Codigo Ansi Aws d1.3 Del 98 (1)

Palabras Clave: Lámina, Esfuerzo Permisible Detalles de las Juntas Soldadas, Calificación de Trabajadores, Criterios de Aceptación Visual, Soldadura de Tapón

ANSI/AWS D1.3-98 Una Norma Nacional Americana Aprobada por el American Nacional Standard Institute Febrero 5 de 1998

Código de Soldadura Estructural – Lámina de Acero Cuarta Edición

Supersedes ANSI/AWS D1.3-98

Preparado por El Comité de Soldadura Estructural de la AWS

Bajo la Dirección del Comité de Actividades Técnicas de la AWS

Aprobado por El Grupo de Directores de la AWS

Resumen Este Código cubre los requerimientos asociados con lámina de acero con las especificaciones mínimas para obtener puntos de una resistencia no mayor a 80.000 psi (550 MPa). Los requerimientos del Código cubren algunas soldaduras de juntas hechas con láminas de acero de bajo carbono laminadas en caliente y laminadas en frío (hot rolled : HR y cold rolled: HR) sin recubrimiento o recubiertas de zinc (galvanizadas). La sección 1 contiene los materiales, la sección 2 el diseño, la sección 3 la precalificación, la sección 4 la calificación, la sección 5 la fabricación, la sección 6 la inspección y la sección 7 la soldadura de espárrago. NOTA DEL TRADUCTOR: (Gerardo Gamboa Insuasty)

El Código Original es propiedad de la Organización SUPERPOLO S.A. adquirido directamente de la ANSI / AWS (Instituto Nacional Americano de Normas/Sociedad Americana de Soldadura) para aplicarlo tanto en la calificación del talento humano que trabaja en soldadura como en la elaboración de sus productos.

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Declaración del uso de las normas de la AWS Todas las normas (Códigos, especificaciones, prácticas recomendadas, métodos, clasificaciones y guías) de la American Welding Society, son normas acordadas voluntariamente y que se han desarrollado de conformidad con las reglas de la American Nacional Standards Institue (ANSI). Cuando alguien incorpora las normas de la AWS, u omite una parte, los documentos que se incluyen en las normas y reglamentos tienen la fuerza legal de un estatuto. En tal caso esas normas de la AWS deben ser aprobadas por un estamento que tenga jurisdicción, antes de que lleguen a tener fuerza de ley. En todos los casos esas normas tienen fuerza de ley en el contrato o en otro documento que mencione las normas de la AWS. Cuando exista esta relación contractual, los cambios o las desviaciones en los requerimientos de las normas de la AWS deben ser hechas de acurdo con las partes contratantes.

3 TABLA DE CONTENIDO

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Código De Soldadura Estructural – Platina de Acero 1. Materiales en general. 1.1 Alcance. Este código de soldadura cubre la soldadura por arco de láminas de acero estructural sin recubrimiento, incluyendo las formadas en frío (que de aquí en adelante se denominarán láminas de acero) iguales o menores que 3/16” (0.188” o 4.8 mm) de espesor nominal. Ver Anexo D, Tablas D1 y D2 para los calibres y espesores equivalentes. En este código se incluyen únicamente tres clases de soldadura para lámina de acero, puntos, costura y tapones. 1.1.1 Materiales a los que se aplica. Este código se aplica a la soldadura de estructuras en lámina de acero o láminas de acero que soporten miembros de una estructura de acero. 1.1.2 Acuerdos generales. La premisa fundamental de este código es la de proveer estipulaciones (convenio) generales aplicables a una situación. Los criterios de aceptación para soldaduras de producción diferentes de las que están especificadas en este código se permitirán para una aplicación particular, una vez propuestas deben ser documentadas por el proponente y aprobadas por el Ingeniero. Estos criterios alternativos de aceptación se deberán basar en la evaluación y seguimiento utilizando la experiencia pasada, la evidencia experimental, o el análisis de ingeniería considerando el tipo de material, los efectos de la solicitud de carga y los factores medioambientales. 1.1.3 Autorización. Todas las referencias que se necesitan para la aprobación deben ser interpretadas y aprobadas por Ingeniería, definida debidamente por la persona que actúa en representación del propietario en todos los asuntos que se realicen sin el alcance de este código. Las desviaciones de los requisitos que ordena este código requieren de la aprobación de Ingeniería.

