CAPITOLUL 4 SUDAREA METALELOR 4.1.Generalităţi Sudarea este o metodã de îmbinare nedemontabilã a douã corpuri metalice, prin stabilirea unor legãturi între atomii marginali ai celor douã corpuri, în anumite condiţii de temperatura şi presiune. Peste 42% din producţia mondialã de oţel este utilizatã în construcţii sudate. Rezultatul sudãrii este cusãtura sudatã sau cordonul de sudurã. Avantajele metodei - faţã de celelalte procedee de asamblare (în special nituirea) se realizeazã o economie de material (nu se mai suprapun tablele),se realizeazã etanşietatea îmbinãrii şi în absenţa gãurilor pentru nituri creşte rezistenţa asamblãrii. - faţã de piesele turnate se obţin construcţii mai suple, consumul de manopera la sudare este mai mic, iar rezistenţa la rupere a materialelor laminate (care se sudeazã) este mai mare decât al celor turnate; - se pot obţine construcţii mixte formate din mai multe pãrţi, fiecare din alt material sau obţinut prin alt procedeu tehnologic; - pentru a suda materiale uzuale utilajele necesare sunt accesibile şi simple; 106
Transcript
CAPITOLUL 4SUDAREA METALELOR
4.1.Generalităţi
Sudarea este o metodã de îmbinare nedemontabilã a douã corpuri metalice, prin stabilirea unor legãturi între atomii marginali ai celor douã corpuri, în anumite condiţii de temperatura şi presiune.
Peste 42% din producţia mondialã de oţel este utilizatã în construcţii sudate.
Rezultatul sudãrii este cusãtura sudatã sau cordonul de sudurã.
Avantajele metodei
- faţã de celelalte procedee de asamblare (în special nituirea) se realizeazã o economie de material (nu se mai suprapun tablele),se realizeazã etanşietatea îmbinãrii şi în absenţa gãurilor pentru nituri creşte rezistenţa asamblãrii.
- faţã de piesele turnate se obţin construcţii mai suple, consumul de manopera la sudare este mai mic, iar rezistenţa la rupere a materialelor laminate (care se sudeazã) este mai mare decât al celor turnate;
- se pot obţine construcţii mixte formate din mai multe pãrţi, fiecare din alt material sau obţinut prin alt procedeu tehnologic;
- pentru a suda materiale uzuale utilajele necesare sunt accesibile şi simple;
- calitate superioarã a îmbinãrii din punct de vedere al rezistentei mecanice;
- permite mecanizarea şi automatizarea completã a proceselor;- se realizeazã o importantã economie de manoperã faţã de alte
procedee;- se pot realiza construcţii mai uşoare, adaosurile de prelucrare fiind
mai mici decât în cazul pieselor turnate sau forjate;
Dezavantaje
- nu se pot executa serii de fabricaţie mari;
106
- procedeele tehnologice de sudare de mare productivitate necesitã utilaje scumpe;
- de cele mai multe ori piesele sudate trebuiesc detensionate prin tratamente termice, ceea ce conduce la creşterea costurilor, a consumurilor energetice şi a manoperei;
- majoritatea construcţiilor sudate necesitã un constrol nedestructiv;- este necesarã utilizarea unei forţe de muncã calificate;
4.1.1. Principiul fizic al sudãrii
Pentru crearea unor forţe de legãtura între corpuri este necesar ca atomii dispuşi pe suprafaţa unuia dintre corpuri sã reacţioneze cu atomii celuilalt corp. Aceasta presupune apropierea celor din atomi la o distanţã de 10-10m.
Aceasta condiţie se poate realiza prin doua soluţii de bazã:1) încãlzirea pãrţilor de îmbinat în poziţie alãturatã2) exercitarea unei presiuni asupra lor.
Prin încãlzire se mãreşte energia libera a atomilor şi se slãbesc legaturile interatomice şi creşte plasticitatea materialului. Dacã încãlzirea este mare se realizeazã o baie de metal topit prin solidificarea cãreia se obţine cordonul de sudurã. Fenomenele care au loc în baia de metal topit se supun legilor metalurgiei.
Presiunea exercitatã între pãrţile de îmbinat dã naştere la deformaţii plastice care determinã curgerea materialului de-a lungul suprafeţelor în contact astfel încât se obţine apropierea unor straturi interioare de metal. Dacã presiunea este destul de mare, ea singurã poate realiza sudarea la rece.
Mecanismul apariţiei forţelor de legãturã între pãrţile de sudat, depinde în primul rând de starea de agregare în care se gãsesc acestea.
Ele pot fi ambele lichide sau ambele solide.La sudarea în faza lichida stabilirea legãturii începe în baia comuna
odatã cu interacţiunea materialelor topite şi se continuã cu procesul de cristalizare. O mare influenţã o au solubilitatea celor douã metale în stare solida şi diferenţa între proprietãţile fizice.
La sudarea în stare solida forţele de prindere a unei piese de alta se obţin prin apropierea mecanica a atomilor de pe suprafeţele în contact. Pentru prinderea totala ar trebui ca distanta dintre atomi celor doua corpuri sa fie de ordinul parametrilor reţelei cristaline.
Practic acest lucru nu se produce datorita existentei unor straturi de oxizi la contactul metalelor. Aceste straturi împiedicã coeziunea moleculara.
107
În plus microneregularitãţile suprafeţelor de separaţie determina o suprafaţa de contact realã mai micã decât cea aparentã.
În concluzie prin presare la rece posibilitatea întâlnirii a douã cristale aparţinând celor douã corpuri este micã şi de aceea chiar în cazul sudãrii prin presiune când materialele sunt în stare solida este necesara încãlzirea lor, prin încãlzire creşte plasticitatea metalului şi amplitudinea oscilaţiilor termice ale atomilor, creşte numãrul de vacanţe.
4.1.2. Structura îmbinãrilor sudate
Prin sudurã se înţelege rezultatul operaţiei de sudare , iar prin cusaturã sudatã se defineşte aceea zonã a îmbinãrii în care au acţionat efectiv forţele de coeziune interatomicã.
Zona îmbinãrii este diferitã de zona materialului de bazã, deosebirea datorându-se şi modului în care s-a realizat cusãtura: prin topire sau prin presiune.
Cordoanele de sudurã obţinute prin topire au o structurã şi o compoziţie chimicã proprie.
În cazul obişnuit al sudurii cu adaos de material cusãtura înglobeazã pe lângã acesta şi materialul de bazã. Baia de sudura astfel rezultatã intrã în reacţii chimice cu elemente din mediul înconjurãtor (O2, H2, N2) şi cu diferite elemente de aliere(Si , Mn, C, Cr).
Oxigenul dã naştere la oxizi, hidrogenul se dizolvã şi favorizeazã apariţia fisurilor, iar azotul formeazã nitruri dure care reduc plasticitatea sudurii.
În plus se pot introduce elemente de aliere prin materialul de adaos sau prin materialele menite sã protejeze baia. Trebuie sã ţinem cont de faptul cã unele elemente de aliere se pot pierde prin ardere.
Dupã solidificare la locul îmbinãrii apar patru zone cu structuri caracteristice.
Cusãtura (1) are o structura dendridicã tipica metalelor turnate.Intre cusãturã şi metalul de baza se distinge o zona foarte îngustã de
trecere (2) provenitã dintr-un amestec de metal topit şi metal de baza supraîncãlzit şi format din constituenţi de difuzie reciprocã. Cu cât deosebirea dintre compoziţia chimicã a metalului de adaos şi cea de bazã este mai mare, cu atât aceastã zonã este mai vizibilã.
108
Fig.4.1. Structura îmbinãrii sudate prin topire
În metalul netopit din apropierea cusãturii, datorita încãlzirii şi rãcirii rapide, au loc transformãri structurale, fãrã modificarea compoziţiei chimice într-o zonã numitã zonã de influenţã termicã (Z.I.T.) (3). În aceastã zonã au loc recristalizãri şi transformãri de fazã, difuziuni. Adâncimea ei depinde de regimul termic folosit. În funcţie de viteza de rãcire se obţin în Z.I.T. structuri de cãlire care mãresc duritatea oţelului.
Zona (4) este cea a materialului de bazã.La sudarea prin presiune, absenţa materialului de adaos şi încãlzirea
la temperaturi mai mici determinã o structurã mai simplã. Nu apar diferenţe sensibile de compoziţie chimicã şi se obţin structuri cu grãunţi mari (datoritã vitezelor de rãcire mari) care înrãutãţesc proprietãţile mecanice.
4.1.3. Sudabilitatea materialelor metalice
Sudabilitatea este o proprietate tehnologicã care determinã în condiţii de sudare date, capacitatea materialelor de a realiza îmbinãri sudate.
Cordoanele de sudurã trebuie sã corespundã condiţiilor impuse din punct de vedere metalurgic, constructiv şi tehnologic.
Noţiunea de sudabilitate este condiţionatã atât de proprietãţile metalului cât şi de modul de realizare a sudurii.
Pentru aprecierea sudabilitãţii existã prescripţii şi criterii de apreciere specifice fiecãrui material şi fiecãrei ţãri. Metodele sunt empirice.
109
În România, conform STAS 7194-79 oţelurile se împart, din punct de vedere al sudabilitãţii în trei grupe:
I BunãII PosibilãIII. Necorespunzãtoare
Pentru determinarea sudabilitãţii se fac încercãri de duritate în zona de influenţã termicã Z.I.T. Duritatea este influenţatã de conţinutul de carbon.
Fig.4.2. Diferenţa dintre duritatea materialului de bazã si cea a Z.I.T.
Se observã cã la procente mai mari de 0,30% C duritatea Z.I.T. – ului creşte mult favorizându-se ruperea fragilã. Fiecare element de aliere conţinut de oţel afecteazã duritatea cordonului şi deci sudabilitatea. Pentru a ţine cont şi de acestea se introduce noţiunea de carbon echivalent Ce[%].
Carbonul echivalent este procentul de carbon al unui oţel nealiat care are aceeaşi sudabilitate cu a oţelului aliat utilizat. Conform STAS 7194-79 carbonul echivalent se stabileşte cu formula.
Ce=C+ +0,0024 g
unde “g” este grosimea tablelor care se sudeazã.
110
1-procedee de sudare cu flacãrã oxigaz; 2-procedee de sudare cu arc electricFig. 4.3 Dependenţa sudabilitãţii oţelurilor în funcţie de conţinutul de
carbon echivalent
De obicei se prefera utilizarea oţelurilor cu pânã la 0,25%C.
Clase de sudabilitate
Distingem urmãtoarele clase de sudabilitate:
I. Sudabilitate bunã necondiţionatã
Din aceastã clasã fac parte oţelurile cu un carbon echivalent mai mic de 0,25%, cum ar fi OL37, OLC 10, OLT 32, etc. Se caracterizeazã prin:
111
- nu suferã transformãri structurale în urma sudãrii;- nu sunt sensibile la configuraţia geometricã a
ansamblului sudat şi a sudurilor;- pot fi sudate prin toate procedeele de sudare, fãrã
restricţii speciale.
II. Sudabilitate bunã condiţionatã
Din aceastã clasã fac parte oţelurile cu un carbon echivalent de 0,25...0,50%, cum ar fi oţelurile slab aliate şi cele carbon de calitate. Se caracterizeazã prin:
- pot suferi transformãri structurale nefavorabile şi durificãri, fac sudura sensibila la fisurare şi la rupere;
- sunt sensibile la configuraţia geometricã a ansamblului sudat.
III. Sudabilitate sever condiţionatã
Din aceastã clasã fac parte oţelurile cu un carbon echivalent de 0,50...0,68%, cum ar fi oţelurile austenitice inoxidabile. Se caracterizeazã prin:- pot fi sudate prin toate procedeele de sudare prin topire cu condiţia respectãrii unor mãsuri tehnologice (preîncãlzire la 100...200 0C).
IV. Sudabilitate foarte sever condiţionatã
Din aceastã clasã fac parte oţelurile cu un carbon echivalent de 0,68...1,0%, cum ar fi oţelurile inoxidabile feritice şi martensitice. Se caracterizeazã prin:
- suferã întodeauna transformãri structurale nefavorabile şi schimbãri ale proprietãţilor fizice şi mecanice;
- sunt sensibile la configuraţia geometricã a ansamblului sudat, conducând la fragilitate, rezsistenţã la obosealã scãzutã;
- pot fi sudate printr-un numãr redus de procedee, cu condiţia respectãrii unor mãsuri tehnologice severe.
V. Sudabilitate necorespunzãtoare
112
Din aceastã clasã fac parte oţelurile cu un carbon echivalent mai mare de 1%. Se caracterizeazã prin:
- suferã transformãri fizice, chimice şi mecanice total nefavorabile:
1-cusãturã sudatã; 2-zonã de supraîncãlzire; 3-zonã de normalizare; 4-zonã de recristalizare parţialã; 5-zonã de recristalizare totalã; 6-metalul de bazã.Fig. 4.4 Transformãrile structurale ale oţelului carbon cu 0,20% C, în timpul
încãlzirii şi rãcirii cauzate de sudurã
4.1.4. Materiale de adaos la sudare
Sudarea se poate efectua fie cu material de adaos, atunci când cusãtura sudatã se formeazã şi cu material metalic din afara pãrţilor îmbinate, fie fãrã material metalic de adaos.
Proprietãţile materialelor metalice de adaos
Pentru a fi corespunzãtor materialul de adaos trebuie sa îndeplineascã urmãtoarele condiţii:
- sã aibã o compoziţie chimicã apropiatã de cea a materialului de bazã;
113
- sã conducã la suduri cu proprietãţi mecanice apropiate de cele ale metalului de bazã. Din acest punct de vedere proprietatea care se urmãreşte în primul rând este tenacitatea
- prin solidificare sã conducã la structuri omogene, cu granulaţie finã- sã corespundã condiţiilor de mediu în care lucreazã piesa- sã fie uşor prelucrabilÎn afara materialului care intrã direct în masa cusãturii (sârme,
electrozi) se considerã drept material de adaos şi materialele care contribuie la alierea sudurii (învelişuri, fluxuri)
4.1.4.1. Sârme de sudurã
Sârmele de sudurã se prezintã sub forma de colaci sau vergele şi au diametre cuprinse între 0,5 şi 12,5mm.
Se utilizeazã la sudarea cu flacãrã, la sudarea sub strat de flux sau la sudarea în medii protectoare de gaze. Ele pot fi aliate sau nealiate.
