Arcul electric de sudare este o descărcare electrică între doi elec

Arcul electric de sudare este o descărcare electrică între doi electrozi sub tensiune. Descărcarea are loc într-un amestec de gaze şi vapori de metal. Pentru ca descărcarea electrică să se producă, este necesar ca în coloana gazoasă dintre electrozi să existe particule încărcate cu sarcini electrice, în caz contrar, gazul nu este bun conducător de electricitate. Aceasta se obţine prin ionizarea gazului, fenomen ce constă în crearea unor particule încărcate cu sarcini electrice libere (electroni, toni pozitivi, ioni negativi).

Ionizarea gazului se produce datorită temperaturii mari a arcului electric.

Arcul electric (fig. 1.1) are următoarele zone caracteristici: zona catodică (zc), zona anodică (za) şi coloana arcului (Lca). în procesul de ardere, pe electrod şi pe metalul de bază se formează pete active, denumite pată catodică, pentru catod ( 1 ) şi pată anodică, pentru anod ( 2 ) .

Pata catodică este sursa de_ emisie de electroni liberi. Temperatura catodului este apropiată de temperatura de fierbere a materialului electrodului (pentru fier circa 3 500aC). în pata catodică se degajă circa 36% din cantitatea totală de căldură a arcului, iar căderea de tensiune (Uc) reprezintă 10—16 V.

Pata anodică este supusă bombardamentului de electroni. Ea are aproximativ aceeaşi temperatură cu pata

catodică, dar datorită impactului produs de jetul de electroni degajă o cantitate mai mare de căldură (circa 43% din cantitatea totală). Căderea de tensiune (Uă) la anod reprezintă 6—8 V.

Coloana arcului reprezintă zona dintre electrod şi piesă şi atinge temperatura de circa 6000°C. în ea are loc transferul de electroni şi ioni şi se degajă circa 21o/0 din cantitatea totală de căldură. Căderea de tensiune Uca creşte cu creşterea lungimii arcului şi reprezintă 6—8 V.

Lungimea arcului La poate f i variabilă şi reprezintă distanţa dintre suprafaţa capătului electrodului şi suprafaţa băii de sudură (v. fig. 1.1). Arcul este normal atunci cînd lungimea sa este aproximativ egală cu diametrul electrodului La~dc. Cînd lungimea arcului este sensibil superioară diametrului electrodului cu care se sudează (La>de) se spune că se sudează cu arc lung. Cînd lungimea arcului este mai mică decît diametrul electrodului cu care se sudează, arcul este scurt (La<de).

3. CUM SE GRUPEAZĂ PROCEDEELE DE SUDARE DUPA

TIPUL ARCULUI FOLOSIT?

După tipul arcului se deosebesc:— arc deschis, care arde în aer amestecat cu vapori proveniţi din metalul

electrodului şi din metalul de bază, precum şi cu vapori şi gaze provenite din învelişul electrodului (fig. 1.2);

1

Fig. 1.1. Zonele caracteristice ale arcului

electric: ■7 — zona anodică; Z — zo-

£j a cna catodică; Lca — coloana arcului; La — lungimea

arcului; 1 — pata catodică; 2 — pata anodică.

— arc acoperit, care arde sub strat de material protector; în acest caz metalul topit este acoperit şi izolat de influenta directă a aerului(fig. 1.3);

— arc protejat, care se menţine într-o atmosferă de gaze ce protejează metalul topit de acţiunea directă a aerului (fig. 1.4); drept gaze protectoare se utilizează: argon, heliu, hidrogen, azot, bioxid de carbon, sau diferite amestecuri ale acestora;

2

l — sîrmă; 2 — flux; 3 —

zgură topită; 4 — metal de bază; S — arc electric; 6 — metal lichid; 7 — metal solidificat; 8 — zgură soli-dificată.

3

Direcţia de sudare

Fig. 1.3. Principiul sudării cu arc

acoperit:

Fig. 1.2. Principiul sudării cu arc

deschis:1 — electrod; 2

— arc electric; 3 — metal de bază.

Sistem ,—^ de răcire Electro

d nefuzibiiQai

protector

Arc

Fig. 1.4. Principiul sudării cu arc protejatei — procedeu WIG; b — procedeu MIG.

— arc constrîns, care arde într-o atmosferă de gaze de protecţie şi este obligat să treacă printr-un ajutaj îngust, din care iese sub forma unui jet cu temperatura foarte ridicată (cunoscut sub numele de jet de plasmă).

După felul arcului electric, se deosebesc: arc cu acţiune directă şi indirectă (independentă); primul arde între electrod şi piesă, iar al doilea între doi electrozi, fără ca piesa să fie introdusă în circuitul electric (fig. 1.5).

4

Gat protector

Arc

Fig. 1.5. Principiul sudării cu arc indirect.

După materialul electrodului, se doesebesc: arc electric cu electrod metalic fuzibil şi arc electric cu electrod nefuzibil, din cărbune sau wolfram.

După natura curentului electric se deosebesc: arc electric de curent alternativ şi arc~electric de curent continuu.

La curent continuu, electrodul poate f i anod, dacă este legat la pţlul pozitiv al sursei de curent, sau catod, dacă este legat la polul negativ. în primul caz se lucrează cu polaritate inversă, iar în al doilea caz, cu polaritate directă.

La curent alternativ, rolul de catod şi anod alternează între electrod şi piesă, iar in timpul

unei perioade de alternare, curentul trece de două ori prin valoarea zero, adică arcul se stinge şi se reaprinde periodic, în funcţie

de frecvenţa curentului. în cazul frecvenţei de 50 Hz, arcul se stinge şi se reaprinde de 100 ori pe secundă. Datorită acestui fapt, se pun

probleme deosebite cu privire la arderea stabilă a arcului de curent alternativ.

4. CARE SÎNT FAZELE APRINDERII (AMORSĂRII) ARCULUI ELECTRIC ŞI CUM SE REALIZEAZĂ TRANSFERUL METALULUI LICHID PRIN ARC?

Modul de aprindere al arcului electric de sudare este reprezentatîn fig. 1.6. ~~_

Electrodul legat la una din bornele sursei de curent, de exemplu la cea negativă (fig. 1.6, a) este adus în contact cu piesa legată la cealaltă bornă a sursei. Curentul de scurtcircuit fiind mare, se produce o încălzire locală puternică ce duce la topirea capătului electrodului şi a materialu-

Fig. 1.6. Etape la aprinderea (amorsarea) arcului electric.

lui de bază din zona respectivă (fig. 1.6, b). Prin îndepărtarea electrodului de piesă, puntea metalică ce le-a unit se întinde, secţiunea se reduce, iar temperatura metalului se ridică şi mai mult (fig. 1.6 c). în momentul ruperii punţii metalice lichide se produce o fierbere a metalului, după care în vaporii metalici uşor ionizabili apare arcul electric (fig. 1.6, d).

5

Electrod

Arc electric Perdea de

Vergea

Metal de bază

Transferul metalului prin arc se face totdeauna de la electrod spre piesă, indiferent de poziţia de sudare şi de polaritatea curentului. De regulă, picăturile de metal lichid cad în baia de sudură datorită forţei gra-' vitaţionale. Forţele care contribuie la trecerea metalului prin arcul electric nu se bazează numai pe greutatea proprie a picăturilor de metal to-

6

Fig. 1.7. Efectul „Pinch", care contribuie la transferul metalului topit prin arc.

pit; mai importante sînt forţele provenite din tensiunea superficială a metalului lichid şi cele cauzate de efectele electromagnetice, întrucît ele permit chiar învingerea forţei gravitaţionale şi posibilitatea depunerilor de metal topit la poziţii diferite de orizontală.

Un rol important îl joacă aşa numitul efect „Pinch", reprezentat schematic în fig. 1.7 şi care constă în proprietatea curentului electric de a restrînge la minimum secţiunea conductorului prin care curge. în această situaţie apare o tendinţă de gîtuire a metalului topit, pînă cînd ştrangularea ajunge la o anumită limită; densitatea de curent creşte local foarte mult, producîndu-se o explozie de metal supraîncălzit, care proiectează picăturile de metal spre piesă.

Alţi factori care mai pot contribui la transferul metalului sînt: formarea unui jet de plasmă, presiunea gazelor şi_a fasciculelor de particule încărcate cu electricitate, erupţii de gaze, reacţij^ehimice, precum şi forţele centrifuge produse de mişcări rotative ale arcului electric.

5. CARE SINT PRINCIPALELE MODURI DE TRANSFER ALE

METALULUI LICHID?

Utilajele de sudare cu arc electric se construiesc cu caracteristici bine definite din punctul de vedere al transferului de metal prin arc. Pentru stabilirea corectă a modului de transfer trebuie să se regleze corect tensiunea şi curentul de sudare şi să se aleagă corect diametrul electrodului şi lungimea lui liberă. Modul de transfer mai depinde şi de gazul sau amestecul de gaze care se utilizează.

Se deosebesc mai multe moduri de transfer:Transferul pulverulent se face în picături fine, asemănător unui jet pulverizat

dirijat şi cu împroşcări relativ mici. Se deosebesc trei feluri de transfer pulverulent: normal, (fig. 1.8, a), filiform (fig. 1.8,6), excentric rotativ (fig. 1.8, c). Primul este caracteristic sudării manuale cu arc elec

7

Exploiie ^strangulare mare)

trie cu electrozi înveliţi şi sudării cu arc acoperit (sub flux), al doilea sudării în mediu protector de argon şi al treilea sudării în mediu protector cu C02.

Transferul globular se întîlneşte mai ales la sudarea cu arc lung (tensiune mare), cu intensităţi de curent relativ mari şi cu densităţi de curent reduse (sîrme groase). Transferul se face în picături neregulate, fără scurt-circuitarea arcului.

1 )

/ /• : })■:■ \

a

Fig. 1.8. Transfer pulverulent de metal la sudare:a — transfer pulverulent normal; b — transfer

pulverulent filiform; c — transfer pulverulent excentric rotativ.

Se deosebesc două feluri de transfer globular: cu picături normale şi cu picături excentrice. La primul, caracteristic sudării manuale cu arc lung, picăturile cad axial spre piesă (fig. 1.9, a), iar la al doilea, caracteristic sudării în mediu de C02 cu sîrme groase şi curenţi mari (peste 500 A), picăturile sînt apăsate de jos în sus de presiunea gazelor din coloana arcului (fig. 1.9, 6).

Transferul prin scurtcircuit, sau prin contact, este o variantă a transferului în picături mari, în cazul sudării cu arc scurt, cînd picătura de metal face periodic o punte de scurtcircuit între electrod şi piesă. în fig. 1.10 sînt prezentate caracteristicile acestui transfer.

Iniţial, acest-mod de transfer era folosit la sudarea manuală cu electrozi înveliţi în poziţiile plafon şi verticală. în prezent, se utilizează pentru sudarea în mediu de gaze protectoare şi, mai ales, pentru sudarea

9

1

Fig. 1.9. Transfer globularde metal de sudare:

a — transfer globular cu picături mari normale; & — transfer cu

picături naari excentrice.

în mediu de C02. în acest caz, se sudează cu sîrmă de 0,6 . . . 1,2 mm, cu frecvenţa de scurtcircuitări cuprinsă între 100 şi 200 ori pe secundă.