1.2 Metal Base de Lamina de Acero 1.2.1 Especificación del Metal Base. El metal base de de lámina de acero soldada bajo este código deberá hacerse bajo los requerimientos de la última edición de una de las especificaciones

5 listadas abajo, o de alguna lamina de acero calificada de acuerdo con 1.1.2. Cualquier combinación de estos aceros se debe soldar conjuntamente. Estos aceros también pueden ser soldados como alguno de los aceros listados en la última edición de ANSI / AWS D1.1, Structural Welding Code – Steel. (1) Especificaciones para lámina de acero, recubierta de zinc (galvanizada) mediante el Proceso de Inmersión en Caliente. Calidad Física Estructural (A653 SQ Grados 33, 37, 40, y 80). (2) Especificaciones para lámina de acero sin protección Hot Rolled. Calidad Estructural (ASTM A570).

(3) Especificaciones para lámina de acero sin protección, laminadas en caliente y en frío (Hot Rolled and Cold Rolled), alta resistencia, Baja Aleación, con Resistencia a la Corrosión Mejorada (ASTM A606). (4) Especificaciones para lámina de acero sin protección, HR y CR, Alta Resistencia, Baja Aleación de Columbio y Vanadio o ambos (ASTM A606 grados 45, 50, 55, 60, 65 y 70).

(5) Especificaciones para acero, lámina CR, Carbono Estructural (ASTM A611). 1.2.2 Otros Metales Base. Cuando un acero diferente de los mencionados en 1.2.1 se aprueba bajo las cláusulas del proyecto o las especificaciones del producto y ese acero se propone para una construcción soldada, la soldabilidad del acero y la WPS se debe establecer mediante calificación de conformidad con los requerimientos de la sección 4 y los demás que prescriba Ingeniería. 1.2.3 Punto de Rendimiento Mínimo. Las disposiciones de este código se orientan hacia la utilización de lámina de acero que tenga un punto especificado de rendimiento mínimo igual o menor de 80.000 PSI (550 MPa).

1.3 Procesos de Soldadura 1.3.1 Procesos Aprobados. Este código aplica para soldaduras que se realicen por medio de arco eléctrico con electrodo manual revestido (SMAW), con gas y metal de aporte (GMAW), alambre tubular con protección interior (FCAW), electrodo de tungsteno y gas protector (GTAW), o arco sumergido (SAW). (Nota: es aceptable alguna

6 variación del gas protector del arco (GMAW), incluyendo la transferencia por corto circuito). 1.3.2 Soldadura de Espárrago (SW). Cuando la soldadura de espárrago se ejecuta en una cubierta plana o en techo y que a la vez soporta una estructura, la WPS se hará conforme a la sección 7 de ANSI / AWS D1.1. de este código.

1.3.3 Otros Procesos. Se pueden utilizar otros procesos cuando sean aprobados por Ingeniería. En tal caso Ingeniería debe especificar una calificación adicional y los requerimientos necesarios para asegurar unas juntas satisfactorias para el servicio propuesto.

1.4 Condiciones del Metal de Soldadura 1.4.1 Correspondencia con los metales de Aporte. Cuando se utilice el proceso de soldadura indicado, los metales de aporte listados en la tabla 1.1 proporcionan a la unión la resistencia correspondiente a la del metal base. 1.4.2 Combinaciones diferentes de Aporte - Metal Base. Las combinaciones de metal de aporte y metal base diferentes a las descritas en 1.4.1 se podrán permitir cuando sean debidamente evaluadas y aprobadas por Ingeniería. Cuando se suelda metales base que soportan diferentes esfuerzos, la resistencia a la tensión del metal de aporte deberá ser superior o igual al menor esfuerzo tensil del metal base.