Din punct de vedere constructiv sârmele pentru sudură se împart în două mari categorii:
1. Sârme pline din oţel;2. Sârme tubulare.La rândul lor, sârmele pline din oţel sunt standardizate astfel:
a) Sârme pentru sudare sub strat de flux (SR EN 756:1997);b) Sârme pentru sudare în medii de gaz protector cu electrod
fuzibil (SR EN 440: 1996);c) Sârme pentru sudare WIG (SR EN 1668: 2000);
Sârmele tubulare pentru sudare se folosesc la sudarea cu arc electric cu sau fără gaz de protectie (SR EN 758: 1998).
Sârme pentru sudare sub strat de flux
Simbolizarea acestor sârme-electrod este reglementată prin SR EN 756:1997 şi cuprinde 5 grupe:
1. Simbolul produsului şi/sau procedeului identificat (litera S);2. Simbolul rezistenţei la tracţiune, a limitei de curgere şi a alungirii
metalului depus prin sudare pentru tehnica de sudare în mai multe straturi (Tabelul T 4.3), sau rezistemţa la tracţiune şi limita de curgere minimă a metalului de bază, pentru tehnica de sudare în două straturi (Tabelul T 4.1);
114
3. Simbolul caracteristicilor de încovoiere prin şoc ale metalului depus sau ale îmbinării sudate realizate în vederea clasificării (Tabelul T 4.3);
4. Simbolul tipului de flux utilizat (Tabelul 4.6);5. Simbolul compoziţiei chimice a sârmei-electrod utilizate conform
EN 756: 1995 (Tabelul T4.4);
Simbolizarea caracteristicilor la tracţiune pentru tehnica cu douã straturiTabelul 4.1
Cuplu sârmă-flux pentru sudare cu arc electric sub strat de flux, tehnica în mai multe straturi, prin care se depune un metal având limita de curgere de minimum 460 N/mm2 (46) şi o valoare a energiei de rupere la încovoiere prin şoc de minimum 47 J la –300C (3), realizat cu flux alumino-bazic (AB) şi o sârmă electrod S2
Cuplu sârmă-flux EN756 – S 46 3 AB S2
Sârme pentru sudare în medii de gaz protector cu electrod fuzibil
Simbolizarea acestor sârme-electrod este reglementată prin SR EN 440: 1996 şi cuprinde:
1. Simbolizarea produsului şi/sau procedeului de sudare (litera G=sudare cu electrod fuzibil; litera W=sudare cu electrod nefuzibil);
2. Simbolul rezistenţei şi alungirii metalului depus (vezi standard);
117
3. simbolul caracteristicilor la încovoierea prin şoc a metalului depus (vezi standard);
4. simbolul gazului de protecţie utilizat (conform Tabelului T 4.5).
Compoziţia chimică a electrodului este redată în EN 440: 1994.
Tabelul T 4.5Simbol Gaz de protecţie
M Amestecuri de gaze EN 439-M2, dar fără heliu
C Gaz de protecţie EN 439-C1, dioxid de carbon
Exemplu de simbolizare:
Metalul depus prin sudare cu arc electric în mediu protector de gaz, cu electrod fuzibil (G), având limita de curgere de minim 460 N/mm2 (46) şi valoarea medie a energiei de rupere de minimum 47 J la –300C(3), obţinut prin sudare în amestec de gaze (M), utilizând o sârmă electrod G3Si 1.
EN 440 – G 46 M G3Si 1
Simbolizarea sârmelor-electrod pentru sudarea WIG este reglementată prin SR EN 1668: 2000 iar simbolizarea sârmelor tubulare pentru sudarea cu arc electric cu sau fără gaz de protecţie este reglementată prin SR EN 758: 1998.
Din punct de vedere constructive sârmele tubulare pot fi cu contur închis şi cu contur deschis.
Fluxuri pentru sudarea cu arc electric sub strat de flux
Fluxurile sunt materiale granulate formate din amestecuri de minerale având roluri de:- protecţie a bãii de metal topit;- de a contribui cu elemente de aliere şi elemente dezoxidante la formarea
sudurii;
118
- de a elimina gazele;- de a micşora viteza de rãcire a sudurii;- în cazul sudãrii cu arc şi rolul de stabilizator al acestuia.
In afara acestor funcţiuni principale fluxurile mai îndeplinesc şi toate celelalte funcţiuni pe care le îndeplineşte învelisul electrodului.
După modul de obţinere şi din punct de vedere al compoziţiei lor chimice fluxurile se clasifică în:
1. Fluxuri topite (T) = au în compoziţie mangan, cuarţ, oxizi de magneziu, oxizi de aluminiu, etc. Aceste materiale se topesc şi se granulează prin turnare în apă.uxurile turnate au un aspect sticlos. Acest tip de flux se utilizează în special la sudarea oţelurilor carbon şi slab aliate, fiind cele mai utilizate tipuri de fluxuri.
2. Fluxuri ceramice (C) = se obţin prin aglomerare cu silicat de sodium şi au în compoziţie: feldspat, oxid de aluminiu, feroaliaje de mangan, crom, siliciu, etc. Se utilizează în special la încarcărea prin sudură si la sudarea oţelurilor slab aliate. Sunt higroscopice şi scumpe.
3. Fluxurile sinterizate = se obţin din pulberi metalice sinterizate. Granulele astfel obţinute sunt mai puţin higroscopice decât fluxurile ceramice.
4. Fluxuri passive = se obţin prin înlocuirea oxizilor de siliciu şi mangan cu oxizi de aluminiu. Datorită pasivităţii aceste fluxuri nu interacţionează cu baia de metal topit. Sunt recomandabile la sudarea oţelurilor aliate, pentru a nu influenţa compoziţia chimică a cusăturii.
In funcţie care caracterul lor fluxurile pot fi bazice sau acide. Bazicitatea influenţează semnificativ tenacitatea cusăturii.
Fluxurile pentru sudarea cu arc electric sub strat de flux se simbolizeazã conform EN 760: 1996 şi simbolozarea cuprinde şase elemente:
1. Simbolul produsului şi/sau procedeului (litera S);2. Simbolul metodei de fabricaţie:F – flux topit;A – flux aglomerat;M – flux mixt (amestecat);3. Simbolul tipului de flux, pe baza constituenţilor chimici
caracteristici (Tabelul T 4.2);4. Simbolul referitor la utilizare – clasa fluxului (Tabelul T 4.6);
119
Tabelul T 4.6Clasa de fluxuri
Domeniul de utilizare
1 Fluxuri pentru sudarea cu arc electric sub strat de flux ale oţelurilor nealiate şi ale oţelurile pentru construcţii, oţelurile de înaltă rezistenţă şi termorezistente. In general fluxurile nu conţin elemnte de aliere în afară de Mn şi Si.; în consecinţă, compoziţia metalului depus este influenţată în mod esenţial de compoziţia sârmelor electrod şi de reacţiile metalurgice. Aceste fluxuri sunt adecvate atât pentru executarea îmbinărilor sudate, căt şi pentri încărcarea prin sudare. In cazul sudării de îmbinare, majoritatea acestor fluxuri pot fi utilizate cu tehnica în mai multe straturi şi cu tehnica într-un singur strat şi/sau în două straturi.
2 Fluxuri pentru sudarea şi încărcarea oţelurilor inoxidabile şi a oţelurilor cu Cr şi cu Cr-Ni refractare şi/sau a nichelului şi a aliajelor de nichel.
3 Fluxuri destinate, în special, încărcării prin sudare, conducând la obţinerea unui metal rezistent la uzurã prin transfer al elementelor de aliere din flux, cum sunt C, Cr sau Mo.
5. Simbolul referitor la activitatea metalurgică (creşterea şi/sau scăderea conţinutului de elemente de aliere). Există 5 clase de activitate metalurgică, menţionate în standard
Exemplu de simbolizare
Flux pentru sudare cu arc electric sub strat de flux (S) fabricat prin topire (F), de tip silico-calcic (CS) pentru utilizare în clasa I (I), cu 0,2 % creştere pentru siliciu (6) şi 0,5% pentru mangan (7), care poate fi utilizat în c.a. sau în c.c (AC) şi cu care se obţine un metal depus conţinând 8 ml de hidrogen la 100 g metal depus (H10):
Flux pentru sudare EN 760 – S CS 1 67 AC H10
Partea obligatorie a simbolizării este:
120
EN 760 – S CS 1
Granulaţia fluxului nu intră în simbolizarea acestuia, dar este obligatorie la marcarea ambalajelor, indicându-se fie simbolul pentru dimensiunile minime şi maxime ale granulelor, conform Tabel T 4.7, fie direct dimensiunile în mm. Exemplu : 2 – 16 sau 0,2 – 1,6.
Tabelul T 4.7Dimensiunile
granulelor [mm]
Simbol
2,5 252,0 201,6 161,25 120,8 80,5 5
0,315 30,2 20,1 1
<0,1 D
Alte materiale de adaos
In afara acestor materiale de adaos mai există următoarele materiale de adios:
- Electrozi înveliţi pentru sudarea fontelor – ISO 1071: 1983 şi STAS 7242-82;
- Electrozi pentru sudarea aluminiului cu electrozi înveliţi STAS 8524-70;
- Vergele şi sârme pentru sudarea aluminiului şi a aliajelor de aluminiu STAS 11019-85;
- Electrozi de wolfram pentru sudare WIG şi cu plasmă EN 26848:1991 (ISO 6848:1984);
121
Gaze de protecţie
Gazele de protecţie au rolul de a realize o barieră protectoare între baia de metal topit şi gazele din atmosferă. Ele pot fi active (CO2) sau inerte (argon, heliu, amestecuri). Gazele de protecţie utilizate la sudarea cu arc electric sunt standardizate conform SR EN 439: 1996.
Tabelul T 4.8Notare Constituenţi [procente de volum] Aplicaţii Obs.Gr.
Nr.
Oxidant Inert Redu-cator
Nereactiv
CO2 O2 Ar He H2 N2 R 1 Rest >0-15 WIG, sudare
cu plasmăRed
2 Rest >15-35I 1 100 MIG, WIG,
sudare plasmă
Inert2 1003 Rest >0-
95M1
1 >0-5 Rest MAG Mai putin oxid.
2 >0-5 Rest3 >0-3 Rest4 >0-5 >0-3 Rest
M2
1 >5-25
Rest Mai mult oxid.2 >3-
10Rest
3 >0-5 >3-10
Rest
4 >5-25
>0-8 Rest
M3
1 >25-50
Rest
2 >10-15
Rest
3 >5-50
>8-15
Rest
C 1 100 Nereactiv2 Rest 0-30
F 1 100 Tăiere plasmă
Reduc.2 >0-50 Rest
122
Standardul mai sus menţionat clasifică gazele astfel:R = amestecuri de gaze reducătoare.I = gaze einerte şi amestecuri inerte.M = amestecuri oxidante, dioxid de carbon saui ambele.C = gaze puternic oxidante şi amestecuri puternic oxidante.F =gaze nereactive sau amestecuri de gaze reducătoare.
Simbolizarea gazelor de protecţie utilizate la sudare se face prin indicarea următoarelor elemente:
- termenul de “gaz de protecţie”;- numărul standardului;- grupa şi numărul de identificare, conform standardului
Exemplu de simbolizare:
Gaz de protecţie EN 439 – I3
Amestec conţinând 30%
4.1.4.2. Electrozii înveliţi pentru sudare
Prin electrod se înţelege orice corp metalic legat la unul din polii sursei electrice de sudare, dacã acel corp nu este corpul de sudat.
- nefuzibili - nu participã la realizarea sudurii ci numai la realizarea sursei termice
Electrozi- fuzibili - înveliţi-sudurã manualã cu arc
- neînveliţi - sudura în mediu protector
Invelişul este un strat format dintr-un amestec de substanţe aplicat pe exteriorul materialului de adaos.Invelisul electrodului îndeplineşte urmãtoarele funcţiuni:
1. Funcţia ionizatoare se realizeazã prin introducerea unor substanţe care îmbunãtãtesc stabilitatea funţionãrii arcului electric, prin intensificarea procesului de ionizare a spaţiului dintre electrod şi piesã.
123
2. Funcţia moderatoare se realizeazã prin formarea unei cruste de zgurã deasupra cordonului de sudurã, reducându-se astfel viteza de rãcire şi ameliorându-se structura.
3. Funcţia protectoare realizeazã protecţia bãii de metal topit împotriva contactului cu gazele din atmosferã.
4. Funcţia de aliere se realizeazã prin introducerea unor elemnte de aliere sub formã de feroaliaje, care modificã proprietãţile cordonului de sudurã în sensul dorit.
5. Funcţia de curãţire conduce la reducerea conţinutului de sulf şi fosfor din cordonul de sudurã, reducând astfel riscul apariţiei fisurilor atât la cald cât şi la rece.
6. Funcţia de sprijinire asigurã întãrirea rapidã a zgurii formate prin solidificarea peliculei de învelis topit.Materialele care intrã în structura învelişului sunt:- ionizate - carburi de calciu;- zgurifiante - minereu de Mn, Fe, T;- dezoxidanţi-feroaliaje(Şi,Mn);- componente de aliere - feroaliaje, oxizi;- fluidifianţi - bioxid de titan;- lianţi;- plastifianţi – bentonitã , dextrinã;- componenţi de adaos - pulberi de fier;Electrozii înveliţi sunt cei definiţi prin STAS 1125-64.Ei pot avea diametre cuprinse de : 1,2;1,6;2;2,5;3,25;4;5;6;.......12,5
mm şi lungimi de 300;350;450, 500 mmDupã natura învelişului electrozii pot fi: acizi, bazici, celulozici,
oxidanţi, titanic, rutilic, special.
- electrozi cu înveliş acid Asigurã viteze mari de sudare şi proprietãţi bune ale sudurii
oţelurilor cu maximum 0,20%C.La conţinut mai mare de carbon au tendinţã de fisurare la cald.
Invelişul acid este format din oxizi metalici, silicaţi naturali, substanţe organice, dezoxidanţi.
- electrozi cu înveliş bazicConţin carbonaţi de calciu, fluoruri, silicaţi şi feroaliaje.Invelişul bazic asigurã o puritate mare a sudurii şi alierea cu Mn. Se
recomandã pentru oţelurile greu sudabile.
124
Dezavantaje:- sunt higroscopici;- nu asigura stabilitatea arcului;- produc o zgurã aderentã;
- electrozi cu înveliş oxidantConţin oxizi metalici şi silicaţi.Arcul este stabil, dar protecţia bãii faţã de O2 şi N2 este slabã. Se
utilizeazã la lucrãri nepretenţioase.
- electrozi cu înveliş titanicAu o compoziţie asemãnãtoare cu a celor acizi, dar au TiO2ca
substanţã dominantã. Sunt cele mai larg utilizate învelişuri. Produc cusãturi cu rezistenţã mare şi puţin predispuse la fisurare.