în afara celor trei tipuri de bază mai există şi aşa numitul transfer prin impulsuri, folosit în sudarea în mediu de gaze protectoare, care este

Fig. 1.10. Transfer prin scurtcircuit:

a — forma picăturii; b — scurtcircuitul; c — transferul picăturii.

o combinaţie a transferului pulverulent cu transferul globular. Peste arcul de curent continuu se suprapun impulsuri de curent alternativ cu frecvenţe de 25,50 sau 100 Hz. între două impulsuri se formează o picătură de metal lichid, care se desprinde brusc în momentul impulsului de curent şi se îndreaptă axial spre piesa sudată. Fazele acestui transfer sînt reprezentate în fig. 1.11.

a b c

Fig. 1.11. Transfer prin impulsuri:a — formarea picăturii; b — momentul în

care are loc impulsul; c — trecerea picăturii prin arc.

6. CE INFLUENŢĂ ARE CÎMPUL MAGNETIC ASUPRA ARCULUI ELECTRIC ŞI CARE SÎNT METODELE

PENTRU ÎNLĂTURAREA SAU REDUCEREA EFECTULUI SUFLULUI ARCULUI?

Coloana arcului se comportă ca un conductor electric flexibil, care sub acţiunea unui cîmp magnetic se deplasează în funcţie de direcţia respectivului cîmp magnetic. Datorită acestui fenomen, arcul nu se mai produce între extremitatea electrodului şi punctul din baie situat la cea mai mică distanţă de acesta. Datorită forţelor magnetice, arcul îşi schimbă lungimea şi direcţia, fenomenul avînd efecte negative asupra calităţii sudurii. Această deplasare a arcului electric se numeşte „suflul arcului".

11

Fig. 1.13. Influenţa maselor de oţel asupra suflului arcului.

în procesul de sudare în jurul electrodului, arcului şi piesei se for-mează cîmpuri magnetice. Ele se influenţează reciproc, rezultanta deviind arcul de la poziţia normală (fig. 1.12). O influenţă mare asupra acestui fenomen o au masele de metale magnetice (fig. 1.13), lucru care se ma-

Fig. 1.12. Compunerea cîmpurilor magnetice la sudarea cap la cap.

2 — Tehnica sudării 17

13

nifestă în special la cusăturile în colţ (fig. 1.14) şi la sudarea cap la cap atablelor groase (fig. 1.15). Devierea arcului se face resimţită de-a lungulcusăturilor (fig. 1.16), precum şi la marginea pieselor care se sudează(fig. 1.17). —

Fenomenul se produce la sudarea în curent continuu. La sudarea în curent'alternativ efectul fenomenului se face foarte puţin resimţit. în

Fig. 1.15. Influenţa maselor de oţel în ca-zul îmbinărilor cap la cap a-supra suflului arcului.

15

Fig. 1.14. Influenţa maselor de oţel în cazul îmbinărilor în colţ asupra suflului arcului.

ab

Fig. 1.16. Devierea arcului de-a lungul îmbinării.

7-7-7—-^Kjnr

■'/////

u A

\ v \ \\ V

\ \\ \

wJ

17

Fig. 1.17. Devierea arcului la extremităţile îmbinării.

Fig. 1.18. Eliminarea devierii arcului prin înclinarea electrodului.

cazul curentului redresat efectul suflului este mai puţin resimţit decît în cazul sudării în curent continuu.

Efectele suflului pot fi eliminate sau reduse prin următoarele metode:a) Variaţia înclinaţiei electrodului (fig. 1.18).

C. INFLUENŢA FACTORILOR TEHNOLOGICI ŞI A REGIMULUI DE SUDARE ASUPRA

ÎMBINĂRII SUDATE

8. CARE SÎNT PARAMETRII REGIMULUI DE SUDARE ŞI CUM SE REFLECTA INFLUENŢA LOR ASUPRA CALITĂŢII CUSĂTURII?

în complexitatea fenomenelor ce intervin pe parcursul aplicării procesului tehnologic de sudare intervin o serie de mărimi sau factori, care prin interdependenţa şi corelarea dintre ei, influenţează atît asupra arcului electric de sudare cit şi asupra cusăturii. Aceşti factori se pot împărţi în două grupe şi anume:

a) grupa parametrilor tehnologici de funcţionare a arcului electric de sudare, integraţi în genericul „regimul de sudare" şi_ b) grupa parametrilor tehnologici de aplicare a tehnologiei de sudare.

Parametrii tehnologici de funcţionare a arcului electric de sudaresînt:

Ua — tensiunea electrică a arcului, în V; Is —• curentul de sudare, în A; La — lungimea arcului, în mm; vs —• viteza de sudare, în cm/s;EL — energia pe-unitatea de lungime (cm), dată de relaţia:

EL= ^ [J/cm]; 0,24 lU-

r]

este căldura liniară a sursei termice, în cal/cm; TQ — randamentul sursei termice.Cu cît Is şi Ua vor fi mai mari, căldura provenită din sudare va fi mai mare şi~cTi

crt se va suda cu viteză vs mai mare, cu atît cantitatea de căldură în îmbinare va scădea, ţinîndu-se seama că în componentele ce se asamblează prin sudare, cantitatea totală de căldură introdusă provine din căldura de preîncălzire şi cea a arcului de sudare.

Alegerea energiei liniare cu care se va suda în condiţii optime depinde de grosimea componentelor şi de temperatura de preîncălzire şi cea ambiantă.

în tabelul 1.1 se indică valorile EL pentru diferite diametre de electrozi şi procedee de sudare, exprimate în kJ/cm (1 kJ = 1 000 J).

Parametrii tehnologici de sudare joacă un rol major în desfăşurarea procesului de sudare, fiecare acţionînd activ în domeniul respectiv, cu

Tabelul 1,1

Energia liniară pentru diferite dianietre de electrozi şi procedee de sudare

19

Procedeul de sudare Energia liniară de sudare Ekj/cm

Sudare manuală cu elec-trozi înveliţi

0 3,25 7-110 4 9-130 5 11-180 6 13-20

Sudare sub flux (şi custraturi multiple) 9-26

toată interdependenţa ce există între ei, influenţînd geometria cusăturii (fig. 1.20) şi anume:

— Ua influenţează asupra lăţimii sudurii (B), în sensul că, cu cît creşte tensiunea de sudare a arcului, creşte şi lăţimea acesteia;

— l s influenţează asupra pătrunderii (H), care creşte odată cu creşterea curentului de sudare;

— vs influenţează asupra supraînălţării (C), aceasta crescînd la o viteză de sudare mai mică, prin

Rjnij Lăţime sudurii B

Ină/fimea sudurii

Grosimea sudurii

Rădăcina sudurii

Fig. 1.20. Elementele caracteristice ale unei îmbinări sudate.

depunerea abundentă de metal şi descrescînd cu creşterea vitezei de sudare.

Cu alte cuvinte, secţiunea cusăturii creşte odată cu creşterea curentului de sudare /, şi scade odată cu creşterea vitezei de sudare vs. Deci, parametrii tehnologici de funcţionare a arcului electric de sudare Us şi Is influenţează volumul de metal depus în unitatea de timp.

Regimul de sudare optim pentru o îmbinare cerută se elaborează de tehnolog în funcţie de procedeul de sudare, calitatea şi grosimea materialului pieselor de sudat etc.

în tabelele 1.2, 1.3, 1.4, şi 1.5 se dă influenţa principalilor parametri ai regimului de sudare asupra cusăturii la sudarea manuală cu arc electric, la sudarea sub strat de flux şi respectiv la sudarea în baie de zgură.

21

I , . v t , Ut / foarte / foarte o foarte » foarte u0 U0 foarte

normale scăzută mare mică mare mică mareTopirea Normală Prea Foaite agi- Normală Aproape Liniştită Explosivă

liniştită tată neregu- şi nere-

lată gulată

Forma Unifor- Prea Plată, de- Prea Semi- Semibom- Platădepune- mă bom- formată bom- bom- bată sprerii bată, bată, bată, defor-

ineste- ineste- ineste- mare

tică tică tică

Pătrun- Optimă Slabă Foarte ma- Mare Slabă Slabă, însă Marederea re, inutilă accepta-

şi pericu- bilă

loasă

Craterul Circular, Defor- Deformat, Regulat, Defor- Regulat şi Aproaperegulat mat, cu risc de dar mat, puţin regulat

dar re- formare a adînc cu risc adînc

gulat fisurilor de apa-

riţie a

sufluri-

lor

Alte de- Lipsă Pot apă- Crestături Crestă- Crestă- Numai da- Risc defecte rea poii marginale turi turi că electro- sufluriproba- şi in- (pe toată margi- margi- dul şi re- dacăbile cluzi- lungimea nale şi nale, gimul de electro-

uni ne- dacă U s coamă sufluri, sudare dul nu

meta- este mare), la su- fisuri sînt alese este

lice sulluri şi durile corect bine

fisuri de colţ ales

Influenţa parametrilor regimului de sudare în cazul sudării sub strat de flux. La sudarea cu acest procedeu intervin în mod deosebit două categorii de factori:

1) Factori metalurgici.2) Factori de formă.Factorii metalurgici vor f i descrişi în capitolul IV, „Materiale de adaos".

22

Tabelul / . £

Influenţa intensităţii curentului de sudare ( I s ) , a vitezei de sudaic şi tensiunii de mers in gol ( U 0 ) la sudarea manuală cu arc electric şi electrozi înveliţi

(ţx L CL ^ L & L,7 2 J k 5 6 7

200 W 600 800 WOO 1200 ttOO 1500 1800 Intensitatea curentului I [A]

Fig. 1.21. Variaţia vitezei de topire a sîr-mei de diferite diametre în funcţie de intensitatea curentului de sudare.

Factori~tîe formă. Influenţa parametrilor regimului de sudare asupra formei cusăturii este indicată în tabelul 1.3.

Intensitatea curentului de sudare. Pentru fiecare diametru de sîr-mă, curentul de sudare are o arie corespunzătoare a valorilor cu care se obţine o cusătură corectă. Peste valoarea maximă şi sub valoarea minimă, sudarea este necorespunzătoare sau arcul electric se întrerupe (fig. 1.21). Pentru stabilitatea procesului de sudare şi pentru uniformitatea cusăturii, diametrul sîrmei trebuie să fie corelat cu intensitatea curentului folosit.

Tensiunea minimă de stabilitate a arcului es_lg__de 22—25 V, în funcţie de diametrul sîrmei şi de calitatea fluxului. De obicei, la sudarea în curent continuu nu se folosesc tensiuni mai mici de 26 V. La sudarea cu curent alternativ, arculfiind mai instabil, se recomandă folosirea unei tensiuni mai mari cuJ3—5~VT

Felul şi polaritatea curentului. în cazul sudării în curent continuu, arcul arde mai liniştit, aspectul sudurii fiind mai uniform decît la sudarea în curent alternativ.

în cazul întrebuinţării curentului continuu, în general, se foloseşte polaritatea inversă.

Folosirea curentului continuu sau alternativ este condiţionată de proprietăţile fluxului folosit, existînd fluxuri care nu pot fi folosite la curen taUernativ (de obicej_l]uxjL3Ţile_bazice).

Tipul şi granuîaţia fluxului. Fluxul influenţează stabilitatea arcu lui, adîncimea de pătrundere, formarea cusăturii şi aspectul ei exterior.

23

d

Fig. 1.22. Influenţa înclinării piesei asupra geometrieicusăturii:

a — sudarea în poziţie urcătoare; b — sudarea în poziţie eo-borîtoare; c — modificarea formei geometrice a cusăturii la sudarea în poziţie urcătoare; d — modificarea formei geometrice a cusăturii

la sudarea în poziţie coborîtoare.

Cu cit granulaţia este mai fină, cu atît stabilitatea arcului este mai bună. Fluxurile cu granulaţie fină au o permeabilitate redusă şi atunci cînd degajarea de gaze este puternică (de exemplu table umede sau ruginite) pot rămîne pori în cusătură.