1.4.3 Certificación del Fabricante. Cuando Ingeniería lo requiera, el contratista deberá suministrar la certificación de la manufactura del electrodo manifestando que dicho electrodo cumple con los requisitos de la clasificación. 1.4.4 Soldadura con Arco Eléctrico y Electrodo Manual Revestido (SMAW). 1.4.4.1

Requisitos de la AWS. Los electrodo para el proceso SMAW deben coincidir con los requisitos de la última edición de ANSI / AWS A5.1, Requisitos para Electrodos de Acero al Carbono para Soldadura con Arco Eléctrico y Electrodo Manual Revestido, o con los requisitos de ANSI / AWS A5.5 Requisitos para Electrodos de Baja Aleación para Soldadura con Arco Eléctrico y Electrodo Manual Revestido.

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1.4.4.2

Control de los Electrodos de Bajo Hidrógeno. Este control se deberá hacer para lámina de acero que se suelde a una estructura principal de un espesor superior a ¼” (6.4 mm). Todos los electrodos cuyo revestimiento sea de bajo hidrógeno conforme a la norma ANSI / AWS A5.1 se deben comprar en cajas herméticamente selladas o se deberán secar por lo menos dos horas a una temperatura entre los 500º F (260º C) y los 800º F (425º C) antes de que vayan a ser utilizados. Los electrodos se deberán secar antes de su utilización si la caja herméticamente sellada muestra evidencia de haber sufrido algún daño. Inmediatamente después de abrir la caja herméticamente sellada o de haber extraído los electrodos de un horno de secado, dichos electrodos en cualquiera de los dos casos se deben almacenar en un horno a una temperatura de por lo menos 250º F (120º C). Los electrodos E-70XX y E-70XX-X que no se utilicen después de dos horas de haber abierto la caja herméticamente sellada o que se hayan sacado de un horno de secado también deberán secarse antes de ser utilizados. No se deben utilizar los electrodos que contengan humedad.

1.4.4.3

Promedio de Fusión. Una buena medida para una soldadura normal se puede calcular mediante el promedio de fusión (M) del electrodo.

M = Pulgadas de electrodo fundido / tiempo en minutos La manera de aplicar este método se explica detalladamente en el Comentario, C1.4.4.3 1.4.5 Soldadura por Arco Sumergido (SAW). 1.4.5.1

Requisitos de la AWS. Los electrodos y los fundentes que se utilicen en combinación para el proceso SAW deberán estar en conformidad con los requisitos de la última edición de ANSI / AWS A5.17, Requisitos para Electrodos de Acero al Carbono y Fundentes para Soldadura por Arco Sumergido.

1.4.5.2

Fundente. El fundente que se utilice para arco sumergido deberá estar seco y libre de contaminantes por causa del secado, medida del molino, aceite, u otro material extraño. Todos los fundentes se deben adquirir en empaques que puedan ser almacenados, bajo condiciones normales, por lo

8 menos durante seis meses de tal manera que el almacenamiento no afecte ni las características ni las propiedades de la soldadura. El fundente de los empaques dañados se debe desechar o se debe secar a una temperatura mínima de 250º F (120º C), durante una hora antes de ser utilizado. El fundente se debe colocar en el dispensador inmediatamente se abra el empaque, o si se va a utilizar un fundente de un empaque ya abierto, se debe quitar de la parte superior del fundente, 1” (25 mm) y sed debe desechar. No se debe utilizar un fundente húmedo. 1.4.6 Metales de Aporte para Soldadura Protegida por Gas (GMAW), Soldadura con Alambre Tubular y Protección Interior (FCAW), Tungsteno Protegido por Gas (GTAW) 1.4.6.1

Requisitos de la AWS. Los metales de aporte y protección para los procesos GMAW, FCAW o GTAW deberán estar de acuerdo con los requisitos de la última edición de ANSI / AWS A5.18 Specification for Carbon Steel Filler Metals for Gas Metal Arc Welding or ANSI / AWS A5.28, Specification for Low Alloy Steel Filler Metals for Gas Shielded Arc Welding,ANSI / AWS A5.20, Specifications for Carbon Steels Electrodes for Flux Cored Arc Welding, or ANSI / AWS A5.29, Specification for Low Steel Electrodes for Flux Cored Arc Welding.

1.4.6.2

Medios de Protección. Cuando se requiera un gas o una mezcla de gases para soldar con los procesos GMAW, FCAW, o GTAW , no se hará soldaduras que estén a -40º F (40º C) o menos. Cuando ingeniería lo requiera, el productor de gas deberá proporcionar la certificación donde conste que el gas o la mezcla de gases cumple con las especificaciones requeridas y que se obtendrá el punto solicitado.