- electrozi cu înveliş celulozicConţin 10% celuloza sau alte substanţe organice care au efect
reducãtor pentru O2 şi N2,dar introduc H2 în cusãturã.
- electrozi cu înveliş rutilicZgura rezultatã este vâscoasã fapt ce îi recomandã pentru sudurile de
poziţie.
- electrozi cu învelişuri specialeSe folosesc la sudarea sub apã (cu înveliş nehigroscopic) sau au
penetraţie adâncã.
Clasificarea şi simbolizarea electrozilor înveliţi pentru sudarea oţelurilor
nealiate şi cu granulaţie fină
Simbolizarea internaţională a electrozilor înveliţi pentru sudarea oţelurilor nealiate şi slab aliate, conform ISO 2560:1973
Standardul internaţional stabileşte un cod de simbolizare in vederea identificării electrozilor pentru sudarea manuală a oţelurilor nealiate şi slab aliate, având rezistenţa la rupere nominală cuprinsă între 490 şi 50 N/mm2.
Codificarea cuprinde patru părţi:
125
1. Litera E – simbolul general pentru electrozi înveliţi;2. Un simbol indicând rezistenţa la rupere a metalului depus prin
sudare;3. Un simbol indicând energia la rupere KV;4. Simboluri indicând:
a) tipul învelişului;b) randamentul nominal;c) poziţiile de sudare;d) caracteristicile curentului de sudare;e) conţinutul de hidrogen difuzibil.
Simbolizarea rezistenţei la rupere la tracţiune se face conform datelor cuprinse în tabelul T 4.9
Tabelul T 4.9
Simbol Rezistenţa la rupere
[N/mm2] 43 430-51051 510-610
Simbolizarea energiei la rupere KV se face conform datelor cuprinse în tabelul T 4.10.
Energia de rupere se determină ca medie a rezultatelor obţinute pe şase epruvete. Dacă media este mai mică decât 16 J, nu sunt îndeplinite condiţiile. Dacă media este mai mare decât 35 J, sunt îndeplinite condiţiile. Dacă media este cuprinsă între 16 şi 35 J, se încearcă încă 12 epruvete. Pentru a se îndeplini condiţiile, media celor 18 rezultate trebuie să fie egală cu 28 J.
Simbolizarea învelişurilor se face conform datelor din tabelul T 4.11.
Tabelul T 4.11Simbol Tipul învelişului Observaţii
A Acid Limita între învelişul cu grosime medie şi cel cu grosime mare corespunde aproximativ unui raport de 1,5 între diametrul exterior al învelişului şi diametrul vergelei.
AR Acid (rutilic)B BazicC CelulozicO OxidantR Rutilic(înveliş cu
grosime medie)RR Rutilic(înveliş cu
grosime mare)S Alte tipuri
Simbolizarea randamentului nominal se face conform datelor din tabelul T 4.12.
Tabelul T 4.12Simbol Randament
nominal [%]Observaţii
- <105 Randamentul nominal se determina conform ISO 2401:1972
110 >105 < 115120 >115 < 125130 >125 < 135
127
Simbolizarea poziţiilor de sudare se face conform datelor din tabelul T 4.13.
Tabelul T 4.13Simbol Poziţia de sudare
1 Toate poziţiile2 Toate poziţiile, cu excepţia poziţiei verticale
descendente3 Poziţie orizontală, orizontală în jgheab, orizontală pe
perete vertical4 Poziţie orizontală, orizontală în jgheab5 Poziţie orizontală, orizontală în jgheab, orizontală pe
perete vertical şi vertical descendentă
Simbolizarea caracteristicilor curentului de sudare se face conform datelor din tabelul T 4.14.
Tabelul T 4.14Simbol Curent continuu
Polaritate recomandată Curent alternative
Tensiune nominală de mers în gol
0 + -1 + sau - 502 - 503 + 504 + sau - 705 - 706 + 707 + sau - 908 - 909 + 90
1) Simbol destinat electrozilor utilizaţi numai în current continuu2)
(+) Polaritate inversă (polul plus la electrod)(–) Polaritate directă (polul minus la electrod)
128
3) Tabelul T 4.14 se aplică numai electrozilor cu diametru de cel puţin 2,5 mm
4) Frecvenţa curentului alternativ este de 50 sau 60 Hz.
Simbolizarea conţinutului de hidrogen difuzibil din metalul depus se face conform datelor din tabelul T 4.15.
Tabelul T 4.15Simbol Conţinutul de hyirogen difuzibilH Numai când nu depăşeşte 15 cm3 la
100g metal depus determinat conform ISO 3690: 1977
Simbolizarea cuprinde o parte obligatorie (simbolul E, caracteristicile mecanice şi simbolul tipului învelişului) şi o parte facultativă (celelalte simboluri).
Exemplu de simbolizare:
1) E 43 2R 13 (partea obligatorie este E 43 2R)
2) E 51 3B 160 20 (H) (partea obligatorie este E 51 3B)
Simbolizarea europeană a electrozilor înveliţi pentru sudareaoţelurilor nealiate şi cu granulaţie fină, conform EN 499: 1994
EN 499: 1994 prezintă caracteristicile pentru clasificarea electrozilor înveliţi şi a metalului depus, în stare brută după sudare, pentru sudarea manuală cu arc electric a oţelurilor nealiate şi cu granulaţie fină având limita de curgere ce poate atinge o valoare de 500 N/mm2 după sudare.
Simbolizarea se referă la proprietătile metalului depus cu un electrod de 4 mm şi este împărţită în opt părţi:
1) Simbolul produsului/procedeului de sudare – litera E;2) Simbolul limitei de curgere a metalului depus (conform T 4.16);
129
3) Simbolul caracteristicilor determinate la încercarea de încovoiere prin şoc (conform T 4.17);
4) Simbolul compozitiei chimice a materialului depus (conform T 4.18);
5) Simbolul tipului de înveliş al electrodului (conform T 4.19);6) Simbolul randamentului si al tipului de curent (conform T 4.20);7) Simbolul poziţiei de sudare (conform T 4.13);8) Simbolul pentru conţinutul de hidrogen difuzibil din metalul depus
(conform T 4.21).
Simbolizarea este împărţită în două părţi:
- partea obligatorie – punctele 1,2,3,4,5;- partea facultativă – punctele 6,7,8.
Exemplu de simbolizare
EN 499 – E 46 3 1Ni B 54 H5
A cărui parte obligatorie este
EN 499 – E 46 3 1Ni B
Simbolizarea limitei de curgere a metalului depus conform T 4.16.
1) pentru a demonstra posibilitatea de utilizare a curentului alternativ, trebuie să fie effectuate încercări cu tensiuni de mers în gol cel mult egale cu 65V
2) c.c. = current continuu ; c.a. = current alternative
Simbolizarea pentru conţinutul de hidrogen difuzibil din metalul depus conform T 4.21.
132
Tabelul T 4.21Simbol Conţinut de hidrogen difuzibil,
ml/100g metal topit, max.H 5 5H 10 10H 15 15
In afara acestui tip de electrozi mai exista standarde pentru:
- sudarea oţelurilor slab aliate de înaltă rezistenţă şi a oţelurilor utilizate la temperature scăzute EN 757: 1992;- sudarea oţelurilor termorezistente ISO 3580: 1975
EN 1599: 1994- sudarea oţelurilor inoxidabile şi refractare ISO 3581: 1976
EN 1600: 1994
4.2. Sudarea prin topire
Existã o multitudine de modalitãţi de materializãri a principiului fizic al sudãrii , din punct de vedere al formei de energie utilizate, al tipului de electrod utilizat şi a altor modalitãţi concrete de realizare a îmbinãrii sudate. Acestea se pot clasifica dupã cum urmeazã :
A. Dupã starea de agregare a metalului de bazã :
I. Prin topireI.1. Cu energie electricã
I.1.1. Cu arc electric;Ì.1.2. În baie de zgurã;I.1.3. Cu plasma;
Ì.2. Cu energie chimicãI.2.1. Cu flacarã de gaze;I.2.2. Cu termit;
I.3. Cu energie de radiaţii
II. Prin presiuneII.1. La cald
II.1.1. Cu încãlzire cu flacãrã;
133
II.1.2. Cu încãlzire în cuptor;II.1.3. Cu încãlzire electrica;
II.2. La receII.2.1. Cu deformare plasticã la rece;II.2.2. Cu ultrasunete;
4.2.1. Sudarea prin topire cu energie electricã
Energia necesarã topirii poate fi obţinutã prin :- descãrcãri electrice în medii gazoase (arcul electric, arcul şi jetul de
plasmã) ;- efectul Joule dezvoltat în conductori solizi sau lichizi de curenţii
electrici.
4.2.2. Arcul electric la sudare
Arcul pentru sudare este o descãrcare electricã stabilã în mediu gazos, la o tensiune relativ micã (de la 10 la câteva sute de volţi ), densitãţi mari de curent (zeci de A/mm2) şi o lungime micã a arcului (câţiva mm pânã la 1-2 cm.)
Arcul poate fi alimentat cu un curent continuu sau alternativ.Dupã natura electrozilor arcul electric poate fi:
- cu electrod fuzibil (consumabil);- cu electrod nefuzibil;Dupã felul polaritãţii :– directã;- inversã;
Dupã felul acţiunii : - cu acţiune indirectã;
134
1 = electrod; 2 = material de adaos; 3 = piesã de sudatFig. 4.5. Arcul electric cu acţiune indirecta
- cu acţiune directã şi electrod nefuzibil;
a-electrod nefuzibil; b-electrod fuzibil.Fig. 4.6. Arcul electric cu acţiune directã
- cu acţiune directã şi electrod fuzibil;
135
Cel mai frecvent utilizat este arcul electric în curent continuu, cu acţiune directã, cu electrod fuzibil.
În funcţionarea arcului electric se succed trei perioade:1) Perioada tranzitorie de amorsare a descãrcãrii (aprinderea
arcului)Aprinderea arcului se realizeazã prin contact metalic între electrodul de sudurã şi piesã. Curentul de scurtcircuit încãlzeşte puternic prin efect Joule zona rezistentã provocând o topire localã, dupã care retrãgându-se electrodul are loc amorsarea propriu-zisã a descãrcãrii .
2) Perioada arcului staţionar, în care arcul arde stabil la o tensiune Ua şi un curent de sudare Is, în urma atingerii unui echilibru cvasistaţionar al fenomenelor de ionizãri recombinãri, disocieri-asocieri. Repartiţia tensiunilor pe arc nu este uniformã.Arcul are trei zone : ZK - zona catodicã
ZA - zona anodicãCA - coloana arcului
1 = electrod fuzibil; 2 = metal lichid; 3 = piesã de sudatFig.4.7. Amorsarea arcului electric pentru sudare
Cãderile de tensiune mari din zona anodicã accelereazã electronii spre anod şi ionii spre catod.Energia cineticã acumulatã de aceste particule este cedatã la impactul cu reţeaua cristalinã a electrozilor formând pe suprafaţa acestora zone calde cu luminozitate şi densitate de curent mare numite pete electrodice. Vom avea deci o patã catodicã şi o patã anodicã. Temperatura petei catodice atinge 25000 K la fier şi 37000K la wolfram. Temperatura petei anodice atinge 26000K la fier şi 42500K la wolfram. Deci temperatura petei anodice este mai mare pentru cã prin intrarea electronilor în anod se restituie aceastã
136
energie piesei. Când se sudeazã cu polaritate inversã, piesa devine catod şi deci încãlzirea ei va fi mai micã producând o deformare mai micã a piesei.
Zk , Uk , lk =zona catodului, tensiunea şi lungimea ei ZA, Ua , la =zona anodului, tensiunea şi lungimea ei CA , Uc , lc =coloana arcului, tensiunea şi
lungimea ei.Fig.4.8. Repartizarea tensiunii pe lungimea arcului
Arcul electric poate funcţiona stabil la valori diferite ale tensiunii Ua, curentului Is şi lungimii arcului Legãtura între aceste mãrimi se numeşte “caracteristica statica a arcului”, care de obicei se prezintã sub forma unei familii de curbe Ua=f(Is),având Is ca parametru.
3) Perioada tranzitorie a stingerii arcului .Stingerea arcului se face prin variaţia lungimii arcului (când “l”
creşte). Conform caracteristicii statice a arcului , la creşterea lungimii creşte tensiunea şi descãrcarea nu mai poate fi întreţinutã.
137
1-caracteristica sursei de curent; 2-caracteristicile statice ale arcului electric pentru diferite lungimi.
Fig. 4.9. Caracteristica staticã a arcului electric
În curent alternativ condiţiile de întreţinere a descãrcãrii în arc sunt mai grele, deoarece perioadele de aprindere, ardere şi stingere se succed cu dublul frecvenţei tensiunii, de câte ori curentul este obligat sã-şi schimbe sensul. La sudarea cu arc electric cu electrod fuzibil picãturile metalice rezultate din topirea materialului de adaos, trebuie sã treacã prin spaţiul arcului pentru a ajunge în baia de sudurã. Picãturile trec întotdeauna spre piesã ,chiar şi atunci când sudându-se la poziţie, ele fac acest lucru împotriva forţelor gravitaţionale.
Arcul electric poate fi descoperit (în atmosfera) , în mediu protector de gaz (CO2, Ar, He), sub strat de flux. Pentru fiecare din aceste trei situaţii existã tehnologii de sudare.
138
4.2.2.1. Sudarea manualã cu arc electric descoperit
Arcul electric topeşte prin acţiune directa o parte din metalul de bazã şi pe cel de adaos, formând baia comunã de metal lichid, care odatã cu deplasarea electrodului cu viteza vs în direcţia de sudare, se rãceşte formând cusãtura sudatã. Concomitent sub acţiunea arcului învelişul electrodului se topeşte parţial formând o baie de zgurã lichidã protectoare.
Parametrii regimului de sudare manualã cu arc electric sunt:1. - tipul electrodului2. - diametrul electrodului3. - Ua4. - Is5. – Vs - viteza de sudare6. – “n” numãrul de straturi7. – “p” adâncimea de pãtrundere8. - tipul polaritãţii
In cele ce urmeazã vom defini câţiva dintre parametrii regimului de sudare cu arc electric.
Tensiunea arcului la sudare (Ua) - este tensiunea stabilită în timpul sudării, tensiune care întreţine arcul electric. Valoarea ei este cuprinsă între 16 şi 40 V, la un curent de 1000 A. Valoarea Ua depinde de lungimea arcului la.
Tensiunea de aprindere a arcului electric (Uap) – este tensiunea la care se aprinde singur arcul electric la un electrod de diametru stabilit.
