CURSUL 1

4. INSTALATII PENTRU SUDAREA SUB STRAT DE FLUX

Pentru marirea productivitatii sudarii si imbunatatirea calitatii imbinarilor sudate, in cazul executarii cusaturilor sudate de lungime mare, se foloseste, cu rezultate foarte bune, procedeul de sudare sub strat de flux.

O instalatie pentru sudarea sub strat de flux cuprinde : aparatul pentru sudare (tractorul pentru sudare), sursa de curent, sursa de curent, pupitrul de comanda, dispozitivele de pozitionare si manevrare a pieselor, cabluri pentru sudare si comanda.

4.1. Tractoare (aparate) pentru sudare

4.1.1. Clasificare.Elemente componente

Aparatele pentru sudare (ce pot reuni unele din elementele de mai sus) au urmatoarele functiuni :

a) – asigura avansul sarmei electrod catre baia de metal topit cu citeza va ;b) – asigura avansul aparatului (traductorului, caruciorului) de-a lungul cusaturii cu viteza

vs ;c) – asigura alimentarea cu energie electrica a arcului electric ;d) – asigura alimentarea cu flux si recuperarea fluxului neutilizat ;e) – asigura pozitionarea capului de sudare ;f) – asigura comanda, reglarea si masurarea principalilor parametri ai procesului de

sudare ;

Principalele criterii de clasificare a aparatelor pentru sudare sub strat de flux sunt urmatoarele :

a) – in functie de gradul de mecanizare, deosebim aparate:

a.1. – semimecanizate – la care va este asigurata de aparat iar vs de catre operator ;a.2. – mecanizate – la care va si vs sunt realizate de catre aparat ;

Actualmente primele sunt utilizate din ce in ce mai putin datorita dificultatilor de manevrare a pistoletului pentru sudare, la care se ataseaza palnia de flux si imposibilitatii de urmarire a arcului electric. Aceste aparate se folosesc mai comod la procedeele de sudare in medii de gaze protectoare.

b) – dupa destinatie se intalnesc aparate :

b.1. – specializate, destinate sudarii structurilor cu traiectorie complexa si volum mare de lucru, pentru incarcare prin sudare cu sarma electrod, pentru placare cu electrod banda, pentru sudare cu mai multe sarme. Pentru sudare cu arc trifazic.

b.2. – universale, care permit sudarea sub strat de flux si in mediu de gaz protector. Astfel, se schimba capul de sudare si se coreleaza gama vitezelor de avans corespunzatoare procedeului.

c) – dupa tipul de imbinare sudata realizata se disting :

c.1. – aparate pentru suduri cap la cap ;c.2. – aparate pentru suduri de colt ;

d) – dupa modul de deplasare, distingem :

d.1. – aparat fix, cand se deplaseaza piesa iar aparatul sta pe loc ;d.2. – aparat autopropulsat care se deplaseaza direct pe piesa sau pe o cale de rulare

sepatata ;

e) – dupa modul de reglare a va : distingem aparate care folosesc :

e.1. – S.V.C. ;e.2. – S.V.D. ;e.3. – S.V.C. sau S.V.D. (universale)

f) – dupa modul de amorsare a arcului, distingem aparate la care amorsarea se poate dace :

f.1. – prin contact direct ;f.2. – cu ajutorul oscilatorului de inalta frecventa si tensiune ;

g) – dupa felul curentului electric folosit avem aparate :

g.1. – alimentate cu curent continuu la care sursa poate avea caracteristica rigida sau cazatoare ;

h) – dupa forma metalului de adaos folosit, intalnim aparate care lucreaza cu :

h.1. – una sau mai multe sarme pline ;h.2. – sarma tubulara ;h.3. – cu unul sau doi electrozi banda.