înclinarea piesei. în practică, nu se folosesc înclinări mai mari de 4—7° la coborîre şi 8—10° îa urcare (fig. 1.22).

înclinarea electrodului. Faţă de direcţia de sudare, electrodul poate fi înclinat ,.înainte" (fig. 1.23, a) sau ,,înapoi" (fig. 1.23, 6). La înclinarea „înainte" pătrunderea se reduce (fig. 1.23, c) iar lăţimea creşte (fig. 1.23, d). La înclinarea „înapoi", cresc pătrunderea şi îngroşarea.

Influenţa parametrilor regimului de sudare în cazul sudării electrice în baie de zgură. Diametrul sîrmci. în general se folosesc sîrme cu diametrul de 3 sau 3,25 mm.

Intensitatea curentului de sudare este un element dependent de vi-jteza de avans ̂ a sjririei-electrod. Curentul de sudare creşte în raport cu creşterea vitezei de avans a sirmei (fig. 1.24). Creşterea vitezei de avans a sîrmelor este limitată de posibilitatea apariţiei fisurilor de cristalizare. Sensibilitatea cusăturilor la formarea fisurilor de cristalizare creşte în raport cu creşterea vitezei de avans a sîrmelor şi prin urmare a curentului de sudare.

Tensiunea. Pentru sudarea pieselor din oţel carbon, avînd grosimea cuprinsă între 40—300 mm, cu sîrmă de 3,25 mm, în curent alternativ, valoarea optimă a tensiunii este cuprinsă între 40—45 V.

MATERIALE DE ADAOS (MA) Şl

PROTECŢIE A SUDURII

24

37. CE SE ÎNŢELEGE PRIN MATERIAL DE ADAOS ŞI DE PROTECŢIE A SUDURII?

Materialul de adaos este metalul sau aliajul sub formă de vergele, colaci sau granule, care se topeşte în procesul de sudare. Materialul provenit din topirea metalului de adaos, care contribuie la formarea cusăturii se numeşte metal depus.

38. CARE SÎNT CRITERIILE PRINCIPALE DE SIMBOLIZARE A ELECTROZILOR ÎNVELIŢI?

Electrodul învelit este format dintr-o vergea metalică, cu masa de înveliş aplicată prin presare sau imersiune.

învelişul electrodului are următoarele roluri:— favorizează amorsarea uşoară a arcului electric;— măreşte stabilitatea arcului;

— protejează metalul topit împotriva pătrunderii oxigenului, hidrogenului şi azotului din aer, atît în timpul trecerii din electrod spre piesă, cît şi în baia de sudură;— formează o zgură mai uşoară decît metalul, asigurînd o răcire mai lentă, curăţirea şi degazarea băii de sudură, precum şi formarea mai mult sau mai puţin continuă a suprafeţei cusăturii;— permite alierea cu elemente conţinute în înveliş, care îmbunătăţesc proprietăţile metalului depus;— uneori, învelişul conţine pulbere de fier, care permite obţinerea unui randament de depunere peste 100%.

Dimensiunile electrodului. Dimensiunile de bază ale electrozilor sînt: diametrul electrodului şi lungimea acestuia.

Dimensiunile electrozilor pentru sudarea otelurilor sînt stabilite în STAS 1125/1-81.

Prin diametrul electrodului se înţelege diametrul vergelei metalice. Sînt standardizate diametre între 1,6 şi 8 mm. în mod curent, se fabrică următoarele diametre: 2; 2,5; 3.25; 4; 5 mm.

Lungimile uzuale sînt 250, 300^-350 şi 450 mm.Grosimea învelişului are influenţă asupra modului î n care se topeşte electrodul şi

asupra formei cusăturii.Simbolizarea electrozilor. Simbolizarea electrozilor se face după următoarele

caracteristici tehnice:— caracterul învelişului;— randamentul nominal;— poziţia de sudare;— caracteristicile curentului de sudare;— conţinutul de hidrogen difuzibil.Simbolizarea tipurilor de electrozi se face conform STAS 1125/1 . . . 6—81 . . . 83,

prin litere şi cifre care reprezintă principalele caracteristici ale electrodului.Elemente caracteristice ale electrozilor. în afară de compoziţia şi ca-

racteristicile învelişului, electrozii sînt caracterizaţi de cîteva elemente mai importante, cum sînt:

25

— caracteristicile mecanice ale metalului depus, respectiv rezistenţa la rupere (Rm), limita de curgere (Re), al'ungirea (A5), energia de rupere la încovoiere prin şoc (KV sau KU) şi duritatea (HB sau HV);

— timpul de topire, care reprezintă timpul în care se topeşte electrodul, folosind o intensitate medie a curentului;

— randamentul nominal de depunere, care reprezintă raportul dintre masa metalului depus prin sudare şi masa totală a sîrmei care intră în compoziţia mărcii electrodului utilizat;

— coeficientul de depunere, care reprezintă cantitatea de metal ce se depune dintr-un anumit electrod, raportată la o intensitate de curent de 1 A în unitatea de timp (o oră sau un minut); coeficientul de depunere se măsoară în g/A-11 sau g/A-min.

39. CARE SlNT PRINCIPALELE CRITERII DE CLASIFICARE A

ELECTROZILOR?

După destinaţie, electrozii înveliţi pentru sudarea oţelurilor se clasifică în următoarele grupe:

I — electrozi înveliţi pentru sudarea otelurilor carbon si slab aliate (STAS 1125/2-81);II — electrozi înveliţi pentru sudarea oţelurilor cu granulaţie fină şi a oţelurilor utilizate la temperaturi scăzute (STAS 1125/3-82);III — electrozi înveliţi pentru sudarea oţelurilor termorezistente (STAS 1125/4-82);IV — electrozi înveliţi pentru sudarea otelurilor inxoidabile şi refractare (STAS 1125/5-83); '

V — electrozi înveliţi pentru încărcare (STAS 1125/6-83).

— în cadrul fiecărei grupe, electrozii se clasifică în tipuri conform (STAS 1125/2 . . . 6-81 şi 83; în funcţie de caracteristicile mecanice ale metalului depus şi (sau) de compoziţia chimică. Mărcile de electrozi ce _sje elaborează în cadrul tipului respectiv se stabilesc de către întreprinderea producătoare.

Electrozii înveliţi pentru sudarea fontei sînt prezentaţi în STAS 7242-82, iar cei pentru sudarea aluminiului, în STAS 8524-70.

40. CUM SE CLASIFICA ELECTROZII DUPĂ TIPUL ÎNVELIŞULUI?

După tipul învelişului, conform STAS (1125/1-81, electrozii înveliţi sînt de şase tipuri.

1) Electrozi cu înveliş acid A. Au un înveliş format din oxid de fier, mangan şi siliciu, feromangan şi alţi dezoxidanţi. Formează o zgură acidă, care se detaşează uşor. Utilizaţi la oţeluri cu conţinut de carbon mai mare de 0,24% C, prezintă pericol de fisurare la cald, în special la sudarea în unghi, în cornişe sau vertical. Se folosesc, în general, la sudarea în poziţie orizontală, cu curent alternativ sau continuu, dar pot fi folosiţi şi pentru alte poziţii.

2) Electrozi cu înveliş acid rutilic — AR. Se împart, după conţinutul de rutil-oxid de titan Ti02, în electrozi rutilici cu conţinut redus şi cu conţinut ridicat de rutil (max. 0,35% Ti02). Au o comportare identică cu electrozii acizi.

26

Electrozi cu înveliş bazic — B. Se caracterizează prin conţinutul de carbonat de calciu (CaC03) sau alţi carbonaţi bazici, fluorină. Zgura se desprinde uşor. Produce un arc cu pătrundere medie şi poate f i folosit pentru toate poziţiile de sudare, utilizînd curent contimiu cu polaritate pozitivă. Au un conţinut redus de hidrogen. Metalul depus este foarte rezistent la fisurare la cald sau la rece. Pentru a evita formarea porilor în metalul depus, învelişul trebuie să fie foarte uscat. De obicei, se usucă la temperatura de 250—300°C, timp de două ore, după care se păstrează pînă la utilizare, la temperatura de 60—80°C.

Electrozi cu înveliş celulozic — C. Conţin materii organice. Produc o zgură subţire şi cantitativ puţină, care se desprinde uşor. Asigură o pătrundere adncă şi o viteză de topire relativ ridicată. Se utilizează pentru toate poziţiiie de sudare.

Electrod oxidanţi — O. Au o utilizare restrînsă. în înveliş predomină oxidul de fier şi se folosesc în cazurile cînd aspectul sudurii este mai important decît rezistenţa.

Electrozi cu înveliş rutilic (cu înveliş cu grosime medie, R, Ti02— = 35—-50% şi celuloză = max. 15% şi cu grosime mare, R R, Ti02= 35—50% şi celuloză = max. 5%). Produc o zgură cu caracter acid. Electrozii cu înveliş de tip R sînt destinaţi în general sudării în poziţie verticală şi pe plafon.

Alte tipuri de electrozi se notează cu S.

27

41. CUM SE CLASIFICA SÎRMELE DIN OŢEL PENTRU SUDARE?

28

Sîrmele fabricate în R. S. România se împart în două mari grupe:— sîrme din oţel pentru sudare;— sîrme tubulare (cu miez).Sîrma din oţel pentru sudare este standardizată în STAS 1126-80. In

standard sînt cuprinse sîrmele trefilate din oţel carbon, slab aliat, aliat şi înalt aliat, destinate ca material de adaos pentru sudarea şi încărcarea prin diverse procedee şi pentru executarea electrozilor.

Sîrmele utilizate la sudarea în C0 2 conţin elemente de aliere în exces, pentru a compensa pierderile prin ardere (Mn şi Si).

Sîrme cu miez (electrozi tubulari, sîrme tubulare) (STAS 11587-83) sînt constituite dintr-o manta metalică exterioară umplută cu un amestec de materiale pulverulente care constituie miezul sîrmei.

După forma şi modul de repartiţie a miezului şi a părţii metalice, secţiunea sîrmelor tubulare poate avea diferite profile (fig. IV.l).

învelişul metalic are următorul rol:— închide circuitul electric la sudare;— păstrează miezul de pulbere;—■ prin topire, introduce uniform şi continuu cantitatea de miez ne cesară

desfăşurării corecte a procesului de sudare.Miezul este constituit dintr-un amestec de materiale similare cu cele

folosite pentru alcătuirea învelişului pentru sudare, avînd acelaşi rol cu învelişul electrodului.

Din punctul de vedere al medului de utilizare sîrmele cu mieiF' se împart în:

— sîrme tubulare cu protecţie suplimentară;

— sîrme tubwlare cu auto-protecţie.în cazul primelor se utilizează ca protecţie suplimentară bioxidul de carbon.

în al doileacaz, protecţia gazoasă a arcului se d 9 frealizează prin disocierea în arc a Fig. IV.l. Secţiuni ale sîrmelor tubulare. materialelor componente din miez.

în funcţie de compoziţia miezului şi caracterul zgurei, sîrmele cu miez se clasifică în următoarele tipuri principale:

— sîrme acide, rutilice;

— sîrme semibazice;

— sîrme bazice.

Sîrmele tubulare se fabrică la diametrele de 1,6; 2,0 şi 2,4 mm. Sîr mele cu autoprotecţie nu se fabrică, în general, la diametre sub 2—2,4 mm.

