Scrigroup - Documente si articole

Username / Parola inexistente      

Home Documente Upload Resurse Alte limbi doc  

 
CATEGORII DOCUMENTE


AeronauticaComunicatiiElectronica electricitateMerceologieTehnica mecanica


PRELUCRAREA PRIN SUDARE

Tehnica mecanica

+ Font mai mare | - Font mai mic



DOCUMENTE SIMILARE

Trimite pe Messenger
Principiile mecanicii clasice
Constructia si functionarea filtrelor electrostatice - Principiul de functionare
Legile radiatiei termice
PROIECT LA SCULE ASCHIETOARE: BROSA
Calculul fortelor din angrenajul cilindric cu dinti inclinati
MECANICA FLUIDELOR
Analiza fortelor din mecanismul bicardanic excentric
ELABORAREA TEHNOLOGIEI DE PRELUCRARE A SUPAPELOR
MASINI SI UTILAJE PENTRU MARUNTIRE - UTILAJE PENTRU REDUCEREA DIMENSIUNILOR MATERIALELOR
Rezistenta aerului

TERMENI importanti pentru acest document

: legare trepte aparat transformator sudura : construirea unei prese de rumegus : PROIECT PRELUCRAREA CU RAZE LASER : conditii generale asupra prelucrarii prin sudare :

PRELUCRAREA PRIN SUDARE

            Sudarea este o metoda de imbinare nedemontabila a doua corpuri solide prin stabilirea in anumite conditii de temperatura si presiune a unor forte de legatura intre atomii marginali ai celor doua corpuri.

            Procedeul este cunoscut din cele mai vechi timpuri dar se aplica intens si generalizat la sfarsitul secolului XX o data cu dezvoltarea rapida a industriei. Sudarea inlocuieste asamblarile prin nituire, structurile turnate si se aplica aproape tuturor materialelor utilizate in tehnica.

            Principalele avantaje ale imbinarii prin sudare sunt:

            -fata de constructiile nituite: structuri mai suple mai usoare, economie de material pentru eclise si nituri, productivitate ridicata, reducerea zgomotului, calitate superioara a ansamblului, etanseitate, rezistenta la coroziune etc.

            -fata de structurile turnate: structuri mai suple si mai usoare, forme constructive mai simple, rezistenta mecanica mai buna, adaosuri tehnologice minime, volum de munca mai mic, manopera redusa, posibilitatea mecanizarii, automatizarii etc.

            Principiul fizic al sudarii.

            Aparitia fortelor de legatura intre atomii unor corpuri metalice diferite se explica prin faptul ca atomii metalici au legaturi libere si pot intra in interactiune cu atomii din suprafata altui corp atunci cand cele doua corpuri se apropie destul de mult la distante comparabile cu distantele interatomice din reteaua cristalina. Acest lucru se poate realiza prin exercitarea unei presiuni intre piese si prin incalzire. Mecanismul aparitiei fortelor de legatura depinde si de starea de agregare a materialelor in contact: solid-solid, lichid-lichid, solid-lichid.

            La sudarea in faza lichida stabilirea legaturilor incepe cu interactiunea picaturilor in baia de metal comuna, se continua in procesul de cristalizare a cordonului de sudura si depinde de solubilitatea reciproca, de marimea tensiunilor superficiale, de diferenta de densitate cat si de alte proprietati fizice ale materialelor. Din punct de vedere al solubilitatii se pot considera trei grupe de materiale:

            -materiale cu solubilitate nelimitata Fe-Ni, Fe-Cr, Ni-Mn, Ag-Au etc.

Fortele de coeziune apar prin difuziune si dizolvare reciproca. Dupa racire cristalele din cordon sunt constituite din atomii ambelor metale rezultand o structura caracteristica de turnare.

            -materiale cu solubilitate limitata Fe-Cu, Cu-Zn etc. Prin cristalizare apar solutii saturate a celor doua metale formand o masa metalica de baza in care se separa faze excedentare sub forma unui conglomerat un amestec mecanic. Fortele de legatura se manifesta atat inter-cristalin in interiorul cristalelor de solutie solida cat si intra-cristalin intre cristalele amestecului mecanic.

            -materiale total insolubile Fe-Mg, Fe-Ag, Fe-Pb. In urma solidificarii se formeaza un amestec mecanic de cristale ale celor doua materiale. Fortele de legatura se manifesta intre atomii aflati in cristale diferite, intensitatea legaturilor este mai redusa si ca urmare si rezistenta imbinarii.

            La sudarea in faza solida fortele de legatura se creeaza prin apropierea mecanica a atomilor din cele doua suprafete. Acest lucru este impiedicat de peliculele de oxizi, uleiuri si pelicula mono-moleculara de gaze adsorbite pe suprafata libera a pieselor metalice. Peliculele de oxizi si uleiuri se pot indeparta prin metode mecanice si chimice cunoscute. Pelicula mono-moleculara de gaze de foarte mare densitate se poate indeparta doar prin deformare plastica o data cu indepartarea frontului de atomi afectati aflati in suprafata. In urma deformarii plastice la rece de exemplu, sunt aduse in suprafata fronturi de atomi din interior care nu ajung in contact cu atmosfera ci direct cu frontul de atomi din materialul vecin care a suferit acelasi proces. Sunt create astfel conditiile apropierii si crearii fortelor de legatura. Chiar si in aceste conditii pentru o imbinare rezistenta ar fi necesar ca orientarea retelelor cristalelor care se intalnesc sa fie identica. Acest lucru este putin probabil ceeace impune necesitatea introducerii unei energii suplimentare de activare, la sudarea prin presare la rece aceasta poate fi energia unui camp ultrasonic. La sudarea prin presare la cald incalzirea la temperaturi superioare recristalizarii asigura conditiile unei imbinari foarte rezistente. Se asigura reducerea efortului de deformare, cresterea plasticitatii si favorizarea apropierii celor doua materiale. O data cu cresterea temperaturii procesele de difuzie se intensifica, se formeaza o zona de schimb de atomi intre cele doua materiale, imbinarea capata un caracter volumic.

            La sudarea in faza solid-lichid cunoscuta ca sudarea prin presare la cald prin topire intermediara se combina caracteristicile celor doua procedee anterioare asigurandu-se imbinari rezistente pentru anumite categorii de materiale.

            Compozitia chimica si structura imbinarilor sudate.

            Zona imbinarii sudate este diferita de cea a materialului de baza, deosebirea fiind in functie de modul in care a fost realizata imbinarea.

            In cazul sudarii prin presare, absenta materialului de adaos si incalzirea la temperaturi inferioare temperaturii de topire fac sa nu apara modificari de compozitie chimica deoarece procesul dureaza foarte putin si zona de imbinare nu este in contact direct cu atmosfera. Modificarile structurale se materializeaza prin deformarea cristalelor in zona de imbinare cu atat mai pronuntata cu cat gradul de deformare aplicat este mai mare si temperatura este mai mare; prin cresterea marimii grauntilor si aparitia unor structuri in afara de echilibru in cazul sudarii la temperaturi mari cu influente negative asupra proprietatilor. Aceste modificari se pot atenua si chiar elimina prin aplicarea unor tratamente termice.

            In cazul sudarii prin topire, zona de imbinare, cordonul are o compozitie chimica proprie. In cordon se inglobeaza materialul de adaos si o cantitate importanta din materialul pieselor de sudat. Baia de metal topit inter-actioneaza chimic cu mediul, atmosfera de protectie, baia de zgura etc. Din baie se pierd elemente ca: Si, Mn, C, Cr etc. prin oxidare si se castiga elemente ca O2, H2, N2 etc. prin absorbtie de gaze. Toate componentele cordonului pot fi considerate ca fiind bine amestecate in baia de metal topit datorita temperaturii ridicate si a agitatiei ei. Dupa solidificare in imbinare apar urmatoarele zone caracteristice, figura 7.1: a) cordonul C cu o structura dendritica tipica pentru materialul turnat in cochila metalica; b) zona de tranzitie de topire intermediara, ingusta, de trecere constituita dintr-un amestec de metal topit si material de baza supraincalzit si format din constituenti de difuzie reciproca ai acestora. Cu cat diferenta de compozitie chimica intre materialul cordonului si materialul de baza este mai mare cu atat zona este mai vizibila. c) zona de influenta termica ZIT. In aceasta zona au loc transformari in faza solida, recristalizari, difuzii etc. Adancimea ei depinde de regimul termic, marimea cordonului si deci a pieselor de sudat, de procedeul de sudare si parametrii acestuia. Zona se caracterizeaza printr-o gama larga de structuri de la structuri de supraincalzire la structura materialului de baza neinfluentat termic. d) Materialul de baza neinfluentat termic cu compozitia si structura nemodificate.


                        Fig.7.1 Zonele imbinarii sudate prin topire

            Analiza arata ca imbinarea sudata prin topire este neomogena atat din punct de vedere chimic cat si structural. Prin aplicarea unor tratamente termice ulterioare este posibila o oarecare omogenizare a compozitiei si structurii in zona de influenta termica zona cordonului ramanand in continuare cu aspectul de turnare.

            Sudabilitatea materialelor

            Sudabilitatea este o proprietate tehnologica complexa care apreciaza capacitatea materialelor de a realiza imbinari sudate rezistente care sa corespunda conditiilor de exploatare ca si materialul de baza. Sudabilitatea este influentata in principal de trei categorii de factori: 1) metalurgici, care se refera la compozitia chimica, structura materialului si transformarile structurale ale materialului in timpul procesului; 2) constructivi care se refera la dimensiunile respectiv grosimea pieselor sudate, configuratia imbinarii si influenta acesteia asupra starii de tensiuni 3) tehnologici care se refera la tehnologia de sudare, parametrii regimului cat si la totalitatea conditiilor tehnologice din fazele de pregatire pentru sudare, de executie a imbinarii si de prelucrare termica si mecanica ulterioara a acesteia.

            Avand in vedere caracteristicile de comportare metalurgica, constructiva si tehnologica la sudare materialele se pot imparti in patru clase de sudabilitate:

            Ia-materiale cu sudabilitate buna neconditionata,

            Ib- materiale cu sudabilitate buna conditionata

            II- materiale cu sudabilitate sever conditionata

            III- materiale cu sudabilitate necorespunzatoare.

            In tabelul 7.1 sunt prezentate exemple de materiale incadrate in clasele de sudabilitate si caracteristicile acestora.

                                                                                                Tabelul 7.1.

Clasa

Comportarea la sudare

Exemple de materiale

Ia

Nu sufera transformari structurale nefavorabile; nu sunt sensibile la geometria ansamblului sudat; pot fi sudate prin toate procedeele fara restrictii.

Oteluri nealiate si slab aliate cu %C<0,25

Ib

Pot suferi transformari structurale nefavorabile si durificari care fac sudura sensibila la fisurare si rupere fragila; sunt sensibile la geometria ansamblului sudat; pot fi utilizate toate procedeele de sudare cu unele restrictii simple. ex. preincalzire la 100-200oC.

Oteluri nealiate si slab aliate cu %C=0,25-0,35.

Oteluri inoxidabile austenitice

II

Sufera intotdeauna transformari structurale nefavorabile si modificari ale proprietatilor fizico-mecanice; sunt sensibile la geometria ansamblului conducand la fragilitate, scaderea rezistentei la coroziune si oboseala; se pot suda printr-un numar redus de procedee co conditia respectarii unor restrictii severe.

Oteluri aliate , oteluri inoxidabile feriticesi martensitice, fonte, aliaje de Cu, Al, Ti, Zr

III

Sufera transformari structurale, fizico-chimice si mecanice total nefavorabile; sunt sudabile in conditii deosebit de severe; se recomanda evitarea sudarii prin topire.

Fonta alba, oteluri hipereutectoide W,

Pentru aprecierea comportarii la sudare a unui material nu exista o metoda cantitativa riguros stiintifica, aceasta putandu-se face pe baza insusirilor zonei de influenta termica ZIT apreciate prin diferite criterii. Criteriul cel mai important este sensibilitatea la fisurare Cold Cracking Sensivity. Evidentierea sensibilitatii la fisurare se poate face prin trei indici de baza:

            -Duritatea maxima in ZIT.

            -Tensiunea critica de fisurare sub cordon,

            -Continutul de hidrogen dizolvat in imbinarea sudata.

            Determinarea duritatii maxime in ZIT.

            Datorita regimului termic de incalzire la temperaturi ridicate pana in apropierea temperaturii de topire urmata de racire rapida, in materialul supus operatiei de sudare prin topire se produc modificari structurale importante care determina cresterea duritatii. Aceasta crestere este cu atat mai pronuntata cu cat concentratia de carbon din otel este mai mare. In figura 7.2 este prezentata variatia duritatii maxime cu continutul de carbon din otel in zona influentata termic comparativ cu duritatea in materialul de baza.


            Fig.7.2 Variatia duritatii in ZIT si materialul de baza

            Duritatea maxima in ZIT se poate calcula cu relatia:

            HM=666CeD+40  [HV10]

            CeD este carbonul echivalent pentru determinarea duritatii

             

            Daca se considera o scara a sudabilitatii de la 1 la 10 atunci sudabilitatea variaza cu carbonul echivalent CeD dupa cum urmeaza, figura 7.3.

            Fig.7.3 Incadrarea otelurilor in clasele de sudabilitate

            In constructiile sudate se utilizeaza oteluri cu %C<0,25 care se pot alia pentru cresterea nivelului proprietatilor pana la un carbon echivalent %CeD=0,4-0,5. In cazul otelurilor se pune conditia ca duritatea maxima in ZIT, HM sa fie mai mica decat valoarea maxima admisa HM≤350HV10 . Pentru masurarea duritatii se utilizeaza metoda Vickers HV10 care permite o evaluare precisa. Evaluarea se poate realiza pe un nod de sudura existent in constructia sudata sau pe o proba realizata printr-o depunere intr-o singura trecere pe materialul de incercat cu materialul de adaos si regimul recomandat. Schema incercarilor de duritate stabilita pentru explorarea intregii zone a imbinarii este prezentata in figura 7.4.


Fig 7.4 a) Schema incercarilor de duritate, b) variatia duritatii in imbinare.

            Daca duritatea maxima masurata este mai mare decat cea admisa rezulta ca viteza de racire dupa sudare a fost prea mare impunandu-se masuri pentru reducerea acesteia. Reducerea vitezei de racire si deci a duritatii se poate face prin incalzire sau cresterea temperaturii de preincalzire si respectiv prin acoperire cu nisip dupa sudare sau introducere in cuptor a pieselor. Reducerea duritatii se poate face si prin aplicarea unor tratamente termice dupa sudare.

            Tensiunea critica de fisurare sub cordon se determina prin metoda implanturilor, masurandu-se efortul unitar minim σCR in epruveta de tractiune la care incep sa apara fisuri sub cordon in ZIT. Daca σCR< σR in care σR este rezistenta la rupere a materialului de baza, sudabilitatea este necorespunzatoare si se va determina prin mai multe incercari temperatura de preincalzire pentru care σCR> σR Forma epruvetei pentru determinarea tensiunii critice de fisurare sub cordon este prezentata in figura 7.5.

            Fig.7.5 Epruveta pentru determinarea tensiunii critice de fisurare.

            In practica este important sa se verifice daca otelul este sensibil la fisurare sub cordon fara a cunoaste neaparat valoarea tensiunii critice. Pentru aceasta se foloseste o metoda simplificata constand din ruperea prin lovire a unei epruvete sudate cu o imbinare de colt pe o singura parte figura 7.6. Daca ruperea epruvetei se produce prin cordonul de sudura otelul nu este sensibil la fisurare sub cordon iar daca ruperea se produce prin ZIT atunci otelul este sensibil.

a)

 

b)

 

c)

 


Fig.7.6 a)Epruveta cu imbinare de colt b) rupere sub cordon c) in cordon.

            Determinarea continutului de hidrogen dizolvat in imbinarea sudata este o metoda laborioasa care se aplica in cazul otelurilor susceptibile la hidrogenare. Proba cu imbinarea sudata se supune unui tratament indelungat de dehidrogenare de pana la 72 ore masurandu-se volumul de hidrogen dizolvat. Hidrogenul produce in otelurile sensibile la hidrogenare defectul de fulgi de hidrogen care determina sensibilitate la fisurare. Pentru o calitate foarte buna continutul de hidrogen dizolvat nu trebuie sa depaseasca volumul maxim, in [cm3/100g de otel] recomandat de standarul otelului.

            Dintre fonte, sudabile sunt numai fontele cenusii, cu masuri speciale de aliere a materialului de adaos pentru asigurarea grafitizarii materialului cordonului la racire, preincalzire si racire lenta pentru reducerea socului termic si evitarea fisurarii .

            Cuprul se sudeaza bine daca are un continut redus de oxigen %O<0,04, cu masuri de protectie impotriva oxidarii si reducerea pierderilor de caldura prin conductibilitate.

