C. 5 (9pg) 30.10.2003 Prega�tirea capetelor componentelor s�i prelucrarea îmbina�rilor dupa� sudarea prin topire intermediara� Pentru asigurarea unei înca�lziri uniforme s�i a unei deformat�ii plastice egale, capetele componentelor trebuie sa� aiba� sect�iunea transversala� aproximativ identica� atât ca forma� cât s�i ca dimensiuni. În figura 5.1 sunt prezentate câteva din modalita�t�ile de prelucrare a capetelor componentelor, inegale ca forma� s�i dimensiuni, în vederea suda�rii.

Figura 5.1. Modalita�t�i de prega�tire a capetelor componentelor

Lungimile l1 s�i l2 indicate în figura� trebuie sa� fie:

- pentru bare: 621 +≥ totsl 5.1

- pentru t�evi s�i table: δ522 +≥ totsl 5.2

unde: stot-scurtarea totala� a componentelor;

δ -grosimea peretelui t�evii sau a tablei. Daca� dimensiunile capetelor nu difera� cu mai mult de 15% sudarea se poate

realiza fa�ra� prelucrarea acestora. Prega�tirea componentelor consta� în prelucrarea mecanica� s�i cura�t�irea de oxizi

s�i impurita�t�i a suprafet�elor frontale respectiv cura�t�irea suprafet�elor acestora în zona fixa�rii în bacurile mas�inii în care se face contactul electric. Prelucrarea mecanica� a componentelor se poate face prin forfecare, prin ta�iere cu fera�stra�u mecanic, prin as�chiere pe mas�ini unelte (strunjire), prin ta�iere cu flaca�ra� oxigaz s�i cura�t�irea ulterioara� a zgurii, în funct�ie de forma s�i dimensiunile componentelor. Precizia prelucra�rii depinde de varianta de sudare STI: pentru sudarea automata� cu preînca�lzire abaterea admisa� între suprafet�ele frontale este de 0,5…0,8 mm, pentru sudarea automata� prin topire directa� ≤ 0,1stop respectiv pentru sudarea manuala� cu preînca�lzire ≤ 0,2stop. Prelucrarea suprafet�elor în zona de contact a bacurilor se poate face cu peria de sârma�, cu hârtie abraziva�, cu disc abraziv, pe cale chimica�, prin sablare.

Prelucrarea îmbina�rii dupa� sudare consta� în îndepa�rtarea bavurii formate la sudare respectiv în aplicarea tratamentului termic postsudare, daca� este cazul. Bavura se îndepa�rteaza� prin prelucrare mecanica� imediat dupa� sudare sau dupa� tratamentul

termic. În cazul t�evilor bavura interioara� se îndepa�rteaza� concomitent cu sudarea, prin suflarea cu un gaz de protect�ie (de ex. dioxid de carbon).

În cazul materialelor sensibile la ca�lire, respectiv a componentelor cu sect�iune mare se aplica� un tratament termic de revenire înalta� prin înca�lzirea la temperaturi de 550…700°C. Tratamentul termic se poate face imediat dupa� sudare chiar în bacurile mas�inii prin înca�lzirea prin efect Joule-Lenz la trecerea unui curent prin capetele libere s�i îmbinarea sudata�, prin introducerea piesei sudate în cuptor, prin înca�lzirea locala� folosind curent�i de înalta� frecvent�a� (CIF), prin înca�lzirea locala� cu flaca�ra� de gaze. Aplicarea tratamentului termic postsudare depinde de compozit�ia chimica� a materialului de baza� respectiv forma s�i sect�iunea componentelor. Defectele îmbina�rilor sudate prin presiune cap la cap Proprieta�t�ile de rezistent�a� s�i plasticitate ale îmbina�rilor sudate prin presiune cap la cap sunt apropiate de cele ale metalului de baza� daca� sunt respectate condit�iile tehnologice de sudare. În figura 2 se prezinta� aspectul macroscopic al îmbina�rilor sudate prin presiune cap la cap.