Tensiunea de aprindere necesară este :- în curent continuu 35 V;- în curent alternativ 60 – 70 V;
Curentul de scurtcircuit (Isc) – este curentul ce se stabileşte prin circuitul de sudură, tensiunea dintre electrod şi piesă devenind Ua = 0.
Curentul de lucru la sudare (Is) – este curentul ce se stabileşte prin arcul electric care arde stabil la o anumită tensiune de lucru Ua şi o anumită lungime a arcului.
Trecerea metalului topit prin arcul electric se face întotdeauna în sensul electrod – piesă, indiferent de polaritate.
1.Tipul electrodului se alege în funcţie de materialul de sudat. Compoziţia chimicã a electrodului trebuie sã fie cât mai apropiatã de cea a materialului de bazã, ca şi caracteristicile mecanice. Tipul învelişului se alege în funcţie de cele menţionate anterior.
139
2.Diametrul electrodului-de se stabileşte în funcţie de grosimea materialului de sudat S şi de felul îmbinãrii din tabelele existente în literatura de specialitate.De exemplu pentru sudarea cap la cap.S 1,5-2 3 4-8 9-12 13-15de 1,6-2 3 4 4-5 5sau,de = 1,5 Sudarea primului strat se face cu electrod de diametru mic (sub 4 mm) pentru a putea asigura pãtrunderea în spaţiul îngust al rostului.
3. Tensiunea de alimentare a arcului Ua. [20-30] V De regula Ua este trecuta în paşaportul electrozilor.
4. Intensitatea curentului de sudare Is reprezintã intensitatea curentului de sudare. Is =K*de , unde k [25,60] k=k(de) de 2 3 4 5 6 k 25-30 30-35 35-50 40-55 45-60
5. Viteza de sudare Vs=
t= coeficient de topire al electrozilor t =8-l2 g/A ora = densitateaFi = secţiunea cordonului depus la o trecere [cm2]
6. Numãrul de treceri n= +1
Fn = aria cordonului de sudurã; Fi = aria unui strat de sudurã; F1 = (6 - 8) de pentru primul strat; Fi = (8 - l2) de pentru celeleate straturi.
7. Adâncimea de pãtrundere p=( 0,3-0,5)*0,022
8. Polaritatea. Marea majoritate a tablelor se sudeazã cu polaritate normala (cu masa la piesã).
140
Excepţii - electrozi bazici care au înveliş gros - electrozi din oţel aliat - la sudarea tablelor subţiri
4.2.2.2. Pregãtirea tablelor în vederea sudãrii
Locul unde urmeazã sa fie plasatã sudura trebuie pregãtit ţinându-se cont de douã cerinţe: - îndepãrtarea impuritãţilor - asigurarea spaţiului cusãturii În acest scop marginile pieselor se prelucreazã în funcţie de grosimea presei şi forma înclinãrii. Piesele pregãtite se prind reciproc printr-un numãr de suduri provizoriu efectuate cu electrozi de diametru mic şi plasate din loc în loc de-a lungul cusãturii. Spaţiul creat între piese se numeşte rost. Forma şi dimensiunile rostului sunt indicate prin STAS 6662-62.
h= înãlţimea; h1= pãtrunderea; b= lãţimea.Fig.4.10. Forma rostului de sudurã
Capetele tablelor sudate se pregãtesc prin diferite procedee tehnologice (aşchiere, ştanţare, debitare oxiacetilenicã). Forma şi dimensiunile rosturilor se aleg în funcţie de grosimea tablelor şi de natura materialului.
Condiţii bune pentru formarea cusãturii se asigurã atunci când secţiunea rostului are 50-60 o
141
Fig. 4.11. Schema rostului
La grosimi mari existã pericolul scurgerii de material topit pe partea opusã a cordonului, din care cauzã baia trebuie protejatã printr-un cordon de sudura pe partea opusã. Acest cordon este tehnologic, are dimensiuni reduse şi va fi înlãturat ulterior.
Pentru grosimi mici ale tablelor se foloseşte forma „I” cu marginile rãsfrânte.
S1>2S2>1e> S1
142
143
Fig. 4.12. Tipuri de rosturi
Fig. 4.13. Sudura de colţ
Fig.4.14. Sudura pe muchie
Fig.4.15 Sudurã pe muchie specialã
144
4.2.3. Tehnologia sudãrii manuale cu arc electric descoperit
Procesul tehnologic al sudãrii manuale cu arc descoperit se desfãşoarã în urmãtoarele faze:
1. Stabilirea condiţiilor şi a regimului de sudare. În funcţie de formele şi dimensiunile pieselor şi de calitatea materialului de bazã se aleg tipul şi mãrimea rostului, parametrii tehnologici ai regimului de sudare, felul electrodului şi al învelişului. Lãţimea cusãturii creşte cu creşterea tensiunii şi rãmâne practic constantã la creşterea curentului şi scade mult cu creşterea vitezei de sudare.
Adâncimea de pãtrundere şi supraînãlţarea cresc cu intensitatea curentului şi scad cu tensiunea şi viteza de sudare.
2. Pregãtirea pieselor pentru sudareLocul unde urmeazã sa fie plasatã sudura trebuie pregãtit ţinându-se cont de douã cerinţe:- îndepãrtarea oxizilor şi impuritãţilor ;- asigurarea spaţiului cusãturii în funcţie de cantitatea de metal topit. În
acest scop marginile pieselor se prelucreazã prin tãiere cu flacãrã sau prin aşchiere. Piesele pregãtite se prind în puncte de sudura ( hafturi ).
3. Executarea sudurii Rostul de sudura se considerã pregãtit şi sudura se poate executa atunci când a fost reglatã sursa, regimul de lucru ales şi piesa cuplatã la sursã prin cleme. Se amorseazã arcul în vecinãtatea rostului. Electrodul se ţine înclinat în raport cu normala la cusãturã la 15 – 45o în direcţia şi sensul de sudare. Prin unghiul de înclinare se poate acţiona asupra adâncimii de pãtrundere şi vitezei de rãcire a bãii. Arcul se menţine scurt la o lungime egala cu “de”. Mişcarea electrodului este o combinaţie între : - o mişcare de-a lungul axei electrodului pentru compensarea consumului electrodului ; - o mişcare în lungul axei sudurii pentru realizarea avansului - o mişcare pendulara perpendiculara pe direcţia sudurii pentru încãlzirea marginilor rostului.
145
Mişcarea pendularã poate avea diferite traiectorii în funcţie de grosimea piesei, a electrodului, forma rostului, poziţia sudurii.
a = pentru suduri normaleb = pentru încãlzirea suplimentarã a ambelor piese ( grosimi mari )c = pentru încãlzirea suplimentarã a unei piesed = pentru sudarea în cornişãe = pentru sudarea pe plafon
Fig. 4.16. Traiectorii de mişcãri pendulare ale electrodului
O cusãturã poate fi formatã din unul sau mai multe rânduri. Prin rând se înţelege metalul depus la o singura trecere. El nu poate fi mai gros de dublul diametrului electrodului.
Fig.4.17. Ordinea de depunere a rândurilor într-o cusãturã
Modul de execuţie al unui rând este în funcţie de lungimea cusãturii. Pentru evitarea deformaţiilor cusãtura se realizeazã pe segmente. a - în rând continuu b - de la centru la margini c - în pas de pelerin
Din punct de vedere al continuităţii cordoanelor de sudură, acestea se clasifică în:
146
- cusături continui, când lungimea cusăturii propriu-zise este egală cu cea a îmbinării sudate, neexistând discontinuităţi;
- cusături discontinui, îmbinarea realizându-se din mai multe segmente, fiecare dintre acestea având o lungime de câteva ori mai mare decât grosimea pieselor componente. Cusăturile discontinui pot fi prin puncte sau segmente.
Condiţia de cusătură continuă sau discontinuă rezultă din cea de dimensionare la rezistenţă a îmbinării sudate. Straturile se pot depune în mai multe rânduri şi anume:
l) consecutiv şi pe întreaga lungime a cusãturii2) în cascadã3) în trepte
Fig.4.18. Ordinea de depunere a porţiunilor în straturi suprapuse
La sudarea straturilor suprapuse porţiunile sudate succesiv se alterneazã într-un edificiu “zidit” cu sensuri de sudare diferite.
Ordinea de depunere a rândurilor şi a straturilor, ca şi modul de executare a sudurilor într-un rând are ca scop reducerea deformaţiilor pieselor sudate datoritã efectului termic. Aceasta conduce la creşterea preciziei de execuţie a construcţiei sudate şi la micşorarea adaosurilor de prelucrare.
147
Fig.4.19. Modul de executare a sudurii într-un rând la diferite lungimi
a = consecutiv şi pe întreaga lungime a cusãturii; b = în cascadã; c = în trepte.
Fig.4.20. Moduri de dispunere a straturilor
4.2.4. Lucrãri de completare la sudurã
Aceste lucrãri constau din : - curãţirea cordonului de stropi şi zgurã - îndepãrtarea supraînãlţãrii prin aşchiere, din motive funcţionale sau estetice - rectificarea zonei de trecere între metalul de bazã şi faţa sudurii la piesele supuse la solicitãri de oboselã - detensionarea termicã sau prin vibraţii - control tehnic de calitate - vizual sau nedestructiv.
148
4.2.5. Sudura manualã cu electrozi de cãrbune
Aceastã variantã se practicã cu sau fãrã material de adaos, cu unul sau 2 electrozi de cãrbune.Arcul arde stabil din cauza temperaturii mari a petelor electrodice pe grafit. Electrodul este fuzibil. Lungimea arcului poate atinge 30-50 mm la sudarea cu un electrod şi 100-150 mm la sudarea cu doi electrozi. Procedeul se aplicã acolo unde sudarea manualã cu electrod fuzibil este dificilã (metale uşor fuzibile cu pereţi subţiri) şi la înlãturarea cordoanelor de sudurã sau a materialului de bazã topit prin suflare cu aer comprimat. În acest caz electrodul de cãrbune este cuplat cu un jet de aer comprimat.
4.2.6. Consideraţii tehnologice
În tehnica sudãrii manuale cu arc electric şi electrozi înveliţi este foarte important sã se acorde o mare importanţã mişcãrii electrodului. Aceste mişcãri sunt în funcţie de poziţia de sudare, forma rostului, tipul îmbinãrii, grosimea pieselor. Rândurile pot fi trase sau pendulate. La rândurile trase electrodul executã o mişcare de deplasare în linie dreaptã cu o vitezã constantã. Rândul are lãţimea de 1 - 2 ori diametrul electrodului şi o lungime de 0,8...l,5 ori lungimea electrodului. Mişcarea electrodului este continua dar se pot realiza şi întoarceri în sens invers direcţiei de sudare pentru a preveni scurgerea bãii de metal topit. Datorita lãţimii mici rândul este denumit îngust. Cantitatea de metal depusã este micã, solidificarea se face repede şi rãmân gaze dizolvate în cusãturã. Metalul depus are valori ridicate ale rezilienţei. Rândurile astfel depuse la rãdãcinã se înlãturã dupã terminarea sudurii dupã care se sudeazã din nou. Inlãturarea se poate face prin polizare sau cu arc-aer. Neînlãturarea totala a acestui strat sau depunerea unui strat necorespunzãtor constituie defecte care se pot pune în evidenţã prin gamagrafiere.
La rândurile pendulate se obţin lãţimi de 3...4 ori diametrul electrodului cu o lungime de 0,3...0,5 ori lungimea electrodului. Mişcarea de pendulare are ca scop reducerea vitezei de solidificare a bãii. Cordonul de sudurã astfel depus are caracteristici mecanice foarte bune. Unghiul de înclinare al electrodului este de 20 – 45o faţã de planul perpendicular pe îmbinare. Inclinarea electrodului în planul cusãturii realizeazã suflarea materiilor arse şi a zgurii la suprafaţã. Sudarea cap la cap într-un strat se
149
executa cu electrozi cu pãtrundere adâncã (pulbere de fier în înveliş) şi cu I s
maxim. Mişcarea de pendulare este indispensabilã. Sudarea orizontalã în plan vertical (în cornişã) se realizeazã în
urmãtoarea succesiune a straturilor.
4.2.7. Sudarea tablelor şi profilelor subţiri
Se considerã subţiri tablele şi profilele cu grosimea mai micã de 3 mm. Pot apãrea strãpungeri şi deformaţii. De aceea la sudarea în curent continuu se recomandã polaritate inversã. Vitezele de sudare trebuie sã fie mari.
Electrozii folosiţi trebuie sã aibã l,6 ; 2 ; 2,5 mm, L= 350 mm şi se recomandã învelişuri rutilice sau celulozice.
Pentru o amorsare uşoarã Vagol = 60 V.La sudura în curent alternativ Uag =75 V.Tablele de grosimi sub l mm se sudeazã prin suprapunerea pe o
garnitura (suport) de cupru sau oţel. Garnitura de oţel rãmâne înglobatã în ansamblul realizat. La sudarea tablelor cu margini rãsfrânte se poate suda cu electrod de cãrbune fãrã material de adaos. Pentru o bunã formare a rãdãcinii se folosesc garnituri de cupru. Electrozii folosiţi au înveliş rutilic.
4.2.8. Sudarea tablelor şi profilelor groase
Sudarea tablelor cu o grosime de peste 6 mm se realizeazã în mod obligatoriu cu rostul prelucrat. Creşterea grosimii tablelor, privitã ca factor constructiv influenţeazã negativ sudabilitatea. În general sudarea tablelor cu grosimi pânã la 25 mm nu ridicã probleme deosebite. Grosimile mari favorizeazã o disipare rapidã a cãldurii, de multe ori sudarea lor necesitând preîncãlzire. Pe mãsura executãrii rândurilor de sudurã temperatura creşte, de unde şi necesitatea opririi sudurii şi rãcirii naturale pânã la 200o C. Cãldura redatã de stratul executat produce o structurã de normalizare stratului anterior solidificat. Forma rostului poate fi X, V, I, U. Rândul de la rãdãcinã este tras. Celelalte sunt pendulate şi pentru a preîntâmpina pericolul fisurãrilor se recomandã sudarea orizontala sau în jgheab. Rãdãcina se crãiţuieşte cu arc-aer apoi se resudeazã. Structurile sudate din table groase sunt rigide, deformaţiile sunt reduse dar câmpul de tensiuni remanente este intens. Sudura în pas de pelerin se aplicã pânã la grosimi de l5 mm. Peste l5 mm grosime se foloseşte sudarea în cascade cu primul rând de 100...300 mm şi celelalte decalate.