            Alamele se sudeaza greu datorita zincului care se oxideaza si pentru care se impun masuri speciale de protectie.

            Bronzurile se sudeaza greu datorita segregatiei puternice.

            Aluminiul se sudeaza greu datorita aviditatii mari fata de oxigen si oxidarii puternice in topitura.

            Nichelul si aliajele sale se sudeaza bine.

            Clasificarea procedeelor de sudare.

1.      Sudare prin topire

1.1    cu energie electrica

1.1.1. cu arc electric -descoperit

   -acoperit : sub strat de flux,

 in atmosfera de gaze inerte, Argon, Heliu.

 in atmosfera de gaze active CO2, H2.

            1.1.2. in baie de zgura,

            1.1.2. cu arc de plasma.

            1.2. cu energie chimica –cu flacara oxi-gaz,

                                                            -cu amestec termitic.

            1.3. cu energie de radiatii -cu fascicol de electroni,

                                                            -cu LASER.

2.      Sudare prin presare

2.1 la cald   -cu incalzire cu flacara,

                        -cu incalzire in cuptoare,

                        -cu incalzire electrica prin rezistenta de contact sau prin inductie,

                        -cu incalzire prin frecare.

            2.2 la rece    -prin presare fara energie de activare,

                                    -prin presare cu energie de activare cu ultrasunete.

            Materiale de adaos utilizate la sudare.

            Sudarea se poate face fara material de adaos cand cusatura, cordonul e realizat exclusiv din material provenit din marginile pieselor de sudat si cu material de adaos care pentru a fi corespunzator trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:

            -sa aiba o compozitie chimica apropiata de a materialului de baza sau compatibila cu aceasta,

            -sa conduca la obtinerea unor cusaturi cu proprietati mecanice apropiate de cele ale materialului de baza. Se urmareste indeosebi relizarea unei tenacitati ridicate pentru evitarea ruperii fragile,

            -sa se obtina structuri cat mai omogene cu granulatie fina si fara constituenti fragili,

            -sa corespunda, ca si materialul de baza, conditiilor de lucru (forte, presiuni, temperatura, rezistenta la coroziune etc.),

            -sa fie usor prelucrabil prin sudare.

            In afara materialelor care intra direct in masa metalica a cordonului (sarme, electrozi) se considera de asemenea materiale de adaos si fluxurile, invelisurile si atmosferele de protectie, materialele care participa si ajuta la desfasurarea proceselor metalurgice aferente procesului de sudare.

            Clasificarea materialelor de adaos.

1.      Electzrozi:

1.1  -nefuzibili din cupru sau aliaje Cu-W, grafit etc.

1.2  -fuzibili:

1.2.1-neinveliti:-dupa modul de prezentare: sarme, vergele, bare, benzi

                        -dupa forma sectiunii: plina, tubulara.

1.2.2-inveliti:-dupa destinatie: pentru sudarea otelurilor carbon, aliate, oteluri aliate rezistente la temperaturi ridicate, oteluri inalt aliate inoxidabile si refractare, pentru incarcarea materialelor cu straturi dure, pentru sudarea fontelor, pentru sudarea metalelor si aliajelor neferoase etc.

                        -dupa natura invelisului : acid, bazic, celulozic, oxidant, titanic, rutilic, special.

2.      Fluxurile

2.1   dupa destinatie: -pentru sudarea cu arc electric,

-pentru sudarea in baie de zgura,

2.2   dupa modul de elaborare: -fluxuri topite si recristalizate,

     -fluxuri ceramice.

            2.3. dupa caracterul chimic al zgurii: acide, bazice si neutre.

3.      Atmosferele de protectie: -inerte: argon, heliu.

     -active: CO2, hidrogen.

            Electrozii neinveliti se utilizeaza la sudarea prin topire cu flacara, la sudarea cu arc electric acoperit sub strat de flux, in atmosfere de protectie sau la sudarea in baie de zgura. Materialul acestor electrozi se alege in concordanta cu materialul pieselor care se sudeaza tinand cont de modificarile care se produc in baia de metal topit in timpul procesului de sudare. De regula la sudarea otelurilor carbon si slab aliate materialul electrozilor neinveliti se aliaza cu mangan si siliciu pentru a compensa pierderea acestora prin oxidare.

            Electrozii inveliti sunt destinati sudarii manuale cu arc electric. Acestia prezinta doua parti esentiale: vergeaua metalica si invelisul. Vergeaua, ca si in cazul electrozilor neinveliti se realizeaza dintr-un material in concordanta cu materialul pieselor de sudat. Invelisul este format dintr-un amestec de substante aplicat la exteriorul vergelei pentru imbunatatirea procesului de sudare si a calitatii cordonului.

            Rolul invelisului in procesul de sudare:

-sa mareasca stabilitatea arcului electric asigurand o ionizare usoara a spatiului descarcarii prin eliberarea unor atomi cu potentiale scazute de ionizare (carbonati, oxizi si saruri ale metalelor alcalino-pamantoase, dioxid de titan,

-sa se topeasca usor formand o zgura usoara care sa se separe la partea superioara a baii de metal, acoperind-o uniform. Dupa solidificare zgura trebuie sa formeze un strat continuu si neaderent. Se asigura astfel desfasurarea in conditii bune a proceselor metalurgice, se izoleaza baia de contactul cu atmosfera oxidanta, se reduce viteza de racire a cordonului (minereuri de Mn, Ti, Fe, SiO2, silicati, carbonati ),

            -sa asigure inlaturarea elementelor nedorite din baia metalica lichida, S, P, O2. In acest scop se dozeaza in invelis feroaliaje Fe-Mn, Fe-Si, Fe-Ti, Fe-Cr, aluminiu, grafit etc.

            -sa realizeze alierea cusaturii cu feroaliaje si pulberi metalice,

            -sa asigure fluidizarea zgurii prin adaugarea de fluidizanti ca: fluorina, saruri ale metalelor alcalino-pamantoase, sau dimpotriva cresterea vascozitatii zgurii prin adaugare de dioxid de titan,

            -sa asigure degajarea unei mari cantitati de gaze pentru formarea unei atmosfere dense, reducatoare si care sa favorizeze si degazarea cordonului (amidon, dextrina, celuloza, rumegus, carbonati etc.) ,

            -lianti pentru legarea substantelor si formarea unei paste care sa adere la tija metalica (silicat de sodiu, dextrina ),

            -plastifianti care sa asigure o modelare usoara a pastei (bentonita, amidon, dextrina, ciment).

            Invelirea tijei electrozilor cu stratul de pasta se poate face prin: presare, extrudare, imersie etc. Invelisul trebuie sa fie concentric cu tija metalica, valoarea maxima a excentricitatii e<4%.

            In functie de natura componentilor predominanti invelisurile pot fi:

            -acide cuprinzand: oxizi metalici, silicati, substante organice si dezoxidanti. Electrozii acizi asigura viteze mari de sudare, proprietati bune ale imbinarilor la oteluri necalmate cu max.0,2%C. Peste aceasta valoare apare tendinta de fisurare la cald. Se poate realiza sudare atat in curent continuu polaritate directa cat si in curent alternativ

            -bazice cuprinzand: CaCO3, fluorina, feroaliaje, putini silicati. Asigura o puritate mare a cordonului de sudura, alierea cu mangan si calmarea otelului din cordon. Se recomanda pentru oteluri mai greu sudabile. Invelisul bazic este higroscopic si de aceea inainte de sudare se supun uscarii si chiar incalzirii la 150-200oC. Se recomanda sudarea in curent continuu polaritate inversa si de aceea arcul electric are o stabilitate mai redusa. Zgura asigura o foarte buna protectie dar este puternic aderenta si se desprinde mai greu.

            -celulozice cuprinzand circa 10% celuloza sau alte substante care la incalzire degaja gaze cu caracter reducator. Aceste invelisuri introduc mult H2 in cusatura si de aceea nu se recomanda pentru otelurile sensibile la hidrogenare.

            -oxidante cuprinzand: oxizi metalici, silicati naturali. Arcul are o functionare foarte stabila, protectia fata de oxigen si azot este mai slaba, siliciul si manganul din baie se oxideaza in cantitate mare si produsele rezultate trec in zgura. Electrozii cu invelis oxidant se recomanda pentru lucrari mai putin pretentioase.

            -titanice, asemanatoare cu cele acide cu observatia ca au un continut mare de TiO2. Sunt cele mai utilizate invelisuri acide deoarece conduc la o cusatura rezistenta fara tendinta de fisurare la cald.

            -rutilice, asemanatoare cu cele titanice , continutul de TiO2 fiind de 98%. Dau o zgura vascoasa cu refractaritate mare, care opreste scurgerea baii de metal topit fiind recomandata la sudarea de pozitie, peste cap.

            -invelisuri speciale: pentru electrozi de mare productivitate, de incarcare care contin peste 50% pulberi metalice ; pentru electrozi anti-higroscopici utilizati la sudarea sub apa; electrozi de mare penetratie etc.

            Fluxurile sunt materiale granulare formate din amestecuri de pulberi din minerale cu rol de protectie a baii de metal topit, de aliere si dezoxidare a materialului cordonului, de eliminare a gazelor, de crestere a stabilitatii arcului, de reducere a vitezei de racire etc. Fluxurile pot fi fluxuri topite obtinute prin topirea, pulverizarea si recristalizarea amestecului de minerale si fluxuri ceramice obtinute prin simpla amestecare a componentelor de minerale . Din punct de vedere chimic fluxurile se caracterizeaza pri bazicitate. Indicele de bazicitate se calculeaza cu relatia :

            . Pentru B<1 fluxurile sunt acide ; pentru B=1 fluxurile sunt neutre; pentru B>1 fluxurile sunt bazice.

            Fluxurile topite acide pot fi manganoase utilizate la sudarea sub flux cu sarme electrod fara mangan si nemanganoase utilizate la sudarea sub flux cu sarme electrod cu mangan. Fluxurile topite bazice utilizeaza sarme electrod aliate cu siliciu si mangan, realizeaza o buna desulfurare a baii, se pot utiliza si la sudarea aliajelor neferoase. Fluxurile neutre, pasive, cu continut mare de fluoruri, borax, Al2O3 au rol de protectie impotriva atmosferei oxidante si sunt recomandate la sudarea aliajelor neferoase.

            Fluxurile ceramice, in special bazice confera o calitate buna a proceselor de sudare, permit obtinerea unor cordoane aliate utilizand pulberi de feroaliaje si metalice cat si sarme nealiate. Compozitiile acestor fluxuri pot fi variate, fara restrictii adaptandu-se conditiilor fiecarui proces in parte. Prezinta totusi inconvenientul ca se granuleaza dificil, se sfarma si devin prafoase, se omogenizeaza mai greu.

            Fluxurile pentru sudarea in baie de zgura reprezinta o categorie aparte care alaturi de proprietatile specifice trebuie sa prezinte o rezistenta electrica determinata, convenabila in stare topita pe care prin efect Joule-Lenz, la trecerea curentului electric sa se degajeze caldura necesara procesului de sudare.

            Sudarea prin topire cu arc electric.

            Arcul electric este o descarcare electrica stabila intr-un mediu gazos la o tensiune relativ mica (de la cateva zeci la cateva sute de volti), densitati mari de curent (zeci de A/cm2), lungime mica a descarcarii (da la 2-3mm la 1-2cm), si puteri de la cativa Wati la 200-300kW. In functie de modul de actiune arcul poate fi cu actiune indirecta, cu actiune directa iar in functie de tipul electrodului cu electrod fuzibil sau cu electrod nefuzibil cu sau fara material de adaos figura 7.7.


            Fig.7.7 Arcul electric: a) cu actiune indirecta, b) cu actiune directa si electrod fuzibil, c) cu actiune directa si electrod nefuzibil.

            Arcul electric poate fi alimentat in curent alternativ sau in curent continuu. cu polaritate directa (catodul – la electrod si anodul + la piesa) sau inversa (anodul + la electrod si catodul – la piesa).

            Cel mai utilizat este arcul electric alimentat in curent continuu cu polaritate directa cu electrod fuzibil. In functionarea arcului se disting trei perioade:

            I. Perioada de amorsare a arcului. Aerul este un dielectric deci si gazele, oricat de mica ar fi distanta dintre doi electrozi conectati la o sursa de curent, curentul nu circula. Curentul electric poate trece prin gaze numai daca acestea sunt puternic ionizate. In conditii normale de temperatura, electronii liberi ai metalului raman in metal osciland in jurul unor pozitii de echilibru. Daca se ating cei doi electrozi, curentul parcurge contactul care se comporta ca o rezistenta electrica si se incalzeste prin efect Joule-Lenz. La temperaturi ridicate, la incandescenta, se produce o puternica emisie termo-electronica, in jurul zonei incalzite formandu-se un nor de electroni aflat in echilibru termo-dinamic si electric cu suprafata metalului incarcata electro-pozitiv. Daca cei doi electrozi se departeaza la cativa milimetri, intre ei se formeaza un camp electric extern care va accelera electronii din norul emis in directia polului pozitiv, anodul. Deplasarea electronilor din zona catodica va favoriza continuarea emisiei electronice. In drumul lor electronii accelerati de campul electric se vor ciocni inevitabil de particulele din atmosfera molecule, atomi, ioni determinand o serie de fenomene cum ar fi: disocierea moleculelor de gaz, excitarea atomilor si chiar ionizarea acestora. Excitarea consta din cedarea unei cantitati de energie de la electronul accelerat la atom, in urma ciocnirii si deplasarea unor electroni de pe nivele energetice periferice pe nivele interioare. Revenirea pe orbitele de echilibru se realizeaza cu cedarea energiei in mediu sub forma unor radiatii luminoase, electromagnetice si calorice. Daca intensitatea campului electric si energia cinetica a electronilor accelerati este suficient de mare la ciocnirea cu un atom este posibila smulgerea unor electroni de pe orbitele periferice si ionizarea atomului. In acelasi timp in spatiul gazos dintre electrozi au loc si fenomene inverse: recombinari , dezexcitari, dezionizari. Toate aceste fenomene directe si inverse sunt insotite de o puternica degajare de radiatii, lumina si caldura. Gradul de ionizare al mediului este dat de raportul dintre numarul de ioni si numarul total de atomi din unitatea de volum din mediu. Cresterea gradului de ionizare reduce rezistenta electrica si mareste conductivitatea mediului gazos, curentul poate circula si arcul electric se amorseaza. In perioada de amorsare care este de ordinul sutimilor de secunda parametrii electrici se modifica, tensiunea scade de la tensiunea de mers in gol a sursei la tensiunea de functionare a arcului iar curentul creste de la zero, curentul de scurt-circuit la curentul de functionare a arcului.

            II. Perioada arcului stationar se caracterizeaza printr-un echilibru al fenomenelor de emisie termoelectronica, disocieri-recombinari, excitari-dezexcitari, ionizari-dezionizari care au loc in coloana arcului la o intensitate maxima a curentului si o tensiune redusa. Arcul prezinta trei zone distincte: zona catodica, coloana arcului si zona anodica figura 7.8.


       Fig.7.8 Zonele arcului electric, caderea de tensiune pe lungimea arcului

            Zona catodica ZK, scurta este zona in care se gasesc electronii emisiunii termo-electronice care patrund in coloana arcului si ionii care vin din coloana arcului si bombardeaza catodul K pe o portiune ingusta pata catodica PK. Temperatura petei catodice este dependenta de materialul electrodului, pentru electrozii din otel la care elementul predominant este fierul temperatura este de circa 2500oC iar pentru electrozii nefuzibili din wolfram de circa 3700oC.

            Coloana arcului este mai extinsa si la nivelul ei au loc fenomenele de disociere, excitare ionizare si fenomenele inverse insotite de o puternica radiatie electromagnetica, de lumina si caldura fiind inconjurata de aureola arcului.

            Zona anodica este scurta si in aceasta zona electronii din coloana arcului bombardeaza anodul cedandu-i energia, pe o suprafata ingusta numita pata anodica PA. Temperatura petei anodice este mai mare ca a petei catodice, explicatia fiind aceea ca emisiunea termo-electronica in zona catodica se face cu absorbtie de energie care apoi se cedeaza in zona anodica si respectiv petei anodice. De asemenea temperatura petei anodice depinde de materialul electrodului, pentru otel este de circa 2600oC iar pentru wolfram 4250oC.