Figura 2. Aspectul macroscopic al îmbina�rii sudate prin presiune cap la cap a. sudarea în stare solida� SSS; b. sudarea prin topire intermediara� STI cu topire directa�;

c. sudarea prin topire intermediara� STI cu preînca�lzire În cazul unor tehnologii de sudare necorespunza�toare, a unei prega�tiri

defectuoase a capetelor componentelor sau a unor deformat�ii plastice deficitare, în îmbinarea sudata� pot apare defecte în zona de contact sau în zona influent�ata� termic care afecteaza� calitatea îmbina�rii sudate. Definirea defectelor s�i a cauzelor de aparit�ie a acestora se analizeaza� în cele ce urmeaza�. a. Fisurile. Fisura este o discontinuitate bidimensionala� s�i este considerata� defectul cel mai periculos din îmbinarea sudata�. Ea se poate produce în timpul ra�cirii îmbina�rii (fisurare la cald) sau ulterior ra�cirii acesteia (fisurare la rece). Dupa� direct�ia fat�a� de suprafat�a de contact fisurile pot fi longitudinale sau transversale. Dupa� locul de formare fisurile pot fi în cusa�tura�, în ZIT, în bavura� (fisura� de refulare sub forma� de virgula�). Cauzele aparit�iei fisurilor sunt:

- deformat�ii plastice prea mari respectiv scurta�ri la refulare exagerate; - fragilizarea îmbina�rii sudate prin precipitarea constituent�ilor structurali duri

s�i fragili; - tensiuni interne ridicate datorate supraînca�lzirii materialului s�i ra�cirii

fort�ate; - prezent�a sulfurilor s�i impurita�t�ilor în metalul de baza�; - regimuri de sudare prea dure;

b. Golurile. Sunt discontinuita�t�i tridimensionale. Dupa� natura lor acestea pot fi: • Suflurile. Sunt cavita�t�i produse în îmbinarea sudata� datorita� degaja�rii

gazelor în timpul ra�cirii metalului topit s�i care nu mai au timp sa� fie eliminate din baia metalica�.

Rretasurile. Se produc în timpul solidifica�rii metalului topit ca urmare a contract�iei acestuia la trecerea din faza lichida� în faza solida� însot�ita� de mics�orarea de volum. Se datoresc existent�ei metalului lichid între gra�unt�ii cristalini (prin topirea eutecticilor) sau refula�rii insuficiente pe durata ra�cirii îmbina�rii sudate. • Craterele neînchise. Sunt zone cu distant�e mici între materialul celor doua�

capete. Apar în cazul înca�lzirii neuniforme a suprafet�elor frontale (nu s-a obt�inut o pelicula� topita� pe întreaga suprafat�a�), la folosirea unor curent�i de sudare prea mari (densita�t�i de curent ridicate) care dau cratere adânci respectiv la o refulare insuficienta�.

c. Incluziunile solide. Pot fi incluziuni de oxizi sau incluziuni de metal netopit. Se datoresc oxida�rii intense la sudare provocata� de topirea instabila�, durata de topire lunga�, viteza mica� de refulare, durata� prea mare a înca�lzirii. La acestea se mai adauga� refularea insuficienta� s�i existent�a impurita�t�ilor în metalul de baza�. d. Defectele de lega�tura�. Definesc lega�turile imperfecte ale componentelor. Acestea pot fi:

• Lipsa de întrepa�trundere. Este o lipsa� de lega�tura� între cele doua� componente între care nu se formeaza� gra�unt�i cristalini comuni. Poate apare datorita� unei insuficiente activa�ri termice (înca�lzire insuficienta�) sau mecanice (refulare insuficienta�). Se poate datora s�i unei pelicule continue de oxizi formate pe suprafet�ele frontale datorita� oxida�rii intense a acestora la sudare.

• Lega�tura insuficienta�. Este definita� de sect�iunea mai mica� a îmbina�rii comparativ cu sect�iunea componetelor. Cauzele sunt identice cu cele de mai sus.