29

Bazicitatea fluxului se determină î n funcţie de compoziţia chimică a elementelor componente din flux, cu formula

D . ., , »/fiCaO-r-»/ol^O+»/oBaO + «^CaF9 + «ANa20+%K20+ l /2(»/oMnO+/FeO)

Bazicitate =~-----------------. -----------------------------: ---------------------------------------°-%Si02 + 1 /2("/o A1203 + VoTiO, + VoZrO)

După cum se observă, formula reprezintă raportul dintre concentraţiile oxizilor cu caracter bazic şi oxizii cu caracter acid.

Fluxurile topite, din cauza procesului tehnologic, nu pot f i obţinute la o bazicitate prea ridicată.

Bazicitatea fluxului are o influenţă mare asupra tenacităţii structurii sudate. în general se constată că la un indice de bazicitate B>1, temperatura de tranziţie scade.

După viteza de sudare. După acest criteriu, fluxurile se clasifică în fluxuri care se comportă bine la viteze mai mici de 200 cm/min şi fluxuri rapide (r) care permit sudarea la viteze mai mari de 200 cm/min. Acest criteriu depinde de posibilitatea de a-şi păstra fluiditatea şi capacitatea de formare a cusăturii, asigurînd totodată eliminarea gazelor şi a incluziunilor de zgură.

Curentul maxim de sudare se poate indica printr-o cifră care repre-

zintă în amperi şi indică intensitatea maximă în amperi pentru100

care fluxul se utilizează.Fluxurile se mai clasifică după tipul curentului de sudare şi după tensiunea de mers

în gol a sursei de curent.După compoziţia chimică, fluxurile se împart în următoarele grupe: Fluxuri bogate în

Si02 şi MnO (40—45°/0 SiO şi 35—45»/o MnO). Ele aliază puternic baia de sudură cu Si şi Mn. Sînt puternic acide şi au sensibilitate la rugină şi oxizi. Există pericolul de a realiza cusături cu conţinut ridicat de sulf, fosfor şi oxigen.

Fluxurile cu puţin Si02 şi MnO (sub 10—15o/0) sînt bazice. La sudare, elementele de aliere suferă pierderi (oxidări) mici, motiv care le fac apte pentru sudarea oţelurilor aliate şi de înaltă rezistenţă. Datorită cantităţii reduse de incluziuni nemetalice şi oxigen, rezilienţa cusăturilor este ridicată.

Fluxurile pasive care nu reacţionează cu metalul băii, asigură cusăturii un conţinut foarte redus de gaze şi păstrarea aproape integrală a compoziţiei chimice.

43. CARE ESTE ROLUL FLUXULUI ÎN PROCESUL DE SUDARE ŞI CE

CONDIŢII TREBUIE SA ÎNDEPLINEASCĂ?

Fluxurile folosite la sudarea cu arc acoperit au următoarele roluri :

— asigură stabilitatea arcului electric;

— protecţia metalului lichid de contactul cu aerul;

Conform STAS 11225-83 electrozii se fabrică la următoarele dia-metre: 0,5; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3. Pot f i fabricaţi şi la diametrele 2,0; 3,15; 5,0; şi 8,0. Lungimea lor este de 75; 150 şi 175 mm.

Durata medie de utilizare a unui electrod de 175 mm lungime este de 50 h de utilizare efectivă.

30

48. CARE SÎNT CRITERIILE GENERALE

PENTRU ALEGEREA MATERIALELOR DE ADAOS?

Caracteristica principală luată în considerare la alegerea materialului de adaos este rezistenţa la tracţiune. Standardele şi prospectele indică caracteristicile mecanice specifice metalului depus prin sudare, neinfluenţat de metalul care se sudează. La alegerea metalului de adaos trebuie avut în vedere faptul că la sudare, datorită amestecului cu me-talul de bază şi a unei răciri rapide, se înregistrează o creştere a rezistenţei şi o scădere a proprietăţilor de plasticitate.

Pentru oţelurile cu tendinţă de fisurare, uneori se aleg materiale de adaos cu rezistenţă mai redusă, însă cu o plasticitate mare, care să conducă în primul rînd la evitarea ruperii fragile a îmbinărilor. Este contraindicat să se aleagă materiale de adaos cu rezistenţă la rupere cu mult mai mare decît a materialului de bază, întrucît ele facilitează apariţia unor tensiuni remanente mai mari şi măresc pericolul formării fisurilor în îmbinarea sudată.

La alegerea materialelor de adaos se caută ca compoziţia lor chimică să fie cît mai apropiată de cea a metalului care se sudează. De obicei, materialele de adaos destinate sudării oţelurilor nealiate au un conţinut mai redus de carbon, în schimb au un conţinut ceva mai ridicat de mangan şi siliciu, care asigură obţinerea unor proprietăţi mecanice corespunzătoare. La sudarea oţelurilor cu sudabilitate dificilă, regula omogenităţii chimice nu poate f i respectată întotdeauna, utilizîndu-se uneori metale diferite de metalul de bază. De exemplu, o serie de oţeluri aliate se sudează în condiţiuni bune cu materiale de adaos austenitice.

Tipul electrodului, simbolizarea conform STAS, care caracterizează proprietăţile metalului depus ajută la alegerea electrodului. Unui tip de electrod îi corespund, de obicei, mai multe mărci de electrozi. Proprietăţile mecanice ale metalului depus cu aceste mărci de electrozi corespund tipului de electrod, dar proprietăţile care caracterizează comportarea tehnologică sînt diferite.

De exemplu, tipului E.51.5B.110.2.0.H. îi corespund mai multe mărci, printre care E50B şi Superbaz. De obicei, în fişa tehnică a mărcii respective se indică şi echivalenţa cu unele tipuri de electrozi cuprinşi în standarde străine. De exemplu, în fişa tehnică a electrodului Superbaz se indică echivalenţa cu tipul E 7*018, conform AWS. Consultînd prospectul firmei B6hler-Fox, se va constata, spre exemplu, că tipului E 7018

ÎMBINĂRI ETEROGENE

93. CARE SÎNT AVANTAJELE ŞI DEZAVANTAJELE UTILIZĂRII LA SUDARE A UNOR MATERIALE DE ADAOS DIFERITE DE METALUL DE BAZA?

31

De obicei, în cazul îmbinărilor sudate se urmăreşte ca metalul depus să aibă compoziţia chimică şi proprietăţile mecanice apropiate de ale metalului de bază. Pentru unele oţeluri această regulă nu poate f i respectată întotdeauna, utilizîndu-se în aceste cazuri metale de adaos diferite de metalul de bază.

Avantajele utilizării materialelor de adaos austenitice sînt următoarele:— metalul depus austenitic are o alungire mare, ceea ce permite deformarea lui

datorită tensiunilor care apar în procesul de sudare; datorită deformării metalului depus, tensiunile preluate de metalul de bază sînt mai mici, reducîndu-se prin urmare pericolul de fisurare în zona de influenţă termică;

— oţelul austenitic nu suferă la solidificare modificări structurale care duc la modificarea volumului şi a proprietăţilor mecanice; prin modificarea volumului apar tensiuni suplimentare, care, împreună cu tensiunile de sudare, pot duce la fisurarea îmbinării;

— austenita are capacitatea de a absorbi hidrogenul care difuzează din zona influenţată termic, din învelişul electrozilor sau flux şi din atmosferă; în acest fel se reduce pericolul de fisurare pe care-1 prezintă existenţa hidrogenului liber în cantităţi mai însemnate.

Pe lîngă avantajele enumerate, utilizarea unor materiale de adaos austenitice prezintă şi o serie de dezavantaje, cum ar fi:

1) Materialele de adaos şi de bază au coeficienţi diferiţi de dilatare. Dacă îmbinarea sudată este supusă în exploatare la încălziri şi răciri repetate, poate apărea efectul de oboseală termică; datorită dilatării şi contracţiei diferite, apar tensiuni suplimentare care pot provoca fisuri în zona influenţată termic.

2) La temperaturi înalte se produce o difuzie a carbonului din, metalul de bază către oţelul austenitic. Difuzia carbonului creşte în raport cu creşterea temperaturii şi devine apreciabilă la temperaturi peste 425°C. In zona decarburată se produce o reducere a proprietăţilor mecanice; de asemenea, în zona în care se produce creşterea conţinutului de carbon se poate formalei peliculă fragilă, cu duritate mare. Folosirea unor materiale de adaos cu conţinut ridicat de nichel împiedică, într-o oarecare măsură, difuzia carbonului.

3) în zona de contact dintre metalul de bază şi cel de adaos se produce amestecul acestor două metale. Datorită acestui amestec se poate forma o structură martensitică dură şi fragilă. Chiar în condiţiile în care se menţine structura austenitică, conţinutul de ferită poate scădea sub limita necesară pentru a împiedica formarea fisurilor. Cunos-cînd gradul de amestec al celor două metale, se poate aprecia, cu ajutorul diagramei Schaeffler, structura metalului din zona de contact (fig. XII.l). Diagrama este comentată la întrebarea 94.

Pentru a înlătura dezavantajele prezentate de materialele de adaos austenitice Cr—Ni, se pot utiliza materiale cu conţinut foarte ridicat de nichel, din grupa aliajelor Ni—Cr—Fe. Aceste materiale prezintă următoarele avantaje principale:

— coeficientul de dilatare al materialului depus este foarte apropiat de al oţelurilor feritice şi martensitice;

«4. i i i i i i i , i i i i i i i t i , i i .

32

— conţinutul foarte ridicat de nichel împiedică migrarea carbonului;— structura austenitică se păstrează chiar la o diluare de 80% cu metal de bază;

condiţiile de sudare nu modifică practic, prin diluare, structura austenitică;

— deşi metalul depus are o structură complet austenitică, prezintă o rezistenţă suficient de mare la fisurare;

— proprietăţile mecanice şi rezistenţa la coroziune sînt superioare metalului depus cu materiale de adaos austenitice, Cr—Ni;

— la sudarea cu aliaje de tipul Ni—Cr—Fe nu există pericolul fisurării sub cordon, datorită faptului că hidrogenul are o solubilitate mare în metalul depus;

— îmbinarea sudată cu acest material de adaos nu este afectată de tratamentele termice ulterioare.

Metalul depus cu aliaje de tipul Ni—Cr—Fe este foarte sensibil la formarea porilor. Un alt dezavantaj al acestui aliaj este preţul său de cost ridicat.

în toate cazurile în care se utilizează materiale de adaos austenitice se recomandă verificarea lor la fisurare.

Folosirea unor materiale de adaos diferite de cel de bază, permite, în unele cazuri, renunţarea la aplicarea unor tratamente termice, sau în orice caz, la necesitatea efectuării lor înainte de răcirea piesei sub temperatura de preîncălzire.

94. CARE SÎNT METODELE CU CARE SE POT ANTICIPASTRUCTURILE METALOGRAFICE ÎN CAZUL ÎMBINĂRII UNOR METALE CU COMPOZIŢII CHIMICE DIFERITE?

Legătura dintre compoziţia chimică a cusăturii şi structură poate f i făcută cu ajutorul diagramei Schaeffler. Diagrama a fost stabilită lu-îndu-se în considerare acţiunea combinată a elementelor feritizante sub forma unui conţinut echivalent de crom şi acţiunea7 combinată a elementelor austenitizante sub forma unui conţinut echivalent de

33

nichel. Una din relaţiile utilizate pentru stabilirea echivalentului crom (Cre) şi echi-valentului nichel (Nie) este următoarea:

Cre=Cr+Mo+0,5 Nb + 1,5 Si;

Nie=*Ni+30 C+30 N+0,5 Mn.

în această relaţie conţinutul elementelor se introduce în procente.Unei anumite compoziţii chimice îi corespunde un punct pe diagramă, care prin

poziţia lui indică calitativ structura cusăturii, iar în cazul structurilor austenito-feritice (A-j-F) dă indicaţii şi asupra conţinutului procentual de ferită.

