Post on 10-Feb-2016
transcript
1
4. PROCEDEE DE SUDARE ÎN ROST ÎNGUST
4.1. Necesitatea introducerii tehnicii de sudare în rost îngust.
Aceasta a rezultat din următoarele:
a) - Dezvoltarea impetuoasă a diferitelor ramuri de vârf ale industriei, ca
fabricaţia de utilaje pentru energetica nucleară sau utilaje chimice, impune utilizarea pe
scară din ce în ce mai largă a structurilor sudate executate din piese cu grosime mare.
Pentru realizarea unor asemenea structuri sudate sunt necesare procedee de sudare
adecvate, capabile să asigure îndeplinirea tuturor cerinţelor fabricaţiei respective, atât
sub aspect calitativ cât şi din punctul de vedere al eficienţei economice.
b) - Unele dezavantaje tehnice şi economice pe care le au o serie de procedee de
sudare convenţionale sau neconvenţionale cu care se poate compara, cum ar fi:
b.1. - Sudarea în baie de zgură:
- este aplicabilă numai la sudarea pe verticală a unor anumite materiale de bază;
- materialul de bază este puternic afectat de procesul de sudare (datorită încălzirii
excesive) şi necesită tratament termic de normalizare după sudare (pentru refacerea
tenacităţii la temperaturi scăzute);
b. 2. - Sudarea MIG / MAG pe verticală:
- se efectuează exclusiv în poziţie verticală;
- productivitate redusă (mai mică ca la MIG / MAG clasică)
b.3. - Sudarea sub flux cu una sau mai multe sârme:
- sudarea se poate execută numai în poziţie orizontală;
- productivitatea procedeului scade cu creşterea grosimii materialului (rostul
devine cu deschiderea relativ mare);
- aplicarea procedeului la grosimi peste 70 mm, devine neeficientă din punct de
vedere economic;
- chiar şi la grosimi mici, în cazul în care este necesară realizarea unor suduri cu
caracteristici de tenacitate bune la temperaturi scăzute, sudarea se execută în tehnica
multistrat, ceea ce limitează şi mai mult productivitatea procedeului.
b.4. - Sudarea cu fascicul de electroni:
- complexitatea şi preţul ridicat al instalaţiilor necesare;
- necesitatea asigurării unor cerinţe speciale de puritate a metalului de bază;
- dificultatea de aplicare în cazul pieselor de formă complicată şi gabarit ridicat;
- procedeul se poate utiliza exclusiv în poziţia orizontală sau orizontală pe perete
vertical.
c) - Sub aspect economic, ar fi ideală utilizarea unor procedee de sudare ce
utilizează piese cu rosturi neprelucrate, fără deschidere.
Utilizarea unor rosturi cu deschidere mică conduce la următoarele avantaje:
- consumuri mici de materiale de adaos;
- ridicarea productivităţii muncii, prin micşorarea timpului de sudare şi eliminarea
unor operaţii tehnologice suplimentare;
- scăderea riscului de apariţie a unor defecte în sudură;
- reducerea volumului operaţiilor de control şi inspecţie aferente procesului de
sudare.
2
4.2. Avantajele procedeului de sudare în rost îngust
În funcţie de procedeul de bază se disting următoarele variante principale:
- sudarea în rost îngust MIG / MAG;
- sudarea în rost îngust WIG;
- sudarea în rost îngust sub strat de flux.
Avantajele procedeului sunt următoarele:
a) - indiferent de procedeul de sudare, sudarea se realizează, de regulă, utilizând
un rost neprelucrat cu o anumită deschidere “b” sau un rost în “U” sau “V” cu o teşire a
marginilor de cca. 1 - 3o;
b) - foloseşte tehnica de sudare multistrat, cu 1 2 (mai rar 3) suduri pe fiecare
strat, ceea ce conduce la:
- pătrundere uniformă (cca. 0,5 1 mm) în pereţii laterali ai rostului;
- diluţia constantă pe întreaga grosime a sudurii, şi mai mică (cu cca. 15 - 20%)
decât în cazul altor procedee de sudare;
c) - operează cu energii liniare relativ reduse, care se asigură prin depunerea
unor treceri cu secţiune mică, folosind IS, des mici şi vs relativ ridicată. Ca urmare se
obţin următoarele efecte:
- se poate aplica şi pentru materialele sensibile la încălzire;
- rândurile succesive realizează un tratament termic al trecerilor anterioare;
- zona influenţată termic ZIT redusă, cu 50% mai mică decât în cazul sudării sub
strat de flux;
- granulaţia (ZIT) - ului este mai redusă;
- conţinut de hidrogen difuzabil mai redus, ceea ce conduce la:
- scăderea tendinţei de fisurare la rece;
- micşorarea temperaturii de preîncălzire şi a temperaturii între treceri;
- este posibilă eliminarea unor tratamente termice intermediare pentru
dehidrogenarea sudurii (ex. la oţelurile Cr - Mo).