• Exfolieri ale s�irurilor de laminare. Cauze: prezent�a impurita�t�ilor sau incluziunilor în metalul de baza�, supraînca�lzirea exagerata� (curent de sudare mare respectiv timp de ment�inere sub curent mare), timp de preînca�lzire prea mare respectiv temperatura� de preînca�lzire ridicata�.

e. Defecte de forma�. Sunt abateri ale formei îmbina�rii sudate sau ale suprafet�ei exterioare fat�a� de cele normale, figura 5.3.

Figura 5.3. Defecte de forma� (stânga), de aliniere (mijloc) s�i dimensionale (dreapta) În aceasta� categorie intra�: • Cresta�tura. Este o adâncitura� formata� pe suprafat�a sudurii în cazul unei

înca�lziri longitudinale neuniforme a capetelor componentelor. • Îngros�area excesiva�. Îmbinarea sudata� are o grosime excesiva� (bavura�

mare) ca urmare a unei înca�lziri extinse sau a unei refula�ri exagerate.

Llipsa de aliniere. Axele componentelor sunt deplasate una fat�a� de alta, ment�inându-se de obicei paralele. Cauze: dezaxarea bacurilor de strângere, rigiditate redusa� a mas�inii, uzura ghidajelor batiului bacului mobil, prindere defectuoasa� a pieselor în bacuri. • Defect unghiular. Definit de formarea unui unghi între axele

componentelor. Cauzele sunt identice cu cele de mai sus. • Deformarea capetelor. Definit de deplasarea relativa� a suprafet�elor în

contact însot�ita� de flambarea lungimii capa�tului liber. Cauze: prega�tire deficitara� a suprafet�elor frontale ale componentelor, lungime libera� init�iala� prea mare, supraînca�lzirea materialului pe o zona� extinsa�.

• Defect dimensional. Dimensiunile sudurii nu corespund valorilor prescrise: la�t�ime insuficienta� a sudurii, la�t�ime exagerata� a sudurii, sudura� asimetrica�. Cauze: înca�lzire redusa�, exagerata�, sau nesimetrica� a capetelor componentelor.

• Evazarea. Consta� în formarea unei ridica�turii a componentelor cu peret�i subt�iri în zona îmbina�rii datorita� unei fort�e de refulare prea mari;

• deteriorarea suprafet�ei de prindere în bacuri. Se manifesta� prin cavita�t�i, fisuri, amprente, ciupituri, arsuri, pe suprafat�a componentelor în zona de prindere. Cauze: fort�a de strângere insuficienta� (patinarea pieselor în bacuri), cura�t�ire necorespunza�toare a suprafet�elor (producere de microarce, înca�lzire prin efect Joule-Lenz), înca�lzire puternica� a bacurilor prin efect Joule-Lenz în zona de contact, îndoirea componentelor în zona de fixare în bacuri.

Alegerea mas�inii pentru sudare prin presiune cap la cap Alegerea mas�inii pentru sudare se face pornind de la forma, dimensiunile (ma�rimea sect�iunii), natura materialului componentelor, felul regimului aplicat (dur sau moale), starea suprafet�elor frontale care determina� parametrii tehnologici de sudare necesari, respectiv calitatea ceruta� îmbina�rii sudate care determina� varianta de sudare prin presiune cap la cap posibil de aplicat. De exemplu în cazul pieselor de rigiditate foarte mica� de tipul benzilor sau în cazul sect�iunilor foarte mari de material (zeci de mii de mm2) sudarea se poate face numai prin procedeul STI. La alegerea mas�inii se t�ine cont s�i de volumul product�iei (unicate, serie, sau masa�) prin alegerea unei mas�ini universale sau specializate. Pornind de la cele prezentate mai sus alegerea mas�inii se face pe baza puterii electrice maxime debitate respectiv a puterii electrice specifice care reprezinta� raportul dintre puterea aparenta� s�i sect�iunea maxima� a componentelor, adica� puterea electrica� necesara� pe mm2. Astfel la sudarea SSS a componentelor cu sect�iune plina� puterea specifica� necesara� variaza� între 0,12 … 0,15 kVA/mm2, iar la componentele de tip t�eava� este de 0,2 kVA/mm2. Cu cât sect�iunea este mai mica� respectiv regimul de sudare mai moale (timp de curent mare) puterea necesara� a mas�inii este mai redusa�. La procedeul STI cu topire directa� puterea specifica� necesara� la componente cu sect�iune plina� variaza� între 0,15 … 0,4 kVA/mm2 (valori mici se iau pentru sect�iuni mari s�i invers).