150
Un rând depus realizeazã preîncãlzirea urmãtorului. Cusãturile fiind lungi se executã de la mijloc cãtre capete cu 2 sudori. La executarea sudurilor verticale se lucreazã cu 2 sudori de o parte şi de alta a rostului. Secţiunea rândului de sudura nu va depãşi 3de. Rândurile de suprafaţa pot avea o, lãţime de 6de pentru aspect estetic.
Se recomandã utilizarea electrozilor bazici.
Având în vedere sudabilitatea foarte diferitã a gamei foarte largi de materiale, este imposibil de conceput un proces tehnologic cu caracter general. De aceea anumite etape prezintã o serie de particularitãţi, corespunzãtor grupei de materiale respective. Astfel, se recomandã:
Pentru oţeluri carbon şi oţeluri slab aliate
- preîncãlzirea şi un tratament termic dacã conţinutul de carbon echivalent este cuprins între 0,45...0,80 %;- sudarea în curent continuu;- se recomandã utilizarea arcului scurt, pentru a nu permite pãtrunderea azotului în cusãturã.
Pentru fonte
- defectele (rupturi, fisuri) sã se îndepãrteze prin prelucrare mecanicã pe minimum 10 mm şi cu capetele rotunjite la minimum 6 mm;- sudarea sã se efectueze cu electrozi de diametre mici şi folosind curenţi de sudare mici;- poziţia de sudare cea mai recomandatã este cea orizontalã;- sudarea sã se facã la cald, cu preîncãlzire înaltã (600...8000C) sau joasã (200...5000C);- sã se utilizeze curentul continuu, cu polaritate directã şi o densitate de curent de 70...80 A/m2.
Pentru aluminiu şi aliajele sale
Toate recomandãrile sunt legate de îndepãrtarea pelicului de oxid de aluminiu, care se topeşte la 2.0300C, împiedicând pãtrunderea picãturilor în baia de metal. De asemeni este necesarã o cantitate de cãldurã mai mare pentru a compensa efectele conductibilitãţii termice ridicate.
151
Pentru cupru şi aliajele pe bazã de cupru
Recomandãrile au în vedere marea afinitate a cuprului faţã de oxigen cu care formeazã CuO sau Cu2O. Aceşti oxizi formeazã cu cuprul un eutectic „Cu+Cu2O” care se precipitã la marginea grãunţilor cristalini şi conduce la fisurare şi creşterea conductibilitãtii termice. De aceea se recomandã urmãtorul pachet de mãsuri:
- utilizarea unor surse puternice care sã compenseze pierderile prin conductibilitate;
- o preîncãlzire la 250...3000C;- electrozii trebuiesc uscaţi, deoarece hidrogenul
reacţioneazã cu oxidul de cupru formând vapori de apã;- bronzurile se sudeazã greu, deoarece la rãcire rezultã
produşi fragili.
4.2.9 Surse de curent pentru sudarea cu arc electric
Dupã cum s-a aratat anterior existã trei parametri importanţi ai arcului electric de sudurã: intensitatea curentului de sudare; tensiunea de alimentare a arcului; lungimea arcului.
Curba caracteristicã este definitã de relaţia f( IS,Ua,la)=0 . Aceasta ar trebui sã fie o curbã spaţialã şi de aceea pentru a simplifica reprezentarea ei se traseazã Ua=f(IS) pentru diferite lungimi ale arcului electric.
Arcul electric formeazã împreuna cu sursa de alimentare un sistem energetic care se caracterizeaza prin anumite proprietati statice şi dinamice.
Proprietatile statice sunt : caracteristica statica a arcului ; caracteristica statica a sursei sau caracteristica exterioara a sursei.
Utilajele de sudat au caracteristici deosebite de ale celorlalte maşini electrice.
Sursele de curent pentru sudarea cu arc electric sunt :I. Generatoare de sudura electrica.II. Redresoare de sudura.III. Transformatoare pentru sudura.
Generatoarele de sudura pot fi:
152
1. Grupuri convertizoare, care constau dintr-un generator de sudura şi un motor electric de antrenare;
2. Agregate de sudura la care antrenarea se poate face cu motoare electrice şi cu motoare termice
Generatoarele de curent continuu trebuie sã satisfacã condiţii speciale impuse de proprietatile arcului: tensiunea în gol pentru amorsare şi stabilitatea arcului este de 45-50 V,
iar pentru electrozi subtiri este de 70 V; curentul de scurtcircuit sa nu depaseasca cu mai mult de 20-40%
curentul de sudura ; la creşterea intensitãţii curentului de sudare, tensiunea scade ; sã aibã inerţie suficient de mare.
Generatoarele pot fi mobile sau fixe, cu un post sau cu mai multe. Generatoarele se construiesc pe diferite marimi : 20-180 A pentru electrozi cu diametrul mai mic de 4 mm ; 50-350 A, pentru electrozi cu diametrul mai mic de 6 mm ; 400, 600, 1000, 1500 A.
4.2.9.1. Transformatoarele de sudura
Transformatoarele de sudura s-au rãspândit odatã cu rãspândirea electrozilor de sudurã înveliţi, ele fiind aparatele de sudurã cele mai simple, mai ieftine, cu randament mai bun decât generatoarele de sudurã şi uşor de întreţinut. Dezavantajul lor major constã în faptul cã au factorul de putere mic şi de aceea trebuiesc construite din conductoare de cupru de secţiune mare şi încarcã asimetric fazele reţelei de alimentare. Polaritatea electrozilor se schimbã de 100 de ori pe secundã. Pentru a mãri stabilitatea arcului în circuitul de sudurã trebuie sã existe o inductanţã care sã creeze o defazare între curent şi tensiune, iar atunci când curentul are valoarea zero, datoritã defazarii, tensiunea arcului sã fie suficientã pentru amorsarea arcului. Arderea arcului este susţinutã datoritã forţei electromotoare de inducţie, la trecerea tensiunii prin zero. În funcţie de intensitatea curentului de sudare, tensiunea de mers în gol a transformatorului se stabileşte între 55 şi 80V. Tensiunea se regleazã la valoarea minimã dar suficientã pentru menţinerea arderii stabile a arcului.
4.2.9.2. Redresoare pentru sudurã
153
Redresoarele pentru sudurã pot avea un singur post sau pentru mai multe. Redresoarele cu siliciu sunt superioare redresoarelor cu germaniu. Ele au drept componentã principalã puntea redresoare. Cele mai rãspândite redresoare Pentru sudurã sunt cele cu punte monofazicã şi cele cu punte trifazicã.
154
4.3 Sudarea cu arc electric sub strat de flux4.3.1 Generalitãţi
Sudarea sub strat de flux este un procedeu tehnologic de sudare cu arc electric, cu electrod fuzibil, arcul fiind protejat împotriva ciontactului cu gazele atmosferice prin intermediul unui strat de flux.
pentru sudurã sunt cele cu punte monofazicã şi cele cu punte trifazica.
4.3. Sudarea cu arc electric acoperit sub strat de flux1-buncãr flux; 2-tub flexibil; 3-sârmã de sudurã; 4-contact electric; 5-tijã
conducere (pãstreazã constantã distanţa capului de sudare de piesã); 6-casetã sârmã ; 7-mecanism avans; 8-role de antrenare.
Fig. 4.22. Schema de principiu a sudãrii sub strat de flux
1 = arcul electric; 2 = stratul de flux; 3 = sârma electrod; 4 = piesa de sudat5 = baia de metal topit; 6 = cusãtura sudatã; 7 = cavitate; 8 = zgura lichidã;
9 =zgurã solidã.Fig.4.23. Formarea sudurii sub strat de flux
155
1
4.3.1.1. Principiul metodei
Procedeul de sudare se desfãşoarã complet acoperit. De aceea procedeul impune prin esenţa sa un grad de automatizare, cele douã mişcãri de avans ale sârmei de sudura şi de deplasare longitudinala a arcului neputându-se realiza manual. Avansul materialului de adaos se face întotdeauna automat cu ajutorul unor instalaţii speciale de sudurã care avanseazã sârma prin intermediul unor role de antrenare. Totodatã instalaţia menţine constantã lungimea arcului de sudare. Principial aceste mecanisme sunt de douã tipuri: 1) Automate cu avans variabil la care sursele de alimentare ale arcului au caracteristici puternic coborãtoare .
Atunci când datoritã imperfecţiunii rostului lungimea arcului variazã se va modifica şi tensiunea de alimentare. Turaţia motorului de antrenare a sârmei electrod este reglatã în funcţie de tensiunea de alimentare.
cu aavans variabil cu avans constanrFig.4.24. Caracteristicile statice ale arcului reglat automat cu avans variabil
Dacã creşte lungimea arcului “l“, atunci creşte şi tensiunea de alimentare Ua, ceea ce conduce la o creştere a turaţiei motorului de antrenare a sârmei şi deci la micşorarea lungimii arcului ”l “. 2) Automate cu arcul reglat cu avans constant În acest caz sursele au caracteristici externe cu panta coborâtoare micã.
În acest caz la variaţii mici ale lungimii arcului de sudare corespund variaţii mari ale curentului de sudare şi variaţii mici ale tensiunii de alimentare. Deci turaţia motorului va fi constantã.
156
Dupã modul în care are loc deplasarea arcului faţã de piesã sudarea sub strat de flux poate fi semiautomata (avans manual) sau automata (avans automat) . Avantajele sudãrii sub strat de flux sunt :- bunã protecţie faţã de gazele din mediul înconjurãtor- se poate lucra cu densitãţi mari de curent 100 - 200 A / mm2 - pãtrundere buna- vitezã de topire mare - productivitate mare- fum, gaze, noxe puţine- rezistenţa şi esteticã bunã a cordonului de sudurã. De obicei se folosesc surse de curent continuu cu Inominal = 1000 A. Pentru ca autoreglarea sã se desfãşoare bine trebuie ca diametrul electrodului sã fie de 2 mm..
4.3.2 Parametrii regimului de sudare sub strat de flux
Fiind un procedeu de sudare cu arc electric , exista un numãr de parametrii ai regimului de sudare sub strat de flux care sunt specifici tuturor procedeelor de sudare cu arc electric. Nu vom insista asupra acestora decât pentru a sublinia anumite specificitãţi.
1) Intensitatea regimului de sudare Is este limitat de supraîncãlzirea materialului şi de tipul de flux folosit. Is se coreleazã şi cu diametrul electrodului de care aparţine domeniului de [2,12], de optim = 5 - 6 mm Is min = l62,5 de - l90 Is max= 13 de2 + 147 de - 87Is med = Is min + Is max 2
2)Tensiunea arcului (Ua)
Tensiunea micã => lãţimea cordonului micã şi supraînãlţarea mare Tensiunea mare => lãţimea creşte şi pãtrunderea scade Ua = a + b * la a, b constante care depind de felul fluxului şi viteza de înaintare. Dacã tensiunea creşte atunci se manifesta tendinţa de instabilitate a arcului. La sudarea în curent alternativ Ua este mai micã cu 3...5 V Umin în curent continuu este 25...26 V
157
3) Viteza de sudare reprezintã viteza de înaintare a arcului de-a lungul rostului. Ea influenţeazã forma şi dimensiunile cusãturii sudate. La viteze mici sub 10 m/h se formeazã o cantitate mare de metal topit care se supraîncãlzeşte şi structura îmbinãrii este nefavorabila. La viteze cuprinse între 10 şi 20 m/h arcul electric are o acţiune mai intensã şi pãtrunderea creşte . În intervalul 20...40 m/h , pãtrunderea tinde sã scadã, dar este compensatã de acţiunea arcului asupra piesei, putându-se considera ca pãtrunderea nu depinde de viteza. Peste 40 m/h pãtrunderea scade, lãţimea cordonului scade şi cordonul de sudurã devine mai bombat. Legat de parametrii regimului de sudare trebuie sã avem în vedere urmãtoarele aspecte:
1) Natura curentuluiSe preferã sudarea în curent continuu. Polaritatea curentului şi
proprietãţile de stabilizare a fluxului influenţeazã viteza de topire a sârmei. Un flux de buna calitate trebuie sã realizeze acelaşi coeficient de topire şi la polaritate directã şila polaritate inversã.
2) Calitatea cordonului de sudurã depinde de respectarea regimului de sudare. Uneori pot apãrea perturbaţii datoritã variaţiei lungimii arcului, variaţiei tensiunii din reţea sau funcţionãrii defectuoase a sursei.
3) Lungimea libera a capãtului sârmei electrod. Lungimea capãtului liber al sârmei trebuie sã fie mult mai micã în raport cu lungimea electrozilor înveliţi, ceea ce permite lucrul cu densitãţi mari de curent. Mãrirea lungimii capãtului liber produce supraîncãlzirea acestuia cu efecte negative asupra stabilitãţii arcului.
Valorile recomandate variazã de la 20 la 100 mm în funcţie de diametrul sârmei.
4) Grosimea stratului de fluxStratul de flux exercitã o anumitã presiune asupra zonei de ardere a
arcului electric şi a bãii de metal topit. Dacã el este gros nu se mai pot evacua corespunzãtor gazele formate , suprafaţa cusãturii devine neregulatã. La grosimi mici, se produc împroşcãri de metal topit, cusãturile sunt neuniforme şi uneori poroase. Lãţimea stratului de flux trebuie sã aibã de 2 - 3 ori lãţimea zonei topite.
158
4.3.3. Tehnologia sudãrii automate şi semiautomate sub strat de flux
Etapele la sudarea automata sub strat de flux sunt:
I. Pregãtirea marginilor în vederea sudãrii Realizarea rosturilor cu grad ridicat de precizie se face prin prelucrãri mecanice. În mod curent se foloseşte debitarea cu flacãrã oxiacetilenicã. Zona rostului se curãţã de vopsea şi ulei. Alinierea şi centrarea rosturilor contribuie la uniformitatea cordoanelor realizate, deoarece sudorul nu poate interveni în timpul lucrului, arcul fiind acoperit. Tablele se prind în puncte de sudurã.Pentru amorsarea arcului se prevãd adaosuri.
II. Executarea cusãturii1. Tablele se pot suda şi fãrã prelucrarea rosturilor pentru sudurile
nepretenţioase. Varianta seaplicã pentru oţeluri sub 0,22%C şi structuri care nu se exploateazã la temperaturi negative.Îmbinãrile au o tendinţã mai mare spre formarea fisurilor datorita formei rostului şi a tensiunilor.
2. Sudarea se executã în mai multe straturi. Tehnologic se are în vedere sã nu se modifice regimul de sudare între straturi, fapt care ar necesita reglaje la echipamentul de lucru. Is se reduce numai la primul strat.
