Intrumar Tehnologia Materialelor

Lucrarea nr. 2.ÎNCERCĂRI TEHNOLOGICE ALE TABLELOR ŞI SÂRMELOR

Încercările tehnologice au rolul de a stabili proprietăţile tehnologice alematerialelor, adică capacitatea acestora de a se preta la diferite metode deprelucrare la cald sau la rece. Încercările tehnologice le putem clasifica în douăgrupe:

I.

II.

Încercări tehnologice pentru determinarea proprietăţilor de prelucrareprimară.Încercări tehnologice pentru determinarea proprietăţilor de prelucraresecundară.

În prima grupă intră următoarele categorii de încercări:I.1. Încercări de turnabilitate – stabilesc caracteristicile de bază privind

comportarea materialului la turnare: fluiditatea, contracţia, tendinţa de segregare,etc;

I.2. Încercări de forjabilitate – stabilesc proprietăţile metalelor de a opunerezistenţă scăzută la deformare.

În grupa a doua intră următoarele categorii de încercări:II.1. Încercări de sudabilitate – stabilesc capacitatea metalelor de a forma

îmbinări sudate;II.2. Încercări de aşchiabilitate – determină capacitatea metalelor şi aliajelor

metalice de a se prelucra prin aşchiere;II.3. Încercări de uzură – permit aprecierea durabilităţii stratului superficial

în diverse condiţii de frecare;II.4. Încercări de deformabilitate – aprecierea proprietăţilor tehnologice care

se face pe baza măsurătorilor şi a stării suprafeţelor în urma încercărilor.În continuare se expun încercările de deformabilitate folosite în cadrul

laboratorului pentru verificarea caracteristicilor metalelor.Acestea sunt:

- încercarea la îndoire; - încercarea de răsucire a sârmelor;- încercarea de ambutisare – după metoda Erichsen

2.1. Încercarea de îndoire. Principii teoretice.

Se execută asupra aliajelor feroase şi neferoase pentru a verifica capacitateametalelor de a lua diferite forme prin încovoiere şi comportarea lor în timpulsolicitării.

2.1.1. Încercarea la îndoire simplăConstă în deformarea unei epruvete rectilinii cu grosimea mai mare de 4

mm prin îndoire lentă şi continuă în jurul unei piese, până la formarea unui unghi între faţa unei ramuri a epruvetei şi prelungirea celeilalte ramuri îndoite.

10

Încercarea se execută pe maşina universală de încercat. Se deosebesc treitipuri de încercări:

- îndoire liberă în dispozitiv cu role la diferite unghiuri sub 160o (fig. 2.1.); - îndoire în matriţă la anumite unghiuri (fig. 2.2.);- îndoire completă la 180o, la diferite distanţe între ferestrele interioare ale

ramurilor deformate (fig. 2.3.).

Fig. 2.1. Schema îndoirii libere în diozitiv cu role:1 – role de sprijin, 2 – epruvetă,3 – dorn de apăsare, l1 = D + 3 a; Dr – diametrul rolei de sprijin, D – diametrul poansonului

În timpul îndoirii epruvetele se vordeforma, fibrele din partea exterioară se alungesc, iar cele din partea interioară sescurtează.

Epruvetele suntstandardizate, plate, rotunde sau

Fig. 2.2. Schema îndoirii în matriţă: 1 –matriţa,

2 – epruvetă,3 – poanson, l1 = D + 3 a

poligonale. Lungimea se ia 5Q + 100 mm,dar nu mai mică de 200 mm.Modul de lucru:

- Se măsoară epruveta trecând dateleîn tabelul 2.1.;

- Se aşează epruvetele pe rolele de sprijin sau matriţă;

- Se apasă dornul în mod continuufără şocuri asupra epruvetei până laun unghi sub 160o;

- Pe epruvetele descărcate se măsoară unghiul diedru α;

11

Fig. 2.3. Schema îndoirii la 180o: 1 – bacuri, 2 – epruvetă, 3 - distanţier

- La îndoirea la 180o, după deformarea în dispozitiv, se continuă deformareapână la 180o când ramurilr ajung paralele, iar pentru reglarea distanţei întreramuri se folosesc cale de distanţare. Rezultatele se trec în tabelul 2.1.

Tabelul 2.1.

Nr.crt.

Materialulîncercat

deDimensiunile iniţiale ale epruvetei [mm]

Condiţiideîncercat

Rezultate

a

Interpretarea rezultatelor

b d l0 D l1 α Z

- Se examinează starea suprafeţei. Unghiul de îndoire limită se considerăatins la apariţia primei fisuri de maximum 5 mm pe suprafaţa întinsă aepruvetei;

- Se apreciază care din materiale se pretează la deformarea plastică prinîndoire şi se apreciază calitatea suprafeţei după aspect.

2.1.2. Încercarea la îndoire alternată. Principii teoretice.

Încercarea constă în îndoirea repetată la 90o, în sensuri opuse, a uneiepruvete fixate la un capăt, în jurul unor bacuri cu rază de racordare determinată.Se consideră îndoirea alternată îndoirea epruvetei la 90oşi readucerea ei la poziţiainiţială. Epruvetele folosite se prelucrează din table, benzi sau sârme. Dispozitivulde încercat este prezentat în fig. 2.4.

Modul de lucru:- Epruvetele în stare iniţială trebuie să fie plane;- Se măsoară epruveta şi se trec datele în tabelul de rezultate (tab. 2.2.);- Se fixează cu un capăt între fălcile dispozitivului;

12

- Se execută îndoiri alternative până la ruperea epruvetei. Ultima îndoire nuse ia în considerare deoarece ea nu este completă;

- Se păstrează viteza de îndoire constantă, iar aceasta nu trebuie să depăşeascăo îndoire pe secundă;Rezultatele se trec în tabelul 2.2.

Fig. 2.4. Dispozitivul încercării de îndoirealternantă1 – suport pentru bacuri;2 – bacuri schimbabile, cu diverse raze deracordare;3 – antrenor cu fante;4 – epruvetă.

Interpretarea rezultatelor - Se va reprezenta grafic variaţia nr. de

îndoiri f(Rbac) pentru fiecare material în parte;

- Se vor trage concluziile asupracomportării materialului..