La sudarea STI cu preînca�lzire puterea electrica� specifica� necesara� este mai mica� decât la sudare STI cu topire directa� la aceeas�i forma� s�i dimensiune a componentelor, variind în limitele 0,05 … 0,2 kVA/mm2, cu aceeas�i recomandare de mai sus la alegerea valorii efective. De fapt în acest caz puterea specifica� necesara� se reduce la juma�tate fat�a� de sudarea STI cu topire directa�. Aceasta se explica� prin efectul benefic al preînca�lzirii s�i a duratelor de sudare mai lungi. La alegerea mas�inii trebuie sa� se t�ina� cont s�i de fort�a maxima� de refulare sau de strângere în bacuri care determina� în mare ma�sura� calitatea îmbina�rii sudate.

Deoarece sudarea prin presiune cap la cap se preteaza� la product�ia de serie mare sau masa� cel mai recomandat este folosirea unor mas�ini specializate pentru un singur produs sau o gama� restrânsa� de forme s�i dimensiuni (de exemplu mas�ini specializate pentru sudarea benzilor de fera�stra�u circular fa�ra� sfârs�it, sudarea barelor de torsiune, etc.).

2. Sudarea electrica� prin presiune prin suprapunere

2.1. Principiu s�i clasificare

2.1.1. Sudarea prin presiune prin suprapunere în puncte SPP Consta� în realizarea unei îmbina�ri sudate între suprafet�ele în contact a doua� sau mai multe componente suprapuse în zonele prin care trece curentul de sudare. Schema de principiu a procedeului este prezentata� în figura 5.4.

Figura 5.4. Schema de principiu la sudarea SPP Componentele 2 sunt strânse cu fort�a de apa�sare F între electrozii de contact 1

legat�i la secundarul sursei de sudare. Înca�lzirea componentelor în zona de trecere a curentului are loc prin efect Joule-Lenz. La început înca�lzirea maxima� se obt�ine la contactul componentelor apa�sate de electrozii de contact datorita� rezistent�ei de contact de valori ridicate s�i a ra�cirii intense promovate de electrozii de contact la contactul acestora cu suprafat�a componentelor. Rezistent�a de contact scade însa� foarte repede pâna� la anularea ei datorita� înca�lzirii locale s�i act�iunii fort�ei de apa�sare ca urmare a cres�terii sect�iunii în zona de contact (înmuierea s�i aplatizarea asperita�t�ilor suprafet�elor). Prin înca�lzirea materialului are loc cres�terea rezistivita�t�ii electrice a materialului componentelor fapt ce intensifica� efectul Joule-Lenz prin cres�terea rezistent�ei. Prin urmare componentele se înca�lzesc în continuare. Pentru ot�eluri obis�nuite rezistivitatea cres�te de zece ori în apropierea nucleului topit fat�a� de valoarea ei la temperatura ambianta�.

Când temperatura în zona de contact atinge o anumita� valoare încep sa� se formeze gra�unt�i cristalini comuni prin apropierea la distant�e interatomice a suprafet�elor componentelor. Daca� curentul se întrerupe în acest stadiu se obt�ine o îmbinare slaba� datorita� gra�unt�ilor grosolani din care este format nucleul s�i datorita�

prezent�ei impurita�t�ilor. Daca� curentul nu se întrerupe rezulta� un nucleu topit cu diametrul d2, care este înconjurat în planul de contact de un inel d3 de gra�unt�i cristalini comuni format�i prin sudarea în stare solida� sub act�iunea fort�ei de apa�sare, figura 5.4. Dupa� formarea nucleului topit se întrerupe curentul, metalul se solidifica� s�i se obt�ine punctul sudat având o structura� dendritica� în zona centrala�. Succesiunea fazelor de sudare SPP este prezentata� în figura 5.5:

