAW

o MIG-MAG) (d) soldadura por arco con alambre tubular(semiautomtica alambre tubular), con o sinproteccin gaseosa. (FCAW)

(e) Soldadura por arco con electrodo de tungstenoy proteccin gaseosa (GTAW o TIG)


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Tipos de juntas para soldadura deestructuras en acero

Juntas con bisel de penetracincompleta (JPC)

Juntas con bisel de penetracin

parcial (JPP) Juntas de filete Soldaduras en botn (tapn) y ranura

(ojal)


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JPC


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JPP


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SOLDADURA DE FILETE

Garganta Terica

a

Cateto tericoc

lw

a

Seccin Resistente


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Mnimo tamao de cateto en soldadura de filetecompatible con los espesores de partes a ser

soldadas .

_________________________________________________________________________ Espesor de material base (T) (1) Cateto mnimo (2)

mm mm____________________________________________________

T< 6 3 (3)

6 < T< 12 512 < T< 20 620< T 8

____________________________________________________

(1) Para procesos de no bajo hidrgeno sin precalentamiento calculadoT es el espesor de la parte ms gruesa a ser soldada. Soldadura de una sola

pasada debe ser utilizada.Para procesos de no bajo hidrgeno pero con clculo de precalentamiento oprocesos de bajo hidrgeno, T es igual ala parte ms fina a ser soldada.

(2) No debe exceder el espesor de la parte ms delgada a ser soldada.(3) Cateto mnimo para estructuras cargadas cclicamente, 5 mm.


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15


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Aceros Estructurales Aceros al carbono : es la aleacin hierro-

carbono conteniendo generalmente 0,008% hasta aproximadamente 2 % decarbono, adems de ciertos elementosresiduales resultantes de los procesos defabricacin.


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Aceros Estructurales Aceros aleados : es el acero al carbono

que contiene otros elementos de aleacino presenta los elementos residuales encontenidos por encima de los que sonconsiderado normales.


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Clasificacin de aceros Aceros al carbono (bajo y alto contenido de

carbono. Aceros de alta resistencia y baja aleacin(HSLA).

Aceros templados y revenidos (HSQT) Aceros de baja aleacin tratables trmicamente(HTLA).

Aceros de procesos termo mecnicamentecontrolados (TMCP). Aceros al cromo-molibdeno.


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Propiedades de aceros HSLA


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Aceros estructurales

415-586290ASTM A529380-550205Grado II415-586240Grado IASTM A524415-550220Grado 60380-515205Grado 55ASTM A516400 min250ASTM A501400 min290Grado B310 min228Grado AASTM A500415 min240Grado Y35ASTM A381414 min241Grado BASTM A139400-490235Grado A, B, CS, D, DS, EASTM A131415 min240Grado BASTM A106

SMAWAWS A5.1E60XXE70XX

AWS A5.5 E70XX-X

SAWAWS A5.17 F6XX-EXXX, F6XX-ECXXXF7XX-EXXX, F7XX-ECXXX

AWS-A5.23 F7XX-EXX-XX, F7XX-ECXXX-XX

415 min250Grado BASTM A53400-550250ASTM A36

Especificacin de proceso y materialde aporte segn AWS

Resist. ala

TraccinMPa

Lmite deFluenciamnimo

MPa

Acero


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Ing. E. Asta Soldadura deEstructuras en Acero 21


E7XTX-X, E7XTX-XM400-490Grado EABS

AWS A5.29 400-490Grado A, B, CS, D, DS

415290Grado X42E7XT-X, E7XT-XM415240Grado BAPI 5L

E6XT-X, E6XT-XM400-550250Grado 36ASTM A709

AWS A5.20 400-490220Grado 58FCAW450-530240Grado 65ASTM A573

450 min345Grado 50

ER70S-XXX, E70C-XXX415 min310Grado 45

AWS A5.28 380 min275Grado 40

ER70S-X365 min250Grado 36

AWS A5.18360 min230Grado 33GMAW y GTAW340 min205Grado 30ASTM A570

Continuacin tabla anterior


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ER70S-X, E70C-XC480 min380Grado 55AWS A5.18 450 min345Grado 50