Tabelul 2.1

Nr Materialul deDimensiunileepruvetei, [mm]

iniţiale ale Nr.de îndoiri ptr. următoareleraze ale bacurilor

crt încercat d a b l0 h R=2,5 R=5 R=7,5 R=10

2.2. Încercarea la răsucire a sârmelor. Principii teoretice.

Serveşte la evidenţierea comportării sârmelor de grosime minimă 0,3 mm la solicitarea de răsucire şi depistarea neomogenităţilor, defectelor interioare sauexterioare ale materialului. Încercarea constă în răsucirea unei epruvete în jurul axei sale până la rupere. Lungimea liberă a epruvetei este L0 = 100d pentru sârmecu 1≤d<5 mm (L0 = 50d pentru 5≤d). Încercarea se execută cu un aparat a căruischiţă de principiu este prezentată în fig. 2.5.

Modul de lucru:

- Se fixează capetele în dispozitiv şi se tensionează sârme;- Se pune în funcţiune aparatul;- Se citeşte numărul de răsuciri înregistrate pe contorul aparatului;- Se împarte cifra la 2 deoarece controlul înregistrează jumătăţi de tură;- Se trec rezultatele în tabelul 2.3.

13

Tabelul 2.3.Nr Materialul de Epruveta, [mm] Nr. de răsuciri Ob.crt.

încercat d Ltot L0 Nt1 Nt2 Nt3 Nt

med

s

Fig. 2.5. Schema de principiu a aparatuluipentru răsucire1 – motor electric2 – cuplaj3 – reductor4 – numărător de rotaţii5 – cap fix care are mişcare de rotaţie6 – cap glisant de întindere7 – întrerupător8 – cablu9 – sistem de pârghii cu greutăţiL0 – Lungimea liberă.

Interpretarea rezultatelor

- Se trag concluzii cu privire lacomportarea materialului;

- Se observă forma şi aspectulrupturilor;

- Se face încercarea la îndoirealternantă a epruvetelor rupte la răsucire şi se trec concluziile.

2.3. Încercarea de ambutisare după metoda Ericksen. Principii teoretice.

Ambutisarea este procedeul de prelucrare a tablelor şi benzilor prindeformare plastică în scopul transformării lor în obiecte cave.

În timpul ambutisării apar solicitări complexe care influenţează hotărâtorcomportarea materialului. Pentru aprecierea comportării materialului, laambutisare se pot utiliza mai multe metode dintre care metoda Ericksen este ceamai concludentă şi mai des folosită. Încercarea de ambutisare după metoda Ericksen constă în deformarea unei epruvete strânsă pe matriţa 1 printr-un inel de strângere 2, cu ajutorul unui poanson cu cap sferic 3, până la apariţia primei fisuri(fig. 2.6.)

Adâncimea de ambutisare h exprimată în mm constituie indicele Ericksen.Epruvetele folosite sunt de formă pătrată sau circulară.

14

Modul de lucru:- Se măsoară dimensiunile epruvetei;- Se unge suprafaţa de contact a epruvetei cu poansonul pentru a micşora

frecarea;- Se fixează epruvete între matriţă şi inelul de strângere;- Se aduce sistemul de măsurare la zero;- Se efectuează încercarea;- Se citeşte adâncimea de pătrundere a poansonului;- Se trec datele în tabelul 2.4.

Fig. 2.6. Schema încercării de ambutisare: 1 – matriţă, 2 – inel de strângere, 3 – poanson,4 – epruvetă, Dm – diametrul matriţei, Dp – diametrul poansonului, Di – diametrul inelului de

strângere, H – adâncimea de ambutisare.

Tabelul 2.4.Nr.crt.

Materialul deîncercat

Dimensiunileepruvetei,[mm]

Condiţii deîncercare,[mm]

Adâncimea[mm]

calotei, Obs.

g a(d) dp dm h1 h2 h3 hmed

- Se compară rezultatele pentru diferite calităţi de tablă şi se tragconcluziile.

Studiind lucrarea, studentul trebuie să găsească răspuns la următoarele noţiuni teoretice şi practice:

De ce la îndoire tablele se fisurează la unghiuri diferite?De ce o sârmă normală şi una care înainte a fost răsucită, în cazul îndoirii

alternate peste bacuri cu raza dată se rupe după un număr diferit de îndoiri?Care sunt proprietăţile materialelor care influenţează adâncimea până la care

un material poate fi ambutisat?

15

Lucrarea nr. 3.ÎNCERCĂRI DE DURITATE

Prin duritate se înţelege, în general, rezistenţa opusă de material, uneiacţiuni de pătrundere mecanică a unui corp mai dur din exterior.

Scopul încercărilor de duritate este obţinerea de informaţii cu privire la caracteristicile imprimate materialului prin aplicarea unor tratamente termice,termochimice, mecanice (presare, trefilare, rulare, ecruisare, etc.), sau depuneri electrochimice.

Dintre multiplele metode de încercare a durităţii, în practica încercărilor şi-au dobândit un rol însemnat numai metodele de imprimare cu urmă remanentă,statice şi dinamice.

Metodele statice de determinare a durităţii, permit stabilirea durităţii în bazamăsurării mărimilor fundamentale care definesc duritatea, forţa şi deformarea,viteza de aplicare a forţelor de încercare neavând o influenţă hotărâtoare asupra rezultatelor obţinute. Metodele statice utilizate în prac6tică se deosebesc între ele numai prin forma penetratorului şi prin felul în care se măsoară urma produsă(metodele: Brinell, Vickers, Rockwell).

Metodele dinamice de determinare a durităţii folosesc aparate speciale cu care sarcina este aplicată dinamic. Penetratorul pătrunde în materialul examinatacţionat de un şoc lăsând o urmă, (metodele Baumann, Poldi), sau este ricoşat/metoda Shore).

În continuare se expun detaliat următoarele metode de încercare a durităţii:metoda Brinell, metoda Vickers, metoda Rockwell şi metoda Foldi.

3.1. Încercarea durităţii prin metoda Brinell

3.1.1. Principii teoretice

Metoda Brinell este una dintre metodele cele mai frecvent utilizate înexaminarea metalelor cu durităţi mai mici de 650 HB.