            Tinand seama de cele aratate mai sus, conectarea piesei la anod si a electrodului la catod  adica polaritatea directa permite deplasarea usoara fara perturbarea emisiei termoelectronice in timpul deplasarii electrodului in lungul cordonului pe piesa de prelucrat. Polaritatea inversa determina dificultati la mentinerea emisiei termo-electronice la deplasarea electrodului pe piesa de la zone calde la zone mai reci, pata catodica realizandu-se pe suprafata piesei. Totusi arcul electric in curent continuu in polaritate inversa este mult utilizat la sudarea prin topire a materialelor mai greu fuzibile, la sudarea cu electrozi cu invelis mai gros continand pulberi metalice si feroaliaje, la sudarea materialelor subtiri etc. Metoda asigura o topire mai rapida a electrodului si o incalzire mai moderata a piesei cu efecte benefice asupra tensiunilor si deformatiilor care au valori mai reduse.

            La sudarea in curent continuu coloana arcului prezinta fenomenul de suflaj care consta intr-o deviere a coloanei arcului pe directia liniilor campului electric. Suflajul are efect negativ deoarece determina formarea unui cordon neuniform. Fenomenul se poate atenua prin: utilizarea prizei deplasabile pe piesa o data cu deplasarea electrodului; amplasarea prizei la capatul cordonului ceeace ar mentine stabila directia liniilor campului electric; utilizarea electrozilor cu invelis gros care se constituie intr-un ghidaj al arcului si reduce devierea; sudarea cu arce scurte la care coloana arcului este deosebit de scurta sau se poate elimina prin sudarea in curent alternativ la care schimbarea polaritatii cu frecventa face imposibila orientarea arcului.

            III Perioada stingerii arcului. Stingerea arcului se realizeaza prin variatia lungimii sale in doua variante extreme: a) prin cresterea lungimii arcului prin indepartarea electrodului de piesa. O data cu cresterea lungimii creste caderea de tensiune pe arc Ua care poate deveni mai mare ca tensiunea sursei. Fenomenele de ionizare se reduc, se refac proprietatile dielectrice ale atmosferei gazoase dintre electrozi si arcul se intrerupe. Pentru reaprinderea arcului este necesara o noua amorsare. b) prin reducerea lungimii arcului si realizarea scurt-circuitului a contactului cu piesa. Sursa poate functiona pe o perioada determinata in scurt-circuit. Arcul electric dispare datorita disparitiei mediului gazos dintre electrozi, dar arcul se reaprinde instantaneu la desprinderea electrodului si ruperea contactului.

            Arcul electric prezinta o caracteristica statica in coordonate tensiune curent U-I care depinde de lungimea arcului figura 7.9.

            Fig.7.9. Caracteristica statica a arcului electric

            Formula lui Seferian stabileste relatia dintre caracteristicile arcului.

            .

            Cantitatea de caldura degajata pe arcul electric se poate determina cu relatia Q=Ua.Is.t [J] . Temperaturile in arcul electric pot atinge valori de 10000-12000oC putand creste la zeci sau chiar sute de mii de grade in arcul de plasma. Randamentul termic al arcului depinde de tipul acestuia: 50-70% la arcul cu actiune indirecta, 70-80% pentru arcul cu actiune directa, 80-90% la sudarea cu arc acoperit sub flux.

            In functie de natura mediului in care se produce descarcare electrica exista arcuri in gaze , in vapori de metal sau alte elemente din invelisul electrodului fapt ce permite sudarea in vid, sudarea in apa.

            Trecerea metalului prin arcul electric. La sudarea cu arc electric cu electrod fuzibil picaturile de metal rezultata din topirea electrodului trec prin coloana arcului pentru a ajunge in baia de metal topit. Picaturile trec intotdeauna de la electrod la piesa chiar si cand aceasta se face impotriva gravitatiei. Fenomenul poate fi explicat pe baza a doua categorii de forte:

a)      forte de propulsie rezultate din aparitia si extensia la temperaturi inalte a unor bule de gaze, oxizi care se formeaza prin combinarea unor elemente de aliere cu oxigenul de exemplu in cazul otelurilor reactia dintre carbon si oxidul feros C+FeO=CO+Fe. Teoria corespunde modelului de sudare cu arce lungi.

b)      Forte electromagnetice care apar la o variatie brusca a curentului de sudare cand in cazul arcelor scurte picaturile formeaza punti de metal lichid adica scurt circuit intre electrod si piesa. Cresterea brusca a curentului apropie liniile de camp si picaturile de metal se gatuie. In acelasi timp apar componente axiale ale fortelor electromagnetice FM in directia materialului de baza si Fe in directia electrodului. Datorita faptului ca intotdeauna sectiunea si masa baii sunt mai mari decat cele ale electrodului FM>Fe rezultanta lor fiind indreptata spre piesa ceeace asigura si deplasarea spre piesa a picaturilor de metal.

Surse de curent pentru sudarea cu arc electric.

            Functionarea stabila a arcului electric la sudare este conditionata de variatia tensiunii si curentului in circuitul reprezentat de sursa de curent si rezistenta neliniara a descarcarii. Pentru aceasta sursa trebuie sa aiba o caracteristica statica puternic descrecatoare. Daca se suprapune peste caracteristica sursei caracteristica arcului electric se obtine punctul de functionare in care arcul se autoregleaza in functie de conditiile de lucru, lungimea arcului in principal. La variatia importanta a inaltimii arcului l1<l2<l3 deci a caderii de tensiune pe arc U1<U2<U3 , variatia curentului este cu atat mai mica I1>I2>I3, cu cat panta caracteristicii sursei este mai mare. F1, F2, F3 sunt punctele de functionare a arcului, figura 7.10.


            Fig.7.10 Punctele de functionare a arcului electric.

In afara caracteristicii coboratoare sursa de curent pentru sudare trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:

-sa poata functiona timp indelungat in regim de scurtcircuit cu un curent care sa nu depaseasca cu 40-50% curentul de sudare,

-sa asigure o trecere rapida de al regimul de sarcina la scurt circuit si invers, adica sa aiba o caracteristica dinamica buna, timpul de revenire sa fie mai mic de 0,03 sec.,

-sa permita reglarea curentului de sudare in limite largi in trepte cat si continuu pentru asigurarea regimului optim,

-sa aiba tensiunea de mers in gol suficient de mare pentru a permite amorsarea usoara a arcului electric,

-sa aiba durabilitate mare in conditii grele de lucru, pe santier, in exterior etc.,

-sa fie usor de manevrat,

-sa fie economice, sa aiba un consum redus la mers in gol, sa dispuna de limitatoare de mers in gol, sa asigure un randament ridicat.

Dupa tipul curentului se disting: surse de curent alternativ, transformatoarele de sudura si surse de curent continuu, grupurile motor generator, convertizoarele de sudura si redresoarele de sudura.

Transformatorul cu sunt magnetic mobil figura 7.11.


Fig.7.11 Transformatorul cu sunt magnetic mobil

Caderea de tensiune se realizeaza cu ajutorul suntului magnetic. La cresterea curentului de sudare in infasurarea secundar, creste dispersia magnetica si tensiunea U2 scade. Reglarea curentului de sudare se poate realiza in trepte prin modificarea tensiunii de alimentare U1 care poate lua valori de 220, 380, 500 volti sau continuu in cadrul unei trepte prin modificarea pozitiei suntului in raport cu miezul de fier al transformatorului.

Suntul realizeaza divizarea fluxului magnetic creat de infasurarea primar astfel incat numai o parte a fluxului va actiona asupra infasurarii secundar inducand un curent mai mic. Cealalta parte a fluxului magnetic se va inchide prin sunt.

Generatorul de curent de sudare cu excitatie separata si serie antagonista, figura 7.12.


Fig.7.12 Generatorul cu excitatie separata si serie antagonista

Caderea de tensiune se realizeaza la cresterea curentului de sudare, prin cresterea fluxului de demagnetizare Φdm antagonist fluxului de magnetizare Φm, creat de infasurarea de excitatie . Reglarea curentului se poate realiza in trepte prin rotirea uneia din periile colectoare sau continuu prin reglarea curentului in infasurarea de excitatie cu reostatul R.

Redresorul in punte trifazata, figura 7.13.


            Fig.7.13 Redresorul in punte trifazata

            Caderea de tensiune la cresterea curentului de sudare se realizeaza prin intercalarea unei bobine de reactie Br intre transformatorul Tr cu caracteristica rigida si redresorul R. Reglarea curentului se face prin modificarea campului de excitatie al bobinelor de comanda Bc alimentate in curent continuu, dispuse pe acelasi miez cu bobinele de reactie Br, cu ajutorul reostatului Rc.

            Sudarea cu arc electric descoperit

Sunt cunoscute mai multe variante ale acestei tehnologii intre care cea mai cunoscuta este sudarea manuala cu arc electric.

Sudarea manuala cu arc electric este un procedeu de sudare prin topire care se realizeaza pe seama caldurii concentrate dezvoltata de arcul electric format intre piesa de sudat si electrod.

Principiul acestui procedeu este ilustrat in figura 7.14.

Arcul electric topeste prin actiune directa o parte din metalul de baza 1 si din cel de adaos 2, formand baia comuna de metal lichid 3 care, odata cu deplasarea electrodului cu viteza VS in directia de sudare , se raceste formand cusatura sudata 4.

Concomitent sub actiunea arcului, invelisul electrodului 5 se topeste formand o baie de zgura lichida protectoare 6 din care rezulta prin solidificare crusta de zgura 7.Gazele provenite prin arderi si vaporizari formeaza in zona arcului o atmosfera ionizata si protectoare 8.

Temperaturile maxime sunt atinse in zona centrala a coloanei arcului 9.(10.000-12.000 oC)


Fig. 7.14 Principiul sudarii cu arc electric descoperit

Amorsarea arcului se face prin aducerea electrodului in contact  cu piesa  si retragerea rapida la o distanta de 2…5 mm, comparabila cu diametrul electrodului.

Tensiunea necesara amorsarii arcului este de 45÷60V (pentru d= 3..5mm) si minim 70 V(pentru d=1,5…2,5mm).

In functie de lungimea arcului si de tipul electrodului, in timpul sudarii tensiunea arcului este cuprinsa in limitele a 16… 30V

Arcul are o buna stabilitate in cazul conectarii in polaritate directa (polul negativ la electrod),pata catodica 10 mentinandu-se la o temperatura ridicata fiind la electrod ,emisia de electroni se face in bune conditii. Stabilitatea este mai redusa la conectarea in polaritate inversa (polul negativ la piesa) cand pata catodica se deplaseaza pe suprafata piesei

Stabilitatea arcului este si mai redusa in cazul folosirii curentului alternativ deoarece pata catodica trece succesiv de la electrod la piesa si invers cu dublul frecventei curentului.

In functie de tipul curentului, sursele de sudare utilizate la sudarea manuala cu arc electric se impart in 2 grupe: surse de curent continuu si surse de curent alternativ. Curentul continuu pentru sudare se poate realiza cu agregate de sudura de tipul convertizoarelor sau redresoarelor iar curentul alternativ cu ajutorul transformatoarelor de sudura. Acestea sunt transformatoare coboratoare de tensiune la care reglarea intensitatii curentului se poate face fie cu sunt magnetic mobil  fie cu bobine de reactanta. Pentru mentinerea arcului in curent alternativ, circuitul de sudare trebuie sa prezinte o inductanta proprie care sa asigure un defazaj intre tensiune si curent (cos ℓ =0,4 – 0,5). Schemele de principiu si functionarea acestor utilaje a fost prezentata anterior.

            Materiale de adaos utilizate la sudarea manuala cu arc electric.

            Electrozii pentru sudarea manuala cu arc electric se prezinta sub forma unor vergele din sarma acoperite la exterior cu un invelis (figura 7.15). Dimensiunile uzuale sunt :d (mm):1,5; 2; 2,5; 3; 3,25; 4; 5; 6 si L(mm):300; 350; 450.

Fig. 7.15. Dimensiunile principale ale electrozilor inveliti

Clasificarea electrozilor inveliti pentru sudarea manuala a otelurilor

            Electrozii inveliti pentru sudarea otelurilor se impart in 5 grupe STAS1125//1-81:

Grupa I –electrozi pentru sudarea otelurilor carbon si slab aliate STAS 1125//2-81;

Grupa II –electrozi pentru sudarea otelurilor cu granulatie fina si a otelurilor utilizate la temperaturi scazute STAS 1125//3-82

Grupa III –electrozi pentru sudarea otelurilor termo-rezistente STAS 1125//4-82.

Grupa IV –electrozi pentru sudarea otelurilor inoxidabile si refractare STAS 1125//5-76

Grupa V –electrozi inveliti pentru incarcare STAS 125//6-82.

Simbolizarea electrozilor inveliti pentru sudare din grupa I.

E-simbolul grupei de electrozi

43-rezistenta minima a materialului depus prin sudare este de 43 daN/mm2

B-tipul invelisului:A-acid;B-bazic;C-celulozic;O-oxidant;R-rutilic;RR-rutilic gros; S-alte tipuri.

110-randamentul nominal mediu RN =110%.

2-pozitia de sudare :1-toate pozitiile;2 –toate pozitiile exceptand vertical descendenta;

H-metalul depus contine hidrogen sub 150 cm3/100 g.

Recomandari pentru utilizarea electrozilor, tabelul 7.2

                                                                                                Tabelul 7.2.

Tipul electrodului

Oteluri ce se pot suda

E.43.5.B.110.2.0.H

OL37.3;OL44.2;OL44.3;OL44.4

OLT 35;OLT 35.K

OLC 15; K 41

OT 400.1;OT400.2;OT 400.3

E. 43.1.A.4.2

E 43.2.RR.2.2

OL 34.1;OL37.1; OL 37.2; OL 44.2

E.43.2.R.2.2.

E43.2.R.1.2

OL 37.2; OL 44.2

OLT 35;OLT 35,K;D

E51.5.B.110.1.0.M

OL37.4;OL 44.4;OL 52.4

OL 50.1;K47.4.a;K.52.4. a

OCS 44.5;OCS 52.5

OT 400.3;OT 500.3

EY50.7.B.110.2.0.H5

OL 60;K 52.7a

OCS 55.5a;OCS 58.5a

EL.Cr.Mo.R.2.2.

EL.Cr.Mo.B.2.0.H

14.Cr.Mo4

14.Cr.Mo4.2b.(K7)

EX7.19.12.2.NbB.2.0

10TiMoNiCr175;X10CrNiMoTi18.10

X10CrNiMoNb18.10; X5CrNiMo18.12

EX 12.25.20.B.2.0

15SiNiCr250;T25NiCr250

Tehnologia sudarii manuale cu arc electric

a. Alegerea regimului de sudare

In functie de calitatea prescrisa pentru imbinare, de forma si dimensiunile pieselor se stabilesc dimensiunile si felul cusaturilor, pozitia in care trebuie executata sudarea ,numarul de straturi, ordinea de executie a acestora etc.

            Tipul electrodului se alege astfel incat compozitia chimica a cusaturii sa fie apropiata de cea a materialului de baza asigurand insa cu prioritate rezistenta mecanica a imbinarii. Diametrul electrodului de se alege in functie de grosimea g a pieselor.

                                                                                                 Tabelul 7.3.

Grrosime piese g

mm

1,5-2

2-3

3

4-8

9-12

13-15

>15

Diametru de

mm

1,5-2

2,5

3,25

4

4-5

5

5-6

Intensitatea curentului de sudare IS se alege conform prescriptiilor de utilizare a electrozilor sau se calculeaza cu relatia: IS=(20+6de)de. Curentul se mareste cand sudarea se realizeaza in conditii dificile, cu pierderi mari de caldura sau se micsoreaza la sudarea in pozitii grele in plan vertical, pe plafon caz in care metalul lichid trebuie sa fie mai pastos. In cazul sudarii in curent continuu, tinand seama ca polul pozitiv se incalzeste mai puternic, se alege polaritatea directa la sudarea pieselor groase mai putin sensibile la supraincalzire si polaritate inversa la sudarea pieselor subtiri sau sensibile la supraincalzire cat si in cazul utilizarii electrozilor a caror invelis necesita pentru topire rapida o cantitate mare de caldura.

b. Pregatirea pieselor in vederea sudarii cuprinde:

-         prelucrarea marginilor pieselor de sudat in functie de grosimea acestora si forma imbinarii conform STAS  6602-81, cateva variante de prelucrare sunt prezentate in figura 7.16.


Text Box: b)


            Fig.7.16 Variante de prelucrare a marginilor pentru sudare a) imbinari cap la cap b) imbinari de colt.

- curatirea marginilor piesei prin periere, polizare sau sablare. Pentru indepartarea oxizilor si impuritatilor determinate de prelucrarea marginilor in special atunci cand aceasta s-a facut prin taiere termica.

-         prinderea pieselor intr-o pozitie reciproca corecta in puncte de sudura utilizandu-se electrozi de aceeasi calitate ca si la sudare.