Figura 5.5. Succesiunea fazelor la sudarea SPP a. componentele suprapuse se as�eaza� deasupra electrodului de contact inferior; b. strângerea componentelor prin coborârea electrodului de contact superior prin

aplicarea fort�ei de apa�sare F în scopul asigura�rii unui contact electric bun; c. conectarea curentului de sudare, înca�lzirea s�i formarea nucleului topit prin efect

Joule-Lenz în zona de contact dintre componente; d. întreruperea curentului de sudare (dupa� un timp foarte scurt) s�i ment�inerea fort�ei

de apa�sare; e. anularea fort�ei de apa�sare s�i retragerea electrodului superior.

Caracteristicile mecanice ale punctului sudat sunt influent�ate de însus�irile metalului din nucleul topit s�i ZIT precum s�i de dimensiunile nucleului topit.

Clasificarea suda�rii SPP: • dupa� pozit�ia electrozilor:

Ø sudarea SPP directa� (figura 5.4), la care electrozii de contact sunt plasat�i de o parte s�i de alta a componentelor;

Ø sudarea SPP indirecta�, figura 5.6, la care electrozii de contact sunt plasat�i de aceeas�i parte a componentelor; aceasta se poate realiza folosind un singur electrod de contact (fig.5.6.a) sau doi electrozi de contact plasat�i pe o singura� parte.

Figura 5.6. Sudarea SPP indirecta�:1-electrozi de contact;2-componente;3-placa� de cupru • dupa� numa�rul de puncte realizate:

Ø sudarea în puncte individuale prin realizarea unui singur punct; Ø sudarea în puncte duble, la care pentru realizarea fieca�rui punct se utilizeaza�

câte un electrod de contact s�i un electrod comun sub forma� de placa� (fig. 5.6.b). Aceasta� varianta� se foloses�te la sudarea componentelor de maxim 1,5

a.

b

… 2 mm grosime. Daca� componenta inferioara� are o grosime de 2 … 3 ori mai mare decât cea superioara� se poate renunt�a la placa de cupru.

Ø Sudarea în puncte multiple, când se utilizeaza� mai mult�i electrozi de contact, realizându-se doua� sau mai multe puncte simultan sau într-o secvent�a� controlata� automat.

2.1.2. Sudarea prin presiune prin suprapunere în relief SPR Procedeul SPR este derivat din procedeul SPP. La sudarea SPP suprafat�a de trecere a curentului s�i presiunea necesara� sunt determinate de forma s�i dimensiunile vârfului electrozilor de contact, figura 5.7.a. La sudarea SPR trecerea curentului s�i presiunea sunt localizate într-un punct determinat de proeminent�a existenta� pe suprafat�a uneia dintre componente, figura 5.7.b. De asemenea electrozii de contact sunt înlocuit�i cu electrozi pla�ci. Îmbinarea sudata� arata� ca s�i la sudarea SPP, figura 5.7.c.

Figura 5.7. Trecerea curentului de sudare la SPP (a) s�i SPR (b) Proeminent�a delimiteaza� perfect suprafat�a de trecere a curentului de sudare. Ea asigura� o buna� delimitare a contactului dintre componente favorizând astfel concentrarea cantita�t�ii de ca�ldura� degajate, ceea ce constituie un avantaj. Se precizeaza� ca� curentul de sudare trece de la o componenta� la alta doar prin proeminent�a�. La începutul operat�iei de sudare ca�ldura este puternic localizata� s�i intensa� la contactul componentelor datorita� suprafet�ei mici de contact dintre componente care determina� o rezistent�a� de contact mare respectiv o densitate de curent ridicata�. Pe ma�sura înca�lzirii zonei de contact suprafat�a de trecere a curentului cres�te prin aplatizarea proeminent�ei s�i a asperita�t�ilor, iar când întregul volum de material care formeaza� proeminent�a devine plastic aceasta se aplatizeaza� determinând apropierea componentelor s�i formarea nucleului topit, iar sub act�iunea fort�ei de apa�sare a pla�cilor electrozi realizarea îmbina�rii sudate. Principalele avantaje ale suda�rii SPR sunt: ü productivitate ridicata� datorita� posibilita�t�ii de sudare a mai multor puncte

simultan; ü concentrarea mai puternica� s�i localizata� a ca�ldurii prin intermediul proeminent�ei