Partrile componente ale unui tractor universal pentru sudarea sub strat de flux prezentate in fig. 4.1. sunt urmatoarele :

Fig. 4.1. Aparat universal pentru sudarea sub strat de flux

1 – piesa sau calea de rulare (care poate fi pe piesa sau dispusa la distanta de aceasta) ;2 – caruciorul tractorului, executat din aliaje usoare si contine in interior dispozitivul de deplasare care realizeaza vs;3 – roti motoare;3’ – roti de rulare sau antrenate, care sunt identice, izolate fata de axele suport prin bucse de textolit si are pe suprafata cilindrica exterioara canale striate dupa generatoare pentru a realiza aderenta la rulare directa pe suprafata pieselor de sudat;4 – pupitru de comanda care are rol de comanda, control si reglare a marimii diferitilor parametrii ai regimului de sudare si este dispus pe un suport care se poate rotii in jurul unei axe verticale.De la pupitru : - se comanda pornirea si oprirea procesului de sudare(butoanele 7 si 8) :

- se regleaza :Ua, Is, va, vs(butoanele 6) ;

- se poate alege directia de deplasare a tractorului, felul de reglare a vitezei de avans a sarmei (constant sau functie de tensiunea arcului) si posibilitatea de a comanda manual avansul sau retragerea sarmei ;

De asemenea pupitrul lipseste, functiile sale sunt prelucrate de blocurile functionale dispuse pe tractor.9 – coloana pe care este fixat pupitrul de comanda ;10 – rezerva de sarma (derulatorul pentru sarma) contin o rola (toba sau caseta) pentru sarma si o frana in vederea mentinerii tensionate a acesteia ;11 – role de indepartare a sarmei de electrod ;12 – role de antrenare dintre care una este motoare (cuplata de reductor) iar cealalta de presare pentru a obtine aderenta necesara miscarii de avans ;13 – buncar pentru flux ce trimite fluxul spre zina de lucru prin intermediul palniei 15 ;14 – tub flexibil pentru aspirarea fluxului netopit (neutilizat) ;Variatiile lungimii arcului electric, modifica tensiunea acestuia, influenteaza geometria cusaturii sau chear stabilitatea procesului de sudare. Sistemul realizeaza reclarea automata a vitezei de avans a sarmei functie de tensiunea arcului, preluand un semnal proportional cu acesta. Fizic se modifica turatia rolelor in sensul cresterii sau micsorarii vitezei de avans si restabilirea parametrilor corespunzatori regimului stabil. Mentinerea constanta a vitezei de sudare la valorile impuse tehnologic se realizeaza printr-un sistem de reglare automata a turatiei motorului de actionare.

Miscarile pe care le poate realiza acest tractor sunt :

- principale: - I – miscarea de avans a sarmei (va) II – miscarea de deplasare a caruciiorului (vs)

- auxiliare :a – permite rotirea coloanei 9 cu b – permite deplasarea intr-un plan perpendicular pe figura ;c – permite coborarea sau ridicarea capului de sudare (modifica ll);d – permite rotirea cu 90°(45° stanga, +45° dreapta) a capului de sudare realizandu-se

inclinarea sarmei in raport cu planul orizontal care contine cusatura.

4.1.2. Mecanismul de avans al sarmei electrod

Mecanismul de avans al sarmei se foloseste la toate procedeele de sudare care folosesc materiale de adaos sub forma de sarma (SF, MIG/MAG, SBZ) si indeplineste urmatoarele functii :a.) – asigura alimentarea cu sarma la o viteza de avans in conformitate cu necesitatile tehnologice si procedeul de sudare, astfel : - la procedeul SF, vs = 0,5 5 m/min (in functie de diamentrul sarmei, viteza minima pentru diametre mari de sarma si viteze spre limita maxima pentru diamentre mici) ;

- la procedeul MIG/MAG, va = m/minb.) – asigura pozitionarea sarmei (sus - jos)

Mecanismul de actionare este in general format din urmatoarele elemente : - motor electric, reductor de turatie, rola de avans sau motoare si rola presoare cu dispozitivul aferent.Din punct de vedere al actionarii, dispozitivele de avans se impart in mai multe categorii, in functie de timpul de tipul motorului de antrenare – de curent continuu sau de curent alternativ.

4.1.2.1. Actionarea cu motor de curent alternativ

Daca motorul este de curent alternativ, aceasta este de tip asincron si cu caracteristica de turatie rigida, turatia sa este foarte putin influentata de valoarea momentului rezistent (fig. 4.2.).

Fig. 4.2. Caracteristica de turatie a motorului de curent alternativ

Acest lucru este avantajos (va = ct.) dar si dezavantajos pentru ca nu ofera posibilitatea modificarii va dupa dorinta si necesitatile tehnologice impuse de procedeul si regimul de sudare folosite.

Acest lucru nu se poate realiza decat printr-un reductor de turatie, ceea ce face ca v a sa poata fi modificat numai in trepte si nu continuu in timpul sudarii.