-        

c. Executarea cusaturii

Dupa pozitionarea pieselor reglarea curentului se trece la amorsarea arcului electric si realizarea cusaturii. Electrodul se tine inclinat in raport cu normala la suprafata  cusaturii la un unghi de 15-300 in directia si sensul de sudare ,pentru a evita formarea de picaturi reci in fata arcului .Prin unghiul de inclinare se poate actiona asupra adancimii de patrundere si vitezei de racire  a baii. Electrodului i se imprima o miscare combinata figura 7.17, formata din:-o translatie in lungul axei electrodului pentru a compensa consumul acestuia cu viteza de topire Vt ;-o translatie in lungul cusaturii cu viteza de sudare, aceasta se stabileste in functie de sectiunea cordonului, scazand proportional cu aceasta; -o miscare de pendulare transversala prin care se asigura latimea corespunzatoare a cordonului. Formele miscarilor pendulare figura 7.17 a) zig-zag, b) arce convexe, c) arce concave, d) spirala, e) complexa , se alege in functie de forma, latimea si pozitia cordonului.

            O cusatura poate fi formata din unul sau mai multe randuri asezate  in straturi succesive figura 7.17, randul fiind metalul depus la o singura trecere.


            Fig.7.17 Miscari la sudarea manuala cu arc alactric

           

            La sudarea otelurilor cu continut mediu si ridicat de carbon trebuie luat in considerare pericolul aparitiei crapaturilor si porozitatilor. Pentru reducerea acestui pericol se impune preincalzirea pieselor cu continut mediu la 200-300oC si la 300-350oC a celor cu continut ridicat de carbon. Sudarea se realizeaza cu electrozi bazici subtiri in straturi fine. In majoritatea cazurilor se recomanda aplicarea unui tratament de recoacere la 650-700oC urmata de racire lenta in cuptor.

            Sudarea pieselor din fonta se accepta numai in cazul unor lucrari de reparatii cand este prea costisitoare inlocuirea piesei distruse. Sudarea se va realiza cu preincalzire la 250-300oC respectandu-se urmatoarele conditii:

-piesele se vor incalzi lent in conditiile unei dilatari libere, nepericuloase,

-sudarea se va face numai in pozitie orizontala,

-se vor utiliza electrozi subtiri, din aliaje cu coeficienti de contractie mici si tenacitate ridicata, cu curenti micisi in polaritate inversa,

-se vor lua masuri pentru extinderea fisurilor respectiv executarea unor gauri la extremitatile zonei,

-sudarea se va executa de la centru spre margini,

-cordonul va fi realizat in straturi subtiri care se vor detensiona prin ciocanire.

            d. Operatii de completare dupa sudare :

-         detensionarea pieselor prin tratament termic sau prin ciocanure, vibrare, valtuire

-         curatirea pieselor de zgura, stropi, arsuri

-         indepartarea suprainaltarii prin polizare sau aschiere,

-         controlul calitatii imbinarilor.

Determinarea capacitatii de topire a electrozilor

Pentru a aprecia calitatea electrozilor de sudura se va determina :

viteza de topire, coeficientul de topire, coeficientul de depunere ,coeficientul de pierderi prin stropi si ardere .

a. Viteza de topire a unui electrod: Vt=   [g/min]  unde :

mt- masa de metal topit dintr-un electrod ,mt =m1-m2

m1- masa vergelei fara invelis, inainte de topire

            m2-masa capatului de metal ramas in clestele port electrod

            t- timpul de sudare:

            b. Coeficientul de topire: αt =3600       [g/A h]  unde :

IS- intensitatea curentului de sudare in amperi,

            t- timpul de sudare

            c. Coeficientul  de depunere: αd = 3600      [g/A  h]  unde :

md-masa de metal depus la topirea unui electrod, md=m3-m4 [g]

m3- masa piesei dupa sudare ,m4- masa piesei inainte de sudare

d. Pierderea absoluta de masa : pa=mt-md [g]

e. Coeficientul de pierderi: p=  [%]

Pierderile se compun din: -capatul netopit ramas in clestele port electrod(8-10%), -pierderi prin ardere, vaporizare, stropi (10-15%)

f. Randamentul nominal al depunerii:      RN=  [%]

            Sudarea cu arc electric sub flux.

Sudarea cu arc electric sub strat de flux se caracterizeaza prin urmatoarele elemente figura 7.18 :


Fig.7.18. Principiul sudarii cu arc electric sub strat de flux

-arcul electric(1) format intre electrodul (2) si piesa de  sudat (3) este acoperit de stratul de flux granular pentru sudare (4) care cade gravitational din rezervorul (5);

-electrodul este continuu, o sarma electrod, infasurata in toba derulor (6);

-instalatia de sudare asigura avansul sarmei electrod (Ve ) cu ajutorul unui mecanism cu role actionat de un motoreductor M R, care o obliga sa treaca prin piesa de contact electric (8)

-deplasarea intregului ansamblu in lungul liniei de imbinare cu viteza Vs se poate face mecanizat cu un carucior autopropulsat in cazul sudarii automate sau manual in cazul sudarii semiautomate.

Modul de realizare a cusaturii de sudura este  prezentat in figura 7.19.

Arcul electric (1) topeste simultan metalul de baza (2), sarma electrod (3) si o parte  din fluxul granular (9).Se formeaza la temperatura inalta a arcului o cavitate (4) ce contine substante gazoase (vapori de  metal, substante provenite din arderea sau descompunerea fluxului) inchisa la  partea  superioara de un strat de flux topit (5) si la partea inferioara de  baia de metal topit (6). Fluxul netopit (9) este recuperat reintrodus in rezervorul de flux si refolosit. Baia de metal topit este sustinuta si protejata la radacina, de o placa metalica (10) sau de o perna de flux.


Fig.7.19 .Modul de formare a cusaturii.

Particularitatile procedeului:

- Folosind densitati mari de curent, procedeul are o productivitate foarte mare coeficientii de  topire fiind de pana la 30 g/A h fata de 712 g/A h la  sudarea manuala. Corespunzator viteza de sudare este mult mai mare.

- Cusatura este de calitate superioara atat ca aspect cat si ca structura. Racirea lenta la solidificarea cordonului ajuta la separarea impuritatilor, a incluziunilor de zgura si gaze.

- Fluxul topit se solidifica mai tarziu decat metalul din cordon si se comporta ca un ecran termic in timpul solidificarii si in continuare. Se obtine astfel in  cusatura o structura apropiata de cea de echilibru.

Dimensiunile cusaturii sunt uniforme iar suprafata sudurii neteda.

Cusatura poate fi aliata prin alegerea convenabila a cuplului sarma flux.

- Consumul de material de adaos este mic, la formarea cusaturii participand mai mult materialul de baza.

- Rolul indemanarii  sudorului este diminuat

- Pierderile de metal sunt mici ca urmare a diminuarii pierderilor prin stropi si prin ardere.

- Conditiile de lucru sunt bune, radiatia arcului fiind adsorbita de flux.

- Arcul electric arde sub stratul de flux, nu poate fi observat si cele mai mici greseli de reglare deplaseaza cusatura din rost.

- Rosturile trebuiesc prelucrate cu precizie mai mare.

- Pozitionarea si sustinerea pieselor este  pretentioasa si cere dispozitive speciale.

- Procedeul nu poate fi aplicat in cazul sudurilor de pozitie, varianta automata aplicandu-se  numai la cordoane lungi de sudura.

Procedeul se  aplica la sudarea imbinarilor cap la cap sau in unghi a tablelor situate in plan orizontal sau cu o inclinatie maxima de 100, la suduri circulare in plan vertical, interior si exterior, intalnite la sudarea virolelor, recipientelor cilindrice.

Prin deplasarea arcului electric cu viteza Vs, baia de metal topit se solidifica formand cusatura sudata (7) iar stratul de flux topit formeaza un strat de zgura solida (8). Procesul de sudare se desfasoara complet acoperit de stratul de flux care protejeaza astfel baia de metal lichid si cordonul de sudura de actiunea daunatoare a oxigenului si azotului din aer.

Fluxul netopit (9) este reintrodus in rezervorul de flux si refolosit. Baia de metal topit este sustinuta si protejata la radacina, de o placa metalica (10) sau o perna de  flux.

Utilaje si aparatura

Sudarea automata sub strat de flux se executa cu instalatii speciale, folosind surse de curent continuu sau curent alternativ de putere mare si curenti de 500 - 1200 A.

Pentru realizarea unei cusaturi de calitate, la sudarea sub flux este necesara mentinerea lungimii arcului la o valoare constanta. In  functie de lungimea  arcului, variaza tensiunea de sudare iar functie de aceasta variaza intensitatea curentului de sudare. Variatia in timp a curentului de sudare se traduce imediat in variatia cantitatii de metal topit in unitatea de timp, deci in variatia formei si dimensiunilor transversale ale cusaturii realizate.

In functie de sistemul de reglare a lungimii constante a arcului exista doua tipuri principale de instalatii:

1.Instalatii de sudare automata cu viteza de avans a sarmei Vs constanta Instalatia realizeaza avansul sarmei electrod cu ajutorul unui motor electric asincron cu turatie constanta MEA, prin  intermediul unui reductor de turatie R, si a unor roti dintate de schimb RS. De asemenea sursa prezinta o caracteristica rigida, cresterea lungimii arcului determinand o scadere importanta a curentului.

La o crestere a lungimii arcului de la 11 la l2 se produce urmatoarea serie de interactiuni: caderea de tensiune pe arc Ua creste, curentul de sudare Is scade, cantitatea de caldura degajata de arc Q scade, viteza de topire a sarmei Vt scade si in consecinta lungimea arcului scade.

↑ 12 →↑ Ua →↓ Is→↓Q→↓ Vt→↓ 11 si invers.

           


      Fig.7.20 Schema reglarii lungimii arcului prin variatia intensitatii

Se obtine astfel un efect invers al fenomenului  initial, in sensul ca daca lungimea  arcului a crescut la un moment dat, prin autoreglare ea revine rapid la valoarea initiala, prin modificarea vitezei de topire  a sarmei. Pentru a se obtine un efect de autoreglare cat mai rapid, se folosesc surse de curent cu caracteristica externa rigida, cu panta mai mica, astfel incat pentru o anumita valoarea a variatiei lungimii arcului sa corespunda o valoare mare a variatiei intensitatii  ∆I , figura 7.20

2.Instalatii de sudare automata cu viteza de avans a sarmei variabila care realizeaza avansul sarmei cu ajutorul unui motor electric de curent continuu MCC cu turatie  variabila, alimentat de un generator de curent continuu GCC, care are o infasurare de excitatie IE, legata in paralel cu arcul electric.


Fig.7.21.Schema reglarii automate a lungimii arcului electric cu viteza de avans variabila.

            Turatia motorului MCC este  variabila in functie  de valoarea tensiunii  la bornele infasurarii de excitatie, deci variatiile lungimii arcului sunt percepute de aceasta infasurare ca variatii de tensiune si transformate in variatii ale vitezei de avans, care restabilesc lungimea arcului dupa schema: ↑12 →↑ Ua→↑ Ve→↓ 11      si invers

Pentru a obtine o sensibilitate a sistemului de reglare se folosesc surse  de curent pentru sudare avand caracteristica externa puternic coboratoare, cu panta mare, astfel incat la o anumita variatie a lungimii arcului sa corespunda o variatie cat mai mare a tensiunii arcului ∆U , figura 7.21.

Materiale utilizate la sudarea sub strat de flux

a) Sarma electrod

Compozitia chimica sarmei electrod  trebuie sa fie apropiata de cea a pieselor care se sudeaza.

Pentru sudarea otelurilor se folosesc sarme din otel carbon sau slab aliat, avand continut mic de carbon 0,l - 0,2%C si 2 - 3 %Mn pentru o mai buna desulfurare si dezoxidare a baii de metal topit.

La exterior sarmele sunt cuprate in vederea imbunatatirii contactului electric in circuitul de sudare.

STAS 1126-87 prevede mai multe marci de sarme, de  ex: S10Mn2; S10Mn1Ni1; S12MoCr1; S12Mn3Mo

Diametrele sarmelor utilizate :1,2-6 mm.

b)Fluxuri

Fluxurile sunt materiale  granulare ce contin MnO, CaCO3, CaF2, FeO, Fe2O3, Al2O3, MgO, TiO2 si eventual elemente de aliere si de adaos. Pot fi acide, neutre sau bazice.

De  compozitia chimica a fluxului depinde capacitatea de dezoxidare a baii cat si fenomenul de eliminare in zgura a impuritatilor din baia de sudura.

Dupa modul de preparare fluxurile pot fi: topite si recristalizate de regula tipizate si ceramice, fluxuri in care se pot introduce elemente de aliere. La sudarea otelurilor aliate, pentru compensarea pierderilor elementelor de aliere prin ardere se pot folosi diferite cupluri sarma flux: flux topit si sarma aliata sau flux ceramic cu elemente de aliere si sarma nealiata.

Particularitati tehnologice

- Pregatirea marginilor pieselor de sudat se face diferit fata de cea practicata la sudarea cu arc descoperit, deoarece adancimea de patrundere la acest procedeu este mult mai mare datorita posibilitatii utilizarii unor intensitati mari de curent.

Astfel, rosturile au unghiuri mai mici 35 – 550 iar pentru grosimi pana la 14 - 16 mm nu se mai tesesc marginile tablelor de imbinat (rostul in I).

Pozitionarea pieselor de sudat trebuie sa se faca foarte precis, sa fie diminuate la imita orice denivelari ale marginilor sa nu existe variatii ale  sectiunii rostului. Pozitionarea se face prin puncte de sudura sau cu dispozitive magnetice.

Pentru protectia radacinii cusaturilor si pentru sustinerea baii de metal topit pe partea opusa, se folosesc urmatoarele variante tehnologice: a) sudarea sub flux cu radacina sudata manual, varianta mai putin productiva; b) sudarea pe placa de metal din otel care se inglobeaza in structura sudata sau cupru caz in care se poate infesta cu cupru baia de metal; c) sudarea pe perna de flux varianta cea mai performanta dar care necesita dispozitive speciale, figura 7.22.


      Fig.7.22 Variante tehnologice de sudare sub flux a tablelor.

Stabilirea parametrilor regimului de sudare

Alegerea parametrilor regimului de  lucru la sudarea automata sub strat de flux are o importanta deosebita in obtinerea unei calitati superioare a imbinarii sudate.

a) Cuplul sarma-flux.

Sarma electrod si fluxul se aleg dintre marcile si dimensiunile de fabricatie uzuale, in conformitate cu indicatiile din literatura de specialitate. Sarma electrod trebuie sa aiba o compozitie chimica asemanatoare cu cea a materialului de baza, dar stabilita astfel incat rezistenta cusaturii sa fie cel putin egala cu cea a metalului de baza.

In tabelul 7.4 se da compozitia chimica a metalului depus cu cateva tipuri uzuale de cupluri sarma - flux.

                                                                                      Tabelul 7.4.

Sarma

Flux

Compozitia chimica

%C

%Mn

%Si

%Ni

%P

%S

S10

FSM37

0,06

0,8

0,5

-

0,045

0,045

S10Mn1

FSM37

0,06

1,1

0,55

-

0,045

0,045

S12Mn2

FSM37

0,06

1,5

0,6

-

0,045

0,045

S12Mn2

FB10

0,06

1,25

0,55

-

0,035

0,035

S10Mn1Ni1

FB10

0,06

1,1

0,55

1,1

0,035

0,035

 Diametrul sarmei electrod se alege in functie de grosimea pieselor de imbinat conform tabelului 7.5

                                                                                                            Tabelul 7.5

Grosimea tablei g

mm

2-4

4-10

6-14

14-20

Diametrul sarmei d

mm

1,5-3

3-4

4-5

5-6

b) Intensitatea curentului de sudare IS

Curentul de sudare este limitat de supraincalzirea materialului, de tipul de flux, de vaporizarea unor elemente de aliere etc. Cu cresterea intensitatii curentului de sudura, creste viteza de topire si adancimea de patrundere. Configuratia cordonului depinde in egala masura si de tensiunea curentului de sudare Influenta intensitatii si tensiunii curentului de sudare asupra configuratiei cordonului este prezentata in figura 7.23.


Fig.7.23 Influenta intensitatii si tensiunii curentului de sudare asupra configuratiei cordonului

Intensitatea curentului de sudare se poate determina cu relatia:

            IS =6,5 de2 +154,75 de -138,5  [A]

unde de este diametrul sarmei electrod in mm.

c) Viteza de avans a sarmei electrod Ve se alege din diagrame sau tabele in functie de diametrul sarmei si curentul de sudare, ea influenteaza adancimea de patrundere si se calculeaza cu relatia: Ve= Vs  [m/min]

unde: Vs -viteza de sudare in [m/h]

         A -sectiunea cordonului la o trecere in [mm2]

         d -diametrul sarmei electrod in [mm]

d) Viteza de sudare influenteaza direct asupra productivitatii procesului de sudare cat si asupra formei cusaturii. Valorile uzuale ale vitezei de sudare in m/ora sunt prezentate in tabelul 7.6.

