Calculadora de contracción y distorsión por soldadura: transversal, longitudinal, angular y combadura

Cómo funciona

Contracción transversal S = 0.2 × Aw ÷ t + 0.05 × d · longitudinal ΔL = 0.025 × Aw × L ÷ A_pieza · ángulo en V sencilla θ ≈ 0.1 × (ancho superior − d) ÷ t (radianes) · alabeo del ala con filetes Δ = 0.02 × W × ω^1.3 ÷ t² (en pulgadas; la mitad con un solo filete) · combadura = 0.005 × Aw × e × L² ÷ I

El metal de soldadura se deposita fundido y se contrae al enfriarse, arrastrando la placa de tres maneras. La contracción transversal cierra la junta a lo ancho de la costura: la relación clásica de Spraragen y Ettinger que usan las referencias de Lincoln Electric y Blodgett da unas dos décimas del área de soldadura entre el espesor de la placa, más 5% de la abertura de raíz. La contracción longitudinal acorta la costura en proporción al área de soldadura respecto a toda la sección de la pieza (0.025 × Aw × L ÷ A). Si escribes el aporte de calor por pasada, la calculadora agrega como segunda opinión la estimación de Okerblom / White por aporte de calor (0.335 × α × Q ÷ cρ). La distorsión angular nace de una contracción desigual en el espesor: una ranura en V es ancha arriba y angosta en la raíz, así que se cierra más arriba y las placas se doblan hacia arriba. Aquí el ángulo se estima como una décima de la diferencia entre el ancho superior de la ranura y la abertura de raíz, dividida entre el espesor. Eso da unos 5–7° para una V sencilla de varias pasadas en placa libre de 20 mm, en línea con mediciones publicadas. Una doble V soldada alternando ambos lados lo anula casi por completo. En juntas en T, el alabeo del ala usa la fórmula de Blodgett para filetes, Δ = 0.02 W ω^1.3 ÷ t² (en pulgadas), y se compara con el límite de AWS D1.1 para alas de vigas soldadas: ancho del ala ÷ 100 o 6.4 mm (¼ in), lo que sea mayor. Si das la altura y el espesor del alma, también estima la combadura de la viga porque las soldaduras quedan fuera del eje neutro (0.005 × Aw × e × L² ÷ I). En Más opciones puedes calcular el área de la soldadura a tope a partir del ángulo del bisel, el talón, la abertura de raíz y la altura del refuerzo, e indicar varias costuras paralelas. Todo son estimaciones empíricas para acero al carbono: úsalas para fijar tolerancias de corte, ángulos de predeformación y la secuencia de soldadura, y confírmalas con la primera pieza.

Ejemplo resuelto

Una soldadura a tope en V sencilla con 250 mm² de metal de soldadura en placa de 20 mm, abertura de raíz de 2 mm, 6 m de largo, seis pasadas y 500 mm de placa a cada lado. Contracción transversal = 0.2 × 250 ÷ 20 + 0.05 × 2 = 2.60 mm, así que agrega 2.6 mm al ancho total (1.30 mm a cada placa). Contracción longitudinal = 0.025 × 250 × 6,000 ÷ (2 × 500 × 20) = 1.88 mm en 6 m (0.31 mm por metro). El ancho superior de la ranura es de unos 2 × 250 ÷ 20 − 2 = 23 mm, así que el ángulo ≈ 0.1 × (23 − 2) ÷ 20 = 0.105 rad = 6.0°. Las placas se doblan de forma simétrica, así que cada borde libre, a 500 mm de la costura, se levanta unos 500 × tan 3.0° = 26.3 mm (52.7 mm si la otra placa se mantiene plana). Predeforma cada placa 3.0° en sentido contrario o suelda una doble V por ambos lados. La soldadura lleva unos 11.8 kg de acero (41.7 mm² por pasada).

Fuentes: TWI — Distortion: types and causes (Job Knowledge 33) · Prediction and Characteristics of Angular Distortion in Multi-Layer Butt Welding (Materials, 2019) · AISC Modern Steel — Blodgett on distortion and weld size · Kozak et al., angular distortion of T fillet joints in ship hulls (Polish Maritime Research)

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