GMAW y GTAW410 min310Grado 45ASTM A607F7XX-EXX-XX, F7XX-ECXXX-XX450 min310-340ASTM A6065AWS-A5.23 480 min415Grados B y CF7XX-EXXX, F7XX-ECXXX450 min380Grado AASTM A595AWS A5.17 485 min345(< 100 mm)ASTM A588

SAW450 min345Grado 50ASTM A572E7018-X415 min290Grado 42ASTM A572E7015-X, E7016-X450-620310-345Clase 1ASTM A537AWS A5.5 485-620260Grado 70E7018, E7028450-585240Grado 65ASTM A516

E7015, E7016415-485275-345ASTM A441AWS A5.1490-620350Grado AH36, DH36, EH36SMAW470-585315Grado AH32, DH32, EH32ASTM A131


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490-620350Grado AH36, DH36, EH36490-620315Grado AH32, DH32, EH32ABS455-495360Grado X52API 5L450 min345Grado 50ASTM A913415 min290(2-1/2 in y por debajo)ASTM A808

E7XTX-X, E7XTX-XM450 min380Grado A, Clase 2 .ASTM A710AWS A5.29 485 min345Grado 50WE7XT-X, E7XT-XM450 min345Grado 50ASTM A709AWS A5.20 (< 65 mm)FCAW485-620345Grados C, D

ER70S-XXX, E70C-XXX430-570290Grado AASTM A633AWS A5.28 450 min315-345Grado Ib, II, IIIASTM A618

Continuacin tabla anterior


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Seleccin de materiales de aporte

La seleccin del material de aporte para unadeterminada unin soldada se basafundamentalmente en dos criterios:

la igualacin de la resistencia con materialbase

igualacin de resistencia y similitud decomposicin qumica.


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Soldabilidad de los aceros Regiones de la unin

soldada:


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REGIONES DE LA ZAC EN SOLDADURAMULTIPASADA


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Regiones de la unin soldada

ZAC

MS


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Carbono Equivalente Frmula IIW: en % de peso

15

)(

5

)(

6

)( Cu NiV MoCr Si MnC CE

++

+++

++=


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Carbono Equivalente Frmula de Ito y Bessyo : en % de peso

V510

V

15

Mo

20

Cr

60

Ni

20

Cu

20

Mn

30

SiCcmP +++++++=


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Soldabilidad de los aceros

DIAGRAMA DE ENFRIAMIENTOCONTINUO, Curva CCT


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Soldabilidad de los acerosTpico diagrama CCT Acero Cr-Mo


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Productos de transformacin en funcin de velocidades de enfriamientopara soldaduras


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Mediciones de durezas (a) lnea superior (b)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

D u r e z a

H V

T0=150C-HV5

T0=20C-HV1

0

100

200

300

400

500

600

700

D u r e z a

H V

T0=150C-HV5

T0=20C-HV1

(b)

(a)ZAC

Aporte

ZAC

(b)


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Soldabilidad, diagrama de Graville

Zona I: Baja tendencia ala fisuracin

Zona II: Moderadatendencia a lafisuracin

Zona III: Altatendencia a lafisuracin


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INTEGRIDAD ESTRUCTURAL

IntegridadEstructural

Riesgo defisuracin

TenacidadSoldabilidad

--

+

-


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Riesgo a la aparicin de fisuras en fro enla soldadura de aceros estructurales

Este es uno de los mayores problemas de

integridad estructural en las soldaduras deaceros. Puede aparecer tanto en MS como en

ZAC


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Riesgo a la aparicin de fisurasen fro

Factores de riesgo:

- Hidrgeno difusible

- Microestructura- Tensiones


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Formas de control del riesgo a la aparicinde fisuras en fro en la soldadura de aceros

Utilizar procesos y consumibles de bajo nivel de

hidrgeno( ej.: electrodos bsicos) Control del aporte trmico y/o aplicacin deprecalentamiento

Control de la temperatura entre pasadas Aplicacin de poscalentamiento y/o enfriamiento

en material termoaislante Tratamiento trmico posterior a la soldadura

(PWHT) Aplicacin de martillado; shot peening


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Hidrgeno difusibleLos procesos y consumibles de soldadura pueden

ser clasificados en relacin con su contenido dehidrgeno en: de muy bajo, bajo, medio y altonivel .

