Las uniones atornilladas y soldadas son las dos formas más comunes de ensamblaje en diversas estructuras mecánicas. En este artículo se comparan y contrastan principalmente estos dos métodos de conexión predominantes en las estructuras de acero, resumiendo sus ventajas e inconvenientes.
Es necesario conectar entre sí secciones de componentes de acero compuestos, como placas o perfiles de acero. El conjunto acero estructura debe ensamblarse en un todo en los puntos de conexión. Por tanto, la calidad y la rentabilidad de una estructura de acero dependen directamente de la calidad del diseño de sus conexiones.
En el pasado, las estructuras de acero se unían mediante chavetas, pernos, remaches y otros métodos. soldaduras. Sin embargo, las uniones con chaveta y remaches ya no se utilizan en las nuevas estructuras de acero, por lo que estos métodos no se tratarán más adelante.
Las conexiones soldadas se forman fundiendo el varilla para soldar y las piezas a soldar con el calor generado por un arco eléctrico. Al enfriarse, estas piezas fundidas se solidifican en una costura de soldaduraintegrando así las piezas en una sola unidad.
Las uniones soldadas son el principal método de conexión de las estructuras de acero actuales, con uniones manuales. soldadura por arco y la soldadura por arco sumergido automática (o semiautomática) son los métodos de soldadura más utilizados.
En comparación con las uniones atornilladas, las estructuras soldadas presentan varias ventajas:
(1) Las conexiones soldadas no requieren perforaciónAsí no se debilita la sección transversal. Tampoco se necesitan componentes de conexión adicionales, lo que simplifica la construcción. Como resultado, las conexiones soldadas pueden ahorrar mano de obra y materiales, lo que se traduce en beneficios económicos. Estas pueden considerarse sus ventajas más significativas.
(2) Las estructuras soldadas ofrecen una buena estanqueidad, gran rigidez y excelente integridad. Además, algunas uniones, como las conexiones en Y y en T entre acero tuberíasson difíciles de conseguir con uniones atornilladas u otros métodos, por lo que la soldadura es la opción preferible.
Juntas soldadas presentan las siguientes deficiencias:
(1) Les afectan las altas temperaturas durante el proceso de soldadura;
(2) Los cordones de soldadura suelen presentar diversos defectos, y el metal base próximo al cordón de soldadura puede volverse quebradizo, lo que puede provocar una concentración de tensiones y un aumento de las grietas dentro de la estructura;
(3) Debido a la rigidez del estructura soldadaLas grietas localizadas pueden extenderse fácilmente a toda la estructura. Como ya se ha mencionado, las estructuras soldadas son propensas a la fragilidad a baja temperatura;
(4) Tras la soldadura, la contracción desigual inducida por el enfriamiento puede dar lugar a tensiones residuales de soldadura dentro de la estructura. Esto puede hacer que algunas secciones entren en plasticidad prematuramente cuando se cargan, reduciendo la estabilidad de la tensión crítica cuando se comprimen;
(5) Después de la soldadura, la dilatación y contracción desiguales pueden causar una deformación residual de la soldadura, como causar un plano chapa de acero para deformar.
Dadas estas limitaciones de uniones soldadasPor ello, deben tomarse medidas para evitar o reducir su impacto negativo durante el diseño, la fabricación y la instalación.
Simultáneamente, la calidad de los cordones de soldadura debe ser inspeccionada y aceptada de acuerdo con la norma nacional "Especificación de Aceptación de Calidad para Ingeniería de Estructuras de Acero".
Prestar atención a selección de materialesEl diseño del cordón de soldadura, el proceso de soldadura, la técnica del soldador y una mejor inspección del cordón de soldadura pueden evitar que se produzcan fallos frágiles en el cordón de soldadura.
Las uniones atornilladas unen componentes mediante el uso de pernos, un tipo de sujetador. Existen dos tipos de uniones atornilladas: las uniones atornilladas estándar y las uniones atornilladas de alta resistencia.
Los tornillos utilizados en las uniones de estructuras de acero se clasifican en tornillos estándar y tornillos de alta resistencia. Los pernos estándar suelen tener cabeza hexagonal y se clasifican en A, B y C.
Los pernos de grado C suelen fabricarse con acero Q235, laminado en caliente. redondo acero. Se trata de pernos gruesos, con requisitos relativamente bajos para la fabricación de orificios, por lo que se utilizan ampliamente en uniones atornilladas estándar.
Los pernos estándar de grado A y B son pernos de precisión, que exigen normas de fabricación más estrictas tanto para el perno como para el orificio del perno. La instalación de los pernos estándar suele realizarse con llaves manuales, sin un requisito específico de pretensión en el perno.
Los pernos de alta resistencia utilizados en estructuras de acero tienen un significado específico. Se instalan con una llave especialmente diseñada, lo que garantiza una tensión previa prescrita en el perno y, por tanto, una presión previa especificada en la superficie de contacto de las placas conectadas.