În principiu metoda (fig. 3.1.) constă în apăsarea, cu o sarcină F, un timp dat, pe piesa de încercat, a unei bile din OL (CW) de diametru prescris D,perpendicular pe suprafaţa piesei de încercat şi măsurarea diametrului d, al urmeilăsate de bilă, după îndepărtarea sarcinii.

Se notează cu simbolul HB până la 450 HB şi cu simbolul NBW de la 450până la 650 HB folosind bilă din carbură de wolfram.

Duritatea Brinell HB, se exprimă prin raportul dintre sarcina de încercareaplicată F şi aria urmei sferice lăsate de bilă de diametrul D pe piesa de încercat.

Duritatea se exprimă în unităţi Brinell, şi se calculează cu relaţia:F

( 2 2)

HB sau HBW = 1 ⋅ unde S = π ⋅ D D − D − d

Deci:gn S 2

HB sau HBW = 1

gn

⋅π ⋅ (

2F

2 − 2)

D D − D dgn – acceleraţia gravitaţiei, valoare normală.

În practică valoarea durităţii HB(HBW) nu se calculează pentru fiecare determinareci se stabileşte din tabelele indicate în STAS 165-83 în funcţie de F, D şi d.

Pentru a se obţine rezultate identice în cazul folosirii penetratoarelor cu bile de diametre diferiteşi sarcini de încărcare diferite, este necesar săexiste o similitudine geometrică. Aceastăsimilitudine este respectată când unghiul φ este identic la toate urmele.

În aceste condiţii se poate scrie:

F1

D2

=F

2

D2

= ... =F

n

D2

= constant.

1 2 n1 F

Raportul K = ⋅ se numeşte grad deFig. 3.1. Schema încercării gn

D 2

durităţii prin metoda Brinell solicitare. Se recomandă pentru K valorile 30; 15;10; 5; 2,5; 1 şi se alege astfel încât diametrul urmei

să satisfacă condiţia: 0,24 D < d < 0,6D.Valoarea durităţii este urmată de simbolul HB (HBW) cu trei indici, primul

reprezentând diametrul D al bilei-penetrator, al doilea sarcina de încercare, în kgf,iar al treilea timpul de menţinere a sarcinii în secunde, de exemplu 250 HB5/750/20. Pentru condiţiile de determinare cu bila de 10 mm diametru, sarcina294,2 N şi timpul de menţinere de 10 … 15 s, simbolizarea se face numai prin HB(HBW).

Timpul de menţinere a sarcinii şi distanţele b şi c depind de naturamaterialului şi se aleg din SR EN.

Pentru determinarea durităţii Brinell se execută cel puţin trei încercăriobţinându-se o valoare globală a durităţii materialului.

3.1.2. Materiale şi aparatură

Piesele sau probele supuse încercării, trebuie să îndeplinească condiţiile prevăzute de standard: suprafaţa examinată trebuie să fie lipsită de defecte(porozităţi, incluziuni) şi porţiuni oxidate. Grosimea minimă χ a piesei de încercat trebuie să fie de minim 8 ori adâncimea urmei h, care este dată de relaţia:

h =D − D2− d2

2[mm] (3.2.)

Suprafaţa de încercat va avea luciu metalic şi va asigura măsurarea corectă adiametrelor urmelor lăsate de bilă. Eventualele prelucrări nu vor modifica

17

structura straturilor superficiale. Erorile ce pot apare sunt determinate: fie de osurpare în jurul bilei, fie de o umflătură în jurul urmei, fie de abaterea diametruluibilei de la valoarea nominală, fie de deformarea elastică sau plastică a bilei.

Aparatul pentru încercare (Balanţa Sibiu) realizează ciclul de încărcare şidescărcare Brinell în mod semiautomat. Cu acest aparat se pot realiza sarcini de187,5; 250; 500; 750; 1000; 1500 şi 3000 Kgf. Penetratoarele folosite sunt bile cudiametre de 10; 5; 2,5; 2 lşi 1 mm confecţionate din oţel de rulmenţi.

Măsurarea diametrului urmei se face cu precizia de 0,01 mm folosind o lupăBrinell a cărui principiu de măsurare este prezentat în fig. 3.2.

3.1.3. Modul de lucru• Se alege penetratorul şi sarcina în funcţie de materialul ce se încearcă

şi se reglează aparatul;• Se aduce piesa în contact cu penetratorul;• Se pune în funcţiune aparatul Brinell;• După încetarea funcţionării aparatului se

coboară măsuţa aparatului se deplaseazăpiesa la locul de măsurare şi se măsoarădiametrul urmei pe două direcţiiperpendiculare.

• Se fac trei încercări la distanţe indicate deSTAS;

• Din tabele se determină duritatea princitire;

Fig. 3.2. Principiul măsurăriiurmei

• Dacă nu sunt rabele de duritate, se facecalculul durităţii cu relaţia (3.1.).

Rezultatele obţinute se înscriu în tabelul nr. 3.1.3.1.4. Interpretarea rezultatelorValorile obţinute experimental se compară cu cele din standard şi se trag

concluzii referitoare la proprietăţile mecanice şi tehnologice ale materialelorîncercate.Tabelul 3.1.

Diametrul

Nr.Crt.

Materialul încercat

Condiţiileîncercării

mediuurmei,[mm]urma

al Duritatea Brinell Obs.

F, D,[N] [mm]

T,[s]

1 2 3 HB1HB2HB3HBm

3.2. Încercarea durităţii prin metoda Vickers 3.2.1. Principii teoreticeMetoda Vickers se aseamănă în principiu cu metoda Brinell, constând în

apăsarea pe suprafaţa piesei de încercat, cu o sarcină prescrisă F, un timp dat, a

18

unui penetretator piramidal drept, din diamant cu baza pătrată, având unghiul diedru la vârf, între feţele laterale opuse de 136° şi măsurarea diagonalelor d1şi d2

ale urmei lăsate, pe suprafaţa încercată, după îndepărtarea sarcinii.Duritatea Vickers simbolizată cu HV, se defineşte prin raportul forţei de

încercare, aplicată penetratorului, la aria suprafeţei laterale, a urmei remanenteproduse de penetrator, urma fiind considerată ca o piramidă dreaptă, cu baza

păstrată cu diagonala d= d1+ d2, având acelaşi unghi la vârf ca şi penetratorul.2

Cu toate că este metoda cu cel mai larg interval de măsurare, putând fifolosită aproape universal, metoda Vickers nu este aşa de frecvent folosită cametoda Brinell.