d) - sudarea prin procedeele MIG / MAG sau WIG poate fi aplicată practic în
orice poziţie de sudare, deoarece energia liniară fiind mică, baia de metal topit are
dimensiuni reduse şi poate fi uşor stăpânită chiar şi la sudarea de poziţie;
e) - se poate efectua în hală sau pe şantier atât în variantă mecanizată sau
automatizată cât şi în variantă parţial mecanizată;
f) - grosimea maximă a sudurii nu este limitată, dar, având în vedere aplicaţiile
prezentate în literatura de specialitate, domeniul de grosimi este 20 650 mm.
4.3. Problemele specifice sudării în rost îngust
4.3.1. Forma şi dimensiunile rostului la sudare
În general se utilizează un rost neprelucrat (“I”) având o deschidere “b”,
dependentă de:
- procedeul şi tehnica de sudare (mod de depunere a straturilor, tipul capului de
sudare folosit);
- grosimea materialului.
3
În figura 4.1. sunt prezentate tipurile de rosturi indicate pentru sudarea în rost
îngust.
Figura 4. 1. Tipuri de rosturi utilizate la sudarea în rost îngust.
În tabelul 4.1. se indică orientativ, deschiderea rostului în funcţie de grosimea
materialului de bază.
Tabelul 4.1.
Grosimea materialului de bază, s
[mm]
Deschiderea rostului, b
[mm]
s < 30 10
30 < s < 75 11
75 < < 150 13
s > 150 15
O problemă importantă la sudare este menţiunea deschiderii rostului la valori de cca.
b + 1 mm pe tot parcursul sudării, datorită contracţiei termice care apare pe măsura
umplerii rostului şi care conduce la închiderea rostului şi compromiterea procesului de
sudare.
Pentru compensarea contracţiei transversale şi menţinerea rostului la valorile
recomandate, se pot aplica metodele:
- prevederea unor deschideri iniţiale mai mari decât b;
- utilizarea unor rosturi cu o prelucrare în V sau U cu o teşire b de 1 - 3o.
4.3.2. Susţinerea rădăcinii
Deoarece rostul folosit, de obicei la sudare, este de tip “I” cu o deschidere mai
mare de 6 - 8 mm, se utilizează următoarele tehnici de susţinere a primului strat de
metal depus:
a) - utilizarea unui suport de oţel, prins prin sudură de piesele de sudat (fig. 4.2.).
4
a b
Figura 4.2. Susţinerea rădăcinii pe suport din oţel.
Varianta din fig. 4.2.b. presupune o resudare din partea opusă a rădăcinii, după o
prealabilă scobire arc - aer.
b) - prin prelucrarea corespunzătoare a pieselor (fig. 4.3.).
a b
Figura 4.3. Susţinerea rădăcinii prin prelucrarea marginilor rostului.
În ambele cazuri, primul sau primele straturi (fig.4.3.b.) se depun prin procedeul
WIG, fără material de adaos, până la o înălţime suficientă, ca suport pentru sudarea în
rost îngust.
c) - cu ajutorul unui suport din cupru şi sârme în rost (fig. 4.4.).
Figura 4.4. Susţinerea rădăcinii pe suport de cupru:
1 - suport de cupru; 2 - sârme de oţel cu diametru de 2 - 3 mm.
Sârmele se introduc pentru a evita fenomenul de ardere a arcului între electrod şi
placa de cupru. Soluţia din fig. 4.4.b. este mai bună, deoarece, nu mai necesită resudarea
din partea opusă, cu sau fără o scobire prealabilă.
d) - folosirea unei perne de flux şi sârme sau electrozi înveliţi în rost, deoarece,
dacă arcul electric ajunge în contact direct cu fluxul, se produce o răscolire a acestuia.
e) - utilizarea unor suporţi ceramici sau flexibili (fibră sau vată de sticlă) şi sârme
în rost.
5
4.3.3. Tehnica de sudare
Aceasta presupune în principal din:
a) - introducerea sârmei în rost, care trebuie să conducă la:
- neatingerea accidentală a peretelui rostului;
- asigurarea unei anumite pătrunderi laterale în metalul de bază;
- o poziţionare corectă a sârmei şi fără a putea observa arcul electric.
b) - umplerea rostului, care se poate realiza în două moduri diferite şi anume:
- printr-o singură trecere pe strat;
- prin două sau trei treceri pe strat.
În general pentru sudarea în rost îngust se utilizează instalaţii de sudare care
diferă de cele clasice doar prin:
- capul de sudare, care conţine sistemul de antrenare al sârmei iar pentru
variantele MIG / MAG şi WIG şi sistemele de asigurare a protecţiei gazoase;
- sunt prevăzute cu sisteme de urmărire a rostului deoarece arcul electric nu
poate fi urmărit de operator.