1.5 Clases de Juntas de Soldadura 1.5.1 Soldaduras de Raíz en uniones de Ranura Cuadrada. Esta clase de soldadura está restringida únicamente para soldar lámina a lámina en toda posición. 1.5.2 Soldaduras de Filete. Esta clase de soldadura se utiliza en toda posición incluyendo lámina a lámina y lámina a un soporte estructural.

9 1.5.2.1 Soldaduras en Uniones de Filete Traslapadas o en T. Las soldaduras de filete traslapadas o en T se pueden ejecutar en todas las posiciones (ver Tabla 1.2) incluidas las de lámina a lámina y las de lámina a un soporte estructural. Nota: Cuando se realiza una soldadura de filete de lámina a un soporte estructural, se deben tomar precauciones para prevenir roturas por socavamiento. 1.5.3 Soldaduras en Ranura por Pestaña. Esta clase de soldadura se puede hacer en todas las posiciones incluyendo lo siguiente: (1) Dos láminas plegadas en V y ranura generada por ese bisel. (2) Una lámina y un soporte estructural para ranura producida por la lámina doblada. (ver Tabla 1.2). 1.5.4 Soldaduras de Punto con Arco. Esta clase de soldadura es un punto hecho con un proceso de soldadura de arco, el cual se hace sin haber preparado un hueco en ninguna de las partes. Estas soldaduras están restringidas a la unión de una lámina de acero a una estructura en posición plana. (Ver Tabla 1.2). Nota: Ni el espesor de una lámina sencilla ni la combinación de espesores de dos láminas soldadas a un soporte estructural más grueso podrán exceder de 0.150” (3.7 mm). 1.5.5 Soldaduras de Cordón por Arco. Un cordón con soldadura de arco se realiza sin preparar una ranura en sus partes. Estas soldaduras están restringidas para uniones que incluyen: (1) Lámina a lámina en posición plana u horizontal. (2) Lámina a un soporte estructural en posición plana. (Ver Tabla 1.2) 1.5.6 Soldaduras de Tapón por arco. Una soldadura de tapón con arco se hace rellenando un hueco circular en una de las partes exteriores. Estas soldaduras se hacen en toda posición incluido lo siguiente: (1) Múltiples capa de láminas de acero (2) Múltiples capa de láminas de acero y un soporte estructural más grueso.

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1.6 Definiciones Los vocablos de soldadura utilizados en estos requisitos se deben interpretar de acuerdo con la última edición de ANSI / AWS A3.0, Standard Terms and Definitions, complementados por el Anexo C de esta especificación.

Tabla 1.2 Posiciones de Soldadura y Restricciones para una WPS (ver 1.5.3)

Lámina a Lámina

Lámina a soporte Estructural

Raíz en Junta Cuadrada

Filete

Bisel por Pestaña

Bisel doble en V

S. Por Puntos

S. Por Costura

Sol. De Tapón

P H V SC

P H V SC

P H V SC

P H V SC

-

P H -

P H V SC

-

P H V sc

P H V sc

-

P -

P -

P H V Sc

Nota: P = Posición Plana. H = Horizontal. V = Vertical. SC = Sobre Cabeza. Bisel por Pestaña = Flare Bevel Groove Weld. Doble Bisel en V = Flare-VGroove Weld.

1.7 Símbolos de Soldadura. Los símbolos de soldadura utilizados en estas especificaciones serán las utilizadas en la última edición de ANSI / AWS A2.4 Symbols of Welding and nondestructive Testing. Las condiciones especiales se explicarán detalladamente en las notas y pormenores.