Para alcanzar el valor de pretensión necesario, estos pernos deben fabricarse con acero de alta resistencia.
Aunque los pernos estándar de los grados A y B también se fabrican con acero de alta resistencia, se siguen denominando pernos estándar.
Los grados de rendimiento de los pernos de alta resistencia incluyen 8.8 y 10.9. Los tornillos de alta resistencia se fabrican con materiales como acero con contenido medio de carbono o acero inoxidable. acero aleadoque se someten a tratamiento térmico (templado y revenido) para aumentar su resistencia.
La resistencia a la tracción (fub) de los pernos de alta resistencia de grado 8.8 no es inferior a 800N/mm2, con un límite elástico de 0,8. La resistencia a la tracción de los pernos de alta resistencia de grado 10.9 no es inferior a 1000N/mm2, con un límite elástico de 0,9.
Las conexiones atornilladas son favorables por su eficiencia en tiempo y mano de obra, la sencillez del equipo de instalación necesario y los requisitos de cualificación menos exigentes para los trabajadores de la construcción en comparación con los soldadores.
Sólo son superadas por las uniones soldadas en el uso de uniones de estructuras de acero. Las uniones atornilladas se dividen en uniones atornilladas estándar y uniones atornilladas de alta resistencia.
En función de la situación de esfuerzo, cada una de ellas se divide a su vez en tres tipos: uniones atornilladas resistentes al cizallamiento, uniones atornilladas resistentes a la tracción y uniones atornilladas que soportan simultáneamente el cizallamiento y la tracción.
Los tornillos de rosca gruesa (tornillos de grado C) se utilizan habitualmente en uniones atornilladas estándar. Su resistencia al cizallamiento depende de la resistencia al cizallamiento del eje del tornillo y de la resistencia a la compresión de la pared del orificio.
La resistencia a la tracción se basa en la resistencia a la tracción axial del tornillo. Las uniones atornilladas de rosca gruesa, que suelen utilizarse únicamente en componentes secundarios que no soportan directamente cargas dinámicas, como soportes, bandas de rozamiento, vigas para muros, pequeñas cerchas y estructuras desmontables, resisten fuerzas de cizallamiento.
A la inversa, debido a la mayor resistencia a la tracción del perno, se suele utilizar en conexiones de nudos de obras de construcción que someten al perno a tensión.
En cuanto a las uniones atornilladas convencionales, se utilizan tornillos de rosca fina (tornillos de grado A y B) debido a su alta calidad para uniones de alta resistencia al cizallamiento.
Sin embargo, debido a que la fabricación de pernos es compleja, los requisitos de instalación son elevados (el diámetro del orificio y el diámetro del eje del perno son casi idénticos) y el precio es caro, a menudo se sustituyen por uniones por fricción de pernos de alta resistencia, que se tratarán más adelante.
Las uniones atornilladas de alta resistencia tienen los mismos requisitos para material del tornillo, la precarga y la instalación de construcción como conexiones de tipo fricción.
La diferencia es que su capacidad portante última se basa en la superación de la fricción, en la que las placas conectadas se deslizan entre sí, y el perno falla debido al cizallamiento y a la compresión de la pared del orificio.
Por lo tanto, su capacidad portante es superior a la de las conexiones por fricción con pernos de alta resistencia, lo que permite ahorrar materiales de conexión. Sin embargo, este tipo de conexión tiene una aplicación limitada debido a la deformación por deslizamiento que se produce tras superar la fricción.
Se especifica su uso únicamente en estructuras que soporten cargas estáticas o soportar indirectamente cargas dinámicas. El sitio tratamiento superficial Los requisitos para las superficies de contacto de los componentes conectados son menores que para las conexiones por fricción, ya que sólo es necesario eliminar el aceite y el óxido flotante.
El rendimiento de las conexiones tipo cojinete es idéntico al de los pernos estándar, pero debido a la precarga en el eje del perno y a la aplicación de acero de alta resistencia, el rendimiento supera al de las conexiones atornilladas estándar.
Ventajas de las uniones atornilladas: Ofrecen un proceso de construcción sencillo y una instalación fácil, lo que las hace especialmente adecuadas para el montaje in situ.
También son cómodos de desmontar, lo que los hace ideales para estructuras que deben montarse y desmontarse, así como para conexiones temporales.
Desventajas de las uniones atornilladas: Requieren taladrar agujeros en las placas y emparejarlas durante el montaje, lo que aumenta la carga de trabajo de fabricación. Además, se requiere una mayor precisión en la fabricación.
Los orificios de los pernos también debilitan la sección de los componentes, y las piezas conectadas a menudo deben solaparse entre sí o requieren placas de conexión auxiliares adicionales (o ángulos de acero), lo que hace que la estructura sea más compleja y aumenta el consumo de acero.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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