Cu ajutorul acestei diagrame se pot anticipa şi structurile care se formează în cazul cînd cusătura se obţine prin topirea împreună a unor aliaje cu compoziţia chimică mult diferită, în fig. XII.2 se arată un exemplu de utilizare a diagramei Schaeffler. Se consideră a şi b punctele din diagramă corespunzătoare aliajului a, respectiv b. Cele două puncte se unesc printr-o dreaptă care se împarte în 100 părţi egale, în-cepînd din punctul b. Punctul c, caracteristic pentru cusătură, se obţine

34

4 8 12 16 20 2<t 28 32 36 hO Crom echivalent Fig. XII.2. Structura zonei intermediare determinată pe diagrama Schaeffler.

dacă segmentul bc este egal cu valoarea procentuală cu care aliajul „a" contribuie la formarea cusăturii. Exemplul din figură corespunde depunerii unui rînd cu un electrod austenitic pe un metal de bază cu cusătură perlitică, atunci cînd participarea metalului de bază la formarea cusăturii este de 10—13%. Cusătura are o structură martensitică cu sen-sibilitate la fisurare.

în cazul sudării a două metale diferite, cu un electrod diferit de cele două metale, structura se determină cu ajutorul diagramei, în modul următor. Se uneşte printr-o linie punctul A cu B, corespunzătoare oţelurilor care se sudează între ele. Se stabileşte punctul C corespunzător participării celor două metale la formarea cusăturii. Se uneşte acest punct cu punctul D, corespunzător electrodului. Cunoscînd participarea metalului de adaos la formarea cusăturii se poate stabili structura aproximativă a cusăturii, utilizînd metoda indicată mai înainte.

După cum se vede din diagramă, metalul depus cu electrozi de tipul 18/8 se găseşte la limita inferioară a stabilităţii austenitei. Din această cauză, chiar la diluări mici pot apărea formaţiuni de martensită. Pentru siguranţă se preferă materialul de adaos cu o stabilitate mai mare a austenitei, de tipul 25/20. Aceste materiale de adaos, datorită conţinutului ridicat de nichel, împiedică şi difuzia carbonului. Au însă dezavantajul că avînd o structură- complet austenitică au o sensibilitate mare la fisurare. Rezultate mai bune se obţin cu materiale de adaos de tipul 25/12 sau 18/8/6. Din diagrama Schaeffler se observă că metalul depus cu aceste materiale de adaos are o stabilitate mai mare decît cel depus cu materialele de tipul 18/8. Aceasta înseamnă că şi la diluări mai mari metalul depus îşi păstrează structura austenitică. Datorită conţinutului mai ridicat de nichel, difuzia carbonului este mai redusă. în comparaţie cu metalul depus, de tipul 25/20, au o rezistenţă mai mare la fisurare, datorită conţinutului optim de ferită.

95. CARE SÎNT REGULILE DE BAZA CARE TREBUIE AVUTE ÎN VEDERE LA ÎNTOCMIREA TEHNOLOGIEI DE SUDARE A UNOR ÎMBINĂRI ETEROGENE?

La întocmirea tehnologiei de sudare a îmbinărilor eterogene trebuie avut în vedere următoarele situaţii.

în zona de contact dintre metalul de bază şi cusătură, ca urmare a amestecului dintre metalul de adaos şi cel de bază pot apărea zone fragile. în aceste zone cu plasticitate redusă pot apărea fisuri în timpul

35

tratamentului termic sau în exploatare. Pentru a reduce la minimum dimensiunile acestei zone trebuie utilizată o tehnologie de sudare care să asigure o participare cît mai redusă a metalului de bază la formarea cusăturii. O diluare foarte puternică se produce, în special, la sudarea sub strat de flux, datorită faptului că acest procedeu este însoţit de o pătrundere adîncă în metalul de bază. Din această cauză, folosirea procedeului la sudarea îmbinărilor eterogene este dificilă.

La temperaturi înalte se produce o difuzie a carbonului. Dezvoltarea procesului de difuzie depinde de compoziţia chimică a metalelor care vin în contact, de temperatura la care ajunge îmbinarea şi de durata în care se găseşte îmbinarea la această temperatură. Procesul de difuzie este cu atît mai activ cu cît este mai ridicată temperatura de încălzire a îmbinării şi cu cît este mai lungă perioada în care îmbinarea se găseşte la această temperatură. La sudarea manuală cu electrozi înveliţi, timpul de încălzire este prea scurt pentru a se putea dezvolta procesul de difuzie. în schimb, tratamentul termic la temperaturi ridicate şi o exploatare mai îndelungată la temperaturi mai înalte de 425°C determină apariţia fenomenului de difuzie.

Zonele în care s-a produs fenomenul de difuzie au o-influenţă negativă asupra comportării îmbinării sudate, datorită neomogenităţii diferitelor zone ale cusăturii. Apar zone cu plasticitate redusă şi pot provoca ruperi fragile în zonele decarburate.

Avînd în vedere situaţia arătată, tehnologia de sudare trebuie să respecte o serie de reguli, cum ar fi:1) Pentru a reduce topirea metalului de bază, regimul de sudare trebuie să prevadă utilizarea unor electrozi cu diametru cît mai mic, valori minime ale curentului şi viteze mari de sudare. Sudura trebuie să se execute în straturi filiforme.2) Deoarece zona de contact dintre cele două metale diferite este cea mai sensibilă la fisurare, din punct de vedere constructiv trebuie evitate toate trecerile bruşte de la o grosime la alta şi toate neregulari-tăţile care ar putea conduce la concentrarea tensiunilor. în special, trebuie evitat efectul de crestătură pe care-1 constituie nepătrunderile care pot rămîne la rădăcina îmbinărilor dintre două piese cilindrice, din tablă groasă, cu diametru mic. Aceste nepătrunderi pot provoca apariţia unor fisuri care se pot extinde în cusătură sau în metalul de bază.3) Rezistenţa la rupere a cusăturii nu trebuie să fie mai mică de-cît rezistenţa metalului mai slab, participant la îmbinare.4) Deoarece la sudarea metalelor diferite există un pericol sporit de fisurare, se preferă utilizarea electrozilor şi a fluxurilor cu caracter bazic.5) La îmbinările din oţeluri diferite, condiţiile de sudare se reglează, în general, după oţelul cu sudabilitate mai dificilă.6) în cazul îmbinărilor eterogene, tensiunile interne nu pot f i complet înlăturate printr-un tratament termic de detensionare. în timpul încălzirii tensiunile remanente dispar, dar în timpul răcirii, datorită proprietăţilor fizice deosebite ale celor două metale, apar tensiuni noi,

37

deosebite de cele iniţiale. în general, tratamentul termic aplicat îmbinărilor eterogene urmăreşte înlăturarea zonelor cu structură fragilă. Se aplică, de obicei, tratamentul termic indicat pentru oţelurile mai greu sudabile.

96. CE METODE TEHNOLOGICE SE UTILIZEAZĂ PENTRU A ÎMPIEDICA FORMAREA UNOR PELICULE FRAGILE?

Pentru a împiedica formarea unor zone fragile şi fenomenul de difuzie, în afara utilizării unor materiale de adaos potrivite, se mai utilizează şi alte metode.

Metoda stratului tampon. Metoda constă în depunerea prin sudare, pe muchiile metalului de bază, care are tendinţa de călire a unui strat din oţel care nu are această tendinţă (fig. XII.3).

Grosimea stratului de placare (tampon) trebuie să fie cel puţin egală cu lăţimea zonei de influenţă termică. Grosimea necesară se realizează din cel puţin trei straturi de sudură. După prelucrare, grosimea stratului de placare nu trebuie să fie mai mică de 5—6 mm. în cazul sudării unor oţeluri călibile, stratul de placare nu trebuie să fie mai subţire de 9 mm. Pentru placare, metalul de bază se preîncălzeşte la temperatura prescrisă pentru respectivul oţel. După placare, subansamblul se supune tratamentului termic prescris pentru metalul de bază. Tratamentul termic urmăreşte eliminarea tensiunilor interne şi a transformărilor structurale care se produc în zona de influenţă termică în urma placării. Stratul de placare se ajustează prin prelucrări mecanice la forma teşiturii indicate în proiect. Sudarea în rost se execută cu electrozi si-

milari cu cei utilizaţi pentru placare. Uneori, pentru placare se utilizează electrozi cu

conţinut ridicat de nichel, în timp ce sudarea în rost se> execută cu electrozi cu conţinut mai scăzut de nichel, deoarece aceştia au un preţ de cost mai scăzut. în timpul sudării, zona încălzită la temperaturi la care au loc transformări structurale nu trebuie să fie mai lată decît lăţimea stratului de placare. în acest fel se evită încălzirea

39

Fig. XII.3. Schema metodei cu strat tampon.

13* 195

metalului de bază, evitîndu-se prin aceasta călirea şi fragilizarea iui. Prin această metodă de sudare se înlătură necesitatea preîncălzirii şi a tratamentului termic pentru întregul ansamblu. Metoda se utilizează pentru ansamblurile foarte mari, care nu potJft preîncălzite şi tratate termic în întregime. Metoda poate f i aplicată şi în cazul sudării a două metale diferite, dintre care unul singur trebuie preîncălzit şi tratat termic după sudare.

La schimbătoarele de căldură, unul din elementele principale îl constituie îmbinarea ţevilor cu placa tubulară. Cînd temperatura şi caracterul agresiv, coroziv, al mediului din interior ţevilor se deosebeşte fundamental de mediul din exteriorul ţevilor, este recomandabil ca ţevile, plăcile tubulare şi corpul agregatului să se execute din oţeluri diferite, corespunzătoare condiţiilor de lucru. Dacă placa tubulară este executată din oţel carbon, iar ţevile din oţel austenitic, apar probleme deosebit de grele la îmbinarea acestor două metale. Principalele greutăţi sînt:

— se sudează două piese cu diferenţă mare de grosime, ceea ce duce la apariţia unor tensiuni remanente importante;

— fanta dintre ţeava şi placa tubulară constituie o amorsa de fisuri şi un-eoncentrator de tensiuni;

— condiţii deosebite de temperatură în exploatare, ceea ce provoacă apariţia unor tensiuni interne suplimentare;

— greutăţi care apar în mod obişnuit la sudarea a două metale diferite.în acest caz, pentru a obţine o sudură de bună calitate, se recomandă ca placa

tubulară din oţel carbon să se încarce cu un strat gros de 6—8 mm din oţel austenitic. în acest mod cusăturile de îmbinare a ţevilor cu placa tubulară se execută între două metale de acelaşi fel.

Metoda de încărcare e raţională numai în cazul în care placa tubulară are o grosime mare. Dacă grosimea plăcii este mică, este mai raţională confecţionarea ei din oţel austenitic, îmbinarea eterogenă ur-mînd să se execute numai între placă şi corpul agregatului.

Metoda introducerii unor piese intermediare. Uneori se utilizează procedeul sudării subansamblului din oţel greu sudabil cu un fragment din subansamblul din oţel care se sudează în condiţii obişnuite (fig. XII.4). Acest procedeu se utilizează la ansamblurile foarte mari, care nu pot f i preîncălzite şi tratate termic în întregime. Procedeul poate f i utilizat şi în cazul în care cele două subansamble urmează să fie sudate pe şantier, unde nu se pot asigura condiţii optime pentru sudarea unui oţel greu sudabil. Folosind acest procedeu, pe şantier urmează să se sudeze între ele două metale uşor sudabile, de acelaşi fel.