Muy bajo, menor que 5 ml /100 g. Bajo, entre 5 y 10 ml /100 g. Medio, entre 10 y 15 ml /100 g. Alto, mayor que 15 ml /100 g.


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Distribucin de hidrgeno en metal desoldadura por proceso y tipo de consumible


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Clasificacin Opcional AWS R- Electrodo resistente a la humedad

a 26,7C y 80% rh 9 h < 0,4% humedad HZ- Z = nivel de hidrgeno (16, 8, 4

ml(H2) / 100 g ; EXX18HZREj.: E7018R E8018-B2R

E7018H4, E8018-B2H8


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Mtodos predictivos para establecer latemperatura de precalentamiento

Norma British Standard BS 5135 Nomograma de Coe Criterio de Duren Criterio de Ito y Bessyo

Criterio de Suzuki y Yurioka Mtodo de Seferian Mtodo del Instituto Internacional de Soldadura

ANSI/AWS D1.1, Cdigo de EstructurasSoldadas en Acero Mtodo de la Carta


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CLCULO DE PRECALENTAMIENTO

AWS D1.1/CIRSOC 304Mtodo de control de la Dureza

Mtodo de control del Hidrgeno


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CONTROL DEL NIVEL DE H


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Tabla -1Agrupamiento del Indice de Suceptibilidad como Funcin del Nivel de Hidrgeno H

y Parmetro de Composicin(Carbono Equivalente) P cmAgrupamiento por Indice 2 de Susceptibilidad

Carbono Equivalente = P cm 1

Nivel de

Hidrgeno, H


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Tabla -2Temperaturas Mnimas de Precalentamiento y Entre Pasadas para Tres Niveles de Restriccin

Temperatura Mnima de Precalentamiento y Entre Pasada (C)Agrupamiento del Indice de SusceptibilidadNivel de

RestriccinEspesor *

mm A B C D E F G


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Ensayos de soldabilidad Lehigh

Tekken o JIS Slot WIC

CTS TWI G-BOP Cruciforme Ranura circular


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Ensayo Tekken


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Probeta CT


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ESPECIFICACION DE PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA(EPS)

WPS n: TP Fecha: xxxxx Cliente: Cdigo Aplicable:Proceso(s) de soldadura: FCAW Tipo: Semiautomtica(SA)

Esquema de Junta:

R

T

Dimensiones en mm

R= 6 +2; -0

= 45 + 5; -0

T= 25

Respaldo: Si ( x ) No ( )Material del Respaldo: mismo material base o ASTM A36E 6 25 A h 20

Repelado: Si ( ) No ( x )Mtodo:


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Espesor: mn.6,25mm Ancho: mn.20mmMATERIAL BASE METAL DE APORTEEspecificacin tipo y grado: ASTM A 516 Gr. 70a Especificacin tipo y grado: ASTM A 516 Gr. 70Dimetro (Cao): 2000 mmRango de espesores: 25 mmA tope: si Filete:

Proceso: FCAWEspecificacin AWS: 5.20

Clasificacin AWS: E 70T-5

POSICION PROTECCINPosicin (es) de la junta: Horizontal 2G Gas: CO2Progresin de soldadura: Circunferencial Composicin: 100% CO2Posicin (es) del filete: Caudal: 15-20 l/minPRECALENTAMIENTO Flux: N/ATemperatura de Precalentamiento (mnima): 10 C Clasif.Alambre-Flux: N/ATemperatura Entre Pasadas (mxima): 280 C CARACTERSTICAS ELECTRICASTRATAMIENTO TERMICOPOSTSOLDADURA(PWHT)