Defectele care pot apare sunt:
- lipsă de topire între metalul depus şi metalul de bază;
- fisuri la cald;
- sufluri;
- incluziuni de zgură;
- crestături marginale.
4.4. Sudarea în rost îngust prin procedeul MIG / MAG
4.4.1. Consideraţii generale
În practică se utilizează diferite tehnici de sudare MIG / MAG care se deosebesc
prin modul de introducere a sârmei în rost, care influenţează:
- diametrul şi numărul electrozilor;
- forma şi dimensiunile rostului;
- tehnica de sudare;
- modul de asigurare a protecţiei gazoase.
După modul de introducere a sârmei se disting două variante de sudare:
a) - la care capul de sudare este introdus în rost;
b) - la care capul de sudare este plasat deasupra rostului.
Caracteristici ale celor două variante:
- se pot efectua cu sau fără oscilarea arcului electric;
- varianta (a) utilizează sârma de diametru redus ( 1 1,6 mm) şi energie liniară
mică;
- varianta (b) se realizează cu sârme de diametru mai mare ( 3 4 mm), ceea ce
presupune o energie liniară mai ridicată;
- se foloseşte în general sârmă plină, dar, se poate utiliza şi sârmă tubulară,
fluxul având efecte favorabile asupra suprafeţei sudurii şi a tenacităţii îmbinării;
- nu se folosesc electrozi bandă.
6
4.4.2. Parametrii regimului de sudare
Experimentările efectuate au arătat că sudarea în rost îngust este mult mai
sensibilă la modificarea parametrilor regimului de sudare datorită faptului că arcul
electric este constrâns să ardă într-un spaţiu de dimensiuni reduse (rostul) cu o convecţie
şi o pierdere de căldură prin radiaţie reduse.
În ceea ce priveşte influenţa parametrilor regimului de sudare se specifică
următoarele:
a) - Tensiunea arcului (Ua)
- prin mărirea Ua, creşte lăţimea băii de metal topit;
- la o creştere prea mare a Ua, apar defecte de tipul crestăturilor marginale şi
incluziuni din zgură;
- dacă se sudează cu tehnica spray, (preferabilă) este necesară o tensiune relativă
înaltă (arc lung), dar care poate duce la căţărarea arcului pe peretele rostului şi la
distrugerea capului de sudare;
- o trecere la arcul în scurtcircuit (short-arc), se obţine o lipsă de topire pe pereţii
laterali şi la o stropire intensivă;
- se preferă sudarea în curent pulsat deoarece:
- permite menţinerea unei treceri prin arc de tip spray;
- arcul arde stabil;
- o stropire redusă chiar la tensiuni mici;
- produce o sudură cu formă tronconică (are baza mare deasupra) dar care
se rezolvă printr-o oscilare transversală a arcului electric.
b) - Curentul de sudare (Is):
- influenţează rata depunerii, stabilitatea arcului şi geometria îmbinării sudate;
- se recomandă curenţi de sudare la valori mici pentru a opera cu energii liniare
reduse;
- prin creşterea lui Is, pătrunderea sudurii creşte mai mult decât pătrunderea
laterală, ceea ce conduce la scăderea coeficientului de formă, care trebuie să fie cca. 1,2
1,6 pentru a reduce pericolul de fisurare la cald.
c) - Viteza de sudare (vs):
- se stabileşte în corelaţie cu ceilalţi parametrii de sudare;
- mărirea vs conduce la lipsă de topire laterală;
- micşorarea vs conduce la băi topite de dimensiuni mari care curg sub arcul
electric, cauzând de asemenea lipsă de topire laterală.
d) - Tipul, modul de introducere şi debitul gazului de protecţie:
- sunt alese din considerente privind stabilitatea arcului electric, forma băii de
metal topit şi caracteristicile îmbinării sudate;
- nu se foloseşte argonul pur, deoarece, se obţine:
- un transfer eratic şi cu stropi de metal topit;
- o baie metalică de formă nefavorabilă;
- o radiaţie intensă a arcului;
- o sensibilitate ridicată pentru porozitate.
- se foloseşte un amestec Ar + CO2 (80 - 75% Ar + 20 - 25% CO2);
- debitul de gaz se alege în funcţie de grosimea componentelor şi sistemul de
protecţie utilizat.
7
4.4.3. Sudarea cu capul de sudare introdus în rost
În funcţie de mişcările pe care le execută arcul electric, deosebim următoarele
variante:
a) - sudarea fără oscilarea arcului electric (fig. 4.5.):
Figura 4.5. Principiul sudării cu capul de sudare introdus în rost: a - cu o sârmă; b- cu două sârme.