Necesitatea îmbinării tuburilor din oţeluri diferite apare foarte des în construcţia aparatelor pentru industria energetică şi chimică. Pentru a executa îmbinarea eterogenă în condiţiuni optime, uneori, se sudează separat două fragmente de ţeava, cîte una din fiecare metal. După sudare se execută un control riguros al îmbinării şi prelucrarea diametrelor interior şi exterior, pentru îndepărtarea concentratorilor de tensiuni. Pentru a nu reduce grosimea ţevilor, se poate efectua o deformare a tament termic. Dacă raportul Cr/Ni este apropiat de 1 , pentru evitarea fisurilor la rădăcină, unde amestecul cu metalul de bază este mai puternic, se recomandă utilizarea unor electrozi cu conţinut mai mare de ferită.

în cazul sudării unor oţeluri austenitice cu compoziţie chimică diferită, care se încadrează în grupa a 2-a, sudura se execută cu electrozi austenitici fără ferită, dar aliaţi suplimentar cu elemente care împiedică formarea fisurilor la cald.

Pentru îmbinările unor oţeluri austenitice diferite, alegerea tratamentului termic se face în funcţie de tipul construcţiei de mărcile oţelurilor şi de condiţiile de exploatare.

41

Dacă îmbinarea nu este supusă în exploatare la temperaturi ridicate, de regulă, tratamentul termic nu se efectuează. Dacă condiţiile de execuţie sau de exploatare impun eliminarea tensiunilor interne este suficient un tratament termic de stabilizare la 800—850°C. Pentru ansamblurile exploatate la temperaturi ridicate, trebuie preferat un tratament termic de austenitizare (călire) la 1 100—1 150°C.

98. CUM SE REALIZEAZĂ ÎMBINAREA UNOR OŢELURI CU STRUCTURI METALOGRAFICE DIFERITE?

Sudarea oţelurilor perlitice cu oţeluri martensitice, cu 12"/0 Cr. îmbinarea dintre un oţel martensitic cu 12o/0 Cr şi un oţel perlitic cu conţinut redus de carbon poate f i sudată cu electrozi perlitici.

în zona de contact cu oţelul martensitic, va avea un conţinut de 5—6% Cr. Acest aliaj are, după operaţia de tratament termic, proprietăţi mecanice destul de înalte.

Pentru a împiedica fenomenul de difuzie a carbonului, metalul depus trebuie să fie aliat suplimentar cu elemente puternic carburante (Cr, V, Mo, Nb). De exemplu, pentru sudarea unui oţel carbon cu un oţel martensitic cu 12% Cr se recomandă utilizarea electrozilor MoCrlB sau VMoCrlB, urmînd ca umplerea rostului să se facă cu electrozi Superbaz. După placare, elementul se tratează termic la temperatura de 700—750°C. Regimul termic aplicat la sudare se alege după recomandările existente pentru oţelul înalt aliat cu crom.

Dacă se sudează oţeluri perlitice cu conţinut scăzut de elemente carburante, temperatura de exploatare trebuie redusă la minimum pentru a împiedica fenomenul de difuzie a carbonului. Dacă îmbinarea urmează a f i exploatată la temperaturi mai înalte decît cele indicate în tabelul XII.4, se recomandă introducerea între cele două piese care se asamblează a unui element intermediar dintr-un oţel perlitic mai stabil, adică cu conţinut mai ridicat de elemente carburante. De asemenea, se poate utiliza metoda placării succesive. Primul strat de placare se execută cu

Tabelul X I 1.4

Materiale de adaos pentru sudarea Îmbinărilor eterogene dintre oţeluri perlitice şl oţeluriÎnalt aliate cu crom

Tempera-tura maximă de ex-ploatare °C

Marca oţelurilor care se sudează Metoda de sudare

Materiale de sudare Tratamentul termic

300-350 Oţeluri carbon Oţeluri cu 12% Cr (12Crl30

Manuală sub flux

EMoCrlB S12SiMoCrl

Revenire la 650-680°C

400-450 Oţeluri aliate cu Cr şi Mo 14CrMo4 15XM(15HM) 12MX(12MH) 30XM(30HM)

20Crl30) Manuală EVMoCrlB Revenire la 680-700°C

500-520 Oţeluri aliate cu CrMo şi V12X1M0(12H1MF) 12X1 Ml 0(12H1M1F)

Manuală EVMoCrlB Revenire la 700-720 °C

Oţeluri aliate cuCrMo şi V X5M(H5M)

X5M0(H5MF)

Oţeluri aliate cu 12% Cr

(12Crl30; 20Crl30)

Manuală EVMoCr5B Revenire la 700-740 °C

300 Oţeluri carbon Oţeluri înalt aliate cu Cr 8(Ti)Crl70

Manuală 25/12 Nb 18/8/6 Fără revenire sau cu revenire la

700- 750 °C cu răcire rapidă

electrozi VMoCr5B, al doilea cu electrozi VMoCrlB, iar următoarele cu electrozi MoCrlB. Alegerea regimului termic de sudare şi de tratament termic se face respectîndu-se indicaţiile existente pentru oţelul înalt aliat cu crom.

Sudarea oţelurilor perlitice cu oţeluri feritice sau ferito-austeniticecu 17—28% Cr. în aceste cazuri, se utilizează electrozi ferito-austenitici, care asigură o rezistenţă corespunzătoare la fisurare chiar şi în cazul unui amestec mai mare cu oţelul perlitic.

Se pot utiliza şi electrozi austenitici, dar trebuie avută în vedere neomogenitatea structurii îmbinării.

Sudarea oţelurilor perlitice cu oţeluri austenitice. Rezultate bune se obţin cu materiale de adaos de tipul 25/12 sau 18/8/6. în tabelul XII.5

In tabelul XIV.l se f a c recomandări pentru alegerea electrozilor în funcţie de calitatea metalului de bază. în cazuri foarte dificile, cînd piesa nu mai poate f i preîncălzită pînă la temperatura prescrisă, sau nu mai poate f i tratată termic, oţelurile greu sudabile pot f i sudate cu electrozi austenitici. Pentru alegerea electrozilor austenitici trebuie consultată şi diagrama Schaffler, aşa cum se arată în răspunsul la întrebarea 94.

106. CARE SÎNT FACTORII CARE TREBUIE AVUŢIÎN VEDERE LA ÎNTOCMIREA TEHNOLOGIEI DE SUDARE A DEFECTELOR DE TURNARE?

Tehnologia de sudare depinde de tratamentul termic la care a fost supusă piesa turnată şi de posibilitatea repetării tratamentului termic complet. în cazul în care piesa a fost normalizată, tehnologia de sudare are în vedere împiedicarea formării unor structuri fragile. în cazul pieselor care au fost supuse unui tratament termic de îmbunătăţire se ur-măreşte ca temperatura la care se încălzeşte piesa să fie limitată, urmă-rindu-se prin aceasta reducerea zonei, din vecinătatea cusăturii, în care proprietăţile mecanice scad.

Preîncălzirea. Sudura se execută în general cu preîncălzire. Pentru oţelurile aliate se recomandă preîncălzirea piesei la o temperatură* superioară punctului superior de transformare martensitică. în timpul sudării piesa este menţinută la această temperatură. Foarte importantă este viteza de răcire după terminarea operaţiei de sudare. Printr-o răcire lentă se evită formarea structurilor fragile. în anumite situaţii, pentru a împiedica formarea- fisurilor, este necesar ca piesa sudată să fie tratată termic înainte de răcire.

în tabelul XIV.2 sînt indicate temperaturile de preîncălzire pentru o serie de oţeluri turnate.

Preîncălzirea poate f i locală, sau generală, în funcţie de configuraţia piesei şi de mărimea defectului ce urmează a f i remaniat. La preîncălzire, trebuie avut în vedere' să se încălzească întreaga secţiune a piesei şi nu numai suprafaţa pe care se găseşte defectul.

Regimul de sudare. Dacă forma rostului permite, se utilizează electrozi cu diametrul mai mare. Utilizînd asemenea electrozi aportul de căldură este mai mare şi temperatura de preîncălzire poate f i mai joasă. Depunînd o cantitate mai mare de metal, pericolul de fisurare este mai mic. Acest lucru se explică prin faptul că o secţiune mai mare de metal depus preia forţele create de tensiunile care apar în procesul de sudare. E

43

adevărat că în acest caz efectul de tratament pe care-1 are fiecare strat asupra stratului precedent este diminuat, dar în cazul oţelurilor turnate proprietăţile mecanice care se obţin sînt satisfăcătoare. în consecinţă, pentru evitarea fisurilor, e recomandabil să se sudeze cu

straturi mai late.Metoda are dezavantajul că sudînd cu straturi mai late se obţine un amestec mai

mare între metalul depus şi metalul de bază. în cazul oţelurilor turnate, este de dorit să se obţină un amestec cît mai mic cu metalul de bază. Reducînd amestecul se obţine un metal depus cu o compoziţie mai apropiată de cea a electrodului şi care este mai puţin suscep-tibil la fisurare. Această contradicţie poate f i rezolvată prin metoda combinată, care constă în placarea pereţilor cavităţii cu straturi subţiri şi apoi umplerea cavităţii cu straturi late (fig. XIV.4).

Pentru a împiedica formarea crestăturilor marginale, în jurul zonei remediate se va executa o sudură de contur, cu un electrod cu diametrul 03,25 (fig. XIV.5).

Sudura nu trebuie întreruptă înainte de umplerea completă a cavităţii formate prin eliminarea defectelor de turnare.

Marca oţelului (STAS)Temperatura de preîncălzire°CTratament termicMarca oţelului (STAS)Temperatura de preîncălzire

°CTratament termicOT40—Detensionare de la caz lacazT12MSNC180OT45150-180

T10MTMoNC170 T10MTMoNC175OT50220-250DetensionareT35MSNC260OT55250-300T20SNC250 T12MSMoNC180 T6NiCrl80 T6MoNiCrl80OT60300-400

De la caz la cazT20Mnl4120-180100-200

T35Mnl4250-280T10NiCrl80T40Mnll280-320T10MoNiCrl80T30SiMnl2220-280T15NiCrl80 T15MoNiCrl80 -T25CuMoNiCrl80

T6CuMoNiCr200T40MnNiO7300-350T34MoCr09280-320

T35MoCrNi08280-320RevenireT26VSiMnl4200-250T105Mnl20 T130Mnl35 T130MoMnl35 TllOMnllOT20TiMnl2150-200

T12C130200-300T15MoC90200-300

FărăFărăT15Crl70200-300T120MnllO

T15Cr200200-300T100Mnl20T15Cr280200-300T120CrMnl30 T100NiMnl30 T100MoMnl30T22C130300-450

T40SC130300-450

Tabelul X I V. 2Temperaturi de preîncălzire pentru sudarea unor oţeluri

turnate

Temperatura între straturi nu trebuie să depăşească temperatura maximă de preîncălzire. încălzirea piesei la temperaturi nejustificat de înalte, sau menţinerea îndelungată la temperaturi ridicate, contribuie la creşterea granulaţiei şi prin urmare la scăderea caracteristicilor mecanice.

Sudură dp contur

Fig. XIV.4. Sehe- Fig. XIV.5. Schema de de-ma metodei com- punere a unui cordon debinate de sudare contur pentru evitarea(rînduri înguste şi crestăturilor marginale,rânduri late).

Tratamente termice. Conform standardelor, tratamentele termice sînt obligatorii pentru piesele turnate remaniate prin sudare, cu excepţia pieselor cu un conţinut de carbon sub 0,3Vo, la care necesitatea tratamentului termic se stabileşte de la caz la caz. Fac excepţie, de asemenea, oţelurile austenitice, la care necesitatea tratamentului termic se stabileşte de la caz la caz.

