Fig. 2. Esquema general del brazo. Juntas 1 y 2 en estudio

• La capacidad máxima de la grúa es de 4000 Lb = 17.8 KN
• El cable de la polea es inextensible y se desprecia las fuerzas de fricción, por lo tanto, la tensión en las poleas es W/2.
• En ambas soldaduras se supone que ambas platinas trabajan igual, aunque en realidad una de las dos puede estar mas esforzada que otra, en un momento critico, ambas trabajaran.
• La soldadura de la junta 2 se supone en el mismo plano, formando un rectángulo.
• El peso del brazo, Wbarra, se obtiene a partir de la densidad del acero ASTM A36 (Tabla 1) y del volumen del mismo, este volumen se extrae del paquete grafico en el cual se modela la grúa tridimensionalmente [1]:
• Las juntas son en filete, cuya altura h se determinara.
• El material base es ASTM A36.
• Todas las dimensiones mostradas, fueron tomadas en el taller con la ayuda de un flexometro y un calibrador.
• material homogéneo, elástico con un comportamiento plástico.
• La soldadura se considera ideal libre de esfuerzos residuales de origen térmico.

Materiales:
Material Base
El material que se emplea para la construcción de la estructura de la grúa esun acero estructural, el cual presenta propiedades optimas para las condicionesde servicio a las que esta sometida la grúa, es un material bastanteresistente, no es frágil, presenta buena ductilidad a la vez que su resistenciaes aceptable.
Por estas razones y por ser un material de fácil adquisición y costosrelativamente bajos en el mercado se fabrica en acero estructural ASTM A36, elcual presenta la composición química y propiedades mecánicas registradas enla Tabla 1[2]:

Tabla 1. Composición química y propiedades mecánicas delacero estructural A36 [1].

Material de aporte.
El material de aporte, es el material del cual esta echo el electrodo desoldadura, de acuerdo a este material, se evalúan parámetros de resistencia enla unión.
Las platinas para la grúa son soldadas con un electrodo E60XX, ya que estoselectrodos son de fácil consecución en el medio, su costo es bajo, suresistencia ultima y limite de fluencia, ver Tabla 2, son los adecuados para unacero estructural A36, además este electrodo es de alta penetración, lo quegarantiza fusión y por consiguiente una buena unión en la mezcla.

Estática

Fig. 3. diagrama de cuerpo libre de polea y brazo superior.
resolviendo:

Junta 1

Fig. 4. Detalle junta 1 (solo 1 platina).

Obtención del centroide de la soldadura y área de la garganta.
Para obtener los valores del centroide se utiliza la Tabla 3.

Tabla 3. Propiedades a la torsión de soldaduras de filete.

De donde:

las componentes de la fuerza F se trasladan a este centro de gravedad (C.G), ver Fig 4, lo que genera un momento que será igual a:

el área de la garganta, ver Tabla 3, es:

Esfuerzo cortante primario, debido a la fuerza cortante transversal.

Esfuerzo cortante secundario, debido al momento torsor Tz

(1)

·                                 Momento generado por la componente horizontal de la fuerza.

·                                

Distancias donde el esfuerzo se hace mas grande.

·                                 Para la obtención del momento polar de inercia J, se tiene:

en donde J_u (momento polar de inercia unitario) se calcula a partir de la Tabla 3 :

reemplazando en (1):

Esfuerzo máximo:

Obtención de la altura del filete de soldadura h:

Para obtener h, se halla el esfuerzo permisible en la soldadura segúnAmerican Institute Of Steel Construction AISC, Tabla 4.

la soldadura debe tener una altura de filete mínima de 3 mm con un factor deseguridad, según la Tabla 4 de:

Este factor de seguridad, es calculado de acuerdo al criterio de falla energía de distorsión.

Tabla 4. Esfuerzos permitidos por el reglamento AISC para metal de soldadura.

Junta 2

Fig. 5. Detalle junta 2 (solo 1 platina).

Obtención del centroide de la soldadura y área de la garganta.
Para obtener los valores del centroide se utiliza la Tabla 3.
De donde:

las componentes de la fuerza F se trasladan a este centro de gravedad (C.G), ver Fig. 5 , lo que genera fuerzas y un momento, de acuerdo a los resultados estáticos del numeral 5.1, igual a:

el área de la garganta, ver Tabla 3, es:

Obtención de la altura del filete de soldadura h:

Para obtener h, se halla el esfuerzo permisible en la soldadura segúnAmerican Institute Of Steel Construction AISC, Tabla 4.

En donde S_y es la resistencia a la fluencia del metal de soldadura para el metal de aporte seleccionado en el numeral 4.2 (electrodo E60XX) obtenida en la Tabla 2.

Como S_y = 50Ksi = 344737.86 KPa

este esfuerzo permisible debe ser igual o menor al esfuerzo hallado en el numeral 4.2.4, entonces:

la soldadura debe tener una altura de filete mínima de 1.8 mm con un factor de seguridad, según la Tabla 4 de:

Este factor de seguridad, es calculado de acuerdo al criterio de falla energíade distorsión.

Resumen
Para las soldaduras en estudio se tienen filetes de mínimo 1.8 y 3 mm, estosvalores son un poco bajos, la soldadura en si se hace un poco mas grande.
Se puede elegir entonces el electrodo comercialmente:
Debe ser un E6010, ya que la resistencia es apropiada, el digito 1 se refiere alas posiciones a soldar, este es para todas; el digito 0, se refiere acondiciones eléctricas, se debe tener una maquina de corriente directa en dondeel electrodo este conectado en el lado positivo.
El diámetro del electrodo debe ser de1/8" o mayor, ya que esta medida esla referencia mas pequeña que cumpla con la altura de filete calculada,