Caracteristicile variantei sunt:
- sudarea se efectuează cu sârme cu diametru mic (uzual 1,6 mm) datorită
flexibilităţii mai mari a sârmei şi a posibilităţii de a utiliza curenţii de sudare de valori
scăzute;
- baia de metal topit are dimensiuni reduse, ceea ce face posibilă aplicarea
variantei şi la sudarea de poziţie;
- se poate suda cu o sârmă (fig.4.5.a) sau cu două sârme (fig.4.5.b), aceasta din
urmă variantă are avantajul că nu produce defectul de tip lipsă de topire;
- distanţa de la port-electrod la piesă este menţinută constantă cu ajutorul unui
sistem de urmărire a rostului iar instalaţia este prevăzută cu sistem suplimentar la
antrenare a sârmei cu deformare controlată, care menţine constantă direcţia de ieşire a
electrodului din port-electrod.
b- sudarea cu oscilarea arcului electric
Figura 4. 6. Variante de sudare cu oscilarea arcului electric:
1 - role de antrenare; 2 - duză gaz; 3 - cap de sudare;
4 - sârmă electrod; 5 - traiectoria arcului.
8
Oscilarea arcului poate fi făcută în diferite moduri şi anume prin:
b.1. - pendularea transversală a capului de sudare (fig. 4.6.a);
b.2. - rotirea oscilantă a capului de sudare (fig.4. 6.b);
b.3. - deformarea corespunzătoare a sârmei de sudare (fig.4. 6.c);
b.4. - utilizarea unor sisteme de sudare împletite.
Caracteristicile principale ale acestor variante sunt:
Varianta b.1.:
- are amplitudine mică (datorită deschiderii mici a rostului) rezultând o
pătrundere laterală mică, ceea ce o face foarte puţin aplicabilă;
- s-a îmbunătăţit, în sensul că numai port-electrodul coboară în rost, capul de
sudare rămânând deasupra rostului. Frecvenţa de pendulare este de cca. 45 cicluri /
minut, amplitudinea de cca. 6 mm iar sudarea se execută în tehnica depunerii unui rând
pe strat.
Varianta b.2.:
- capul de sudare are o mişcare de rotaţie oscilatorie iar forma portelectrodului
este curbată permiţând atacul peretelui rostului sub un anumit unghi, ceea ce măreşte
pătrunderea laterală;
- foloseşte sârmă de diametru 1,6 mm, protecţie în mediu de gaz activ, CO2, debit
de gaz de cca. 110 l / min iar rotirea capului se face cu un unghi de + 60o la o frecvenţă
de 20 cicluri / min.;
- se foloseşte la sudarea unor piese cu grosime până la 500 mm, folosind rosturi
cu o deschidere b = 20 30 mm.
Varianta b.3.:
- sârma este deformată cu o placă rabatabilă şi apoi antrenată prin portelectrod;
- asigură o pătrundere laterală corespunzătoare, chiar dacă b = 7 15 mm;
- sudarea se efectuează cu sârmă de diametru 1,2 mm, folosind un amestec de
gaze 80% Ar + 20% CO2, iar frecvenţa de oscilare a arcului este de cca. 60 - 80 cicluri /
min;
- sistemul poate fi utilizat şi în tandem, folosind două sârme de sudare.
Varianta b. 4.
- electrodul este format din 2 sârme împletite iar pe măsura topirii, arcul electric
se roteşte;
- se folosesc sârme cu diametru diferit pentru a avea o rotire continuă;
- pătrunderea laterală este mai mare iar pătrunderea sudurii mai mică;
- se utilizează o sursă cu caracteristică externă căzătoare;
- se utilizează la sudarea unor piese cu grosime până la 300 mm.
4.4.4. Sudarea cu capul de sudare aflat deasupra rostului
În figura 4.7. se prezintă principiul metodei: cu capul de sudare, sistemul de
antrenare al sârmei şi sistemul de asigurare a protecţiei gazoase, deasupra rostului.
9
Figura 4.7. Principiul sudării cu capul de sudare aflat deasupra rostului.
Pentru a putea fi dirijată în rost, sârma de sudare trebuie să fie suficient de rigidă,
ceea ce impune utilizarea unor sârme cu diametrul mai mare (3 4 mm). Aceasta
reclamă un rost cu o deschidere de minim 12 mm, iar protecţia cu o singură duză de gaz.