4.3. Schema cinematica a mecanismului de avans al sarmei actionat cu motor de curent alternativ.

Un asemenea mecanism de avans, prezentat in figura 4.3., are in lantul cinematic urmatoarele elemente :

- motor asincron (1) de curent alternativ trifazat, alimentat la max 42V din motive de tehnica securitatii muncii :

- reductor de turatie (2), cu 3 trepte de angrenaje (doua melc – roata melcata i1, i3 si i2 treapta cu roti dintate cilindrice). Daca Dr m este diametrul rolei motoare, viteza de avans a sarmei va fi :

(4.1)

Unde i1, i3 si i2 sunt rapoartele de transmisie ale celor trei trepte ale reductorului iar n = ct. Este turatia motorului de antrenare.din relatia (4.1) rezulta ca vitza de avans vs poate fi modificata prin schimbarea raportului i2. In acest scop, reductorul de turatie este prevazut cu mai multe perechi de roti dintate cilindrice ; raportul i2 fiind in functie de raportul dintre diametrele celorlalte doua roti (z1 si z2) :

- rola motoare (3)- rola presoare (4) actionata de un arc de compresiune 5, care asigura aderenta

pentru avansul sarmei 6 ;

Caracteristicile acestui mecanism de avans sunt urmatoarele :

- necesitatile tehnologice inpun o gama larga de roti de schimb, astfel incat diferenta intre doua trepte de reglare sa nu fie prea mare ;

- timpii auxiliari pentru schimbarea rotilor impun ca echipamentul sa fie folosit la lucrari de sudare cu volum mare si acelasi regim ;

- va se modifica in trepte, deci in limite restranse (cu actioarea oprita) nu in timpul functionarii, ceea ce face ca un asemenea dispozitiv de avans sa nu functioneze in regim S.V.D.

- simplitatea constructiei si robustetea motorului asincron ;- costul redus al intregului dispozitiv.

Cu un asemenea dispozitiv este prevazut tractorul de sudare sub strat de flux de productie romaneasca AST – 3.

4.1.2.2. Actionarea cu motor de curent continu

In cazul actionarii cu motor de curent continu, schema cinematica a dispozitivului de avans (fig. 4.4.) cuprinde aceleasi elemente fundamentale ca la actionarea in curent alternativ. Diferenta fundamentala apare in cauza ca la actionarile cu motoare de curent continu, turatia n poate fi reglata in mod continu.

Fig. 4.4. Schema cinematica a unui mecanism actionat cu un motor de c.c.

Se observa ca reductorul este mai simplu (in doua trepte) si nu se prevede schimbarea rotilor dintate cilindrice.

Pentru schema cinematica din figura 4.4. viteza periferica a rolei de antrenare este :

(4.2)Deoarece i = i1 · i2 = ct. si , modificarea va se face in acest caz continuu prin

modificarea turatiei n a motorului electric de curent continuu (deci pe cale electrica).Tensiunea electromotoare indusa pentru motorul de c.c. este data de relatia :

(4.3)

Unde : U – tensiunea la borne ;I – curentul abserbit de catre indus ;R – rezistenta aditionala ;

Dar tensiunea electromotoare se poate calcula si in functie de caracteristicile constructive ale motorului de curent continu, caz in care este data de relatia :

E=KeØ · n (4.4)

Unde : Ke – constanta constructiva a fiecarui motor ;Ø – fluxul de excitatie;n – turatia motorului.

Momentul dezvoltat de motor, M, este dat de relatia:

M = Km · Ø · I (4.5)

Din relatia (4.5) se observa ca, pentru un moment constat, turatia poate fi modificata pe trei cai (fig. 4.5) :

- modificand fluxul de excitatie Ø prin modificarea curentului de excitatie I (fig. 4.5 a). Caracteristicile de flux sunt drepte cazatoare cu panta cat mai redusa pentru ca turatia motorului sa fie constanta. Aceasta metoda de modificare a turatiei motorului ar da rezultate bune dar metoda este foarte rar folosita din cauza

inductivitatii de excitatie care are valoarea mare, ceea ce face ca turatia motorului sa se modifice incer (constanta de timp este mare). Durata modificarii poate fi de ordinul secundelor, inacceptabil din punct de vedere tehnologic) ;

- modificand rezistenta aditionala R (fig, 4.5 b). Luand in considerare cazul urmarit metoda este inacceptabila din cauza caracterului cazator al caracteristicilor ;

- modificand tensiunea la bornele indusului U, (fig. 4.5 c)

Caracteristicile de tensiune sunt cele mai potrivite pentru modificarea turatiei motoarelor. Dreptele sunt rigide (Ø = ct., ) si paralele intre ele. Inductivitatea circuitului indusului este mica, de aceea turatia se modifica rapid in momentul modificarii tensiunii U.