Tipo de corriente: C.C Modo deTransferencia(GMAW):

Temperatura:

No

Polaridad: +

Tiempo: No Rango de Intensidad: 220-370 A

Electrodo deTungsteno(GTAW):

TECNICA Cordn recto u oscilado: Recto

Pasada multiple o Unica (por lado): Multiple

Rango de Tensin:23-30V

(mm): Tipo:

N de Pasada Proceso Metal de Aporte Corriente Tensin Veloc.Sold. Veloc. Alambre

Clase mm Polaridad A V mm/min m/minRaiz (1) FCAW E70T-5 1,6 + 250-300 28 150-170 ----Relleno (2 a n) FCAW E70T-5 1,6 + 280-350 28-30 250-300 ----


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Probetas decalificacin

Soldadura a Tope

Soldadura deFilete


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Probetas deCalificacin paraElementosEstructuralesTubulares

Calificacin de Procedimientos de


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Calificacin de Procedimientos deSoldadura y de Soldadores

Procedimientos (EPS o WPS):

- Inspeccin Visual- Inspeccin END : US o RI - Ensayo Traccin (unin soldada, MS) - Ensayos de Plegado (Raz, Cara, Lateral)

- Suplementarios: Tenacidad( Charpy-V); otros

Calificacin de Procedimientos de


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Soldadura y de Soldadores Soldadores (RCHP):

- Inspeccin Visual

- Inspeccin END : RX - Ensayos de Plegado (Raz, Cara,

Lateral)


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Extraccintpica deprobetasparacalificacin


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Tipos de Inspeccin Visual: ocular directa y/o con ayuda de

Tintas Penetrantes o PartculasMagnetizables

Volumtrica o discontinuidades planas:Ultrasonido (US) o Radiografa (RI)

Criterios de aceptacin tpicos para laI i Vi l j t t ( lifi i


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Inspeccin Visual en juntas a tope( calificaciny programas de inspeccin)

La soldadura deber estar libre de fisuras. La socavacin deber ser menor o igual que 1 mm. El refuerzo o convexidad de la cara de la soldadura

deber ser menor o igual que 3 mm. La raz de la soldadura deber ser inspeccionada y

no debern verificarse evidencias de fisuras, fusinincompleta o penetracin inadecuada de la junta. Lamxima concavidad de la raz deber ser 2 mm y elmximo sobre espesor de raz por penetracindeber ser 3 mm.

Criterios de aceptacin tpicos para laInspeccin END (US o RI) en juntas a tope


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Inspeccin END (US o RI) en juntas a tope ( calificacin y programas de inspeccin)

Discontinuidadestpicas observablespor RI (InspeccinRadiogrfica)

Criterios de aceptacin tpicos para laInspeccin END (US o RI) en juntas a tope(


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Inspeccin END (US o RI) en juntas a tope(calificacin y programas de inspeccin)

Ejemplo de Requerimientos Tpicos de Calidad para Soldadura conDiscontinuidades Alargadas Determinadas por RI para Estructuras NoTubulares Cargadas Estticamente.

Criterios de aceptacin tpicos para elensayo de traccin en juntas a tope


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ensayo de traccin en juntas a tope(calificacin EPS)

La resistencia a latraccin deber sermayor o igual al valormnimo especificadocorrespondiente almetal base.

Criterios de aceptacin tpicos para elensayo de plegado en juntas a tope


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ensayo de plegado en juntas a tope

Los ensayos para la evaluacin de habilidaddel soldador y para la calificacin deprocedimientos de soldadura, sernsometidos a los criterios de aceptacin deespecificaciones o cdigos ( ASME, API,AWS D1.1, CIRSOC, DIN, BS, Eurocodes,etc.).