1.8 Seguridad y Prevenciones Las medidas de seguridad se tomarán de acuerdo con la última edición de ANSI / ASC Z49.1, Safety in Welding, Cutting, and Allied Processes, publicado por la AWS. Nota: El trabajo realizado bajo este código puede involucrar operaciones y materiales peligrosos, tales como humos y partículas sólidas originadas por la soldadura de consumibles, metal base, y recubrimientos presentes en el metal base. Este código no proporciona todos los datos y medidas concernientes

11 asociadas con su uso. Es responsabilidad del usuario establecer las medidas y prácticas apropiadas para proteger su salud. El usuario será quien determine la aplicabilidad y limitaciones que regulen su uso. Ver el Anexo E para obtener información relacionada con los elementos básicos de la seguridad general de los procesos de soldadura por arco. 1.9

Norma sobre Unidades y Medidas

Se tomarán como válidos los valores de las unidades que se acostumbran utilizar en Los Estados Unidos. El equivalente al Sistema Métrico Internacional (SI) de las medidas americanas se pueden aproximar.

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2. Diseño de las Uniones Soldadas Parte A: Capacidad de Carga Permitidas Nota: para las soldaduras que no están diseñadas para resistir cargas externas, Ingeniería debe hacer caso omiso de los requerimientos de esta sección . Elementos Utilizados en el diseño P = Capacidad de carga permisible (kips) Fu = Ultimo esfuerzo tensil mínimo especificado de la lámina de acero (ksi) Fy = Mínimo esfuerzo de cedencia especificado de la lámina de acero (ksi) Fxx = Mínimo esfuerzo tensil de la clasificación AWS (ksi) Fw = Fatiga por cizallamiento de la soldadura 0.3 Fxx (ksi) t = Espesor de la lámina de acero más delgada exclusiva de los recubrimientos (lámina sencilla o combinada con múltiples espesores) (pulgadas). tw = Mínima garganta de soldadura o dimensión para filete, y soldaduras de ranuras por dobleces tw ≥ t (ver figuras 2.2, 2.3ª, 2.3B, 2.3C, y las definiciones para garganta de un filete de soldadura en el anexo C) (Pulgadas). L = Longitud para una soldadura de filete, ranura por doblez, o soldadura por costura (pulgadas). Nota: Para soldadura de costura por arco la dimensión de L no incluye los finales circulares (ver Figura 2.5). h = Altura del reborde para ranuras en soldadura por doblez (ver Figuras 2.3B y 2.3C) (Pulgadas). d = Diámetro visible del punto de soldadura por arco o del tapón de soldadura (ver figuras 2.4 y 2.6) o el espesor visible de la costura de la soldadura (ver figura 2.5) (Pulgadas). da = Resultante del promedio del diámetro de un punto de soldadura por arco o de un tapón de soldadura (ver Figuras 2.4 y 2.6) o un promedio del ancho de una costura de soldadura ( ver Figura 2.5) (Pulgadas).

14 de = Diámetro efectivo de un punto de soldadura por arco o de un tapón de soldadura o un ancho efectivo de una costura de soldadura en la superficie del empalme. (ver Figuras 2.4, 2.5 y 2.6) (Pulgadas). Nota: Si esto se puede mostrar seccionan (de) en la superficie de empalme, se utilizará este valor provisto en este WPS particular.

2.1

Fatiga del Metal Base

La fatiga permisible del metal base se especifica en la última edición de Specifications for the Design of Cold-Formed Steel Structural Members del Instituto Americano del Hierro y del Acero (AISI) como también en el contrato que se aplica en las especificaciones contractuales.

2.2

Capacidad de Carga Permitida en las Uniones Soldadas.

2.2.1 Soldaduras de Ranuras Cuadradas en uniones de Raíz. La capacidad permitida para las combinaciones de electrodo – metal base (ver Tabla 1.1) para una ranura cuadrada en una unión de raíz, soldada por un solo lado o por ambos, deberá ser la del menor esfuerzo en la unión del metal base suministrado por el tamaño de la soldadura igual al del espesor del metal base. Ver Figura 2.1. 2.2.2 Soldaduras de Filete. La capacidad de carga permitida en una soldadura de filete en traslape o uniones en T, realizada en cualquier posición de soldadura (ver Figura 2.2) correspondiente a las combinaciones de metal de aporte y metal base (ver Tabla 1.1) deberá estar controlada por el espesor del metal base, dada por tw menor o igual que el espesor de la lámina. La capacidad de carga deberá ser la siguiente:

15 Figura 2.1 – Soldadura de Ranuras Cuadradas en Uniones de Raíz (ver 2.2.1 y 2.3.2)

Figura 2.2 - Soldaduras de Filete (ver 2.2.2) (1) Para soldaduras de filete transversales en dirección de la carga P = 0.4(t)L(Fu)