Unghiul de 136° între două feţe opuse la vârful penetratorului a fost astfelales, pentru a se stabili o legătură cu duritatea Brinell. Intervalul diametrelorurmelor Brinell fiind stabilit la valori cuprinse între 0,240 şi 0,6 D, valoarea medieeste 0,420. Ori piramida cu unghiul între feţele opuse de 136° are feţele tangente lao bilă de diametru D, după un cerc având diametrul d0 = 0,420 (fig. 3.3).

Notând cu F sarcina de încercare şi cu S aria suprafeţei laterale a piramideicu diagonala d se obţine pentru duritatea Vickers expresia:

1 F F 1 F (3.3)

HV = ⋅ =g S

d2 = 1,8544 ⋅ ⋅g

d2

n

2sin 136°

2

n

Fig. 3.3. Schema încercăriidurităţii prin metoda Vickers

gn – acceleraţia gravitaţiei, valoarea normală.

Această metodă se aplică în intervalulcuprins între 4,95 HV şi 2964 HV. Adâncimea depenetrare a piramidei Vickers fiind numai 1/7 d,metode se prestează şi pentru încercarea durităţiidepuse galvanic, etc. Urmele fiind foarte mici se determină duritatea locală.

Pentru determinarea durităţii prin metodaVickers se execută cel puţin trei urme.

Din motive practice STAS-ul 492/1-85recp,amdă pentru sarcinile de apăsare valorile: 5;10; 20; 30; 50 şi 100 Kgf, iar pentru timpii demenţinere a sarcinii valorile: 10…15 s pentru oţel;30…55 s pentru metale şi aliaje neferoase.

Duritatea Vickers se notează cu simbolul HV urmat de un indice carereprezintă sarcina de încărcare ăn Kgf, când aceasta diferă de 294N şi separatprintr-o linie oblică de un indice care reprezintă durata de menţinere )10…15 s);de exemplu: 450 HV 10 respectiv, 450 HV 100/30.

3.2.2. Materiale şi aparaturăPiesa sau proba de încercat trebuie să fie curată şi lipsită de oxizi în zona de

încercare. Rugozitatea suprafeţei va fi Ra = 0,4. Grosimea piesei (a) sau a stratuluiva fi minim 1,5 d în cazul metalelor şi aliajelor feroase dure şi de minim 3 d încazul metalelor şi aliajelor neferoase moi. Modul de prelucrare a suprafeţei de încercat nu trebuie să modifice structura straturilor superficiale.

Încercarea se execută pe un aparat de tip portabil cu sarcini de încercare de 10 şi 30 Kgf.

Microscopul măreşte amprenta de 150 ori iar micrometrul permitemăsurarea cu precizie de 0,001 mm. O rotaţie a şurubului micrometric cereprezintă 100 diviziuni deplasează diafragma pe imaginea obiectivului cu 0,1mm. Erorile ce pot apare sunt determinate: fie de aşezarea incorectă a probei, fiede măsurarea incorectă a diagonalelor urmei.

3.2.3. Modul de lucru • Piesa sau proba de încercat se aşează pe masa aparatului şi se

imobilizează. Cu ajutorul microscopului se caută o zonă curată pentru încercare.• Se execută penetraţia prin apăsarea penetratorului pe suprafaţa de încercat

lent progresiv fără şocuri.• Se ridică penetratorul şi se măsoară cele două diagonale ale urmei, după

care se calculează media aritmetică a lor.• Cu valoarea medie a celor două diagonale se determină duritatea Vickers

folosind tabelele aparatului; în lipsa tabelelor se calculează duritatea cu relaţia 3.3.Între 5 Kgf (49N) şi 100 Kgf (980N) duritatea obţinută este independentă de mărimea sarcinii de încercare.

• Se execută cel puţin trei urme respectându-se distanţele b = c = 2,5 dpentru piese din oţel, cupru şi aliaje de cupru.

• Rezultatele obţinute se înscriu în tabelul 3.2.

Tabelul 3.2.Diametrul

Nr.Crt.

Materialulîncercat

Condiţiileîncercării

Sarcina TimpulF, [N] de

menţinereal sarciniiR [s]

mediu alurmei,[mm]urma1 2 3

Duritatea Brinell

HB1HB2HB3HBm

Obs.

3.2.4. Interpretarea rezultatelor

Pe baza rezultatelor obţinute se vor trage concluzii asupra structurii şiproprietăţilor materialelor încercate.

20

3.3. Încercarea durităţii prin metoda Rockwell

3.3.1. Principii teoretice

Determinarea durităţii prin metoda Rockwell este una din încercările multutilizate în industria şi laboratoarele de cercetare a metalelor, fiind o metodăsimplă şi rapidă dar mai puţin precisă decât metoda Vickers,

Duritatea Rockwell este numărul care reprezintă diferenţa dintre o adâncimeconvenţională dată (E) şi adâncimea pătrunderii remanente (e) a penetratorului subo suprasarcină (F1), adâncimea remanentă măsurându-se faţă de poziţiapenetratorului sub sarcina iniţială (F0).

Duritatea Rockwell se calculează cu relaţia HR = E-e (3.4.)Prin această metodă se determină rezistenţa pe care o opun metalele la

pătrunderea unui penetrator conic din diamant (încercarea A, C sau D) sau sfericdin oţel (încercarea B. F sau G).

Încercarea constă în apăsarea penetratorului pe piesa de încercat în trei fazeşi anume: (vezi fig. 3.4.).

• Faza 1 – se aplică penetratorului sarcina iniţială (F0) sub acţiunea căreiaacesta, pătrunde în piesă la o adâncime(a), care este considerată poziţie iniţială:dispozitivul de măsurare a adâncimii depenetrare se aduce la zero (la uneleaparate se realizează automat);

• Faza 2 – se aplică penetratorului suprasarcina (F1), acesta pătrunzând subacţiunea sarcinii totale F=F0+F1 maiadânc în masa piesei de încercat până lao adâncime (b);

• Faza 3 – se îndepărteazăFig. 3.4. Schema încercării durităţiiprin metoda Rockwell scara C.

suprasarcina (F1) (la unele aparate avândloc automat), menţinându-se sarcinainiţială, fapt ce provoacă revenirea

penetratorului la o adâncime (e) măsurată faţă de poziţia iniţială a penetratorului.Determinarea durităţii se face pe baza măsurării cu comparatorul cu cadran

a creşterii adâncimii urmei remanente (e).Duritatea Rockwell se notează corespunzător scării utilizate (de exemplu

57HRC înseamnă duritatea 57 obţinută cu un con de diamant sarcina totală fiind1471N1.