Stratul de la rãdãcina sudurii este în cazul sudãrii sub strat de flux un strat”tras”, tehnologic, care are rolul de a susţine baia de metal topit şi de a realiza poziţionarea pieselor în vederea sudãrii. Celelalte straturi sunt straturi tehnologice. Dupã executarea acestora se procedeazã la înlãturarea stratului tehnologic tras, fie prin aşchiere (polizare), fie prin “crãiţuire”(suflare cu arc-aer, utilizând electrozi fuzibili de carbune şi un jet de aer comprimat care înlãtura baia de metal topit). Acest strat trebuie înlãturat în intregime, în caz contrar în zona rãdãcinii vor apare defecte de sudare. Folosirea dispozitivelor de susţinere a bãii de metal topit la sudarea cap la cap asigurã o rãdãcinã uniformã. Deoarece costurile de producţie se majoreazã aceste dispozitive se folosesc la producţia de serie. În cazul sudurii semiautomate se remarcã urmãtoarele particularitãţi:
159
- sudurile semiautomate se aplica pentru cusãturi cu lungime micã; secţiune micã şi acces dificil. Metoda se aplica pentru sudurile de colţ. Capului de sudare i se ataşeazã o pâlnie cu flux şi sudorul realizeazã deplasarea manuala de-a lungul cusãturii. Se folosesc sârme de sudare cu diametrul electrodului mai mic de 2 mm, pentru a se realiza autoreglarea arcului. Lungimea libera a capãtului liber al electrodului este de 20...30 mm. Se sudeazã şi în curent continuu cu polaritate inversã.
4.4. Sudarea în medii de gaze protectoare
La sudarea prin topire baia de metal topit trebuie protejatimpotriva contactului cu gazele din atmosferã. Una dintre modalitãtile prin care se realizeazã acest deziderat ste prin utilizarea unui strat de gaz protector, activ sau inert.
Arcul electric se poate realiza atât cu electrod fuzibil, cât şi cu electrod nefuzibil.
Prezentãm în cele ce urmeazã principalele procedee tehnologice de sudare cu arc electric în mediu de gaz protector.
4.4.1. Sudarea prin procedeul WIG
Sudarea prin procedeul WIG este un procedeu de sudare cu arc electric în mediu de gaz protector inert (argon, heliu, amestecuri) la care arcul arde liber între un electrod de wolfram şi piesã. Pentru realizarea cusãturii în spaţiul arcului se introduce din lateral manual sau automat metal de adaos sub formã de sârma. La sudurile pe muchie şi cu margini rãsfrânte procedeul se aplicã fãrã materiale de adaos cu viteze de sudare de 200 m/h. Procedeul se aplicã la sudarea oţelurilor inoxidabile cu crom, nichelşi molibden, a aluminiuli şi a aliajelor acestuia.
Pentru sudarea oţelurilor se folosesc surse de curent continuu cu polaritate directã, iar pentru sudarea aluminiului şi a aliajelor uşoare, curentul alternativ. Electrodul se confecţioneazã din W deoarece aceste are temperatura de topire de 3400o C, iar consumarea acestuia în procesul de sudare este foarte redusã. Nu se recomandã polaritatea inversã deoarece temperatura petei anodice este mare şi electrodul ar fi afectat. Dacã totuşi acest procedeu este folosit curenţii de sudare se vor limita la l0 % din valoarea polaritãţii directe. Constructiv vârful electrodului are formã conicã la sudarea oţelurilor şi semisfericã la sudarea aluminiului.
160
1 = arc electric; 2 = lectrod nefuzibil; 3 = metal de bazã; 4 = gaz protector5 = ajutaj; 6 = perdea gaz protector; 7 = metal adaos; 8- baie de sudurã; 9-
cusãturã.Fig.4.25. Schema de principiu la sudarea prin procedeul WIG
4.4.2. Parametrii regimului de sudare
Ca şi la sudarea sub strat de flux , sudarea în mediu de gaz protector fiind un procedeu de sudare cu arc electric , exista un numãr de parametrii ai regimului de sudare sub strat de flux care sunt specifici tuturor procedeelor de sudare cu arc electric. Nu vom insista asupra acestora decât pentru a sublinia anumite specificitãţi.
1) Diametrul sârmei electrod (de) se alege în funcţie de grosimea pieselor , astfel : S 0...2 2...5 5...8 8...12 >12
161
de 2 3 4 4-5 5...6
2) Intensitatea curentului de sudare (Is)Is se adopta în funcţie de valoarea densitãţii de curent admise de
electrod. Electrodul seîncarcã la valori de curent suficient de mari pentru a realiza un arc stabil şi o concentraţie maximã de cãldurã. La sudarea cu polaritate directã se obţine o bunã pãtrundere şi o lãţime micã a cordonului. În cazul polaritãţii inverse pãtrunderea este mai micã şi lãţimea cusãturii mai mare.
Capãtul electrodului trebuie sa aibã o temperatura apropiatã de cea de topire fãrã a o atinge. În caz contrar apare o picãtura de metal topit în vârful electrodului.
În scopul îmbunãtãţirii performantelor tehnologice se foloseşte arcul pulsat care se obţine prin suprapunerea peste curentul de bazã cu intensitate mica şi caracter permanent a unui curent de impuls cu valoare mare şi frecvenţã variabilã. Arcul pulsat are rolul de a regla pãtrunderea.
de Is (DC -- ) (DC + ) 1,6 60-150 10-20 2,4 130-230 12-15 3,2 220-310 20-40
3) Tensiunea arcului (Ua) se poate determina cu ajutorul formulei : Ua = 10+0,04 Is Tensiunea de amorsare este de95 V la W pur şi scade la 40…75 V la cei aliaţi cu thoriu.
4) Gazul de protecţieArgonul se produce şi se livreazã comprimat în butelii. Existã
conform STAS 7956-75 cinci tipuri de puritate A,B,C,D,E. El este un gaz mai greu decât aerul şi este cel mai eficace gaz la sudarea prin procedeul WIG. In curent alternativ are efect favorabil la deblocarea peliculei de oxid de pe suprafaţa metalului, uşurând reamorsarea la fiecare jumãtate de perioadã.
Heliul este mai uşor decât aerul şi are un potenţial de ionizare mai mare dcât argonul. Se utilizeazã numai la sudarea în curent continuu.
162
5) Se poate folosi polaritatea directã, obţinându-se o lãţime micã a bãii de metal sudurã şi o pãtrundere mai mare sau polaritatea inversã, când baia de sudurã se lãţeşte, iar pãtrunderea scade.
4.4.3. Tehnologia sudãrii dupã procedeul WIG
I. Pregãtirea marginilor în vederea sudãrii. La tablele sub 2mm grosime se foloseşte rãsfrângerea marginilor. Fãrã prelucrare se pot suda table cu grosimi pânã la 8 mm. Prelucrarea marginilor în cazul sudãrii cu material de adaos este similarã ca la sudarea prin procedee obişnuite, dar unghiurile rosturilor sunt mai mici.
II. Asigurarea protecţiei cu gazGazul este suflat spre baia de sudurã, concentric cu electrodul de W.
Realizarea protecţiei rãdãcinii în vederea prevenirii oxidãrii se poate realiza cu ajutorul unor dispozitive speciale.
Pentru a preveni oxidarea capãtului electrodului gazul de protecţie este trimis înainte deamorsare arcului cu 1s şi oprit dupã stingerea arcului. În plus se previne oxidarea bãii de metal topit pânã la solidificare.
III. Tehnica de lucruAmorsarea arcului se face pentru o poziţie perpendicularã a
pistoletului în raport cu piesa. Se efectueazã mişcãri circulare pe loc pentru formarea bãii, dupa care pistoletul se înclinã la 75 o . Materialul de adaos se introduce intermitent în arc sub un unghi de l5...25 . El se retrage astfel încât sã se menţinã în zona de protecţie a gazului. Arcul electric trebuie menţinut scurt pentru a avea o bunã protecţie a bãii.
163
4.4.4. Sudarea prin procedeul MIG
1 = arc electric; 2 = sârmã electrod; 3 = gaz protector; 4 = metal de bazã5 = sudurã; 6 = role avans; 7 = tub ghidare şi contact
Fig.4.26. Schema de principiu la sudarea prin procedeul MIG
Este un procedeu de sudare cu arc electric în mediu de gaz protector cu electrod fuzibil la care se utilizeazã un gaz inert (argon, heliu). Operaţia de sudare se poate realiza semiautomat sau automat. Metalul de adaos este sub formã de sârma electrod antrenatã mecanic cu role de avans spre zona de îmbinare. Sârma fiind depusã într-o tobã nu se poate curãţa eficient, introducând impuritãţi în baia de sudura. Se foloseşte cel mai frecvent 20% argon - 80% heliu. Sudarea se executa în curent continuu cu polaritate inversã (DC + ). Modul de transfer al metalului de adaos prin arc este funcţie de lungimea liberã a sârmei electrod. Sârma trebuie sã se topeascã cât mai repede prin efect Joule şi al arcului electric. Trecerea metalului de adaos prin coloana arcului se face în urmãtoarele moduri :
164
- transfer în zbor liber (spray - arc); - transfer prin formarea unei punţi (short-arc);- transfer intermediar.
4.4.4.1. Parametrii regimului de sudare prin procedeul MIG
Şi în acest caz vom insista numai asupra specificitãţilor parametrilor regimului de sudare aferent acestui procedeu de sudare.- Diametrul electrodului -de - se alege în funcţie de grosimea pieselor de sudat ,de modul de pregãtire al rostului şi de poziţia de sudare. Compoziţia chimica este apropiatã de cea a metalului de baza.- Intensitatea curentului de sudare - Is - se adoptã în funcţie de “de” şi de poziţia de sudare. Modificarea lui Is influenţeazã forma de transfer a metalului de adaos prin arcul electric. Folosirea procedeelor automate de sudare permite lucrul cu intensitãţi mari de curent.
De exemplu la sudarea aluminiului în table groase :Is = 650 A pentru de = 3,2 sau 3,6Echipamentele de lucru sunt concepute special pentru lucrul cu
curenţi mari. La creşterea Is transferul metalului prin arc se face sub formã de picãturi fine. La sudurile în poziţie verticalã,şi de plafon, transferul de metal trebuie realizat prin pulverizare.- Lungimea libera a sârmei în afara duzei de contact se adoptã în funcţie
de curentul de sudare.
Le=15-25 mm
165
1-tub ghidare sârmã; 2-ajutaj protecţie; 3-gaz de protecţie; 4-metal de bazã; Fig. 4.27 Lungimea liberã a sârmei electrod
- Gazul de protecţie
Debitele de gaz uzuale variazã între 0,7 şi 2,8 m3/h. Valorile ridicate corespund folosirii heliului care are greutatea mai micã decât cea a aerului. Debitul de gaz depinde de materialul de bazã. El este influenţat de curenţii de aer , în special la lucrul în spaţii deschise. Pentru lucrãrile executate pe şantier se realizeazã camere mobile. La sudarea în argon se realizeazã o oarecare instabilitate a arcului. Stabilitatea arcului se asigurã folosind un amestec de argon cu l...5% oxigen. Procedeul se considera tot MIG deşi atmosfera este uşor oxidantã.
166
4.4.5. Sudarea prin procedeul MAG
1-arc electric; 2-sârmã electrod; 3-role antrenare; 4-metal bazã; 5-perdea gaz protector; 6-curent gaz activ; 7-ajutaj.
Fig. 4.28 Schema de principiu la sudarea MAG
Arcul electric se formeazã între sârma electrod şi piesã într-un mediu protector de gaz activ. Pe mãsura topirii sârma se deplaseazã în zona de lucru prin intermediul unui mecanism de avans cu sole. Gazul utilizat este bioxidul de carbon.
Fig. 4.29 Schema de principiu a instalaţiei de sudare MIG şi MAG
Procedeul prezintã urmãtoarele avantaje:- putere ridicatã de topire, ca urmare a lucrului cu densitãţi mari de curent (200...300 A / mm2). Cantitatea de metal depus atinge 3...4 kg/h ;- productivitate mare prin reducerea timpilor auxiliari comparativ cu sudarea manualã ;- deformaţii reduse dupã sudare , datorita vitezelor de lucru ridicate la densitãţi mari de curent ;- economicitate - cantitate mare de metal depus în unitate de timp. Unghiul rostului s-a redus la 40o de la 60o datoritã puterii mari de pãtrundere, reducându-se cantitatea de metal depus;- sensibilitate micã faţã de oxizi;- pierderi mici de metal prin stropi 7...8 % .
Transferul de metal adaos prin coloana arcului se poate face :- în regim de scurtcircuit (short-arc)
Ua = 14...20 V, curenţii de sudare sunt reduşi, iar lungimea arcului este micã. Se foloseşte la sudarea tablelor subţiri şi permite controlul energiei termice introdusã în procesul de sudare.- în regim de pulverizare (spray-arc), arcul având o lungime mare. Ua = 22...25 V.
Curenţii de lucru sunt mari iar stabilitatea arcului bunã. Se folosesc la sudarea tablelor cu grosimi peste 5 mm.
168
4.4.5.1. Parametrii regimului de lucru la sudarea MAG
Şi în acest caz vom insista numai asupra elementelor specifice ale parametrilor regimului de sudare prin acest procedeu tehnologic.- Sârma electrod conţine dezoxidanţi şi elemente de aliere. Unele sârme conţin 0,3% titan care are efecte favorabile asupra caracteristicilor mecanice ( c creşte de 1,2 ori, KCU 2,l ori). de Is min Is max 0,8 50 180 l,0 80 230 1,2 120 280 1,6 200 400 2,4 400 600Pentru compensarea efectelor produse de reacţiile de oxidare se folosesc sârme de sudurã aliate cu elemente avide de oxigen, cum ar fi Si (0,8...1,0 %), Mn (1,2...1,5%).- Intensitatea curentului de sudare Is se alege în funcţie de grosimea piesei de sudat şi de poziţia de sudare. Ea determina puterea de topire , adâncimea de pãtrundere fiind proporţionalã cu viteza de avans a sârmei electrod. La aceeaşi curenţi de sudare se pot folosi diferite diametre de sârma. Pentru un curent dat, alegând o sârma cu diametru minim se obţine o putere de topire maxima şi creşte adâncimea de pãtrundere. Dacã se urmãreşte un proces de încãrcare se vor folosi sârme de diametre mari. Sârmele subţiri sunt mai scumpe.