De obicei, pentru oţelurile călibile se aplică un tratament termic de revenire. Se urmăreşte eliminarea tensiunilor remanente şi îmbunătăţirea tenacităţii. î n cazul oţelurilor îmbunătăţite, temperatura tratamentului termic de revenire trebuie să fie cu circa 50°C mai joasă decît temperatura de revenire aplicată iniţial.

107. ÎN CE CONDIŢII SE RECOMANDA UTILIZAREA ELECTROZILOR AUSTENITICI?

Sudarea cu arc, cu electrozi austenitici, se aplică numai în cazul unor cavităţi cu volum mic şi î n situaţiile cînd piesele nu mai pot fi preîncălzite la temperatura prescrisă sau nu mai pot f i tratate termic.

în cazul în care, pentru prevenirea fisurilor în zona de influenţă termică, piesele trebuie preîncălzite, -se y<a prefera utilizarea electrozilor cu conţinut scăzut de ferită, pentru a ' preîntîmpina formarea fazei a.

în situaţia cînd la utilizarea electrozilor cu conţinut mediu de nichel (8—20%) apar fisuri, remanierile vor f i executate cu electrozi cu conţinut ridicat de nichel (peste 70%), folosind, eventual, metoda combinată (fig. XIV.6). Ea constă din placarea suprafeţei cavităţii cu electrozi cu conţinut ridicat de nichel. Restul cavităţii se încarcă cu electrozi cu un conţinut mai' redus de nichel (18Cr 8Ni 6Mn, 29Cr 9Ni, 25Cr 12Ni).

SUDAREA FONTEI

45

109. CUM SE CLASIFICA FONTELE?

Fonta este un aliaj fier-carbon şi alte elemente cu peste 2,14% carbon (fie sub formă de carbură, fie sub formă de grafit), caracterizat prin- transformare eutectică. în mod obişnuit, conţinutul de carbon este cuprins între 2,5—4,5%.

Proprietăţile fontei depind de structura masei metalice (care poate f i formată din ferită şi cementită, şi starea în care se găseşte carbonul în fontă.

Fontele se împart în mai multe categorii:Fonta cenuşie (Fc) este fonta la care carbonul se află total sau parţial sub formă de

grafit.Fonta albă este fonta la care carbonul se află exclusiv sub formă de cementită.Fonta cu grafit nodular (F^ ) este o fontă cu rezistenţă mecanică ridicată, al

cărui grafit se prezintă sub formă de nodule.Fonta maleabilă (Fm) este o fontă cu grafitul în formă de cuiburi.Fonta modificată este o fontă cu caracteristici deosebite, obţinută prin tratarea

fontei lichide cu substanţe modificatoare.Fonta alită este o fontă care pe lingă carbon conţine elemente de aliere.

110. CE DIFICULTĂŢI APAR LA SUDAREA FONTEI ŞI CARE SINT PRINCIPALELE METODE DE SUDARE A EI?

Sudarea fontei prezintă dificultăţi destul de mari. Răcirea rapidă a metalului lichid, precum şi oxidarea siliciului din baia de sudură favorizează formarea fontei albe. Zonele în care s-a format fonta albă sînt dure şi fragile, cu o rezistenţă de rupere la tracţiune scăzută şi cu pre-lucrabilitate foarte scăzută. Trecerea rapidă din starea lichidă î n cea so-lidă şi invers, împiedică eliminarea gazelor şi favorizează apariţia porilor în cusătură. Lipsa plasticităţii şi fragilitatea ridicată provoacă, datorită încălzirii şi răcirii neuniforme, precum şi datorită contracţiei neuniforme, apariţia unor tensiuni remanente mari care favorizează formarea fisurilor atît în cusătură cît şi în ZIT. Fluiditatea mare a fontei lichide îngreunează sudarea la poziţii diferite de orizontală.

Alegerea procedeului de sudare. Defectele pieselor turnate din fontă se remaniază prin sudare cu gaze şi cu arc electric, la rece şi la cald.

Se deosebesc trei metode de sudare:— sudarea la cald, la care temperatura de preîncălzire este cuprinsă între 600 . . . 800°C;— sudarea la semicald, la care temperatura de preîncălzire este cuprinsă între 300 . . . 400qC;

— sudarea fără preîncălzire.Pentru obţinerea unor proprietăţi apropiate de ale metalului de bază, procedeul cel

mai potrivit este sudarea la cald cu electrozi din fontă.

Pregătirea pieselor pentru sudare. Ca regulă generală se impune condiţia ca defectele să fie complet îndepărtate.

Modul de pregătire a zonelor cu defecte este identic cu cel indicat pentru piesele turnate din oţel (v. cap. XIV).

Preîncălzirea. Prin preîncălzirea metalului de bază se urmăreşte, în afara scopului indicat la răspunsul 23, specifice pieselor din oţel, şi următoarele scopuri specifice pieselor din fontă:

— evitarea formării fontei albe în metalul cusăturii şi în ZIT;— reducerea fragilităţii, caracteristică fontelor (alungirea fontelor cenuşii nealiate este sub 3%).

Preîncălzirea se face în mod uniform cu viteze mici de- încălzire, în timpul sudării se urmăreşte menţinerea constantă a temperaturii prescrise.

în cazul pieselor mari, dacă defectul este astfel plasat încît zona încălzită să permită o dilatare şi o contracţie liberă, încălzirea se poate efectua local.

Pentru o încălzire uniformă se recomandă ca flacăra să nu vină în contact direct cu piesa care se încălzeşte. încălzirea trebuie realizată cu ajutorul gazelor calde care circulă în cuptor.

După sudare, piesa se răceşte lent în cuptor.

111. CUM SE ALEG MATERIALELE DE ADAOS PENTRU SUDAREA FONTEI?

Pentru sudarea la cald. Se utilizează vergele-electrod din fontă cu diferite diametre (06 . . . 020 mm). Uneori vergelele sînt învelite cu o pastă specială, a cărui compoziţie chimică variază în funcţie de procedeul de sudare pentru care sînt destinate (electric sau cu gaze).

Vergelele trebuie să aibă un conţinut mai ridicat de carbon şi si liciu, pentru a compensa pierderile acestor elemente în procesul de sudare. Siliciul favorizează obţinerea fontei cenuşii. Vergelele pentru sudare au, de obicei, un conţinut mai ridicat de fosfor. Acest element măreşte fluiditatea fontei. O compoziţie chimică des utilizată pentru fabricarea vergelelor este următoarea: C=3,2 . . . 3,7%; Si=3,5 . . . 4o/0; Mn=0,6°/0; P=0,5 . . . 0,75o/0; S=0,12%.

Pentru sudarea fără preîncălzire. Se utilizează electrozi înveliţi cu vergea din monel, feronichel sau nichel.

Rezistenţa sudurii obţinută cu electrozi cu vergea de monel este de 15—18 daN/mm2, cu electrozi cu vergea de nichel de peste 30 daN/mm 2, iar cu electrozi cu vergea de feronichel de peste 45 daN/mm2.

în literatura de specialitate mai sînt indicaţi, pentru sudarea unor piese de mică importanţă, fără prelucrări mecanice ulterioare, electrozi cu vergea din oţel şi înveliş bazic.

Conform STAS 7242-82 electrozii pentru sudarea fontei (simboli zare prescurtată EF) se clasifică în funcţie de natura aliajului folosit pentru vergea, în următoarele tipuri:

EF—FC, electrod cu vergea din fontă;

Tabelul X V . 1

Tipuri de electrozi pentru sudarea cu arc electric a foniei

Tipuri după EF Ni Cu EF Ni EF Ni Fe EF - FeC pentru sudarea

47

STAS fontelornodulare

EF-MB1 Mixai 312 — Mixai 252 Mixai 612

Mărci cores- Mixai II2 Philips 8013 ~ ' Mixai 202 Gricast 555

pondente Philips GM3 Grifont-Ni4 Philips 8023 Soudofonte GS10

Grifont M4 Gricast 1 (GNK)5

Soudofonte B126

Soudofonte Bl6

OK92.187 UTP 88 UTP 88 H8 UTP 8 S8 Castolin 2-249 Castolin 2-449

Citrofonte Ni10

Superfonte Ni10

Grifont-FN4 UTP 5 E8

UTP 8 KO8 Gricast 315 Soudofonte C6 Soudofonte D6 OK 92.587 UTP 84 FN8 UTP 85 FN8 UTP 8 FN8

Castolin 2-239

Superfonte NiFe10

UTP 81

Producător: 1 - I. S. Cîmpia Turzii; 2 - Arcos (Italia); 3 - Philips (R.F.G.); 4 - S£-cheron (Elveţia); 5 — Messer-Griessheim (B.F.G.); 6 — Scuclcmetal (Austria): 7 — ESAB (Suedia); 8 - UTP (Elveţia); 9 - Castolin + Eutectic (Elveţia); 10 - Ceriikcn (Elveţia).

Observaţie. La sudarea cu electrozi tip EF-FeC piesa se preîncăîzeşte la temperatura de minimum 400°C şi se răceşte lent după sudare. După sudare se recomandă un tratament termic la 850—950°C timp de minimum o oră.

EF—Fe, electrod cu vergea din oţel;EF—NiFe, electrod cu vergea din fero-nichel (52—60% Ni);EF—NiCu (EF—MB), electrod cu vergea din nichel-cupru (52— 60% Ni şi

30—40a/0 Cu);EF—Ni, electrod cu vergea din nichel;EF—Cu Al, electrod cu vergea din bronz cu aluminiu;EF—CuSn, electrod cu vergea din bronz cu staniu.în funcţie de caracterul învelişului, electrozii se clasifică în: B — bazici; G

— pe bază de grafit şi S — pe bază de săruri.în tabelul XV. 1 sînt indicate cîteva mărci mai reprezentative de electrozi

pentru sudarea fontei.

în vederea automatizării procesului de sudare au fost elaborate şi sîrme tubuläre, în general, cu autoprotecţie.

Fluxuri. în tabelul XV.2 se indică compoziţia chimică a unor fluxuri utilizate pentru sudarea cu gaze combustibile.

Tabelul X V . 2

Compoziţia chimică In % a unor fluxuri utilizate Ia sudarea cu'naze a fontei

Nr. crt. Borax Sodă calcinată Sare de bucătărie FeSi Sticlă pisată-< 1

65 27-28 7-82 65 26 7-8 0,5-1 13 90 8 1,2 0,8 - -

-Î12. CARE SÎNT PRINCIPALELE PROBLEME TEHNOLOGICE CARE APAR LA SUDAREA FONTEI?

Sudarea cu gaze. După încălzirea piesei la temperatura de circa 600°C, se efectuează o încălzire locală suplimentară, cu arzătorul, pînă la tem peratura de 800°C.

Operaţia de sudare începe prin topirea materialului de bază pînă la formarea băii din fontă lichidă. Operaţia de sudare constă în topirea succesivă a

vergelei în baia de metal lichid. în baia topită se dozează cantităţi mici de flux. De asemenea, din cînd în cînd, vîrful vergelei incandescente se introduce în flux. Flacăra şi capătul vergelei trebuie astfel conduse încît să se asigure o fuziune corectă între materialul de bază şi materialul depus.

Arzătorul de sudură se manevrează prin pendulări uşoare stînga-clreapta, sau prin descrierea unor cercuri mici. Poziţia arzătorului faţă ele piesă va fi de 60—80°.

Flacăra arzătorului trebuie să fie neutră, sau uşor carburantă.

Alegerea becului pentru sudare se face conform tabelului XV.3.