3.3.2. Materiale şi aparatură

Pentru executarea încercării se folosesc piese sau probe care trebuie să aibăsuprafeţe plane, netede (Ra = max. 1,6) lipsite de defecte, oxizi, impurităţi şi

21

unsori. O condiţie esenţială impusă la această metodă de încercare, este asigurareaimobilităţii piesei în cursul încercării. Suprafaţa de încercat trebuie să fieperpendiculară pe axa penetratorului cu abatere maximă de 2°.Grosimea pieselor trebuie să fie de cel puţin 10 e.

Încercarea se execută pe un aparat Rockwell prevăzut cu un dispozitivindicator cu două scări:

• Scara Rockwell B pentru domeniul 0 – 130 HRB• Scara Rockwell C pentru domeniul 0 – 100 HRC• Valoarea unei diviziuni de pe scara dispozitivului indicator (o unitate

de duritatea Rockwell) corespunde cu o adâncime de pătrundere apenetratorului de 0,002 mm. Sarcinile de încercare sunt:

o Sarcina iniţială F0 = 98,07 N;o Sarcina totală pentru scara Rockwell B = 980,7 N;o Sarcina totală pentru scara Rockwell C = 1471 N.

Aparatul are un dispozitiv pentru încărcare-descărcare automată apenetratorului, cu o viteză de aplicare a sarcinii sub 1 mm/s şi cu o durată deîncercare reglabilă între 8s şi 20 s.

Aplicarea sarcinii iniţiale F0 este semnalizată de o lampă electrică prinstingerea ei. Manevrarea aparatului se face prin două manete.

3.3.3. Modul de lucru

• Se verifică dacă manetele aparatului sunt în poziţiile corespunzătoareînceperii lucrării (maneta mică în sus, manta mare în jos) şi lampa de semnalizare a aplicării sarcinii iniţiale funcţionează;

• Se fixează în montura aparatului penetratorul, care poate fi un con dediamant cu unghiul la vârf de 120 ± 0,5° la încercarea C sau sferic dintr-o bilă de oţel călit de diametru 1,588 mm la încercarea B.

• Se reglează aparatul pentru condiţiile prescrise la încercarea respectivă.

• Se examinează piesa dacă îndeplineşte condiţiile încercării, după carese aşează pe masa aparatului şi se aduce în contact cu penetratorul în mod lent şiprogresiv pentru a nu se produce şocuri; se continuă apăsarea piesei de penetratorprin ridicarea mesei până la stingerea lămpii de semnalizare, fapt ce marcheazăaplicarea sarcinii iniţiale F0: se opreşte ridicarea mesei.

• Prin coborârea manetei mici se aplică asupra penetratorului suprasarcina (F1); din acest moment maneta mare se ridică, asupra penetratoruluiacţionând sarcina totală F = F0+ F1 durata prescrisă (8, 15 sau 20s) în funcţie de materialul supus încercării.

• Pe parcursul ridicării manetei mari are loc descărcarea penetratoruluide suprasarcina F1de către mecanismul automat, sarcina iniţială F0 acţionând încontinuare penetratorul.

• Se citeşte pe dispozitivul indicator direct duritatea Rockwell fără amai calcula diferenţa HR = E - e pentru că, cadranul dispozitivului indicator a fost

22

adus la zero în mod automat în timpul aplicării sarcinii iniţiale asuprapenetratorului.

• Se coboară maneta mare, lampa de semnalizare se aprinde, fapt cemarchează descărcarea penetratorului de sarcina iniţială; în timpul coborâriimanetei mari, maneta mică se ridică.

• Se coboară masa aparatului cu piesa, aparatul fiind astfel pregătitpentru o nouă încercare, repetându-se încă de două ori încercarea; distanţa între două urme respectiv între urmă şi marginea piesei va fi de minim 2 mm în cazulpenetratorului conic şi de cel puţin 3 mm în cazul penetratorului sferic. Erorilecele mai frecvente sunt cauzate de aşezarea incorectă a probelor.

• Rezultatele obţinute se înscriu în tabelul 3.3.

Tabelul 3.3.

Nr.Crt.

MaterialulÎncercat

Scara

SarcinaIniţialăF0

[N]

SupraSarcinaF1,[N]

SarcinaTotalăF,[N]

Duritatea Rockwell

HR HR2HR3HRmed

Obs.

3.3.4. Interpretarea rezultatelor.

Cu ajutorul rezultatelor obţinute se trag concluzii asupra proprietăţilormaterialelor încercate.

3.4. Încercarea durităţii prin metoda dinamică-plastică

3.4.1. Principii teoretice.

Determinarea durităţii prin metoda dinamică-plastică cu bară de comparaţiese bazează pe pătrunderea unui penetrator sferic (bilă de oţel) simultan în materialul de încercat şi în bara de comparaţie sub efectul forţei care acţioneazăasupra penetratorului în mod practic instantaneu.

Din egalitatea lucrurilor mecanice produse pentru pătrundereapenetratorului în piesă şi în bara de comparaţie, rezultă, în urma unor transformărimatematice, relaţia de calcul a durităţii piesei încercate:

d2

HB = HB ⋅ e (3.5.)

Unde:p e 2

dp

HBp este duritatea piesei încercate:HBe – duritatea barei de comparaţie;dp – diametrul urmei pe piesa încercată;de – diametrul urmei pe bara de comparaţie.

23

Această metodă se foloseşte la determinarea durităţii pieselor de gabaritmare, inaccesibile aparatelor de duritate statică.

Rezultatele determinării durităţii cu această metodă sunt afectate de eroripână la ±10% faţă de valoarea durităţii statice (HB). Din acest motiv metoda nu este standardizată, fiind utilizată cu caracter informativ. Metoda se aplică la încercarea pieselor cu duritatea mai mică de 450 HB.