Avantajele variantei sunt:
- fiind relativ departe de arcul electric, portelectrodul nu este puternic solicitat
termic şi electric, deci, nu este necesară răcirea cu apă şi izolarea sa;
- dispare pericolul amorsării accidentale a unui arc electric între capul de sudare
şi peretele rostului;
- permite folosirea unor instalaţii de sudare MIG / MAG clasice;
- se poate suda în curent continuu, ambele polarităţi, dar cea directă dă o
stabilitate mai bună a arcului electric;
- energia liniară utilizată este mai mare decât în varianta precedentă, ceea ce face
ca să se folosească numai în poziţia orizontală sau orizontală pe perete vertical;
- la un diametru de sârmă de 3,2 mm se recomandă următorul regim de sudare: Is
= 450 + 50 A; Ua = 30 - 37 V; vs = 40 cm / min; b = 12,7 + 1,6 mm.
- se aplică la grosimi până la 150 mm.
Productivităţile celor două variante sunt aproximativ egale, datorită secţiunii mai
mari a rostului, specifică variantei cu sârmă groasă.
4.4.5. Sudarea în rost îngust pe verticală
Schema de principiu este redată în figura 4.8.
Figura 4.8. Principiul sudării pe verticală cu portelectrodul curbat:
1 - metal depus; 2 - suporţii din Cu; 3 - tub de contact;
4 - direcţia de pendulare; 5 - direcţia de sudare; 6 - intrare gaz.
10
Sârma având diametrul de 1,2 1,6 mm, este introdusă în rost în poziţia verticală
cu ajutorul unui portelectrod curbat, răcit cu apă, izolat prin metalizare cu alumină.
Pentru susţinerea băii se folosesc patine de cupru. Sudarea se execută prin oscilarea în
rost a portelectrodului iar gazul de protecţie se introduce printr-un orificiu din patina de
răcire.
Orientativ, pentru sudarea unor table cu grosimi de 30 mm, se recomandă
următorul regim de sudare: des = 1,2 mm; Dg = 30 l / min; Is = 300 A; Ua = 34 V;
polaritate inversă; vp = 45 cm / min; vs = 5,5 cm / min; timpul de staţionare a
electrodului la extremitatea rostului este de 2 secunde.
4.5. Sudarea în rost îngust sub strat de flux
4.5.1. Consideraţii generale
Cercetările efectuate în acest domeniu au avut în vedere următoarele:
a) - înlăturarea dezavantajelor apărute la sudarea în rost îngust MIG / MAG cum
ar fi:
- necesitatea respectării unor toleranţe foarte mici ale geometriei rostului şi a
conducerii sârmei în rost;
- uzura rapidă a duzei capului de sudare datorită solicitărilor termice şi mecanice
ridicate.
b) - menţinerea avantajelor sudării sub flux (rată a depunerii ridicată, utilaj
simplu, lipsa stropilor, calitate înaltă a sudorilor);
c) - aplicarea eficientă a procedeului la grosimi în domeniul 80 300 mm;
d) - utilizarea, pe cât posibil, a instalaţiilor de sudare sub flux existente;
e) - îmbunătăţirea calităţii sudurilor;
f) - elaborarea unui proces de sudare relativ uşor, care, să nu necesite sisteme de
comandă care să se defecteze uşor.
Se utilizează instalaţii universale de sudare sub flux dotate cu un cap de sudare tip
spadă care permite introducerea sârmei în rostul îngust. Există două variante de cap de
sudare utilizate în prezent şi anume:
a) - cap de sudare fix - destinat în special sudării în tehnica depunerii unui rând pe
strat;
b) - cap de sudare articulat - folosit la sudarea în tehnica depunerii a două sau trei
rânduri pe strat.
4.5.2. Tehnologia de sudare
a) - Forma şi dimensiunile rostului:
Sudarea se realizează folosind în general rosturi neprelucrate (în I) cu o teşire spre
partea superioară, sau rosturi în U, unghiul de teşire fiind în ambele cazuri sub 2o. În
cazul unui acces din ambele părţi ale piesei, se poate alege un rost în X sau dublu U, cu
un unghi de teşire de 1 - 2o şi o înălţime a umărului de 6 - 8 mm.
11
Deschiderea rostului este limitată superior la valori ce depind de diametrul sârmei
şi curentul de sudare. În general deschiderea rostului are valori în domeniul 12 - 25 mm.
b) - Materiale pentru sudare
Acestea sunt: sârme şi fluxuri pentru sudare.
Fluxul destinat sudării în rost îngust trebuie să aibă următoarele caracteristici:
- să nu producă crestături marginile iar cusătura sa aibă un aspect neted şi
uniform;
- în timpul sudării să degaje o cantitate cât mai mică de gaze pentru a evita
apariţia suflurilor;
- procesul de sudare să nu fie sensibil la modificarea înălţimii stratului de flux;
- din punct de vedere metalurgic fluxul trebuie să compenseze participarea relativ
mică a metalului de bază la formarea sudurii;
- să fie insensibil la variaţii mici ale parametrilor de sudare, astfel încât variaţii de
+ 1 V să nu afecteze forma şi caracteristicile sudurii;
- să aibă un conţinut mai ridicat de silicaţi pentru ca detaşabilitatea zgurii să fie
mai bună.