                                                                                    Tabelul 7.6.

Grosimea pieselor g

mm

2

4

6

8

20

30

40

Viteza de sudare Vs

m/h

50

42

34

25

22

18

15

            Pentru cresterea productivitatii procesului de sudare se pot aplica variante ale sudarii sub flux:

            -pentru sudarea tablelor de grosimi mari la care ar fi necesare doua treceri se recomanda utilizarea sudarii cu doua arce separate in cavitati separate sau sudarea cu doua arce in aceeasi cavitate;

            -pentru sudarea unor cordoane late, de acoperire a unei suprafete sau de incarcare se recomanda utilizarea sudarii cu electrod banda cu grosime de 0,5-1,6 mm si latime de 20-100mm.

            Sudarea cu arc electric in atmosfera de gaze inerte.

            Aceste procedee au la baza acoperirea arcului si a zonei de formare a cusaturii cu o atmosfera de gaze inerte care asigura functionarea stabila a arcului si protectia baii de metal topit impotriva agentilor chimici din mediu fara a participa la reactiile chimice. Principalele avantaje ale sudarii in gaze inerte sunt:

            -nu folosesc fluxuri sau invelisuri si nu este necesara curatirea cordoanelor de zgura,

            -impiedica oxidarea cu oxigenul din aer cat si difuzia azotului,

            -asigura o productivitate ridicata,

            -permite sudarea de metale si aliaje diferite cu grosimi de la cateva zecimi la zeci de mm.

            In principiu se deosebesc doua procedee de sudare in gaze inerte:

            -sudarea cu electrod nefuzibil din wolfram WIG-Worfram-Inert-Gaz.

            -sudarea cu electrod fuzibil MIG-Metal-Inert-Gaz.

            In cadrul procedeului WIG arcul electric se formeaza intre electrodul de wolfram si piesa de sudat. In acest arc electric se topesc marginile pieselor de sudat si materialul de adaos atunci cand procesul o impune si care poate fi sub forma unei sarme sau vergele.


            Fig.7.24 Schema procedeului WIG

            Gazul inert de protectie iese printr-un ajutajul portelectrodului si acopera zona de actiune a arcului. Cele mai utilizate gaze inerte sunt argonul mai greu decat aerul, pentru sudarea in plan orizontal si heliul mai usor decat aerul, la sudarea la pozitie verticala si peste cap. Alimentarea arcului se poate face in curent alternativ cat si in curent continuu polaritate directa. Pentru stabilitatea arcului sunt necesare tensiuni mai mari ca la sudarea cu electrod obisnuit avand in vedere potentialele de ionizare mai mari a gazelor inerte, 15V la argon si 25V la heliu.

Protejarea ajutajului portelectrodului la supraincalzire si chiar topire se face prin racire cu jetul de gaz, la regimuri de sudare moderate si curenti cu intensitati sub 120A si prin racire cu apa la regimuri intensive cu intensitati ale curentilor peste 120A. In acest caz ajutajul portelectrodului trebuie sa prezinte pereti dubli pentru circulatia apei de racire.

            Procedeul se aplica la sudarea otelurilor inoxidabile si refractare inalt aliate cu crom, nichel, molibden, la sudarea unor metale si aliaje neferoase sensibile la actiunea agentilor atmosferici cupru, aliaje de cupru, aluminiu , aliaje de aluminiu, nichel, titan etc.

           

            In cazul procedeului MIG arcul electric se formeaza intre electrdul de sarma care reprezinta in acelasi timp si materialul de adaos si piesa de sudat. Sarmele au diametre de 0,6-2mm si sunt antrenate cu viteza Ve, de role de antrenare actionate de un motoreductor. Polarizarea sarmei se realizeaza prin trecerea acesteia printr-o piesa de polarizare din cupru legata la un pol al sursei de curent. Alimentarea arcului se poate face in curent alternativ sau in curent continuu polaritate inversa.


                        Fig.7.25 Schema procedeului MIG.

            In jurul arcului se insufla o perdea de gaz inert argon sau heliu. Procesul de sudare este asemanator cu sudarea obisnuita cu observatia ca daca piesele sunt mai groase de 8mm se impune preincalzirea acestora la 150-200oC pentru reducerea tensiunilor si implicit a deformatiilor. Procedeul permite utilizarea unor densitati mari de curent 50-200A/mm2 si tensiuni de pana la 50V. Regimurile intensive asigura patrunderi mari facand posibila sudarea unor materiale cu grosimi de pana la 25mm cu prelucrarea dreapta a marginilor. Procedeul se aplica acelorasi categorii de materiale ca si procedeul WIG.

            Sudarea in atmosfera de gaze active

            Atmosferele active asigura protectia arcului si a zonei de actiune a acestuia si in acelasi timp participa activ la procesele metalurgice interationand cu baia de metal topit. Cele mai utilizate metode sunt sudarea in atmosfera de CO2 si sudarea in atmosfera de hidrogen atomic.

            Sudarea cu arc electric in atmosfera de dioxid de carbon este un procedeu de sudare in mediu de gaz protector activ cu sarma electrod fuzibila fiind in prezent larg folosita in varianta MAG sau MAG/CO2 – Metal Activ Gaz la sudarea otelurilor carbon sau a otelurilor slab aliate. Prin utilizarea CO2 se obtin rezultate foarte  bune deoarece in afara rolului de protectie, acesta participa activ, prin reactii chimice, in procesul de sudare.

Arcul electric se formeaza intre sarma electrod si piesa de sudat in jetul de CO2 care iese prin diuza portelectrodului de sudura. Pe masura topirii sarma avanseaza cu viteza Ve, spre zona de sudare prin intermediul unui mecanism de antrenare cu role. Deplasarea pistoletului de sudura se poate face manual la sudarea semiautomata sau cu ajutorul unui carucior mecanic la sudarea automata.


Fig. 7.26 Schema de principiu la sudarea prin procedeul MAG/CO2

Procedeul MAG prezinta avantaje ca:

-         putere de topire ridicata ca urmare a lucrului cu densitati mari de curent, 200 - 230 A/mm2. Cantitatea de metal depus atinge 3-4 kg/h.

-         productivitate mare ca urmare a vitezei de topire mari si a reducerii timpilor auxiliari, nu necesita curatirea zgurii iar arcul electric nu trebuie intrerupt pentru aruncarea capotelor de electrozi si fixarea altora.

-         putere de patrundere mare, adancime de patrundere mare a

-         reducerea unghiul rostului de la 60o la 40o reduce mult cantitatea de metal depus iar la imbinarile cap la cap nu mai este necesara pregatirea marginilor la table cu grosimi pana la 12 mm.

-         Realizarea de economii importante fata de sudarea manuala cu arc electric.

-         deformatii reduse dupa sudare datorita vitezelor de lucru ridicate a unor densitati mari de curent;

-         sensibilitate redusa fata de oxizii sub forma de rugina;

-         procedeul permite observarea directa a arcului electric si a aspectului cordonului de sudare format;

-         gazul, CO2 este ieftin in comparatie cu alte gaze de protectie .

Ca dezavantaje se pot mentiona :

-         aplicabilitate  la o gama restransa de oteluri din cauza aparitiei unor defecte crapaturi, porozitati;

-         pierderi de metal de adaos prin stropi 7 - 8%;

-         ardere relativ importanta a elementelor de aliere din sarma electrod.

Gazul de  protectie fiind activ, in arcul electric intre gaz si picaturile  de metal topit au loc o serie de  procese fizico-chimice. La temperatura foarte ridicata a arcului electric de peste 8000oC, are loc un proces de disociere a dioxidului de carbon in oxid de carbon, care este un gaz reducator cu rol protector pentru baia de metal topit, si oxigen:

  CO2→ CO+O

Oxigenul reactioneaza cu elementele componente din baia de metal topit:

Fe+ O Fe O; Si +2O Si O2; Mn+O Mn O

Pentru  obtinerea unei suduri de calitate, sarma electrod fuzibila, trebuie sa contina elemente dezoxidante ca: Si, Mn sau Al care sa reduca oxizii de fier formati:

2Fe O+Si→SiO2 +2Fe;    FeO+Mn→MnO+ Fe;

3Fe +2 Al → Al2O3

De asemenea si carbonul din otel contribuie la reducerea oxizilor:

FeO +C →Fe +CO;    SiO2 +2C  → 2CO+Si;

MnO+ C → Mn +CO

Oxidul de siliciu si oxidul de mangan formeaza silicatul de mangan,

SiO2 + MnO → MnSiO3 care trece la suprafata baii de sudura formand un strat foarte subtire de zgura sticloasa cu rol protector impotriva atmosferei inconjuratoare, oxidante.

Schema bloc a instalatiei pentru sudarea semiautomata in mediu de CO2, este prezentata in figura 7.27 si cuprinde urmatoarele subansamble:

Text Box: CO2


Fig.7.27 Schema bloc a instalatiei pentru sudarea semiautomata in mediu de CO2 1-sursa de curent pentru sudare –convertizor CS 500 cu caracteristica rigida Is=90-440A, Us = 18-40V; 2-butelia cu CO2 ; 3-incalzitor electric cu scopul evitarii inghetarii si formarii zapezii carbonice, la destinderea brusca a gazului; 4-filtru cu element higroscopic silicagel pentru retinerea vaporilor de apa; 5-reductor de presiune ; 6-debimetru; 7-bloc de comanda si reglare a parametrilor; 8-dispozitiv de avans sarma; T-tambur de sarma electrod; M-motor electric de c.c.; R-reductor de turatie; r1-role de indreptare; r2-role de antrenare a sarmei electrod, Ev-electroventil pentru accesul gazului de protectie CO2, la portelectrod, pistoletul de sudare; 9-tub de cauciuc, furtun care inglobeaza toate elementele flexibile, confera protectie mecanica si electrica; 10-portelectrod, pistolet de sudare care se conecteaza la dispozitivul de avans al sarmei electrod, la piesa de polarizare a sarmei, pentru conducerea curentului de sudare, la diuza de distributie a gazului de protectie si eventual la sistemul de pompare a apei de racire in circuit inchis, acolo unde este cazul.

Instalatia de racire cu apa in circuit inchis este folosita pentru lucru cu intensitati mari de curent peste 300A.

Materiale folosite la sudarea MAG

Sarma electrod. Fata de compozitia chimica a metalului de baza, sarma electrod trebuie sa contina un surplus de elemente de aliere pentru a compensa oxidarea acestora in procesul de sudare. De asemenea, aceasta va contine, dezoxidanti ca Si, Mn, uneori Al, Ti, Zr pentru a evita oxidarea fierului. Titanul imbunatateste caracteristicile mecanice, limita de curgere, rezilienta.

Sarma din otel S12Mn2Si special, destinata sudarii MAG/C02 contine: 0,12% C, 1,0% Si; 2,1% Mn. Diametrele  uzuale  ale  sarmelor electrod, folosite la sudarea MAG sunt 0,6..2,5 mm. Compozitia chimica a sarmelor electrod este data in STAS 1126/87.

Bioxidul de carbon trebuie sa aiba o puritate mare, peste 99,5%, fiind necesara fabricarea acestuia special pentru acest scop. Nu  trebuie sa contina mai mult de 0,04% apa si 0,1% azot, in caz contrar se inrautateste calitatea sudurii. Se livreaza in butelii de 25 kg, 12.500 litri in stare partial gazoasa, la o presiune de 60.105 Pa. Prin destindere, la iesire din butelie formeaza zapada carbonica care reduce  presiunea gazului, prin obturarea orificiilor de iesire, racirea gazului influenteaza stabilitatea arcului si bilantul termic, din aceasta cauza instalatiile de sudare se prevad cu un incalzitor electric cuplat cu un filtru cu silicagel pentru retinerea vaporilor de apa.

Stabilirea parametrilor de lucru.

Regimul de sudare este determinat de urmatorii parametri de lucru:

-diametrul sarmei electrod; -intensitatea curentului de sudare ; -tensiunea arcului; -viteza de sudare; -lungimea libera a sarmei electrod; -distanta dintre duza ti piesa; -debitul de CO2 -polaritatea curentului de sudare.

Valorile optime ale acestor parametri de lucru sunt date in tabelul 7.7. in functie de grosimea pieselor de sudat, pentru un transfer prin pulverizare a metalului de adaos prin arcul electric.

                                                                                                      Tabelul 7.7

Grosime piese

mm

0,6-1

1-3

3-5

5-8

8-12

Numar straturi

-

1

1-2

1-2

2

2

Marime rost

mm

0,5-0,6

0,8-1

1,6-2

1,8-2,2

2,2

Diametru sarma

mm

0,6-0,8

0,8-1

1,2-1,6

2

2

Intensitate curent

A

50-60

70-100

160-180

280-300

280-300

Tensiune curent

V

18-20

18-20

26-28

28-30

28-30

Viteza de sudare

m/h

20-25

18-24

18-22

18-22

18-22

Debit CO2

l/min

6-7

10-12

14-16

16-18

18-20

Lungime capat sarma

mm

8-12

12-14

14-20

16-25

16-25

Distanta duza-piesa

mm

10

10

12

12

15

Diametrul sarmei electrod se alege in functie de grosimea pieselor de sudat, intensitatea curentului, puterea de topire si considerente economice. La adoptarea compozitiei chimice se are in vedere ca dupa sudare sa existe in cusatura cel putin 0,4 % Si sau raportul Mn/Si=1,5…2,5.

Intensitatea curentului de sudare se alege in functie de grosimea piesei de sudat si pozitia de sudare. Ea determina puterea de topire si adancimea de patrundere, fiind proportionala cu viteza de avans a sarmei eleotrod. La aceeasi intensitate a curentului de sudare se pot folosi diferite diametre de sarma, la sarme cu diametru mic creste adancimea de patrundere.

Fig.7.28 Dependenta curentului de sudare de diametrul si viteza de avans a sarmei de electrod.

Tensiunea arcului este in functie de intensitatea curentului de sudare definite prin relatia : Ua=15+0,05 Is

Cresterea tensiunii arcului contribuie la: marirea latimii cusaturii; scaderea patrunderii; majorarea pierderilor prin stropi; scaderea coeficientului de depunere; scaderea continutului de Mn si Si; cresterea continutului de oxigen si azot din  cusatura.

Viteza de sudare se alege din tabelul 7.7 si este limitata de posibilitatile de protectie a arcului. La viteaze mici, adancimea de patrundere si cantitatea de metal depus este mare , la table subtiri pot apare perforari. La viteze mari de sudare scade patrunderea, latimea cusaturii si continutul de Si din cusatura, gazul de protectie ramane in urma arcului, eficienta protectiei fiind redusa.

Lungimea libera a sarmei electrod se recomanda a se mentine  constanta cu valori din tabelul 7.7. Valori prea mari inrautatesc amorsarea si stabilitatea arcului mai ales la diametre mici.

Distanta dintre duza si piesa este corelata cu necesitatea unei bune protectii a arcului, dar si de deteriorarea duzei prin stropi si radiatii termice din arc, sau de posibilitatea urmaririi in bune conditii a procesului de topire.

Debitul de CO2 este influentat de intensitatea curentului de sudare; forma constructiva a imbinarii; tensiunea arcului; viteza de  sudare; mediul de lucru. La debite prea mari scade productivitatea, scade coeficientul de depunere intrucat se raceste coloana arcului.

Polaritatea curentului de sudare. La polaritate directa coeficientul de depunere si participare a metalului de baza la formarea cusaturii cresc, dar patrunderea este mai mica, se r4comanda la operatii de incarcare. La  polaritate inversa arcul este mai stabil, pierderile prin  stropi mai reduse, participarea metalului de adaos la formarea  cusaturii mai redusa, operatii de  sudare.

Aspecte tehnologice la sudarea prin procedeul MAG/CO2

Prelucrarea marginilor in vederea sudarii se face conform STAS 7502 /85. Datorita patrunderii mari se pot realiza imbinari cap la cap in I, fara prelucrarea marginilor pana la grosimi de 12 mm. La grosimi mai mari, rosturile se prelucreaza mecanic prin aschiere sau cu oxigen si flacara de gaz, urmata de o polizare la luciu metalic pe o latime de 10-15mm, adiacenta imbinarii pentru indepartarea urmelor de rugina, zgura, grasimi, vopsea sau alte impuritati.

Tehnica d lucru. La sudarea pe orizontala pistoletul se inclina cu 75 - 80° fata de piesa de sudat. Se vor respecta distantele recomandate intre duza si piesa. Inclinarea pistoletului se poate face in directia sensului de sudare sau in sens invers . In primul caz patrunderea este mai buna, cordonul este ingust si  inalt. In cazul al doilea patrunderea scade, cusatura este plata cu latime mai mare.