3.4.2. Materiale şi aparatură.

Pentru executarea încer4cării se folosesc piese sau probe care trebuie să fielipsite de defecte (porozităţi, incluziuni, oxizi) în zona de încercat. Grosimeapiesei va fi mai mare de 10 mm.

Suprafaţa supusă examinării se prelucrează printr-o metodă care să numodifice structura şi să asigure măsurarea corectă a diametrelor urmelor.

Aparatul folosit la executarea încercării este prezentat în fig. 3.3.Lucrul mecanic de lovire se realizează cu un

ciocan de 0,5 kg.Pentru măsurarea diametrelor urmelor se

foloseşte o lupă ce are o scară gradată cu preciziade 0,1 mm, iar cu ajutorul tabelelor ataşateaparatului se determină duritatea echivalentăBrinell.

3.4.3. Modul de lucru

• Se aşează bila pe materialul de încercat,aparatul fiind ţinut în poziţie perpendiculară pesuprafaţa piesei de încercat.

• Se aplică cu ciocanul o lovitură pe tijaaparatului, bila producând o urmă în bara de

Fig. 3.5. Aparatul POLDI1 – carcasă; 2 – tijă mobilă;3 – bară de comparaţie;4 – bilă de oţel de φ 10;5 – arc elicoidal6 – piesa de încercat

comparaţie şi o urmă pe piesa de încercat. • Se măsoară diametrul urmelor de pe bara de

comparaţie şi de pe piesa încercată cu ajutorul lupei aparatului. Se ia drept diametru al urmei media aritmetică a două citiri pe două direcţiiperpendiculare.

• Din tabelele ataşate aparatului se determină duritatea pentru fiecareîncercare; în lipsa tabelelor duritatea se va calcula cu relaţia 3.5.

• Se execută trei încercări distanţa între urmele învecinate păstrându-se de 3d. Mărimile urmelor se recomandă să fie menţinute între limitele 0,240 şi 0,60.

• Rezultatele obţinute se înscriu în tabelul nr. 3.4.

24

Tabelul 3.4.

DuritateaDiametrulmediu al

Diametrulmediu al

Duritatea piesei HBp

Nr. Material barei de amprentei pe amprentei peCrt. Încercat comparaţie, piesă, bara de Încercarea

HBe [mm] comparaţie [mm]

Media

1 2 3 1 2 3 1 2 3

3.4.4. Interpretarea rezultatelor

Rezultatele obţinute se compară cu cele din STAS trăgându-se concluziiasupra proprietăţilor încercate.

Studiind lucrarea, studentul trebuie să găsească răspuns la următoarelenoţiuni teoretice şi practice:

- Care este diferenţa dintre metodele statice şi cele dinamice de determinare adurităţilor?

- Ce tipuri de penetratoare se utilizează la diferite metode de determinare adurităţii?

- Prin ce metode se determină dimensiunile urmelor lăsate de penetratoare?

25

Lucrarea nr. 4.ÎNCERCĂRI MECANICE STATICE

Prin încercări mecanice se înţeleg toate determinările privind comportareamaterialelor la anumite solicitări, în scopul determinării caracteristicilor mecanice.Încercările mecanice pot fi:

- încercări statice, la care viteza de solicitare este de cel mult 10daN/mm2·s, sau frecvenţa de solicitare este cel mult egală cu 50 cicluri/sşi

- încercări dinamice, la care viteza de solicitare este mai mare de 10daN/mm2·s, sau frecvenţa de solicitare este mai mare de 50 cicluri/s.

În urma încercărilor mecanice se determină proprietăţile materialelor, sau se verifică dacă acestea satisfac anumite condiţii impuse.

În cadrul încercărilor mecanice statice se vor executa şi studia încercările :la tracţiune (întindere), la compresiune, la încovoiere şi la forfecare.

4.1. Încercarea la tracţiune

Principii teoretice Încercare la tracţiune constă în aplicarea, în general până la rupere, asupra

epruvetei a unei sarcini de tracţiune, în vederea determinării anumitor caracteristicimecanice.

Epruveta confecţionată din materialul dorit se prinde în capetele unei maşiniuniversale de încercat la tracţiune, care aplică în lungul axei ei oforţă statică (lentă, continuă, progresivă şi fără şocuri, fig.4.1).

În timpul încercării epruveta suferă deformaţii elastice, apoi plastice (se alungeşte, se gâtuieşte), se ecruisează şi în cele dinurmă se rupe.Felul cum decurge solicitarea se înregistrează automat de cătremaşina de încercat ( sau se determină experimental) sub formaunei diagrame denumită curbă caracteristică convenţională latracţiune (fig.4.2). Ea se reprezintă în coordonatele: tensiunea

Fig. 4.1.Modul deprindere

alepruvetei

curentă în epruvetă (σ) şi alungirea specifică (ε).Prin tensiune curentă în epruvetă (σ) se înţelege raportul dintre sarcina curentă şi aria secţiunii iniţiale a epruvetei, iar prinalungire sau lungire specifică se înţelege raportul dintredeformaţia liniară (ΔL) şi lungimea (L) a unui element dintr-un

corp care se deformează: ε = ΔL.100;[ ]L

Urmărind pe figura 4.2 deformarea epruvetei, se disting mai multe regiuni.Până în punctul A, numit limită de proporţionalitate, căruia îi corespunde o tensiune limită de proporţionalitate σp, lungirile specifice cresc proporţional cutensiunile. Ecuaţia acestei porţiuni se exprimă prin legea lui Hooke : σ = E ⋅ ε ‚

26

unde E este o constantă a materialului denumită modul de elasticitate (modulul lui Young).

Pe intervalul 0 – B deformaţiile epruvetei sunt elastice, adică ele dispar odată cu descărcarea epruvetei. Punctul B, situat la limita acestui interval definitde o tensiune de elasticitate σe, se numeşte limită de elasticitate.