Sârmele de sudare utilizate, sunt cele recomandate, în general, pentru sudarea sub
flux în varianta clasică, dar, având un conţinut foarte redus de impurităţi.
Se folosesc fluxuri aglomerate când se cere o detaşabilitate mai bună a zgurii şi
fluxuri topite când se doreşte o tenacitate mai bună a sudurii.
a) - Tehnica de sudare
Tehnica de depunere a rândurilor pe strat poate să fie cu unul, două sau trei
rânduri pe strat.
În cazul sudării cu o trecere pe strat, varianta cea mai eficientă din punct de
vedere economic, zgura se îndepărtează greu şi există pericolul de apariţie a
crestăturilor marginale şi al incluziunilor de zgură.
Sudarea cu mai multe rânduri pe strat, este avantajoasă din punctul de vedere al
formării cusăturii, dar presupunând un rost cu deschidere mai mare, se caracterizează
prin productivitate mai redusă şi consum mai ridicat de materiale de sudare.
Sudarea se execută exclusiv în poziţia orizontală iar în cazul unor suduri de
grosime foarte mare, piesele de sudat pot fi plasate în poziţie verticală, sudarea
realizându-se prin depunerea unor rânduri în direcţia grosimii materialului.
d) - Alegerea parametrilor de sudare
Sudarea se execută în curent continuu sau curent alternativ, alegerea tipului de
curent fiind în legătură cu fluxul utilizat.
Energia liniară se corelează cu deschiderea rostului, tehnica de sudare şi tipul
materialului de bază. La o sârmă cu diametru de 4 mm şi un curent de 600 A (limitat de
materialul de bază) în cazul sudării cu două treceri pe strat deschiderea maximă a
rostului poate fi de 18 mm.
Din punct de vedere tehnologic, o atenţie deosebită trebuie acordată sudării
primei treceri. Aceasta este puternic diluată de metalul de bază şi, ca urmare, va avea în
cazul sudării oţelurilor carbon şi slab aliate, un conţinut ridicat de carbon. În acelaşi
timp, coeficientul de formă al acestei suduri este nefavorabil, având o valoare prea mică.
Ca atare, la rădăcină creşte riscul de fisurare şi în acelaşi timp se produce o scădere a
ductilităţii materialului. Pentru a evita urmări negative, este necesară alegerea
parametrilor de sudare astfel încât pătrunderea să fie mică, recomandându-se, în unele
cazuri, scobirea rădăcinii şi resudarea din partea opusă.
12
4.6. Sudarea în rost îngust prin procedeul WIG
4.6.1. Generalităţi
Sudarea în rost îngust prin procedeul WIG este aplicată mai puţin, datorită
productivităţii reduse. Totuşi, în anumite domenii, această tehnică de sudare, s-a impus
ca urmare a calităţii deosebite a sudurilor produse.
Caracteristicile principale ale variantei sunt:
- în funcţie de modul de deplasare a arcului electric sudarea se poate realiza cu
sau fără oscilarea acestuia;
- de regulă, capul de sudare, cuprinzând portelectrodul precum şi sistemul de
asigurare a protecţiei gazoase, este introdus în rostul de sudare;
- sudarea se execută cu sau fără sârmă de adaos. Introducerea acesteia se face, fie
înaintea, fie după electrodul nefuzibil în sensul de sudare;
- productivitatea procedeului poate fi crescută prin utilizarea unei sârme auxiliare
caldă (fig.4.9.);
Figura 4.9. Alimentarea cu sârmă auxiliară caldă:
1 - cap de sudare; 2 - electrod nefuzibil;
3 - material de adaos; 4 - direcţia de sudare.
- cel mai des se utilizează un rost neprelucrat, având o deschidere de 6 - 8 mm;
- sistemul de protecţie cu gaz, este asemănător celui utilizat la varianta MIG /
MAG în rost îngust iar modul de realizare a protecţiei depinde de poziţia capului de
sudare;
- pentru a feri locul sudării de curenţi de aer, care pot compromite nivelul
protecţiei cu gaz, se pot folosi corturi din material plastic, cu care, se acoperă locul de
sudare.
4.6.2. Variante de sudare
În funcţie de mişcările pe care le execută arcul electric deosebim următoarele
variante:
a) - sudarea fără oscilarea arcului electric, cu următoarele caracteristici:
- principiul, asemănător cu cel al variantei corespunzătoare de sudare MIG /
MAG;
- capul de sudare poate fi introdus în rost (când are o formă lamelară) sau poate fi
plasat deasupra rostului;
- sârma de sudare are un diametru de 0,8 2,5 mm;.