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Ing. E. Asta Soldadura de

Estructuras en Acero

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Criterios de aceptacin tpicos para elensayo de plegado en juntas a tope


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ensayo de plegado en juntas a tope

En la inspeccin de la superficie convexa de laprobeta ensayada no debe tener discontinuidades que

excedan las siguientes dimensiones: 3 mm, medidos en cualquier direccin sobre la

superficie 10 mm, como la suma de las mayores dimensiones

de todas las discontinuidades mayores que 1 mm,pero menores o iguales que 3 mm. 6 mm, la mxima fisura en las esquinas de la

probeta plegada, excepto cuando dicha fisuraresulte de una inclusin de escoria visible u otrotipo de discontinuidad relacionada con la fusin.

Criterio de Aceptacin Tpico del EnsayoMacrogrfico en Filete y JPP(calificacin y


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Macrogrfico en Filete y JPP(calificacin yprogramas de inspeccin o QA)

En soldaduras con JPP, el tamao real de la soldadura debeser igual o mayor que el tamao de soldadura especificado,(E) Las soldaduras de filete deben tener fusin completa de laraz de la junta, pero no necesariamente ms all de esta.

El tamao mnimo del cateto debe alcanzar el tamao defilete especificado.

Las soldaduras con JPP y soldaduras con filete debenverificar lo siguiente:Sin fisurasFusin completa de las pasadas o capas adyacentes al metalde soldadura y entre el metal de soldadura y el metal base.Perfiles de soldadura adecuadosNinguna socavadura mayor o igual que 1 mm.


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Calificacin de filete (EPS)

Calificacin para filete


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(Soldador)

Reglamento CIRSOC 304


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REGLAMENTO ARGENTINO PARA LASOLDADURA DE ESTRUCTURAS ENACERO

Basado en Cdigo AWS D1.1 y Eurocode 3

Captulos Reglamento


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CIRSOC 3041. REQUERIMIENTOS GENERALES2. DISEO DE UNIONES SOLDADAS3. ESPECIFICACIN DE PROCEDIMIENTO DE

SOLDADURA4. CALIFICACIN DE PROCEDIMIENTOS (EPS),

SOLDADORES Y OPERADORES DE SOLDADURA5. FABRICACIN Y MONTAJE6. INSPECCIN Y CONTROL DE CALIDAD

7. REFUERZO, RESTAURACIN Y REPARACIN DEESTRUCTURAS EXISTENTES



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Anexos (incluidos)ANEXOS: Anexo I. Gargantas Efectivas de Soldaduras de Filete en

Juntas T Oblicuas Anexo IIa. Planitud de las Vigas Armadas EstructurasCargadas Estticamente Anexo IIb. Planitud de las Vigas Armadas Estructuras Bajo

Carga Cclica Anexo III. Requerimientos para los Ensayos de Impacto Anexo IV. Gua de Mtodos Alternativos para Determinar el

Precalentamiento en la Soldadura de Aceros Estructurales Anexo V. Requerimientos de Calidad de Soldadura para

Juntas a la Traccin en Estructuras Cargadas Cclicamente Anexo VI. Formularios para EPS, RCP e Informes de Ensayos



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g

ANEXO A :

Soldadura de Espesores Delgados enChapa de Acero ANEXO B:

Soldadura de Barras de Acero paraEstructuras Livianas


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PROYECTO

REGLAMENTO CIRSOC 704REGLAMENTO ARGENTINO PARA

LA SOLDADURA DEESTRUCTURAS EN ALUMINIO


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ATENCIN:Los contenidos de esta presentacin estn basados en diferentes fuentes, algunaspropias otras de la bibliografa. UTN-FRH- GIMF y el autor no se responsabilizan por la


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p p g y p pprecisin de la informacin o por cualquier dao, imprevisto o indirecto, perjuicio comercial oincidentes similares que pudieran ser causados por la implementacin de medidas o accionesdescriptas en esta presentacin.

SEGURIDAD EN SOLDADURA:La aplicacin de una tcnica industrial como la soldadura por arco

elctrico, el corte de metales y los procesos de proyeccin trmica obliga a la aplicacin de prcticasde proteccin adecuadas.

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