După depăşirea limitei de elasticitate, în dreptul unui punct C, se constată căepruveta continuă să se deformeze, fără ca tensiunea să crească. Acest punct se

numeşte limită decurgere şi-i corespunde otensiune de curgere σc.Traseul aproximativorizontal, de multe orisinuos, al curbeicaracteristice ce urmeazălimitei de curgere estenumit palier de curgere(C – D).La unelemateriale palierul decurgere lipseşte, iarstabilirea limitei decurgere întâmpină

Fig. 4.2. Curba caracteristică convenţională la tracţiune a unuioţel cu plasticitate medie.

dificultăţi. Ca urmare, sedefineşte drept limită decurgere tehnică punctulde pe curbacaracteristică căruia îicorespunde după

descărcarea epruvetei o lungire specifică remanentă de 0,2 %. Tensiunea normalăcorespunzătoare acestei limite se notează cu σ 0,2

.

Solicitat peste limita de curgere materialul prezintă proprietăţi plastice, adicăel poate fi modelat uşor şi adus la forme dorite.

După depăşirea limitei de curgere curbacaracteristică prezintă un nou traseu ascendent ,numit zonă de întărire, până în dreptul ordonateimaxime E căreia îi corespunde, prin convenţie,tensiunea de rupere, deşi ruperea se produce înpunctul F, la un efort mai mic.

F ⎡ N ⎤Fig.4.3. Curba

caracteristică pentru:σr( )m= max;⎢⎣

S0

2

mm ⎥⎦ .

1 – material cu tenacitate Acest lucru se datoreşte moduluimare; 2 – material cu

fragilitate mare.convenţional de a construi diagrama, deoarecetensiunea în epruvetă este raportată întotdeauna lasecţiunea iniţială a ei şi nu la cea din momentul

ruperii. Pentru diferite materiale importantă este limita de curgere convenţională(pentru o alungire neproporţională prescrisă) notată cu Rp[N/mm], ce corespunde la o anumită valoare a lungirii neproporţionale (la oţeluri valoarea ei se ia egală cu Ap = 0,2 % şi această cifră se trece drept indice limitei de curgere).

În cazul în care supunem încercării la tracţiune materiale foarte moi (tenace) sau foarte dure (fragile), curba caracteristică are aspectul din figura 4.3.

Epruvete şi determinări

Epruvetele folosite la încercarea la tracţiune pot fi cu secţiune rotundă(cilindrice) sau dreptunghiulară (epruvete plate, fig. 4.4.). Ele au o porţiunecalibrată şi două capete pentru prinderea în dispozitive.

Notaţiile au următoarele semnificaţii: d0 – diametrul iniţial în porţiuneacalibrată; a0şi b0 – grosimea şi lăţimea iniţială în porţiunea calibrată;L0 – lungimeainiţială; Lc – lungimea calibrată; Lt – lungimea totală; h – lungimea capetelor deprindere; B,D – lăţimea şi respectiv diametrul capetelor de prindere.

Epruvetele se execută cu factorul dimensional n = 5 sau n = 10 (n fiindraportul între L0şi d0).

În urma încercării latracţiune se pot determinaurmătoarele caracteristici:- rezistenţa la rupere la

F ⎡ N ⎤

tracţiune: Rm= max;⎢⎣

S0

mm 2 ⎥⎦ ;

- limita de curgere aparentă:

Rcsau R 0,2= F

c

S0

;⎡⎢

⎣

N

mm

⎤2 ⎥⎦

;

unde Fmax,aferente, [N];

Fc– forţele

Fig. 4.4. Epruveta pentru încercarea la tracţiune: a – cusecţiune rotundă; b – cu secţiune dreptunghiulară.

S0 - aria secţiunii iniţiale

a epruvetei, [mm2].De asemenea se poate

determina alungirea(lungirea) specifică (σ),

alungirea totală (At), alungirea la rupere (An) şi gâtuirea la rupere (Z):- lungirea (alungirea specifică) se referă la un element dintr-un corp ce se

deformează: ε = ΔL ⋅100;[ ] ,L

- alungirea totală (alungirea determinată de aplicarea unei sarcini);

At =Lu − L0⋅

L0

100 = ΔL ⋅L0

100;

[ ],

;

- alungirea la rupere (determinată pe epruvete după rupere, n – factor

dimensional)- gâtuire la rupere :

unde:

S S

Z = o −u

S0

An

= −

LuL0

L0

.100;[ ] ,

.100;[ ],

- L este lungimea epruvetei la un moment dat [mm]; L0 – lungimea iniţială[mm]; Lu lungimea după rupere [mm]; Soşi Su – aria secţiunii iniţiale şi ariaepruvetei în momentul ruperii[mm2].

Modul de lucru- Se studiază maşina de încercat şi se identifică comenzile;- Se măsoară epruvetele de încercat şi se completează tabelul 4.1;- Se prind epruvetele în capetele de prindere;- Se pune maşina în funcţiune şi se încearcă epruvetele până la rupere;- Se determină forţele, deformaţiile şi se măsoară epruvetele încercate;- Se completează tabelul 4.2. şi se calculează Rm, Anşi Z.

Tabelul 4.1Nr.crt.

Material Dimensiunile iniţiale ale epruvetelor, [mm] d0a0b0S0L0Lc Lt D B h

Tabelul 4.2Nr. Forţa Dimensiunile epruvetei după Alungirea la Gâtuirea la Rezistenţa lacrt. maximă

[N]rupere, [mm]duaubu Su Lu

rupere, [%]An

rupere, [%]Z

rupere Rm,[N/mm2]

4.2. Încercarea la compresiune Principii teoretice

Încercarea constă în aplicarea asupra epruvetei a unei sarcini decompresiune, în general până la ruperea ei, în vederea determinării anumitorcaracteristici. Încercarea se aplică la materiale la care prin încercarea la tracţiune nu se pot determina prea multe caracteristici, ca de exemplu: fonta, bronzul,alama, sau unele materiale de construcţii (ciment, cărămidă, beton, lemn).

La această încercare forţele sunt orientate în sensFig.4.5.Schema

încercării lacompresiune.

invers forţelor de tracţiune (fig. 4.5). Ele sunt dezvoltate tot de o maşină universală de încercatcare înregistrează automat deformaţiile epruvetei pe o curbă caracteristică (fig. 4.6). Ca urmare în loculalungirii epruvetei se obţine o scurtare, iar în loculgâtuirii, o umflare. De remarcat este faptul că la

29

compresiune ruperea se înregistrează numai la materiale fragile, la cele tenace se obţine o deformaţie plastică continuă, (în acest caz încercarea se efectueazăpână la o scurtare de 50%).