13
- pentru a asigura topirea simultană a ambelor margini ale rostului, este necesară,
utilizarea unor rosturi cu deschideri foarte mici (6 7 mm) sau a tehnicii de sudare cu
curent pulsat.
b) - sudarea cu oscilarea arcului electric;
Oscilarea arcului electric poate fi realizată în diferite moduri şi anume prin:
- pendularea transversală a capului de sudare;
- rotirea oscilantă a capului de sudare;
- deflexia magnetică a arcului electric.
4.7. Sudarea în rost îngust cu arce gemene
4.7.1. Consideraţii generale
La sudarea tablelor groase este de dorit să se reducă pe cât posibil volumul
metalului depus din motive atât tehnologice cât şi economice. Prin aceasta, căldura
totală introdusă în metalul de bază este minimizată, cu consecinţe considerabile pentru
costurile energiei. Se realizează în acelaşi timp o economie de materiale de adaos şi o
creştere a productivităţii, datorită numărului scăzut de treceri.
În ultimul timp, procedeele de sudare în rost îngust s-au dezvoltat considerabil
(atât cele cu protecţie gazoasă, cât şi cele cu arc înecat).
Una dintre cele mai importante probleme ale sudării în rost îngust cu arc înecat
este realizarea unei traiectorii precise a capului de sudare de-a lungul îmbinării.
Când distanţa dintre sârma electrod şi muchia tablei este prea mică, este posibil ca
rostul să nu se umple complet cu metal de adaos topit şi să apară incluziuni de zgură. În
cazul în care această distanţă este prea mare, nu se va realiza fuziunea dintre metalul de
bază şi metalul de adaos.
Figura 4.10. Influenţa curentului de sudare asupra ratei depunerii.
14
Figura 4.11. Dispunerea sârmelor pentru sudarea în rost îngust cu arce gemene. H - distanţa electrod - piesă; x - distanţa
cap de sudare - flancuri; xI - v. secţiunea A - B; yI - v. secţiunea A - B; R - raza traiectoriei picăturilor; α - unghiul de
rotaţie a capului de sudare; S - deschiderea rostului; b - lăţimea cordonului; h - înălţimea cordonului; e - pătrunderea
laterală.
Figura 4.12. Cap de sudare pentru sudarea în rost îngust.
O altă problemă a sudării în rost îngust este aceea că orice neregularitate a
geometriei marginilor face dificilă eliminarea zgurii în afara rostului. În plus defectele
de prelucrare a marginilor sau de sudare, măresc costul sudării.
4.7.2. Tehnica de sudare
Una dintre cele mai importante trăsături ale sudării în rost îngust cu arce gemene
este creşterea ratei de topire pentru acelaşi curent de sudare ca la sudarea normală (fig.
4.10).
În plus sudarea cu această variantă are drept rezultat o cusătură cu o formă mai
plată şi un bun transfer de căldură şi material de adaos pe faţa peretelui rostului.
Deasemenea folosirea sârmei subţiri permite folosirea mai multor capete de
sudare, precum şi o accesibilitate corespunzătoare în rosturile înguste.
Primul electrod (electrodul conducător) arde în partea inferioară a sudurii, iar
electrodul condus este direcţionat către faţa peretelui rostului (fig.4.11.). Se realizează
astfel sudura cu 2 treceri pe strat. Se poate realiza sudura şi direcţionând cei 2 electrozi
către flancurile rostului.
Figura 4.12. prezintă schema capului de sudare cu mecanism foarte simplu ce
reglează deflexia sârmei. Aceasta constă din numai 3 elemente şi permite poziţionarea
15
vârfului electrodului la o anumită distanţă în raport cu faţa peretelui. Cu acelaşi sistem
este posibil să se compenseze uzura elementelor cilindrice de contact din mecanismul
care ghidează sârma electrod.
4.7.3. Conducerea capului de sudare
Standardele internaţionale cer să fie posibilă reproducerea cu exactitate a
traseului vârfului electrodului deoarece sudurile lungi şi tablele de grosime mare pot
conduce la schimbări în geometria rostului ca şi în geometria structurii sudate.
În cazul sudării cu arce gemene, un control vizual al băii de metal topit nu este
posibil.
În consecinţă, sistemele de conducere a capului de sudare cu senzori tactili sunt
aplicate folosind traductoare inductive sau capacitive. Toate sistemele sunt caracterizate
printr-o separaţie fizică a punctului de măsurare faţă de cel de sudare. Astfel de sisteme
nu pot recunoaşte de exemplu o schimbare în forma tablei (îndoitură, curbură, etc.).
O altă metodă de prevenire a apariţiei defectelor este micşorarea toleranţelor la
pregătirea rosturilor.
În prezent sunt folosite sârme electrod cu e = 3 5 mm ce necesită un arzător
mare şi stabil. În plus este necesară a mare precizie a mecanismului de îndreptare a
sârmei.