Is se alege din tabele şi nomograme. - tensiunea de alimentare a arcului Ua se determinã cu ajutorul formulei :
Ua = 15+0,05 IsPentru un anumit diametru de sârma electrod, la fiecare intensitate
de sudare exista o singurã tensiune optimã a arcului electric. Creşterea tensiunii arcului conduce la mãrirea lãţimii cusãturii şi scãderea pãtrunderii, scãderea coeficientului de depunere. Tensiuni prea mici conduc la realizarea unor cusãturi cu lãţime micã şi adâncime mare. Ua [18 ; 30] V- Viteza de sudare este limitatã de posibilitãţile de protecţie ale arcului. La viteza de sudare mare gazul de protecţie rãmâne în urma arcului, eficienţa protecţiei fiind redusã.- Lungimea libera a sârmei electrod se recomanda a se menţine la valori cât mai constante.
169
Le=7-14 mm, pentru IS=50-150 ALe=15-25 mm, pentru IS=200-500 A
- Distanta dintre duza de gaz şi piesaDistante prea mici conduc la deteriorarea duzei prin stropi de metal
şi radiaţii termice.
- Debitul gazului de protecţieEste influenţat de:
- forma constructivã a îmbinãrii,- intensitatea curentului de sudare (dimensiunea mai mare a bãii necesitând o protecţie adecvatã)- tensiunea arcului - viteza de sudare- mediul de lucru Valorile curente ale debitelor de gaz sunt în jur de 12 l / min (pentru Is<150 A) şi 20 l / min (pentru Is >150 A)- Polaritatea curentului de sudare
Se sudeazã în curent continuu cu polaritate directã la încãrcare şi inversã la sudare.- Pistoletul se va înclina la 75...80o faţã de piesã.
4.5. Tehnologia sudãrii în baie de zgurã
Sudarea în baiede zgurã este un procedeu tehnologic prin care se sudeazã piese foarte groase (cu grosimi cuprinse între 40 şi 1000 mm). Schema de principiu este redatã în figura 4.29.
În baia de zgura se dezvoltã prin efect Joule o cantitate de caldurã care menţine baia în stare lichidã şi topeşte în continuare materialul de adaos şi parte din marginile piesei. Baia metalicã se rãceşte în partea inferioarã pe masurã ce se formeazã metal topit la partea superioarã. Cusãturã se dezvoltã de jos în sus. Pentru ca zgura şi metalul lichid sã nu curgã, pe marginile laterale ale pieselor se aşeaza “patine” din cupru, care închid spaţiul de sudare. Ele sunt rãcite cu apã şi culiseazã pe verticalã pe mãsura realizarii cordonului de sudurã.
Pentru a se ajunge în faza staţionarã a procesului de sudare este necesarã o fazã de formare a bãii topite. Arcul electric se amorseazã analog procedeului de sudare sub strat de flux. Pe mãsura ce se formeazã baia topitã
170
, arcul se stinge şi sursa de caldurã este asiguratã prin efect Joule. Dupã sudare sunt necesare tratamente termice.
Procedeul prezintã urmatoarele avantaje : productivitate de pânã la 300 Kg metal topit / orã , faţã de 2 Kg / orã la
sudarea manualã şi 12 Kg / ora la sudarea sub strat de flux; economie mare de material şi de manoperã; nu necesitã pregãtirea marginilor ;
1-material de adaos; 2-baie de zgura; baie de metal topit; 3-metal de baza; 4-cusatura; 5-patine; 6-material de adios; 7-baie de zgura; 8-baie de metal topit; 9-metal de baza; 10-cusatura; 11-patine.
Fig.4.30. Sudarea în baie de zgurã şi variaţia temperaturii în baia de zgurã
171
4.6.Tehnologia sudãrii şi tãierii cu flacãra de gaze
Sudarea cu flacãrã de gaze este un procedeu care utilizeazã energia termochimicã. În afarã de sudarea propriu-zisa cu flacãrã de gaze se realizeazã şi diverse procedee conexe cum sunt: lipirea tare, încãrcarea prin sudare, tãierea cu oxigen şi gaze, metalizarea, cãlirea superficialã şi curãţirea cu flacãrã.
Materialele utilizate sunt:Metalul de baza. Cele mai utilizate metale pentru sudarea cu flacãrã de gaze sunt aliajele fier-carbon de tipul oţelurilor. În mai micã mãsura se sudeazã fontele ,bronzurile şi alama. Procedeul necesitã o sursã de gaze independentã de reţeaua electricã. Prin acest procedeu se realizeazã lucrãri în condiţii de şantier. Oţelurile folosite pentru sudarea cu flacãrã de gaze sunt cele realizate cu conţinut scãzut de carbon (C < 0,20 %) şi elemente de aliere nedepãşind 5%.
Efectele nedorite realizate de sulf (fragilitate la cald) şi fosfor (fragilitate la rece) au impus limitarea lor la valori de ordinul sutimilor de procent. Compoziţia chimicã a metalului de bazã trebuie corelatã cu aspectele fizice şi metalurgice posibile în flacãra de gaze folositã în vederea realizãrii unei tehnologii adecvate. Cel mai frecvent se sudeazã oţelurile pentru cazane şi recipienţii sub presiune, oţelurile pentru ţevi, oţeluri cu granulaţie finã pentru construcţii metalice oţeluri turnate în piese pentru armãturi.Metalul de adaos se prezintã sub formã de vergele metalice. Acesta trebuie sã aibã o compoziţie chimicã şi caracteristici mecanice asemãnãtoare metalului de bazã.
Compoziţia chimica pentru diverse tipuri de sârme este reprezentatã în STAS ll26-80.
Specific procedeului de sudare cu flacãrã de gaze sunt fluxurile dezoxidante(decapante). Ele au rolul de a dizolva oxizii metalici formaţi şi de a-i transforma într-o zgura uşor fuzibilã. Fluxurile nu au caracter universal fiind folosite în raport cu particularitãţile de sudare. Fluxurile se introduc în zona de sudare prin imersia periodica a vergelei.
172
1 = flacãrã de gaze; 2 = sârmã de sudurã; 3 = metal de bazã4 = baie de metal topit; 5 = metal depus
Fig.4.31 Schema de principiu a sudãrii cu flacãrã
Flacara de sudare constituie sursa termicã care asigurã cãldura necesarã topirii metalului de bazã şi a celor de adaos. Ea se obţine prin arderea acetilenei în oxigen la ieşirea din arzãtor. La o flacãrã de gaze pentru sudare se disting mai multe zone.
1 = zona rece(amestec de gaze neaprinse)2 = nucleul luminos; 3 = flacãra primarã
4 = flacãra secundarã; a = flacãra carburantã a= flacãrã carburantã; b = flacãrã oxidantã
Fig. 4.32. Flacãra de sudurã la sudarea cu gaze
173
În nucleul 1 are loc disocierea acetilenei dupã reacţia C2H2+O2 2C+2H+O2 şi începutul arderii elementelor de disociere (C+H). Zona conţine carbon liber incandescent care produce o luminã de un alb orbitor. De aceea se numeşte şi con luminos.În zona 2 are loc reacţia de ardere primarã a carbonului şi formarea oxidului de carbon. Arderea primarã se produce cu degajarea unei cantitãţi mari de cãldura, astfel încât aici se dezvoltã temperatura maximã a flãcãrii.
2C+2H+O2 2CO+H2+450000[KJ / kmol]Prezenta carbonului şi hidrogenului dau un caracter reducãtor acestei zone. Zona primarã este denumitã şi zona reducãtoare. Temperatura maximã este de 30000C şi se dezvoltã la o distanţã de 2...5mm de conul luminos. Piesele care se sudeazã se dispun la o distanţã de 2...5mm de conul luminos. Flacãra primarã înconjoãrã nucleul luminos şi este transparentã.
1-nucleu luminos; 2-flacãrã primarã; 3-falacãrã secundarã; 4-metale de sudat; 5-arzãtor.
Fig. 4.33 Temperatura diferitelor zone ale flãcãrii oxiacetilenice
În flacãra secundarã, denumitã şi de împrãştiere are loc arderea completã a compuşilor formaţi din zona primarã. Structura şi forma flãcãrii oxiacetilenice depind de compoziţia amestecului gazos.
=1,1.....1,2 amestec normal, flacãra neutra
174
PC2H2max=1,5*105MPa;PO2max=5*105MPaFlacãra arde liniştit şi zonele sunt perfect delimitate
=1,2...1,5 flacãra este oxidantã
O2 este în cantitate mare. Flacãra este violetã şi arde cu zgomot puternic. Zonele flãcãrii sunt mai reduse ca dimensiuni. Oxigenul conduce la procese de oxidare sau ardere a elementelor materialului de baza.Se foloseşte în special la sudarea alamelor.
=0,7...0,9 flacãra are un exces de C2H2si este carburantã.
Conul luminos se lungeşte.O parte din carbon nu se arde şi apare sub forma de funingine.Pentru sudarea materialelor feroase se foloseşte flacãra neutrã sau reducãtoare.
Gaze folosite la sudare
- Oxigenul utilizat la sudarea cu flacãrã de gaze are puritãţi diferite , dupã cum urmeazã :
97%(tip 97)98%(tip 98)99%(tip 99)
Se livreazã în butelii de culoare albastrã la o presiune de 150*105Pa şi având capacitatea de 40dm3 .- Acetilena se îmbuteliazã la maximum 60*105Pa în butelii de culoare
brunã sau se produce în generatoare sau staţii centrale.
Utilajul folosit la sudarea cu flacãrã de gaze
Utilajele necesare realizãrii unui cordon de sudurã cu flacãrã de gaze sunt:- Generator de acetilenãcu supapã de siguranţã sau butelie de acetilenã;- Filtru chimic;- Butelir de oxigen cu filtru chimic;- Trusã de sudare;- Furtune pentru conducerea gazelor (roşu pentru acetilenã şi albastru
pentru oxigen);- Accesorii diverse.
175
Generatorulde acetilenã preparã acetilena urmare a reacţiei carbidului cu apa.Arzãtorul pentru sudare se mai numeşte şi suflai şi este un aparat în care are loc amestecul gazos şi arderea lui la un capãt. El poate regla debitele de gaz pentru a realiza flacãra doritã.
1-conductã oxigen; 2-conductã acetilenã; 3-ajutaj conic; 4-secţiunea spaţiului inelar de absorbţie a acetilenei; 5-camera de amestec; 6-ajutaj ieşire.
Fig. 4.34. Schema de principiu a arzãtorului
Dupã principiul de construcţie se deosebesc arzãtoare fãrã injector (alimentate cu gaze la presiuni aproape egale)şi arzãtoare cu injector (alimentate la presiuni diferite). La sudarea cu flacãrã oxiacetilenicã se folosesc arzãtoare cu injector, datoritã presiunilor diferite ale celor douã gaze. Datoritã presiunii mai mari a oxigenului se produce un efect de aspiraţie a acetilenei prin spaţiul inelar 4.Trusele de sudare şi tãiere sunt standardizate conform STAS 4137-70 .Pentru a mãri puterea de încãlzire şi o utilizare mai eficienta a cãldurii dezvoltate se folosesc arzãtoare cu flãcãri multiple. La arzãtoarele simple se face preîncãlzirea materialului cu flacãra secundarã, iar topirea se face cu cea primarã, procesul fiind mai puţin eficient.La arzãtorul cu douã flãcãri, prima flacãrã realizeazã preîncãlzirea ,iar a doua topirea.
4.6.1. Tehnologia sudãrii cu flacãrã de gaze şi oxigen
La sudarea cu gaze stabilirea regimului de sudare constã în alegerea puterii arzãtorului, a metalului de adaos, a formei şi a structurii flãcãrii. Caracteristic pentru o anumitã putere a arzãtorului este debitul de amestec gazos care realizeazã o flacãrã cu o anumitã putere caloricã.
176
Pentru a realiza operaţia de sudare în timp minim cu un consum minim de gaze la alegerea puterii arzãtorului vom avea în vedere grosimea materialului de bazã şi proprietãţile sale termice (temperatura de topire, conductivitate termica).Pentru acetilenã debitul volumetric specific (dm3 /ora) este funcţie de natura materialului ce se sudeazã
-oţel 100-150-fonta 175-250-alama şi bronz 75-100
Funcţie de grosime se determinã debitul orar de acetilenã. Cu aceastã valoare se alege mãrimea becului necesar din tabel. Corelat cu mãrimea becului în trusa se afla tija respectivã şi injectorul .Becurile sunt în numãr de 8, numerotate de la 0 la 7 şi corespund în ordinea creşterii diametrului gãurii prin care iese amestecul de gaze.
Natura flãcãrii Oţel =1,1-1,2 normalã Fontã =0,9-1,0 carburantãAlamã =1,3-1,5 oxidantã
4.6.2. Pregãtirea rostului
Pentru sudarea manualã cu flacãrã de gaze forma şi dimensiunea rostului sunt conform STAS 6672-74Pentru grosimi ale tablelor de sudat s<2 , marginile se rãsfrâng
177
Pentru grosimi ale tablelor de sudat s<4 , rostulse prelucreazã în formã de “I”.
Tehnica sudãrii utilizeazã douã metode : spre stãnga şi spre dreapta.Sudarea spre stânga se aplica la table de oţel cu grosimi s<5m. Deplasarea arzãtorului se face de la dreapta spre stânga, iar metalul de adaos se dispune înaintea flãcãrii. Suflaiul şi sârma se înclinã la 450 .Sudarea spre dreapta se aplica pentru tablele cu grosimi s>5mm. Arzãtorul se înclinã la 700 şi electrodul la 450. Metoda este dificilã, necesita experienţã şi este indicatã la sudarea oţelurilor slab aliate. La aprinderea flãcãrii se deschide întâi oxigenul iar la terminarea sudãrii se opreşte mai întâi acetilena.
178
Sudarea prin topire cu termit
Sudarea prin topire cu termit este un procedeu tehnologic de sudarea prin topire care are la baza energia termo-chimicã degajatã urmare a unei reacţii de înlocuire a unui metal din oxizii sãi cu un alt metal mai electronegativ. Cea mai frecvent utilizatã reacţie chimicã este cea de înlocuire a fierului din oxidul de fier cu aluminiu sau magneziu. Aceste reacţii se deruleazã într-un interval de timp extrem de scurt (10...15 secunde). Urmare a cantitãtilor mari de energie care se degajã, temperaturile pot atinge 3300oK.
Schema de princiopiu a sudãrii cu termit, care se mai nu,meşte şi sudarea prin turnare, este redatã în figura de mai jos.
Amestecul de oxid, aluminiu şi pulbere de magneziu pentru aprindere se introduce în creuzetul 1 şi se aprinde, rezultând topitura. Se scoate dopul 5 si topitura curge în rostul îmbinãrii sudate 7. De obicei se folosesc forme de grafit care fac corp comun cu creuzetul.
Cea mai importantã aplicaţie este sidarea şinelor de cale feratã şi tramvai, dar procedeul se mai poate aplica şi în cazul reparãrii unor piese din oţel de gabarit mare.