Fig. 4.5. Caracteristicile mecanice ale motoruluiDe curent continu : a – caracteristicile de flux ;

b – caracteristicile reostatice ; c – caracteristicile de tensiune

In continuare se prezinta metodele usuzle de realizare a tensiunii la bornele reglabile.Pentru alimentarea motoarelor de curent continu se folosesc gruluri motor c.a., generator c.c. sau redresoare (fig. 4.6). Excitatia separata a motoarelor de c.c. este alimentata la o tensiune constanta Ucc, obtinuta de la o punte redresoare cu grup de stabilizare. Rezistorul semireglabil R se ajusteaza in cadrul probelor pentru a asigura parametrii functionali impusi actionarii. Variatia turatiei se realizeaza modificand tensiunea de alimentare a indusului motorului.

Fig. 4.6. Scheme pentru reglarea cu motor de c.c. a vitezei de avans a sarmei electrod :A – alimentarea prin grup motor c.a. si denerator de c.c. ;b, c – alimentarea prin puncte

redresoare PR (Red – redresor ; RMAS – rola motoare a aparatului de sudare, P – potentiometru ; M – motor ; G – generator ; T – transformator ; AT - autotransformator).

4.1.3. Mecanismul de avans al tractorului

Acest mecanism realizeaza deplasarea arcului electric in lungul rostului cu viteza vs. La sudarea sub strat de flux, ca si la alte procedee de sudare (Mig, MAG, WIG)

deosebim doua posibilitati de realizare a vitezei de sudare :- aparatul de sudare este fix si piesa de sudat este mobila, caz in care actionarile

apartin altor echipamente (mese de pozitionare si rotire, standuti cu role, coloane de sudare, etc.)

- piesa de sudat este fixa iar aparatul de sudare (tractorul) este mobil, caz in care acesta se deplaseaza direct pe piese sau pe o cale de rulare separata.

Organologic, mecanismele de deplasare a tractoarelor sunt similare cu dispozitivele de avans a sarmei electrod.

Actionarea electrica a mecanismului de deplasare ridica probleme asemanatoare cu cele din cazul mecanismelor de avans al sarmei electrod.

In figura 4.7.a este reprezentata schema cinematica a actionarii cu motor de curent alternativ (asincron trifazat) a mecanismului de deplasare tractor.

Fig. 4.7. Scheme cinematice ale mecanismului de deplasare a caruciorului : a – actionat cu motor de curent alternativ ;b – actionat cu motor de curent coontinuu ;1 – motor ; 2 – roara antrenata ; 3,4,5 – angrenaj de roti cilindrice ; 8 – roata motoare.

Viteza de deplasare a tractorului se poate odifica in trepte numai in stare de repaos, prin rotile de schimb 7. Ca elemente suplimentare apar in aceasta schema cuplaje cu gheare 6, care permit deblocarea rotilor de inaintare in vederea deplasarii rapide a caruciorului. Uneori, tractorul de sudare este prevazut cu un singur motor asincron, care actioneaza atat dispozitivul de avans al sarmei, cat si mecanismul de deplasare a caruciorului. In acest caz, arborele motorului este prevazut la fiecare capat cu cate un fusm care va cupla prin planse la mecanismul respectiv. Schema cinematica a actionarii cu motor de curent continu a mecanismului de deplasare este mai simpla (fig. 4.7.b), numarul de trepte ale reactorului de turatie fiind mai mic, datorita posibilitatii de modificare a vitezei pe cale electrica, oferite de motor. Si in cazul acesteia exista avantajul ca modificarea vitezei de inaintare a caruciorului poate fi facuta in mod continuu si fara a fi necesara intreruperea procesului de sudare.

Mentinerea constanta a vitezei de sudare (deplasare) impusa tehnologic se obtine prin reglarea automata a turatiei motorului electric de actionare.