Cele 2 sârme subţiri sunt folosite pentru a scana rostul prin intermediul celor 2
arce. Parametrii procesului sunt direct folosiţi pentru controlul arcului fără alt senzor
extern. În consecinţă, sistemul lucrează fără nici o eroare a capului de sudare.
Curentul de sudare provine de la o sursă de curent continuu cu caracteristică
rigidă, iar cele 2 sârme sunt izolate una de cealaltă.
Controlul se bazează pe evoluţia Is în electrodul conducător ce arde în partea
inferioară a rostului. Comparând valorile măsurate cu un set de valori de referinţă, este
generat de un semnal de corecţie pentru modificarea poziţiei electrodului. Când se
aplică acest impuls, este garantată o sincronizare şi o continuă alimentare a celor 2
sârme electrod. Variaţiile va şi Is pot cauza schimbări necontrolabile ale arcului cu efecte
negative asupra calităţii sudurii.
4.7.4. Tehnica de sudare cu o singură trecere pe strat.
Din punct de vedere economic este avantajos să se reducă volumul rostului şi în
consecinţă să se sudeze cu o trecere pe strat, dacă aceasta nu generează probleme la
detaşarea zgurii. Când se topesc simultan ambele feţe ale pereţilor rostului, zgura se
lipeşte de aceasta, fiind foarte greu de eliminat.
În acest sens, se folosesc tot mai mult fluxuri înalt bazice ce conduc la o puternică
contracţie termică a zgurii.
Tehnica sudării cu arce gemene necesită de asemenea fluxuri specifice sudării în
rost îngust (flux înalt bazic). Este necesar să se garanteze o deschidere a rostului de 2 -
4o pentru a permite eliminarea zgurii.
16
La acest tip de flux, distanţa dintre feţele pereţilor şi vârful electrodului trebuie
menţinută în intervalul 2 3 mm.
Forma îmbinării poate fi şi concavă, dar în general este dreaptă şi chiar convexă,
obţinându-se o mică zonă de contact între pereţii rostului şi crusta de zgură. În acelaşi
timp, riscul fisurării la cald pe linia de centru a sudurii este scăzut.
În comparaţie cu sudarea cu o sârmă, sudarea cu arce gemene nu necesită o prea
mare creştere a cantităţii de căldură, odată cu modificarea dimensiunilor rostului. Pentru
obţinerea unei penetrări suficiente a suprafeţei peretelui este necesar şi să adopte poziţia
electrodului cea mai avantajoasă (mărirea distanţei dintre electrozi odată cu lăţirea
rostului).
Proprietăţi de rezistenţă uniforme pentru toată grosimea pot fi garantate pentru o
deschidere a rostului de 20 mm, când se obţine o sudură cu un înalt grad de finisare a
granulaţiei.
4.8. Aplicaţii ale sudării în rost îngust
Datorită avantajelor sale, sudarea în rost îngust, îşi găseşte aplicaţii la realizarea
structurilor sudate cu grosimi de 20 - 650 mm din următoarele domenii industriale:
- fabricaţia recipienţilor sub presiune, destinaţi centralelor nuclearo-electrice şi
utilajelor chimice;
- fabricaţia diferitelor structuri de mari dimensiuni din construcţia de maşini ca:
batiuri, piese, corpuri de motoare, arbori cotiţi, etc.;
- fabricaţia construcţiilor navale ca: platforme marine sau structuri de nave;
- fabricaţia, pe şantier, a unor structuri metalice pentru construcţii civile (piloni,
stâlpi, poduri).
Din punct de vedere al aplicabilităţii procedeelor folosite se precizează că:
- sudarea MIG / MAG are ponderea cea mai mare;
- sudarea sub strat de flux se aplică mai rar şi în special pentru grosimi foarte
mari (400 - 650 mm);
- sudarea WIG se utilizează în general numai pentru sudarea conductelor sau
depunerea primului strat;
Sub aspectul materialelor de bază, sudarea în rost se aplică la:
- oţelurile slab aliate de rezistenţă mare;
- mai rar la oţelurile aliate, aliaje de aluminiu şi titan.
În figura 4.13 sunt redate câteva exemple de structuri sudate realizate prin
procedeele de sudare în rost îngust.
a) - sudarea axului unui generator de 250 MVA;
b) - sudarea structurii metalice a construcţiilor;
c) - sudarea structurii metalice a batiurilor de presă.
În toate cazurile sudarea se execută prin procedeul MIG / MAG şi conduce la
reducerea consumului de materiale, energie şi manoperă cu 40% faţă de sudarea MIG /
MAG clasică.
17
a. b.
c. d.
Figura 4.13. Aplicaţii ale sudării în rost îngust.