49

Din cinci în cînd baia lichidă trebuie curăţată de zgura formată pe suprafaţa ei. Curăţirea se face cu o vergea de oţel, cu ajutorul căreia zgura se îndepărtează prin răzuire.

După sudare, se urmăreşte răcirea lentă a piesei prin păstrarea acesteia în cuptor.

Tabelul X V . 3

Alegerea becului pentru sudarea cu gaze a fontei

Numărul becului

Grosimea me-talului de sudat mm

Presiunea oxigenului, bar

Grosimea ver-gelei, mm

3 5-10 3- 54 8-25 4- 65 18-28 2,5 4— 66 24—38 6- 8n l

peste 30 6-10

Observaţie. Datele din tabel sînt informative.

Sudarea la cald cu arc electric. Se utilizează, în special, pentru îmbinarea unor piese care au fost rupte în două sau în mai multe fragmente.

Pregătirea pentru sudare. în fig. XV. 1 se indică schema de principiu a modului în care se face pregătirea pentru sudare. Pentru păstra rea unui rost constant între muchiile prelucrate se sudează distanţiere (bolţuri) din oţel. Bolţurile se sudează cu electrozi Ni-Ou, Ni-Fe sau Ni.

Fig. XV. 1. Schema pregătirii ros- Fig. XV.2. Schema pregătirii îmbinăriitului pentru sudarea la cald, cu pentru sudarea la cald, cu arc electric cuarc electric cu electrozi înveliţi electrozi înveliţi din fontă,

din fontă.

Pentru susţinerea băii metalice, la părţile inferioare şi laterale se utilizează plăci din grafit şi amestec de formare.

Pentru îmbinări mai lungi de 150 mm, pregătirea se face ca în fig. XV.2. Lungimea îmbinării se compartimentează prin intermediul


XXII

DEFECTELE ÎMBINĂRILOR SUDATE

150. CARE SINT DEFECTELE ÎMBINĂRILOR SUDATE,

CAUZELE APARIŢIEI ACESTORA ŞI MODUL DE

REMANIERE A LOR?

Prin defect al îmbinărilor sudate se înţelege orice abatere de la continuitate, formă, dimensiuni, aspect, structură etc. prescrise pentru îmbinarea respectivă în standarde sau în documentaţia tehnică a produsului.

Defecte de pregătire şi asamblare a componentelor de sudat. Acestea nu sînt, de fapt, defecte ale îmbinărilor sudate, dar ele pot genera asemenea defecte.

Unghi necorespunzător (fig. XXII.l), respectiv prelucrarea marginilor tablelor sub un unghi (04) mai mare sau mai mic decît unghiul prescris (a) şi lipsa de uniformitate a unghiului de-a lungul îmbinării. De regulă se admite o abatere de + 5°.

La un unghi prea mic, electrodul nu poate pătrunde pînă larădăcină şi determină apariţia defectului de nepătrundere la rădăcinăsau necesitatea unei craiţuiri maiadînci la rădăcină. De asemenea,un unghi prea mic împiedică mî-nuirea corectă a electrodului, ceeace poate provoca lipsa de topiremarginală sau între straturi. La ununghi, prea mare creşte consumul F [ g . XXII.l. Schema de abatere de la

de materiale de adaos, ceea ce pro- unghiul rostului,

voacă deformaţii suplimentare.Deschiderea necorespunzătoare a rostului (fig. XII.2) respectiv asamblarea

necorespunzătoare a pieselor cu deschiderea rostului bt mai mare sau mai mică decît deschiderea prescrisă b şi lipsa de uniformitate de-a lungul îmbinării. De regulă se admite o abatere de + 1 mm.

La o deschidere prea mică nu se poate realiza o pătrundere corectă la rădăcină. La o deschidere prea mare, poate apărea defectul de exces de pătrundere.

51

Rădăcina necorespunzătoare a rostului (fig. XXII.3), respectiv prelucrarea marginilor tablelor în aşa fel încît rădăcina rostului (C t ) este mai mare sau mai mică decît cea prescrisă (C) şi lipsa de uniformitate a acesteia de-a lungul îmbinării. De regulă se admite o abatere de ±1 mm.

1 v—1

53

Fig. XII.2. Schema de abatere de la deschiderea rostului.

Fig. XII.3. Schema de abatere de la rădăcina rostului.

Dacă rădăcina este prea mare, poate apărea defectul de nepătrun-dere la rădăcină sau necesitatea unei craiţuiri prea adînci la rădăcină. Dacă rădăcina este prea mică poate apărea defectul de exces de pătrundere.

înălţimea rostului necorespunzătoare (fig. XXII.4), respectiv prelucrarea marginilor tablelor în aşa fel încît înălţimea rostului (h t ) est© mai mică sau mai mare decît cea prescrisă (h ) şi lipsa de uniformitate de-a lungul îmbinării. De regulă se admite o abatere de +1,5 mm.

împiedică alinierea vîrfului rostului, ceea ce poate provoca defectul de nepătrundere la rădăcină, sau impune o craiţuire prea adîncă la rădăcină.

Fig. XXII.4. Abatere de Fig. XXII.5. Schema de denivelare a marginilor pie-la înălţimea rostului. selor.

Defect de aliniere (507) (fig. XXII.5). Denivelarea marginilor pieselor de aceeaşi grosime sau de grosimi diferite, măsurată prin diferenţa de nivel A peste limita admisă de proiect.

Alte tipuri de defecte sînt clasificate în STAS 7084/1—81. Pe lingă simbolul cifric al defectului, în paranteză se indică şi simbolul defectutod evidenţiat cu ajutorul radiografiilor, conform STAS 8299-78.

55

Fisură — 100 (E ) . Discontinuitate dimensională care se produce fie în timpul răcirii (fisură la cald), f i e ulterior acesteia (fisură la rece). Dacă fisura este de dimensiuni microscopice se numeşte microfisură.

Fisura longitudinală (fig. XXII.6, a) — 101 (Ea) este o fisură a cărei direcţie principală este aproximativ paralelă cu axa cusăturii. Se deosebesc: fisuri î n metalul depus — 1011, în zona de trecere — 1012 şi în zona influenţată termic — 1013.

Fisură transversală (fig. XXII.6, b) — 102 (Eb), a cărei direcţie principală este aproximativ perpendiculară pe axa cusăturii. Se deosebesc: fisuri în metalul depus — 1021, î n zona influenţată termic — 1022 şi în metalul de bază — 1023.

1023

ML

\

/

1021

1021 ffiEE

a0 22

ŢŢirm

57

1033

Y

mmW32

1031

n-<H»))

-CO))) '

10 h1 \

1051

-rk 1062

1061

HM'J 10 52

Fig. XXII.6. Diferite forme de fisuri.

Fisură stelată (fig. XXII.6, c) — 103 (Ec), grup de fisuri amorsate dintr-un punct, avînd ramuri drepte, mai mult sau mai puţin egale. Se deosebesc: fisuri în metalul depus — 1031 —, în zona influenţată termic — 1023 — şi în metalul de bază — 1033.

Fisură de crater (fig. XXII.6, d) — 104. Se deosebesc: fisură de crater longitudinală — 1041, transversală — 1042 şi stelată — 1043.

61

Fisuri î n reţea (fig. XXII.6, e) — 105, grup de f i su r i de formă şi orientări variabile. Se deosebesc: fisuri î n reţea în metalul depus — 1051, în zona influenţată termic — 1052 şi î n metalul de bază — 1053.

Fisură ramificată (fig. XXII.6, f ) — 106 (E), grup de fisuri legate între ele, ce se prezintă sub formă arborescentă. Se deosebesc: fisură ramificată în metalul depus — 1061, în zona influenţată termic — 1062 şi în metalul de bază — 1063.

Cauzele apariţiei acestor defecte:— materialele de bază au o comportare nesatisfăcătoare la sudare sau au defecte

de fabricaţie;— alegerea unui material de adaos necorespunzător respectivului material de bază;— conţinut mare de sulf î n baia de sudură;— sudarea la temperaturi scăzute fără preîncălzire corespunzătoare;— sudarea într-o zonă cu curenţi de aer;— sudarea în aer liber în condiţiuni atmosferice necorespunzătoare, fără protecţie

corespunzătoare;— alegerea unu i regim de sudare necorespunzător: viteză mare de răcire;

utilizarea unei energii liniare de sudare mici, depunerea incorectă a rîndurilor sau straturilor de sudură şi aşezarea lor necorespunzătoare;

— formarea unei structuri necorespunzătoare datorită aplicării unui regim de sudare necorespunzător;

—■ formarea necorespunzătoare a băii de sudură; adîncimea mare în raport cu lăţimea favorizează formarea fisurilor în perioada de cristalizare;

— formarea unor tensiuni remanente mari datorită aplicării unei tehnologii neeorespunzătoare;

— aplicarea unui tratament termic necorespunzător sau neaplicarea l u i în timp util (în cazul apariţiei, fisurilor sau în cazul oţelurilor care se tratează termic înainte de răcirea acestuia sub temperatura de preîncălzire);

— utilizarea unor dispozitive rigide care împiedică deformaţiile, în cazul unor materiale cu plasticitate redusă.

Gol — 200, Discontinuitate tridimensională neumplută cu material solid.Suflură (incluziuni de gaze) — 201 (A), cavitate în materialul depus produsă prin degajarea de gaze în cursul procesului de răcire. Se deosebesc:

— sufluri sferoidale (izolată) — 2011 (Aa) (fig. XXVII.7, a), sufluri sferoidale uniform repartizate (porozitate uniformă) — 2012, (fig. XXII.7, b), sufluri grupate (porozitate localizată) —2013 (fig. XXVII.7,cJ, sufluri aliniate — 2014 {fig. XXVII.7, al);

— sufluri alungite — 2015 (Ab), cavitate la care axa mare este cu peste 50% mai mare decît celelalte axe şi este paralelă cu axa sudurii (fig. XXII.7, e);

— sufluri tubulare — 2016 (fig. XXII.7, f ) şi pori de suprafaţă — 2017 (fig. XXII.7, g).

63

Cauzele apariţiei suflurilor:— umiditatea materialului de adaos datorită unei păstrări necorespunzătoare, sau

neuscarea lui, atunci cînd acest lucru este recomandat;— umiditatea elementelor care se sudează, în zona rostului şi în zonele adiacente;

2011 20/2

65

0

MIE 1 -

b

2013701b

67

2010

2016

2017

TU. 2016

A

Fig. XXIL7. Diferite forme de goluri.

— curăţirea necorespunzătoare a muchiilor rostului (grăsimi, vopsea, ţunder etc);— sudarea într-un mediu umed sau în aer liber î n condiţii atmosferice

necorespunzătoare;— temperatura scăzută a aerului, ceea ce provoacă solidificarea rapidă a băii de sudură,

înainte de evacuarea gazelor;— lipsa unor elemente dezoxidante din metalul cusăturii (de exemplu, sudarea

oţelurilor necalmate, sudarea alamei etc);— protecţia necorespunzătoare a rădăcinii cusăturii, în cazul sudării cu gaze

protectoare;— impurităţile conţinute de gazele de protecţie;— reglarea incorectă a flăcării şi neutilizarea fluxurilor decapante în cazul sudării

oxiacetilenice;— utilizarea unor regimuri de sudare necorespunzătoare: arc lung care înrăutăţeşte

protecţia cusăturii; viteză mare de sudare, ceea ce conduce la o solidificare rapidă a metalului depus, sau din contră, baia de metal lichid are un volum prea mare, lucru care împiedică evacuarea gazelor.

19* 291

71

Arcul electric de sudare este o descărcare electrică între doi elec

Documents

Transcript of Arcul electric de sudare este o descărcare electrică între doi elec