Fig.7.29 Inclinarea capului de sudare

Text Box: 3-15mmText Box: 15-40mmMiscarile electrodului sunt n raport cu pozitia stratului de sudura in cusatura, figura 7.30

Fig.7.30 Miscarile sarmei electrod: a si b pentru randurile de la radacina c pentru straturile superioare si de acoperire.

Deplasarea cu viteza uniforma conditioneaza calitatea cusaturii.

Pentru suduri de colt sau imbinari cap la cap verticale, urcatoare sau coboratoare, capatul sarmei electrod se va mentine in bisectoarea unghiului rostului, inclinat cu 10-20o fata de orizontala, imprimandu-se scurte oscilatii la primele straturi dupa care oscilatiile sunt amplificate, figura 7.30.

Pentru eliminarea aerului din furtunul de alimentare, inaintea operatiei de sudare, gazul de  protectie va fi lasat sa se scurga un timp de  10-15 sec.

In urma reactiilor metalurgice se produce un strat subtire de zgura compus din MnO, SiO2 Fe2O3 .De obicei se poate suda peste acest strat. Zgura se poate indeparta foarte usor cu o perie de sarma.

Sudarea in mediu de CO2 se foloseste cu rezultate bune la sudarea otelurilor carbon pana la 0,5% C si a otelurilor slab aliate.

La sudarea otelurilor cu un grad de aliere marit, este necesar sa se foloseasca sarme din otel corespunzator, aliat.

Pentru oteluri cu procent de carbon peste 0,3% si pentru oteluri slab si mediu aliate se recomanda preincalzirea, iar curentii de sudare sa fie redusi cu 15% fata de sudarea otelurilor cu procent redus de carbon.

Sudarea in atmosfera de hidrogen atomic. Atmosfera de hidrogen este puternic reducatoare asigurand o protectie buna impotriva agentilor oxidanti .

Arcul electric se realizeaza in curent alternativ intre doi electrozi de wolfram in jurul carora se insufla H2. Datorita temperaturilor ridicate in coloana arcului, molecula de hidrogen disociaza in atomi dupa o reactie cu mare absorbtie de caldura H2+Q= 2H in care Q=421000J/mol. La nivelul suprafetei metalului unde temperaturile sunt mult mai mici reactia se deruleaza in sens invers cedandu-se aceeasi cantitate de caldura. Se realizeaza astfel prin mecanismul celor doua reactii transferul unei mari cantitati de caldura de la nivelul arcului la nivelul baii de metal topit asigurand cresterea randamentului termic al procesului. Pentru amorsarea arcului intre electrozii de wolfram sunt necesare tensiuni ridicate de circa 300V iar pentru functionarea stabila a acestuia tensiuni de 50-100V. Valorile ridicate ale tensiunilor limiteaza utilizarea acestui procedeu pentru cazuri speciale, in conditii de laborator, cu masuri speciale de protectie.

Fig.7.31 Schema procesului de sudare cu hidrogen atomic.

Procedeul se aplica la sudarea pieselor din aliaje usoare, aliaje de aluminiu, titan , a unor oteluri inalt aliate refractare etc. Pentru asigurarea unei protectii mai eficiente cat si a unei stabilitati mai mari a arcului se pate recurge la insuflare simultana de hidrogen si argon sau heliu.

Sudarea in baie de zgura.

Sudarea in baie de zgura reprezinta un procedeu economic de sudare aplicat in cazul pieselor de grosimi mari 40-1000mm si chiar mai mult, schema procedeului fiind prezentata in figura 7.32.


Fig.7.32 Schema procedeului de sudare in baie de zgura

Curentul de sudare trece prin materialul de adaos, electrodul 1 conectat la sursa prin piesa de polarizare 9 si antrenat cu un mecanism cu role 8, prin baia de zgura topita 3 care are proprietati conductive si in acelasi timp o rezistenta electrica suficient de mare pentru a dezvolta prin efect Joule-Lenz caldura necesara procesului, prin baia de metal topit 4 si se inchide prin materialul de sudat 7 conectat de asemenea la sursa de curent. Caldura dezvoltata asigura o temperatura ridicata la nivelul baii de zgura pe baza careia se topeste materialul de adaos care se scurge in picaturi si marginile pieselor de sudat. Picaturile din materialul de adaos traverseaza baia de zgura cu care interactioneaza si se acumuleaza intr-o baie de metal care se raceste progresiv de jos in sus formand cordonul de sudura. Baia este limitata la partea inferioara de patina din cupru 6 pe care se realizeaza si arcul initial de amorsare a procesului si lateral de patinele 10.

La nivelul baii de zgura traversata de picaturile de metal cat si intre aceasta si baia de metal topit au loc procese metalurgice complexe influentate in cea mai mare parte de repartizarea campului termic pe adancimea baii. Temperatura cea mai ridicata este in baia de zgura sub varful electrodului, zona in care au loc reactii de reducere a siliciului si manganului:   SiO2+2Fe=2FeO+Si;   MnO+Fe=FeO+Mn

Rezulta o crestere a concentratiei oxizilor de fier in zgura si implicit o franare a acestor reactii. La suprafata de contact intre baia de metal si baia de zgura au loc reactii de oxidare a fierului si carbonului pe baza oxizilor existenti :   Fe+Fe2O3=3FeO

                    C+( O, MnO, SiO2, FeO )=CO, Co+Mn, 2CO+Si, CO+Fe.

Sulful nu trece din zgura in metal iar fosforul foarte puti la inceputul procesului.

            Pentru a ajunge la faza stationara a procesului este necesara formarea baii de zgura. Pentru aceasta se amorseaza un arc electric analog cu cel de la sudarea sub flux. Pe masura topirii fluxului si formarii baii de zgura arcul electric se ineaca si se stinge, curentul continuand sa circule datorita proprietatilor conductive ale baii de zgura. Dimensiunile baii de zgura depind de parametrii electrici ai regimului astfel adancimea baii creste cu cresterea intensitatii iar latimea acesteia cu cresterea tensiunii. Prin reglarea parametrilor se poate regla in limite largi raportul dintre aportul de material de adaos si material de baza la formarea cordonului, reglarea adancimii baii de zgura si deci a intensitatii proceselor metalurgice care asigura purificarea materialului din cordon, reglarea adancimii de topire a marginilor etc.

            Viteza de sudare depinde de viteza electrodului Ve. Conditiile metalurgice limiteaza viteza de sudare pentru evitarea aparitiei fisurilor.

            Pentru marirea aportului de material de adaos sudarea se poate realiza cu mai multi electrozi simultan. Se pot folosi sarme electrod cu diametrul d=2,5-4mm, viteze de avans Ve=250-350m/h, pentru viteze de sudare Vs=0,8-1,5m/h.

            Sudarea se poate face atat in curent continuu cat si in curent alternativ la tensiuni U=42-48V si curenti cu I=500-700A.

            Numarul electrozilor depinde de grosimea pieselor recomandandu-se:

            -o sarma pentru g <60mm,

            -o sarma cu pendulare sau doua pentru 60<g<120mm,

            -trei sarme pentru g>120mm.

            La grosimi mai mari se utilizeaza electrozi sub forma de bare, benzi, tevi mentinute fix.

Procedeul se aplica otelurilor calmate cu bune rezultate, dupa sudare fiind necesare tratamente termice. Principalele avantaje ale procedeului sunt:

            -se asigura o productivitate mare depunandu-se pana la 300Kg/h fata de 2Kg/h la sudarea manuala si 12Kg/h la sudarea sub flux,

            -se realizeaza economii importante de materiale si manopera,

            -nu este necesara o pregatire riguroasa a marginilor etc.

            Sudarea cu arc de plasma

            In cazul cand arcul electric se dezvolta liber, gazele di arcul electric sun partial ionizate iar temperatura arcului depinde de gradul de ionizare. Daca sectiunea coloanei arcului este limitata prin constrangere, densitatea curentului creste si o data cu aceasta creste si temperatura si gradul de ionizare. In caste conditii este posibila ionizarea totala a gazelor din coloana arcului, atomii fiind practic dezveliti de invelisul lor periferic de electroni, obtinandu-se starea plasmatica. Pentru obtinerea unei plasme dense in zona de descarcare se insufla un gaz plasmagen argon sau heliu gaze care asigura in acelasi timp si atmosfera de protectie. Uneori aceste gaze se pot combina cu hidrogen care disociaza usor asgurand cresterea randamentului energetic

            Pentru o mai mare stabilitate a jetului de plasma acesta este alimentat in curent continuu.

            Arzatoarele de plasma figura 7.33 pot fi:

-arzatoare independente U1 caz in care arcul se formeaza intre electrodul de wolfram 1 si ajutajul arzatorului 2 din cupru. Se utilizeaza la prelucrarea pieselor din materiale dielectrice, la topirea oxizilor greu fuzibili, la operatia de taiere etc.

-arzatoare legate, care lucreaza in contact cu piesa de prelucrat U2 caz in care arcul se formeaza intre electrodul de wolfram 1 si piesa de preluctat 3. Procedeul se utilizeaza in mod curent la prelucrarea pieselor metalice.

Fig. 7.33 Tipuri de arzatoare de plasma

Sudarea cu jet de plasma se face ca si in cazul procedeului WIG, jetul de plasma este insa mai concentrat, temperatura este mult mai ridicata. Din aceasta cauza viteza de sudare creste iar zona de influenta termica ZIT se ingusteaza foarte mult.

Principalele avantaje in raport cu procedeul WIG sunt:

-domeniul de sudare al pieselor este mult mai larg,

-viteza de sudare creste mult,

-timpul de prelucrare mai scazut,

-pregatirea marginilor mai putin pretentioasa,

-patrundere mai mare,

-variatia distantei intre electrod si piesa nu influenteaza semnificativ procesul de sudare.

In cadrul tehnologiei de sudare se recomanda ca la piesele cu grosimi mai mari de 7mm primul strat sa se realizeze prin sudare in jet de plasma iar cel de al doilea prin procedeul WIG sau sub strat de flux. Sudarea in jet de plasma se recomanda pentru trecerea de radacina avand patrunderea mai mare. Procedeul se aplica otelurilor austenitice, Cr, Ni, metalalor si aliajelor neferoase cu conductibilitate termica ridicata.

Sudarea prin topire cu flacara oxiacetilenica.

Sudarea cu flacara se incadreaza intre procedeele de sudare prin topire cu energie termochimica, deoarece foloseste caldura rezultata prin arderea unui gaz combustibil in amestec cu oxigenul.

a. Gaze combustibile folosite la sudare.

Caracteristicile unor gaze combustibile folosite la sudare sunt indicate in tabelul 7.8.

Tabelul 7.8.

Gazul combustibil

Formula chimica

Puterea calorica

Energia utilizata

Temperatura flacarei

Acetilena

C2H2

48,15.106

21,14.106

3150

Metan

CH4

35,79.106

5,86.106

2150

Propan

C3H8

93,57.106

4,81.106

2200

Butan

C4H10

123,55.106

4,60.106

2250

Hidrogen

H2

10,76.106

5,44.106

2000

Acetilena este utilizata pe scara larga deoarece prezinta o putere calorica si o temperatura in flacara mult mai mare decat la celelalte gaze.

Acetilena se obtine din reactia exoterma dintre carbid (carbura de calciu) si apa: CaC2 + 2H2O → C2H2 + Ca(OH)2 +17,27 103 [J/mol]

            Viteza de reactie creste cu suprafata de contact deci cu micsorarea granulatiei carbidului. Carbidul industrial se livreaza in butoaie din tabla inchise ermetic, pe tipuri de granulatie. Acasta se fabrica din carbonat de calciu calcinat si cocs.

Acetilena este  instabila la incalziri locale si la presiuni ridicate se descompune exploziv motiv pentru care la manipulare si imbuteliere se iau masuri corespunzatoare, presiunea maxima de lucru admisa fiind 1,5-105Pa.

Acetilena se poate obtine direct la locul de munca al sudorului in generatoare de acetilena portabile, cu contact intermitent al carbitului cu apa care asigura si autoreglarea presiunii gazului, in statii uzinale de producere a acetilenei fiind tranportata prin conducte la locurile de sudare sau se poate livra in butelii speciale pentru acetilena. Butelia de acetilena este asemanatoare cu cea de oxigen cu deosebirea ca in interiorul ei se introduce o masa poroasa care are rolul de a preveni explozia in conditii de incalzire sau soc. Acetilena sub presiune se dizolva intr-o cantitate determinata de acetona introdusa in butelie impreuna cu masa poroasa. Presiunea  acetilenei comprimate este de 15-l6.105 Pa. Buteliile de  acetilena se vopsesc in alb sau galben.

b. Oxigenul are rolul de a intretine reactia de ardere a gazului combustibil. Pentru sudare se foloseste oxigen cu puritate ridicata 98-99% El se obtine industrial prin metode ca: distilarea fractionata a aerului, electroliza apei. Oxigenul se livreaza pentru sudare in butelii metalice de 40 dm3 la o presiune de 150.105 Pa, vopsite in culoare albastra. Pentru a furniza oxigen la presiunea necesara la arzatoarele de sudare 0,5.l05-5.105 Pa, buteliile de oxigen sunt prevazute cu reductoare de presiune reglabile.

Arzatoarele pentru sudare cu flacara de gaz asigura amestecarea gazului combustibil cu oxigenul si formarea flacarii. Dupa presiunea acetilenei si modul in care se realizeaza amestecul intre C2H2 si O2 arzatoarele pot fi:

-fara injector pentru gaze la presiuni aproximativ egale 0,5.105 -0,7.105  Pa.

-cu injector utilizate pentru gaze la presiuni medii si mici cum este cazul acetilenei obtinuta in generatoarele portabile. Oxigenul intra in arzator la presiuni de 1,5.105-5.105 Pa si se destinde la trecerea prin injector spre camera de amestec, la o presiune de 1,1-1,2.105 Pa. Datorita depresiunii create ca urmare a destinderii oxigenului, acetilena este aspirata in camera de amestec si se amesteca cu oxigenul. Schematic arzatorul cu injector este prezentat in figura 7.34


Fig.7.34.Arzatorul de flacara cu injector: 1-conducta oxigen; 2-conducta acetilena; 3-tub coducere amestec de gaze; 4-camera de amestec; 5-injector; 6-duza sau becul arzatorului .

O trusa de sudare oxiacetilenica contine un corp al arzatorului si opt arzatoare cu duze de diferite marimi notate 0, 1, 2,7, pentru a se putea suda piese cu diferite grosimi, pentru reglarea puterii termice a arzatorului.

In tabelul 7.9 sunt date caracteristicile arzatoarelor. Trusa mai contine becuri, duze de schimb, injectoare de diferite dimensiuni, aparatul de taiere, caruciorul de taiere, etc.

                                                                                                            Tabelul 7.9

Indici tehnici

Numarul arzatorului

0

1

2

3

4

5

6

7

Grosimea piesei de sudat mm

0,5-1

1-2

2-4

4-6

5-9

9-14

14-20

20-30

Consum acetilena l/ora

75

150

300

500

700

1200

1700

2500

Consum oxigen l/ora

85

165

330

550

825

1320

1850

2750

Diametrul duzei

0,7

0,9

1,25

1,6

1,9

2,4

2,8

3,4

Diametrul injectorului

0,22

0,3

0,4

0,5

0,6

0,8

1

1,2

Presiunea O2 105Pa

1,5-2

2-2,5

2-3

2,5-3

2,5-3

3-3,5

3-4

3-4

Presiunea C2H2 Pa

1-5.103

Flacara oxiacetilenica.

Arderea completa a acetilenei in jet de oxigen are loc dupa reactia exoterma: C2H2 +5/2O2=2CO2+H2O+Q.

Procesul arderii este insa mai complex fapt pentru care flacara oxiacetilenica este neomogenaca temperatura si compozitie. In flacara se disting urmatoarele zone:

-zona rece constituita din amastecul de gaze neaprins;

-nucleul flacarei in care are loc incalzirea treptata a amestecului de gaze pana la temperatura de aprindere,. In stratul exterior are loc descompunerea partiala a acetilenei, formarea unor particule de carbon incandescente care dau o puternica luminozitate si o culoare alb-verzuie. C2H2=2C+H2+O2

-flacara primara, zona reducatoare in care are loc arderea primara a acetilenei dupa reactia: C2H2+O2=2CO+H2+Q. Zona are temperatura maxima 3150oC si un puternic efect reducator fata de oxizii de fier si ai altor metale.

-flacara secundara sau externa in care procesul de ardere continua in principal datorita oxigenului din aer. 2Co+H2+3/2O2=2CO2+H2O+Q. Zona are o culoare rosiatica si un caracter oxidant, la temperatura acesteia CO2 si H2O putand oxida fierul.