Fórmula (1)

(2) Para soldaduras de filete longitudinales en dirección a la carga: P = 0.4(1-0.01L/t)t(l)Fu para L/t < 25

Fórmula (2)

P = 0.3(t)L(Fu), para L/t ≥ 25

Fórmula (3)

2.2.3 Soldaduras en ranura por pestaña. Para las combinaciones de metal de aporte y metal base (ver Tabla 1.1) la capacidad de carga permitida de soldaduras en ranura por pestaña ejecutada en cualquier posición se considera que debe estar regida por el espesor de la lámina adyacente a las soldaduras, dado por un tamaño de la soldadura menor o igual al espesor de la lámina que se haya obtenido por la calificación de la WPS. Esta capacidad estará determinada por la aplicación de una de las fórmulas siguientes: (1) Cargas transversales aplicables al eje de la soldadura (a) Soldaduras en ranura de bisel producido por plegado (ver Figura 2.3A)

16 La capacidad de la junta soldada estará dada por: P = t(L)Fu / 3

Fórmula (4)

(b) Bisel en V para ranura por doblado. No se consideran las cargas aplicadas transversalmente sobre el eje de la soldadura (2) Cargas aplicadas longitudinalmente en el eje de la soldadura (ver Figuras 2.3B y 2.3C) Si la medida de la soldadura (tw) es igual o mayor que (t) pero menor que (2t), o si el alto del reborde (h) es menor que la longitud de la soldadura (L), entonces: P = 0.3(t)L(Fu) Cizalla sencilla ver Figura 2.3B Fórmula (5) Si (tw) es igual o mayor que (2t) y la altura del reborde (h) es igual o mayor que (L), entonces: P = 0.6(t)LFu Doble cizallamiento ver figura 2.3C Fórmula (6) 2.2.4 Soldaduras de Punto por Arco. Las soldaduras de punto por arco se especifican como el mínimo diámetro efectivo en la superficie del empalme (de). El diámetro mínimo permitido es de 3/8” (9 mm). Las cargas permitidas en cada punto de soldadura por arco entre láminas o entre láminas y un soporte estructural no debe exceder de: 1) Para carga nominal de Fractura Fórmula(7)

P = 0.88(t)da Fu, para da/t ≤ 140/√ Fu

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Figura 2.3 Soldadura en Garganta por doblez sencillo (ver 2.2.3(1))

Figura 2.3B Fractura Sencilla en Ranura Soldada de un Pliegue (Ver 2.2.3(2))

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Figura 2.3C Fractura Doble en Ranura Soldada de un Pliegue (Ver 2.2.3(2))

P = 0.112(1+960t / da√Fu) t(da) Fu5 (Fórmula 8) para : 140 / √ Fu < da/t 55 ksi

P = 0.28 tda Fu (Fórmula 11)

19 2.2.5 Cordón con soldadura por arco. La capacidad de carga permitida para un cordón con soldadura por arco utilizada en una junta de traslape entre una lámina y un soporte estructural ejecutada en posición plana o entre lámina y lámina ejecutada en posición horizontal o plana con los materiales de relleno correspondientes (Ver tabla 1.1, Figura 2.5 y Figura 2.12) ninguna debe exceder de:

P = ﴾d2e/4 + L de/3﴿ Fxx (Fórmula 12) P = (t) Fu (0.25L + 0.96da ) (Fórmula 13) Para cálculos de una capacidad permitida de: L ≤ 3da 2.2.6 Soldadura de Tapón por Arco. La soldadura de tapón por arco (Ver Figura 2.6) se especifica como el mínimo diámetro efectivo en la superficie de contacto (de). El diámetro menor que se permite es de 3/8” (9 mm). La carga permitida en cada soldadura de tapón por arco entre láminas o entre lámina y un soporte estructural no deberá exceder de: (1) Para carga nominal de rotura:

P = 0.88(t) da Fu, para da/t ≤ 140/√ Fa Fórmula (14)

P = 0.112 [1+960t/ da Fu]t da Fu2 Fórmula (15) Para 140 / √ Fa < da/t