1-creuzet; 2-oxid de fier şi pulbere de aluminiu; 3-pudrã de aprindere; 4-capac; 5-dop; 6-topiturã; 7-rost; 8,9-piese de sudat; 10-amestec de formare obişnuit; 11-pâlnie de turnare; 12-piciorul pâlniei; 13-canal de alimentare;
14-rãsuflãtori; 15-cusãturã sudatã; maselotã.Fig. 4.35 Schema de principiu as sudãrii cu termit
179
4.8.Sudarea prin presiune
In cadrul procedeelor tehnologice de sudare prin presiune, legãturile interatomice dintre atomii marginali ai pieselor de asamblat se formeazã urmare a curgerii materialului de asamblat sub acţiunea unor forţe de compresiubne. Datoritã curgerii materialului atomii marginali se apropie şi pot forma legãturile interatomice. Deoarece plasticitatea materialelor creşte odatã cu creşterea temperaturii piesele de asamblat vor fi încãlzite înainte de aplicarea forţelor de compresiune.
Dupã temperatura maximã ce se atinge în timpul sudãrii prin presiune distingem:- sudare prin presiune la rece - temperatura de încãlzire este mai micã
decât cea de recristalizare;- sudare prin presiune la cald în stare solidã - temperatura de încãlzire
este mai mare decât cea de recristalizare;- sudare prin presiune la cald cu topire – se atinge temperatura de topire.
Sudarea prin presiune la cald se face în stare solida când Tr < Ts < Tt sau cu topire când Ts < Tt , unde Tr = temperatura de recristalizareTs = temperatura de sudareTt = temperatura de topire
Sursele de încãlzire pot fi indirecte (reacţii chimice exoterme) sau directe (efect termic al curentului electric sau frecare uscata).
În funcţie de sursele de încãlzire sudarea prin presiune poate fi : -cu energie electricã;
- cu rezistenţã de contact;- prin inducţie;
- cu energie mecanicã;- în puncte;- în linie.
- cu energie chimicã.- cu flacãrã de gaze;- cu termit.
4.8.1. Sudarea prin presiune cu încãlzire electricã
Sudarea prin presiune prin rezistenţã în puncte-se realizeazã în principiu la trecerea unui curent electric printr-un contact, încãlzirea
180
acestuia la temperaturi înalte, presarea şi rãcirea sub presiune. Se pot suda simultan unul sau mai multe puncte.
Dupã modul cum se realizeazã circuitul electric se disting douã variante principale:- sudarea în puncte din douã pãrţi - sudarea în puncte dintr-o parte.
Sudarea în puncte din douã pãrţi se face prin presarea a douã piese 1si 2, între electrozii 3 şi 4,acţionaţi cu o forţã F de pe ambele pãrţi şi conectaţi la secundarul unui transformator de sudare.
1 , 2 = piese de sudat; 3, 4 = electrozi; 5 = sursã de curentFig. 4.36 Sudarea in puncte.
Tehnologia sudãrii în puncte presupune corelarea parametrilor principali ai produsului :curentul de sudare, durata de conectare, forţa de apãsare, diametrul electrozilor.Fazele sudãrii sunt:
- pregãtirea tehnologicã a fabricaţiei;- aşezarea pieselor;- presarea;- conectarea curentului;- deconectarea şi rãcirea sub presiune;- desfacerea electrozilor;
181
- controlul tehnic final.
Presiunea exercitatã de electrozi este de 7...12 daN/mm2 , densitatea de curent este de 80..160A/mm2 pentru oţeluri moi şi 120...360A/mm2
pentru oţeluri dure. Is=6500 [A]P=(50...250)sts=(0,1...0,2)s, pentru regimuri durets=(0,8...1)s, pentru regimuri moide=2s+3, pentru s<3 mmde=5s, pentru s>3mmD=1,5 de unde,
- „s” este grosimea pieselor de sudat;- Is - intensitatea curentului de sudare;- P - forţa de apãsare;- ts - timpul de sudare;- de - diametrul vârfului electrodului;- D-diametrul electrodului.
Pentru îmbunãtãţirea proprietãţilor mecanice ale punctelor de sudurã se mãreşte forţa de apãsare spre sfârşitul procesului de sudare.
Procesul se aplicã la îmbinarea teblelor şi profilelor subţiri, confecţionate din oţel carbon, alamã, cupru, bronz, oţel inoxidabil.
Diametrul punctului sudat variazã în funcţie de regim şi de grosimea tablelor între 3 şi 12mm, fiind aproximativ egal cu diametrul electrozilor.
Dacã piesele au grosimi diferite, procesul termic este asimetric (pãtrundere inegalã),ceea ce se compenseazã prin dimensiuni diferite ale electrozilor.
Sudarea prin presiune prin rezistenţã în linie este un procedeu tehnoogic de sudare sudare care se realizeazã în acelaşi mod ca sudarea în puncte cu deosebirea cã punctele sunt atât de dese încât se pot suprapune parţial, formând o cusãtura etanşã. Electrozii sunt înlocuiţi cu role. Cel puţin una din role este antrenatã mecanic. Amândouã sunt rãcite cu apã. Prin frecare rolele antreneazã tablele într-o mişcare de avans cu viteza de sudare vs.Sudarea în linie se poate realiza din douã pãrţi sau dintr-o parte.Succesiunea fazelor de sudare este urmãtoarea:
182
- pregãtirea tehnologicã a fabricaţiei;- aşezarea pieselor;- presarea;- antrenarea rolelor;- conectarea sursei;- deconectare sursei şi desfacerea role;- controlul tehnic final.
Factorii de baza care determina tehnologia sunt: - Intensitatea curentului de sudare Is, care este de 1,5...2,0 ori mai mare ca la sudarea în puncte, pentru acelaşi material şi aceeaşi grosime. - Forţa de apãsare F , se alege cu 10...30% mai mare decât la sudarea în puncte. - Viteza de sudare vs - Diametrul rolelor este cuprins între 150...300 mm; - Lãţimea zonei active a rolelor „da”
da=2s+2
a = sudarea din douã pãrţi (o cusãturã );b = sudarea dintr-o parte ( douã cusãturi )
1 = role contact; 2, 3 = piese de sudat; 4 = transformator sudurã; 5 = placã ajutãtoare de cupru
Fig. 4.37. Sudarea în linie
Sudarea prin presiune cu încãlzire la flacãra
Spre deosebire de sudarea prin topire cu flacãrã la care sudura se realizeazã treptat, prin topirea succesivã a marginilor pieselor la sudarea
183
prin presiune se încãlzeşte simultan întreaga zona cu ajutorul unei flãcãri multiple.
Temperatura de sudare este in jur de 1470-15200K, iar presiunea 200-400 daN/cm2.
Procedeul se aplica la sudarea ţevilor de diametre mari (300...600mm), şinelor de cale feratã, etc.
4.8.2. Sudarea prin presiune cu încãlzire prin frecare
Face parte din familia procedeelor tehnologice de sudare prin presiune la cald. Încălzirea pieselor de sudat se realizează în acest caz prin frecare. La frecarea unui corp de altul în straturile vecine cu suprafaţa de contact se transmite cãldura rezultata din transformarea energiei mecanice (datorita forţelor de frecare) .
Piesele de sudat se montează pe maşini speciale, una dintre ele rămănând fixă, iar cealaltă având două grade de libertate: rotaţie şi deplasare axială sau aflându-se ambele în mişcare de rotaţie dar în sens contrar. Mişcarea de rotaţie se opreşte odată cu atingerea temperaturii de plastifiere. Parametrii tehnologici sunt forţa de apăsare şi timpul cât piesele sunt în contact. Procedeul se aplică pieselor cu secţiune circulară sau inelară, cu grosimi de până la 50 mm. Se pot suda şi materiale diferite. Exemplul cel mai elocvent îl constituie sudarea cozilor sculelor aşchietoare tip burghiu sau freză, în care corpul sculei se confecţionează din Rp3, iar coada din OLC45.Se pot folosi urmãtoarele scheme de încãlzire:- rotirea uneia dintre piese şi presare;- rotirea ambelor piese şi presarea;- rotirea unei piese intermediare şi presarea;- deplasarea alternativa a unei piese şi presare.
4.9. Defectele, controlul si remedierea îmbinãrilor sudate
Având in vedere multitudinea factorilor care influenţeaza procesul de sudare posibilitatea apariţiei defectelor este mai mare la sudarea metalelor decât la alte metode tehnologice.
Defectele de sudura sunt descrise in STAS 7084-1964. Dintre toate defectele cele mai complexe probleme le ridica apariţia fisurilor. Dupã temperatura la care apare fisura poate fi :
184
la cald - apare in timpul cristalizãrii primare a baii; (elementele ce favorizeazã apariţia fisurii sunt C, P,S, iar cele atenuatoare Mn, Cr, Mo, V);
la rece sub 200 C şi este determinata de mãrimea tensiunilor remanente.
STAS-ul prevede urmãtoarele grupe de defecte : abateri dimensionale (lãţime neuniformã, supraînãlţare,
concavitate, mãrimea neuniformã a catetelor); defecte exterioare ale sudurii (arderea metalelor, pori, fisuri,
cratere nesudate, şanţuri marginale, suduri incomplete); defecte interioare ale sudurii (incluziuni de gaze, zgurã, lipsa
de pãtrundere, lipsã de topire, defect de structura, defecte la rãdãcinã);
Controlul sudurilor se poate face: vizual; cu lichide penetrante; cu ultrasunete; prin gamagrafiere;
In general este bine sã se cunoãscã cauzele care au generat defectul, pentru a putea fi remediat şi evitat în viitor. Producerea defectelor este rezultatul unor greşeli de proiectare sau execuţie.
Defectele îmbinãrilor sudate pot fi remediabile sau neremediabile (rebuturi). Remedierea defectelor îmbinãrilor sudate se facei în baza unei tehnologii de remediere special elaboratã.
Controlul sudurilor se poate face:1. vizual;2. prim petode destructive;
- încercãri re rezistenţã (rezistenţa la tracţiune a îmbinãrilor sudate, mãsurarea rezilienţei, determinarea duritãtii, etc);
- încercãri tehnologice (încercarea la îndoire);3. prin metode nedestructive.
- cu lichide penetrante;- cu ultrasunete;- prin gamagrafiere;
Cele mai frecvent întâlnite defecte de sudurã sunt prezentate succint mai jos:
185
1. Fisurile – sunt defecte care se manifestã sub forma unor discontinuitãţi. Atunci când sunt vizibile cu ochiul liber ele se numesc crãpãturi. Fisurile pot apãrea la cald sau la rece.
2. Porii şi suflurile – sunt cavitãţi umplute cu gaze având suprafaţa de cele mai multe ori sfericã. Porii apar dacã viteza de evacuare a gazelor este mai mica decât viteza de înaintare a frontului de cristalizare.
3. Incluziunile – sunt defecte de compoziţie chimicã diferitã de cea a cusãturii sudate. Ele pot fi metalice sau nemetalice. Cele mai frecvente incluziuni sunt oxizii, nitrurile şi sulfurile.
4. Lipsa de pãtrundere – se manifestã prin apariţia unuiinterstiţiu între metalul de bazã şi cel depus. Lipsa de pãtrundere micşoreazã rezistenţa mecanicã a îmbinãrii. Ea are ca principala cauzã încalzirea incorectã a electrodului sau a materialului de bazã.
5. Lipsa de topire – reprezintã o legãturã incomplete între materialul de bazã sic el depus.
6. Supraîncãlzirea – constã în creşterea granulaţiei grãunţilor. 7. Arderea – se produce atunci când se depãşeşte temperature de topire.
i Pentru a preîntâmpina apariţia unor defecte de tipul fisurilor şi crãpãturilor, precum şi pentru a obţine anumite propiretãţi funcţionale, dupã executarea tratamentelor termice trebuiesc executate anumite tratamente termice. Cele mai frecvent utilizate sunt:
Recoacerea de omogenizare are ca scop înlãturarea neomogenitãţilor care apar în timpul rãcirii. Acest lucru se realizaezã prin difuzie în stare solidã.
Recoacerea de normalizare se aplicã în scopul finisãrii structurii matelografice şi a înlãturãrii unor constituenţi cu duritate mare. Se aplicã acolo unde prin sudare s-a realizat supraîncãlzirea materialului.
Recoacerea de detensionare urmãreşte eliminarea tensiunilor interne care apar în timpul sudãrii. Tratamentul constã în încalzire lentã şi menţinere (2…3 minute pentru fiecare milimetru de grosime al pereţilor piesei).Rãcirea trebuie sã se facã cu vitezã mica.
Revenirea se aplicã oţelurile care manifestã tendinţa de cãlire în timpul solidificãrii şi rãcirii. Tratamentul constã în încãlzirea sub punctual de transformare şi rãcirea în aer liber. Se obţin structuri cu duritate mai mica.
186
8. Defectele de formã – sunt date de abatewrile de la forma şi dimensiunile prescrise ale îmbinãrii sudate. Cele mai frecvente defecte de formã sunt:
- lãţimea neuniformã – se datoreazã vitezei de sudare neuniforme, schimbãrii poziţiei electrodului, variaţiei tensiunii de alimentare a arcului.
- suprãînãlţarea – apare datoritã vitezei de sudare mici saua acurentului de sudare mic.
- abaterile poziţiei relative a pieselor de sudat – se datoreazã poziţionarii incorecte a pieselor de sudat sau manifestãrii tensiunilor interne.
- craterul final – apare al întreruperea cordonului de sudurã, mai ales la capãtul cordonului de sudurã.
- rãdãcina nesudatã – are forma unei retasuri.- scobiturile – apar datoritã tpirii excesive.- scrugerile – se datoreazã folosirii unui currnt de sudare prea mare- crestãturile – se materializeazã sub forma unui şanţ pe o parte sau întreaga
lungime a cordonului de sudurã. Apar datorita curentului de sudare prea mare sau a mişcãrii rapide a electrodului.
- stropii – reprezintã particule de metal topit solidificate pe materialul de bazã.
187
a-lãţime neuniformã; b-supraînãlţare; c-convexitate excesivã; d-abatere de unghi; e-lipsã de coaxialitate; f-rãdãcina nesudatã; g-scobiturã la o sudurã cap la
cap; h-scobiturã la o sudurã prin suprapunere; i-scurrgere într-o sudurã cap la cap; j-scurgere al o sudurã de colţ; k-crestãturã pe toatã lungimea la o sudurã cap
la cap; l- crestãturã pe toatã lungimea la o sudurã de colţ.Fig. 4.38 Defecte de formã