In functie de raportul volumelor de gaze  se disting :

-flacara normala, reducatoare pentru B=1,1-1,2 folosita la sudare;

-flacara oxidanta pentru B=1,2-1,5, cu exces de oxigen, acetilena arde intr-un spatiu mai concentrat, nucleul si zona reducatoare se micsoreaza, se intalneste la taiere;

-flacara carburanta pentru B<1, cu exces de acetilena, in care arderea este incompleta in urma reactiei de ardere primara, nucleul se mareste, flacara se alungeste si prezinta o culoare alb stralucitoare, se utilizeaza la lipire avand o temperatura mai mica. Cresterea in exces a volumului de acetilena da flacarii o culoare rosiatica si tendinta de a scoate fum.

In figura 7.35 este prezentata structura flacarii reducatoare.

Fig. 7.35 Structura flacarii reducatoare

Aprinderea amestecului de gaze se face astfel: se deschide putin robinetul de oxigen si printr-o rotatie completa robinetul de acetilena, se aprinde flacara si apoi se regleaza debitul de oxigen pana la conturarea nucleului si obtinerea flacarii normale reducatoare. La stingerea flacarii se inchide mai intai robinetul de acetilena si apoi cel de oxigen.

Tehnologia sudarii cu flacara

Pregatirea pieselor pentru sudare consta in curatirea ambelor fete pe o latime de 20-30 mm, prelucrarea marginilor pieselor in functie de grosime si tipul imbinarii, pozitionarea si prinderea provizorie in puncte de sudura a pieselor. In tabelul 7.10 sunt prezentate tipuri de imbinari, forma si dimensiunile rostului la sudarea cu flacara a otelurilor.

                                                                                                Tabelul 7.10

Tipul cusaturii

Forma rostului

Grosime g

Rost a, b

d-sarma

Cap la cap

0-12mm

0-1mm

0,5g+1mm

Cap la cap cu rasfrangere

4-12mm

-

g mm

De colt

4-12mm

2-4mm

0,5g+1mm

Cap la cap in Y

2-8mm

0-2mm

0,5g+1mm

Stabilirea regimului de sudare consta in alegerea materialului de adaos, sub forma de sarma sau vergele cu diametru in functie de tipul imbinarii si grosimea pieselor, cu compozitie chimica si proprietati apropiate de ale pieselor de sudat. Celelalte elemente ale regimului se pot alege din tabelul 14.2.


Fig.7.36. Alegerea unghiului de inclinare a arzatorului

Pentru executarea sudurii se monteaza in corpul arzatorului, arzatorul cu becul si injectorul corespunzator grosimii pieselor care se sudeaza, se aprinde flacara si se regleaza raportul gazelor pentru obtinerea flacarii reducatoare.

In timpul sudarii, becul arzatorului si materialul de adaos sunt mentinute intr-un plan vertical cuprinzand directia de sudare, inclinate fata de normala la suprafata . La inceputul sudarii pentru o incalzire rapida a materialului incidenta flacarii este mai mare α=80-90o iar dupa formarea baii de metal topit unghiul se reduce la o valoare mai mica in concordanta cu grosimea pieselor figura 7.36.

      In functie de modul de deplasare a arzatorului de flacara I se pot aplica doua variante de lucru: sudare spre dreapta sau sudare spre stanga, figura 7.37.


Fig.7.37 Variante de sudare cu flacara

Sudarea spre stanga sau sudarea inainte se aplica la tablele subtiri sub 3mm si la imbinarile de pozitie. La deplasarea arzatorului cusatura iese din campul termic, se raceste mai repede in contact cu atmosfera si se evita in acest fel perforarile. Desi sudura este mai aspectuoasa ea este de calitate mai slaba deoarece solidificarea rapida impiedica degazarea si decantarea impuritatilor iar contactul direct cu atmosfera accelereaza procesul de oxidare.

Sudarea spre dreapta sau sudarea inapoi se aplica tablelor mai groase de 3mm cand este necesara o patrundere mare. In acest caz flacara este indreptata inspre cusatura deja formata, racirea acesteia este mai lenta si sub protectia flacarii, cusatura este mai bine degazata si cu proprietati mecanice mai bune.

In ambele cazuri pentru efectuarea sudurii se realizeaza miscari de apropiere si pendulare a sarmei electrod II cat si miscari de pendulare a arzatorului III pentru asigurarea calibrului cordonului.

Taierea termica cu oxigen si flacara de gaz.

Taierea termica cu oxigen si flacara de gaz se bazeaza pe arderea materialului metalic incalzit la temperatura de ardere intr-un jet de oxigen.

Pentru ca aceasta operatie sa se poata realiza trebuie ca materialele metalice sa indeplineasca urmatoarele conditii:

-temperatura de ardere in jet de oxigen sa fie inferioara temperaturii de topire,

-conductibilitatea termica a materialului taiat sa fie cat mai mica.

-temperatura de topire a oxizilor rezultati din procesul de ardere sa fie inferioara temperaturii de topire a materialului pentru a fi inlaturati cu usurinta din taietura,

-aliajul sa nu contina elemente de aliere greu fuzibile, refractare sau constituienti structurali refractari,

-caldura rezultata din procesul de ardere sa fie dirijata in sensul incalzirii materialului pe directia de taiere.


Fig. 7.38 Schema de principiu a taierii termice cu oxigen

Procesul se aplica in conditii bune in cazul otelurilor carbon si slab aliate cu continut de carbon sub 0,5% intrucat fierul , elementul de baza al acestor aliaje se incadreaza foarte bine in conditiile impuse, arde la 1050oC se opeste la 1538oC iar oxizii sunt in stare fluida la temperatura de ardere. Aplicarea procedeului este limitata la oteluri de cresterea continutului de carbon deoarece o data cu aceasta o data cu aceasta temperatura de topire scade, creste ponderea constituentilor cu refractaritate mare ca cementita si carburile. In cazul otelurilor aliate procedeul este limitat de continutul de elemente de aliere refractare sau care conduc la formarea constituentilor refractari Cr, W, Ti, Ni.

Fontele nu se pot taia prin acest procedeu datorita prezentei grafitului in fontele cenusii si a cementitei si carburilor in fontele albe.

Aliajele de cupru si aluminiu nu se incadreaza de asemenea in conditiile initiale impuse si deci nu se pot taia prin acest procedeu.

La taierea cu oxigen apare intotdeauna o zona influentata termic a carei marime depinde de caracteristicile materialului taiat, compozitie chimica, grosime, si de parametrii regimului de taiere dimensiunea flacarii, viteza de taiere, temperatura metalului in zona de taiere. Aceasta zona este marcata de aparitia unor constituenti cu duritate mare ca urmare a modificarilor structurale produse in material. Adancimea zonei influentate termic se poate pune in evidenta plecand de la natura constituentilor existenti in zona de la proprietatile lor in comparatie co materialul de baza. Se poate utiliza pentru aceasta analiza metalografica a structurii cat si variatia duritatii in zona.

Ca urmare a incalzirii neuniforme in proces se produc deformatii ale tablei si a elementelor taiate care conduc la schimbarea formei acestora si la abateri dimensionale. Deformatiile pot fi preintampinate sau diminuate prin diferite artificii ca: taierea in zig-zag, taierea cu puntite, fixarea pieselor pentru taiere etc.

Elementele regimului de taiere se aleg pe baza naturii materialului si a grosimii acestuia in conformitate cu cifrele prezentate in tabelul 7.11

                                                                                                            Tabelul 7.11

Calitate material

UM

Otel carbon

Otel slab aliat

Otel cu granulatie fina

Grosime tabla

mm

15  30    45  60

9          25        40

10  15    25  30

Marime duza

5

5

4

Distanta duza tabla

mm

15-30     30-60

3-10, 10-30, 30-60

10-30,     30-60

Presiune C2H2 preincalzire

daN/mm2

0,2

0,2

0,2

Presiune O2 preincalzire

daN/mm2

2,5

2,5

1                    1

Presiune O2 taiere

daN/mm2

2,5  3,5   4,5  5

2         3,5           4

2   2,5    3     4,5

Viteza de taiere

mm/min

450 350 300 250

450     380       300

290 240 200 100

Nerespectarea regimurilor prescrise conduce la efecte nedorite ca:

-cresterea zonei influentate termic incazul in care duza, presiunile gazelor sunt mai mari sau viteza de taiere este inferioara valorilor prescrise,

-cresterea valorii deformatilor din aceleasi motive,

-intreruperea arderii materialului datorita vitezei prea mari de deplasare a arzatorului,

-obtinerea unei rugozitati mari datorita vitezei neuniforme de deplasare, rugozitatea fiind influentata si de neomogenitatile materialului, constructia becurilor de taiere mentinerea constanta a pozitiei acestora.

Cunoasterea marimii zonei influentate termic a deformatiilor si rugozitatii este necesara pentru determinarea adaosului de prelucrare ce trebuie aplicat pieselor.

Sudarea cu termit

Este un procedeu la care energia necesara procesului este data de reactia exoterma ce ia nastere intr-un amestec pulverulent de metal si oxizi metalici, atunci cand acesta arde. Initierea arderii se poate face cu ajutorul unui fitil de pulbere neagra. La acest procedeu baia de metal se formeaza intr-un creuzet de unde se toarna in rostul imbinarii , piesele fiind impachetate intr-o forma de turnare special pregatita.

Termitul poate fi un amestec de circa 77% oxizi de fier si 23% aluminiu cu adaosuri de ferosiliciu, feromangan, grafit pentru carburare etc. Reactiile exoterme care au loc in amestecul termitic sunt:

3Fe3O4-8Al=4Al2O3+2Fe+3.106J

Fe2O3-2Al=Al2O3+2Fe+0,765.106J

Reactiile au loc intr-un timp foarte scurt de 10-15 secunde, degajandu-se o cantitate mare de caldura capabila sa ridice temperatura la peste 3000oC. Dintr-un kilogram de amestec rezulta 550g otel si restul zgura din alumina si gaze. Alumina se decanteaza la suprafata baii de metal si o protejeaza impotriva oxidarii. Configuratia formei de turnare este prezentata in figura 739.

Fig.7.39 Forma pentru turnarea aliajului rezultat in urma reactiei termitice.

1-palnie de turnare, 2-forma, 3-piesele de sudat, 4-canal de scurgere.

Sudarea cu termit se poate realiza in trei variante:

1-sudare prin topire

2-sudare prin presare la cald,

3-sudare prin presare la cald cu topire intermediara.

La sudarea prin topire dupa impachetarea pieselor in forma se toarna aliajul supraincalzit rezultat in urma reactiei termitice. Aliajul spala suprafata pieselor incalzindu-le. Pentru a avea siguranta ca piesele se incalzesc repede aliajul se lasa sa se scurga din forma prin canalul de scurgere 4. Durata turnarii trebuie sa fie suficienta pentru a asigura topirea superficiala a pieselor de sudat. Dupa aceasta canalul de scurgere se obtureaza si forma este lasata sa se raceasca. La aceasta varianta de sudare prin topire aliajul are atat rol de agent termic de incalzire cat si de material de adaos. In acest caz este important ca sa asiguram aliajului o compozitie chimica adecvata, cat mai apropiata de aceea a pieselor de sudat.

La sudarea prin presare la cald aliajul se toarna in forma in acelasi mod ca anterior el avand insa doar rolul de agent de incalzire. Durata turnarii se regleaza astfel incat capetele pieselor de sudat sa se incalzeasca la o temperatura in domeniul de deformare plastica la cald. In final piesele se preseaza axial pentru a asigura deformarea, apropierea si crearea fortelor de legatura intre atomii marginali ai celor doua piese. Fortele de deformare cat si gradul de deformare aplicat sunt destul de mari. Aceasta conduce la modificarea formei si dimensiunilor pieselor.

La sudarea prin presare cu topire intermediara aliajul are de asemenea rol de agent de incalzire. Incalzirea se realizeaza pana la topirea superficiala a pieselor. Dupa aceasta piesele se preseaza axial expulzandu-se pelicula de lichid formata. Fortele de presare si gradul de deformare sunt mici. Forma si dimensiunile pieselor nu se modifica, in urma presarii formandu-se doar o bavura fina.

Un caz mai deosebit il reprezinta termitul cu magneziu utilizat la sudarea conductorilor telefonici, a conductelor din otel a cablurilor si conductelor de cupru si aluminiu. Reactia termitica in acest caz este: 4Mg+Fe3O4=3Fe+4MgO+ Q↑.

Sudarea prin topire cu energie de radiatie.

Sursele de caldura cu energie de radiatie pot incalzi local piese la temperaturi intre temperatura de topire si cea de vaporizare. Sursa se poate regla prin schimbarea concentratiei radiatiei, a timpului de actionare, prin programul de deplasare a fascicolului intr-o anumita zona. Aceste metode se aplica atunci cand se impune ca sursa sa aiba dimensiuni mici si temperaturi foarte ridicate. Multe operatii se realizeaza sub microscop. Fascicolele de radiatii nu aduc impuritati. Utilizarea lor poate fi limitata de costul ridicat al instalatiilor.

Sudarea cu fascicol de electroni.


Fig.7.40 schema instalatiei de sudare cu fascicol de electroni. 1-trasformator incalzire filament tub catodic, 2-filament, 3-lentila magnetica de focalizare a fascicolului de electroni, 4-tub vidat, 5-bobine de dirijare a fascicolului, 6-fascicol de electroni, 7-piesa de sudat, 8-transformator de inalta tensiune pentru accelerare, 9-condensator, 10-dioda, 11-transformator incalzire filament dioda.

Electronii emisi de filamentul catodic incalzit la peste 2300oC sunt accelerati de potentialul U=10-200kV. Ajunsi pe suprafata piesei electronii accelerati care au preluat de la campul electric si dispun de o mare cantitate de energie cinetica, cedeaza aceasta energie piesei pe care o incalzesc local pana la topire. Procedeul asigura:

-patrunderi mari permitand sudarea pieselor cu grosimi de circa 30mm,

-purificarea avansata a baii prin vaporizarea incluziunilor,

-densitate mare a fluxului de caldura de circa 25 ori mai mare ca la arcul electric obisnuit,

-viteza de sudare mare,

-zona de influenta termica foarte ingusta,

-posibilitatea sudarii fara material de adaos,

-degazare avansata a materialului din cordon ca urmare a lucrului in vid,

-posibilitatea sudarii de metale si aliaje greu fuzibile sau care au tendinta mare de absorbtie de gaze la temperaturi ridicate.

Sudarea c fascicol de fotoni, LASER.

Fascicolul LASER poate fi concentrat pe suprafete foarte mici, cu puteri foarte mari datorita timpului scurt de iradiere, 10-6 secunde, in care se poate realiza emisia stimulata a fascicolului. Temperatura piesei in zona de focalizare a fascicolului atinge valori de peste 18000oC, la aceasta temperatura putandu-se topi sau vaporiza orice material cunoscut. Avantajele folosirii LASER-ului sunt:

-posibilitatea sudarii de la distanta ca urmare a dirijarii fascicolului prin reflexie cu pierderi minime de energie, a traversarii fascicolului prin medii transparente,

-sudarea pieselor foarte subtiri cu grosimi sub micrometrice sau a straturilor subtiri fara afectarea suportului pe care acestea sunt depuse,

-viteza de sudare foarte mare si zona de influenta termica de circa 10 ori mai ingusta ca in cazul sudarii cu fascicol de electroni,

-sudarea pieselor din materiale refractare nemetalice sau rau conducatoare de electricitate,

-sudarea pieselor aflate in campuri magnetice si electrice, fascicolul LASER ne fiind afectat de acestea,

Procedeul se aplica in mecanica fina, electronica si microelectronica.

Sudarea prin presiune.

Dupa temperatura maxima in zona de imbinare sudarea prin presiune se imparte in trei grupe:

-sudare in stare solida prin presare la cald, temperatura zonei de imbinare este cuprinsa intre temperatura de recristalizare si temperatura de topire,

-sudarea prin presare la cald cu topire partiala, temperatura in zona de imbinare este mai mare decat temperatura de topire.

-sudare in stare solida prin presare la rece, temperatura zonei de imbinare nu depaseste temperatura de recristalizare a materialului de sudat,

      Sudarea sub presiune se realizeaza fara material de adaos , fluxuri sau atmosfere de protectie.

      Rolul fortelor exterioare de presare este:

      -dea deforma plastic regiunea de contact a pieselor care se sudeaza,

      -de a apropia si a aduce intr-un contact intim cele doua piese pentru realizarea fortelor de legatura intre atomii marginali ai celor doua piese. Pentru realizarea apropierii este necesara si o energie de activare care la sudarea la cald se obtine prin incalzire iar la sudarea la rece prin utilizarea campului ultrasonic.

      -de a indeparta peliculele de suprafata de oxizi, grasimi, pelicula mono moleculara de gaze adsorbite pe suprafata metalica, favorizand apripierea si contactul intim,

      -de a impiedica patrunderea atmosferei exterioare oxidante in zona de contact,

      -de a imbunatati calitatea sudurii prin obtinerea unei zone de imbinare compacte, fara goluri, cu o structura fina datorita recristalizarii sub presiune.