(bosajului); ü uzura� mai mica� a electrozilor de contact datorita� formei acestora s�i densita�t�ii de

curent reduse prin ei. Datorita� faptului ca� proeminent�a mai poarta� numele de bosaj, procedeul SPR

mai este cunoscut s�i sub denumirea de sudarea prin presiune prin suprapunere cu bosaje.

a b c

2.1.3. Sudarea prin presiune prin suprapunere în linie SPL Sudarea SPL are loc între fet�ele a doua� componente aflate în mis�care rectilinie, strânse între rolele-electrod antrenate în mis�care de rotat�ie cu ajutorul unui mecanism special cu ax cardanic. Sudura poate fi continua� sau intermitenta�. Electrozii de contact sunt înlocuit�i cu role de contact. Schema de principiu a procedeului este prezentata� în figura 5.8.

Figura 5.8. Schema de principiu a suda�rii SPL Prin rotirea rolelor 1 s�i 2 racordate la secundarul transformatorului de sudare 3, componentele 4 s�i 5 sunt antrenate în mis�care rectilinie s�i are loc sudarea prin înca�lzirea componentelor în zona de contact prin efectul Joule-Lenz la trecerea curentului prin rezistent�a de contact dintre componente. Cusa�tura este rezultatul forma�rii unui s�ir de puncte sudate care pot fi distincte sau suprapuse (sudura� etans�a�). Sudarea SPL se poate realiza s�i dintr-o parte când se recomanda� folosirea unei pla�ci de cupru 3 pentru mics�orarea efectului de s�untare a curentului, figura 5.8.

Fazele procesului de sudare SPL sunt prezentate în figura 5.9:

Figura 5.9. Fazele suda�rii în linie SPL a. as�ezarea componentelor suprapuse pe rola inferioara� s�i coborârea rolei superioare; b. strângerea componentelor prin intermediul rolelor de fort�a de apa�sare; ma�rimea

suprafet�ei de contact dintre componente s�i role depinde de diametrul rolelor s�i de fort�a de apa�sare;

c. imprimarea unei mis�ca�ri de rotat�ie rolelor care antreneaza� componentele în mis�care rectilinie;

d. conectarea curentului care prin efect Joule-Lenz înca�lzes�te componentele s�i formeaza� s�irul de puncte sudate; cusa�tura va fi etans�a� sau nu în funct�ie de condit�iile electrice, de presiunea de apa�sare s�i de viteza de deplasare a componentelor; zona topita� din componentele sudate are forma� eliptica� în sect�iunea transversala�, asema�na�toare unui punct sudat SPP.

e. întreruperea curentului, anularea fort�ei de apa�sare, ridicarea rolei superioare s�i decuplarea mis�ca�rii de rotat�ie a rolelor.

Principiul suda�rii în linie descris mai sus presupune o trecere neîntrerupta� a curentului de sudare. În practica� acest caz nu este obis�nuit s�i se limiteaza� doar la sudarea tablelor cu grosime mica�, sub 0,8 mm respectiv la sudarea cu viteze mari de

sudare, peste 6 m/min. De obicei curentul de sudare se întrerupe periodic (sub forma unor impulsuri de curent) pentru limitarea preînca�lzirii s�i deformat�iei componentelor sub act�iunea acumula�rii locale excesive de ca�ldura�.

O cusa�tura� etans�a� obt�inuta� prin SPL este constituita� dintr-o serie de puncte suprapuse, ceea ce justifica� comparat�ia cu sudarea SPP. Se disting însa� doua� particularita�t�i la sudarea SPL s�i anume:

ü propagarea ca�ldurii are loc în fat�a rolelor de contact, fapt ce modifica� sensibil valoarea rezistent�ei de contact dintre componente;

ü fenomenul de s�untare a curentului este mai puternic, datorita� distant�ei mici dintre punctele sudate sau chiar suprapunerea lor part�iala� (la suduri etans�e).