In functie de modul de incalzire se disting mai multe procedee de sudare prin presare la cald: cu incalzire cu flacara oxigaz, cu incalzire in cuptor cunoscuta si ca sudarea prin forjare, cu incalzire cu energie electrica.

Incalzirea cu flacara se realizeaza direct pe suprafata de sudare a pieselor iar incalzirea in cuptor se realizeaza la nivelul capetelor pieselor. Dupa incalzire piesele se aduc in contact si se apropie prin  presare sau lovire pe utilaje de forja. Pentru eliminarea mai usoara a oxizilor de pe suprafetele in contact in conditiile unor forte de presare si a unor grade de deformare mai mici se poate recurge la dispunerea pe aceste suprafete a unei pulberi de silice SiO2 care interactioneaza cu oxizii de fier formand silicati, SiO2+FeO=FeSiO3. La temperaturi mai mari de 1050oC silicatii sunt in stare fluida, protejeaza suprafata, se elimina usor dintre suprafetele in contact favorizand apropierea.

Sudarea prin presare la cald cu incalzire electrica se bazeaza pe trasformarea prin efect Joule-Lentz a energiei electrice in caldura.

                              Q=0,24.4,186.R.I2.t [J].

Viteza de incalzire este mare datorita curentilor mari si a rezistentei mari a zonei parcurse de curent. Procedeul este foarte utilizat in constructia de masini datorita productivitatii sale in special in conditiile productiei de serie mare si de masa. Variantele mai cunoscute ale procedeului sunt: sudarea cap la cap, sudarea in puncte, sudarea in linie.

Sudarea cap la cap se aplica pieselor cu sectiune constanta: sarme, bate, tevi profile simple etc. Schema procedeului este prezentata in figura 7.41


      Fig.7.41. Schema sudarii cap la cap. 1-bacuri din cupru, 2-piesele de sudat, Fs-forta de strangere, Fp-forta de presare, rc-rezistenta contactului piesa bac, rm-rezistenta capatului piesei, Rc-rezistenta contactului dintre piesele de sudat, TR-transformator coborator de tensiune, U=2-6volti.

Rezistenta electrica RT parcursa de curentul de incalzire Is prezinta trei componente rc, rm, Rc,  RT=2rc+2rm+Rc .Rezistenta rm a capetelor pieselor parcurse de curent depinde de rezistivitatea materialelor de dimensiunile acestora, fiind influentata de temperatura de incalzire. Rezistenta contactului dintre semifabricate Rc depinde de asemenea de material, de gradul de curatire a suprafetelor, de forta de presare Fp si de temperatura. Pentru suprafete deosebit de curate si forte de presare optime, Rc are valori relativ mici 10-4-10-6 ohmi iar la peste 600oC devine neglijabila. Rezistenta dintre semifabricate si bacuri rc depinde de materialele aflate in contact de gradul de curatire a suprafetelor, de forta de strangere Fs si de temperatura. In conditii concrete de lucru cu suprafete bine curatate rc are valori mult mai mici ca Rc. Bacurile din cupru sau aliaje pe baza de cupru asigura o rezistenta mica de contact de circa 40 ori mai mica decat a otelurilor. Aceasta rezistenta oricum nu se ia in calcul deoarece caldura degajata pe aceasta se pierde in bacuri ca urmare a conductibilitatii termice ridicate a acestora. In ansamblu rezistenta zonei RT are valori reduse 10-4-10-6 ohmi iar pentru obtinerea cantitatii de energie necesare procesului de sudare este necesara folosirea unor curenti de mare intensitate de ordinul 103A. Incalzirea incepe din zona contactului si continua pe parcursul cresterii temperaturii spre capetele materialelor in contact ca urmare a cresterii rezistivitatii cu temperatura.

Etapele procesului de sudare pot fi evidentiate pe diagrama de variatie a fortei de presare si a curentului de sudare in timp, figura 7.42.


      Fig 7.42.Diagrama de variatie a fortei de presare, a curentului de sudare in timp

-t1 etapa de aplicare a fortei de presare Fp,

-t2 decalajul intre aplicarea fortei de presare si conectarea curentului de incalzire Is

-t3 etapa de incalzire, de conectare a curentului Is,

-t4 etapa de continuare a presarii si deformarii dupa incalzire,

-t5 etapa de ridicare a fortei de presare.

            Principalii factori tehnologici care pot influenta calitatea imbinarii sunt:

            -materialul si geometria bacurilor de strangere. Bacurile se executa din cupru avand o geometrie apropiata de aceea a pieselor pentru a asigura o suprafata de contact cat mai extinsa si o rezistenta rc neglijabila. Suprafetele de contact a bacurilor cu piesele se pot grafita.

            -pregatirea suprafetelor pieselor. Suprafetele frontale, de sudare se executa perpendicular pe axa semifabricatelor pentru a asigura un contact perfect, incalzire uniforma, impiedicarea patrunderii atmosferei si deci a oxidarii. Acestea se curata de impuritati pentru a se evita inglobarea lor in imbinare. Suprafetele de prindere in bacuri se curata de asemenea de oxizi pentru a asigura un contact electric bun si a preveni supraincalzirea bacurilor.

            -lungimea libera a capetelor initiale 2l se stabileste in functie de diametru si de calitatea materialelor. La oteluri se recomanda 2l=(0,6-1,0)d.

            -forta de presare Fp se calculeaza in functie de sectiunea pieselor de sudat si presiunea de refulare aleasa. Pentru regimurile moi se recomanda presiuni p=1,5-3 daN/mm2 iar pentru regimurile dure, intensive p=3,5-5 daN/mm2. O incalzire mai intensa se poate obtine si prin aplicarea unor presiunii initiale mai reduse urmate de cresterea brusca a acestora.

            -intensitatea curentului de sudare se calculeaza de asemenea in functie de sectiunea pieselor si densitatea curentului de incalzire aleasa. Pentru sudarea otelurilor in cazul regimurilor moi se recomanda densitati de curent J=(20-100) A/mm2’ iar in cazul regimurilor dure, intensive J=(100-200) A/mm2’

            -durata de incalzire t3 de mentinere conectata a curentului se poate calcula cu relatia t3=(100/J)2 si ia valori cuprise intre 1-5 secunde pentru regimurile moi si de 0,1-0,5 secunde pentru regimurile dure.

            -temperatura de sudare trebuie sa fie in domeniul temperaturilor de deformare plastica la cald. La temperaturi mai mici in timpul presarii pot apare fisuri la rece datorita ecruisarii iar la temperaturi mai mari pot apare fenomene de supra incalzire de oxidare si crestere excesiva de granulatie care favorizeaza de asemenea fisurarea la cald. La oteluri temperatura poate fi cuprinsa intre 1150-1250oC reglabila prin corelatia timpului de incalzire si intensitatii curentului.

            -gradul de deformare aplicat pentru obtinerea unor imbinari de calitate trebuie sa asigure o reducere a lungimii Δl=(0,1-0,3)d, prin corelarea temperaturii de incalzire si a fortei de presare. Deformarea trebuie sa se desfasoare in doua etape: 30-50% in perioada de incalzire t3 si restul in perioada de racire a imbinarii t4 . Racirea corelata cu deformare plastica conduce la o structura fina cu proprietati mecanice bune, ca urmare a recristalizarii sub presiune

            Procedeul se poate aplica si aluminiului, cuprului si aliajelor lor cu alegerea corespunzatoare a parametrilor. Astfel daca la oteluri densitatile de curent la regimurile moi recomandate sunt J=(20-100) A/mm2’ , la aluminiu sunt J=(150-200) A/mm2’, iar la cupru J=(250-300) A/mm2’.

            Sudarea cap la cap prin presare la cald cu topire partiala sau intermediara se deosebeste de procedeul descris anterior prin aceea ca se conecteaza curentul de incalzire inainte de aplicarea fortelor de presare. Apropierea pieselor si contactul imperfect intre micro asperitatile suprafetei determina descarcari in arc electric care incalzesc zonele de contact. Apropierea pieselor determina mai multe puncte de contact si intensificarea descarcarilor si deci a procesului de incalzire. Descarcarile electrice determina topirea locala a metalului care este expulzat violent sub forma de scantei din spatiul dintre piese. Procesul poate fi cunoscut sub denumirea de sudare prin topire intermediara cu topire continua daca piesele se apropie continuu sau sudare cu topire intermediara discontinua daca piesele se apropie si se departeaza ritmic pentru stimularea descarcarilor electrice in arce de contact si de rupere. Aceasta varianta asigura o incalzire rapida pe intreaga suprafata. Descarcarile in arc sunt stimulate pana la formarea pe suprafetele pieselor a unei pelicule de metal lichid. In final apropierea pieselor si presarea acestora determina expulzarea peliculei de metal lichid si a tuturor impuritatilor, consolidarea legaturilor intre atomi si realizarea imbinarii. Temperatura mare peste temperatura de topire determina in zona fenomene de supra incalzire in principal cresterea excesiva a granulatiei care se poate elimina prin tratamente termice ulterioare.

            Sudarea in puncte se aplica pentru sudarea tablelor si benzilor din materiale identice sau diferite in pachete de doua sau mai multe piese. Schema generala a procesului este prezentata in figura 7.43.


            Fig.7.43. Schema generala a procesului de sudare in puncte.

            Etapele procesului sunt aceleasi ca la sudarea cap la cap. Rezistenta electrica totala RT a zonei de imbinare are aceleasi componente incalzirea fiind mai accentuata in suprafata de contact a tablelor de sudat Rc.

            Cateva variante ale sudarii in puncte sunt urmatoarele:

            -sudarea pe o singura parte cu doi electrizi, figura 7.44 a,

            -sudarea pe o singura parte cu un singur electrod, figura 7.44 b,

            -sudarea in puncte multiple cu mai multi electrozi pe o singura parte, figura 7.44 c

            -sudarea in relief figura 7.44 d.

            Electrozii utilizati sunt confectionati din aliaje cupru wolfram, cupru crom etc. pentru a asigura atat conductibilitate termica si electrica mare cat si rezistenta mecanica. Parametrii regimului de sudare se aleg in functie de materialele de sudat, sectiunea zonei de sudare si tipul regimului aplicat moale sau dur. Presiunile de lucru pot fi cuprinse intre 2-14 daN/mm2, timpul de incalzire intre 0,3-10 secunde si densitatile de curent intre 40-200 A/mm2. Procedeul se poate aplica tablelor din otel; otel acoperit cu zinc, staniu; tablelor din metale si aliaje neferoase ca: nichel, monel, bronz silicios, bronz fosforos, aluminiu etc.


            Fig.7.44 Variante ale sudarii in puncte

            Sudarea in linie.

            Procedeul presupune o succesiune de suduri in puncte partial suprapuse astfel incat sa rezulte o imbinare continua, etansa si se aplica la imbinarea tablelor si benzilor. Electrozii de contact sunt sub forma unor role realizate din aliaje de cupru cu crom si wolfram. Tablele se preseaza intre role care asigura si antrenarea acestora in lungul imbinarii sudate, figura 7.45.


            Fig.7.45. Scheme procesului de sudare in linie.

Procedeul poate avea mai multe variante in functie de tipul surselor de curent:

-discontinuu, cu pasi pierduti cu sursa de curent constant fie curent continuu fie curent alternativ. Curentul alternativ se recomanda in cazul tablelor mai subtiri de 1mm . Rolele executa o deplasare cu un pas, se conecteaza curentul si se realizeaza punctul de sudura, apoi rolele electrod deplaseaza piesele inapoi cu o jumatate de pas si asa mai departe.

-continuu cu sursa de curent modulat sau cu impulsuri se curent.

Sudarea cap la cap prin presare la cald cu incalzire electrica prin inductie.

Procedeul se bazeaza pe inducerea in piesa a unui curent de inductie de mare intensitate, prin plasarea acesteia in campul electric al unui inductor din cupru, parcurs de un curent de inalta frecventa. Curentul indus asigura incalzirea piesei prin efect Joule-Lentz pe rezistenta proprie a acesteia. In functie de forma si sectiunea pieselor se pot aplica doua variante figura 7.46:

a-cu inductor exterior, in cazul pieselor subtiri de tipul tevilor, barelor, profilelor sau a tevilor cu pereti subtiri. In acest caz incalzirea si presarea se pot realiza concomitent.

b-cu inductor intercalat intre piesele de sudat, in cazul pieselor cu sectiune mare sau a tevilor cu pereti grosi. In acest caz intr-o prima etapa se realizeaza incalzirea apoi se indeparteaza inductorul si se realizeaza presarea.


            Fig.7.46 Sudarea cap la cap prin presare la cald cu incalzire electrica prin inductie: a) cu inductor exterior b) cu inductor intercalat intre piesele de sudat.

Sudarea cap la cap prin presare la cald cu incalzire prin frecare.

Incalzirea prin frecare se realizeaza prin presare concomitent cu deplasarea relativa a suprafetelor figura 7.47 prin: a) rotirea uneia dintre piese in raport cu cealalta, b) prin rotirea ambelor piese in sensuri contrare, c) prin rotirea intre suprafetele pieselor de sudat a unui element intermediar, d) prin deplasare rectilinie alternativa a celor doua piese.

            Fig.7.47 Variante de deplasare a pieselor la sudarea cap la cap prin presare la cald cu incalzire prin frecare.

Caldura degajata prin frecare este localizata numai in suprafata de imbinat si zona de influenta termica este foarte ingusta. Cantitatea de caldura necesara sudarii este mult mai mica comparativ cu celelalte procedee. Datorita vitezelor diferite de deplasare relativa a punctelor semifabricatelor situate la raze diferite, este posibil ca temperaturile de incalzire sa difere de la exterior spre centru. Conductibilitatea termica ridicata in cazul materialelor metalice face ca temperatura sa se egalizeze intr-un timp destul de scurt.

Principalii parametri ai procesului sunt: viteza deplasarii relative respectiv turatia, presiunea pe suprafetele in contact, starea suprafetelor planeitatea rugozitatea, durata de frecare.

Procedeul se preteaza la sudarea pieselor circulare cu sectiune egala sau diferita, a materialelor identice dar si diferite feroase si neferoase si chiar in cazul unor materiale cu sudabilitate necorespunzatoare prin metode clasice. Exemple de aplicatii: sudarea unor prelungitoare la burghie, sudarea tijelor la supape, la corpul pistoanelor, sudarea capului la suruburi, sudarea unor piese din otel indiferent de caracteristici cu piese din aluminiu, sau cupru etc.

Sudarea prin deformare plastica la rece.

Sudarea prin deformare plastica la rece se face prin aplicarea unor presiuni mari asupra pieselor de sudat pron care se obtine o puternica deformare care conduce la o energie de activare mare, atomii pieselor de imbinat ajungand sa interactioneze in suprafata de contact creandu-se forte de legaturi similare celor din reteaua cristalina a materialului.

Text Box: dPentru obtinerea unei imbinari rezistente suprafetele trebuie sa fie bine curatate si operatia sa se aplice imediat dupa curatire. Presiunile de sudare trebuie sa fie suficient de mari, se recomanda 80-100daN/mm2 la sudarea aluminiului si aliajelor sale, 100-120 daN/mm2 la sudarea cuprului si aliajelor sale si peste 120 daN/mm2 la sudarea otelurilor carbon si slab aliate cu continut scazut de carbon.

            Fig.7.48 Sudarea prin presare la rece: a) cap la cap. b) in puncte c) in linie.

Asa cum este prezentat in figura 7.48 sudarea prin presare la rece se poate face cap la cap pentru sarme si bare si prin suprapunere in puncte sau in linie pentru table si benzi.

Fortele de presare trebuie sa fie suficient de mari pentru a asigura o deformare puternica a materialelor. La sudarea cap la cap lungimea libera a barelor se recomanda 2l=(1-1,2)d pentru aluminiu, 2l=(1,25-1,5)d pentru cupru si 2l=(1,5-1,75)d pentru oteluri. Rezistenta imbinarilor sudate nu depaseste 90% din cea a materialelor de baza.

Datorita deformatiilor mari forma semifabricatelor in zona de deformare se modifica esential. Pentru reducerea gradului de deformare este necesara utilizarea unor energii de activare suplimentare cum ar fi de exemplu energia campului ultrasonic. Schema sudarii in puncte cu activare in camp ultrasonic este prezentata in figura 7.49.


            Fig.7.49 Schema sudarii in puncte cu activare in camp ultrasonic

DISTRIBUIE DOCUMENTUL

Comentarii


Vizualizari: 1540
Importanta: rank

Comenteaza documentul:

Te rugam sa te autentifici sau sa iti faci cont pentru a putea comenta

Creaza cont nou

Distribuie URL

Adauga cod HTML in site

Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2014. All rights reserved