Pentru a se obţine o determinare bună la compresiune trebuie ca forţele de frecare între platourile maşinii şi epruvetă să fie mici. În acest

scop platourile de obicei se ung cu parafină, iar ruperea epruvetelor are loc inlungul lor şi nu după un plan la 450. (fig.4.7)

Epruvete şi determinări.

Epruvetele folosite au formăcilindrică având de cele mai multe ori diametrul egal cu înălţimea, sau conformstandardului în vigoare. Suprafeţeleepruvetei (bazele şi cea laterală) trebuie săfie prelucrate prin rectificare. În urma încercării epruveta îşi micşorează

Fig. 4.6. Curba caracteristică lacompresiune

lungimea şi îşi măreşte diametrul (fig.4.8.)

Prin încercare se pot determinaurmătoarele caracteristici de rezistenţă:- Rezistenţa la rupere la compresiune

F ⎡ N ⎤

Rc= max,⎢⎣

S0

mm 2 ⎥⎦ ;F ⎡ N ⎤

- Limita de curgere (aparentă) : R ce = ce

S0

, ⎢

⎣

mm 2 ⎥⎦ ;

Unde: Fmax (Fce) este forţa aferentă pentru alungirea specifică respectivă, în daNsau N; S0 – aria secţiuni iniţiale a epruvetei în [mm2]. De asemenea se mai pot determina scurtarea şi umflarea epruvetei cu următoarele relaţii:- scurtarea la rupere (la epruvete încercate până la rupere),

= − [ ] =L

AcnL0Lu⋅100; , n 0

L01,13S0

- umflarea secţiunii transversale a epruvetei la

rupere = −.100;[ ],

ZcSuS0

S0

Fig.4.7. Forme de rupereîncercarea la compresiunepentru epruvete din fontă.

unde: L0 este lungimea iniţială a epruvetei în [mm]; Lu

– lungimea la rupere în [mm]; S0 – aria secţiunii

iniţiale a epruvetei, [mm2]; Su – aria secţiunii larupere în [mm2].

Modul de lucru

Fig. 4.8. Epruvetă după încercare

Tabelul 4.3

- se măsoară dimensiunile epruvetelor şi se trecdatele în tabelul 4.3;

- se aşează epruvetele pe platoul inferior almaşinii de încercat, şi se aduce platoul superiorîn contact cu ea;

- se pune în funcţiune maşina şi se studiazădeformaţiile epruvetei;

- se citesc forţele indicate de maşină, - se măsoară epruvetele şi se trec datele în

tabelul 4.3, efectuându-se şi calculelenecesare

Nr. Material Forţa Dimensiunile epruvetei Rezis- Scur Um-crt. max.

Fmax,[daN]

IniţialeL0

[mm]d0

[mm]S0

[mm2]

FinaleLu

[mm]Du

[mm]Su

[mm2]

tenţalacom-presiuneRc

[daN/mm2]

tareaAcn

[%]

fla-reaZc

[%]

4.3. Încercarea la încovoiere.

Principii teoretice

Încercarea constă în aplicarea asupra epruvetei a unei sarcini de încovoierepână la ruperea acesteia, în vederea determinării anumitor caracteristici. Ea seaplică în general materialelor fragile (fonte); materialele tenace nu se pot încercaprin încovoiere deoarece ele sufere în acest caz o simplă îndoire.

Epruveta de încercat se aşează liber pe două role cilindrice şi asupra ei seaplică o forţă statică, la mijlocul distanţei dintre reazeme (fig. 4.9, forţa fiinddezvoltată de o maşină universală de încercat).

Sub acţiunea sarcinii epruveta se deformează (se încovoaie) şi la un moment dat se rupe. Ea suferă tensiuni de întindere la partea inferioară şi de compresiunela cea superioară; fibra medie rămâne însă de lungime constantă. Deformaţia peverticală a epruvetei în timpul încercării poartă numele de săgeată (f).

31

Epruvete şi determinări.

Pentru încovoiere se utilizeazăepruvete cilindrice cu raportul L/d0 >20, înstare turnată, prelucrate sau neprelucrate.În urma încercării se pot determinaurmătoarele caracteristici:- rezistenţa la rupere la încovoiere (σi),

Ri=Mi ⎡

;⎢⎣

N ⎤

2 ⎥⎦ ,

unde: Wz mm

Fig. 4.9 Schema încercării laîncovoiere.

Mî este momentul de încovoiere la rupere,(daN·mm); Wz – modulul de rezistenţă(mm3).Dacă ne referim la fig. 4.9 ,

Mişi .d03

Wz= π deci

l

Rî = π8..F

;

32 .d3max

8.l

c = π .d03 deci Rî = c.Fmax.

0

Valoarea consatantei c este dată de standard pentru diferite dimensiuni deepruvete.

Săgeata de încovoiere – f (mm) – este deformaţia epruvetei pe verticală înpunctul de aplicare al sarcinii. De obicei se măsoară direct la maşina de încercat.

Standardul indică pentru evitarea erorilor condiţiile de încercare din tabelul4.4.

Tabelul 4.4.Diametrul Lungimea Diametrul Distanţa dintre Raza piesei de Sarcinaepruvetei,do (mm)913203045

epruveteilo (mm) 2203004506501000

rolelorD (mm) 20 –3020 – 3050 – 6050 – 6050 - 60

reazemel(mm)180260400600900

apăsare(mm)10 – 1510 – 1525 – 3025 – 3025 - 30

R iniţială (daN)

2 – 44 – 610 – 2020 – 4040 - 80

Modul de lucru

- Se măsoară dimensiunile epruvetelor şi se trec în tabelul 4.5,- Se aşează epruveta la maşina de încercat,- Se pune în funcţiune maşina şi se urmăresc indicaţiile aparatelor,- Se trec rezultatele în tabel şi se fac calculele necesare.

32

Tabelul 4.5Nr. Materialcrt.

Dimensiuneaepruveteido lo

[mm] [mm]

Lungimea deînc.l[mm]

Diame-trulrolelorD [mm]

Razapieseideapă-sare R [m]

Sarcinaini-ţialăFi

[N]

Sarcinamax. Fmax[N]

Rezistenţa laîncovoiere Rî

[N/mm]

Săgea-ta F,[mm]

4.4. Încercarea la forfecare

Principii teoretice

Constă în aplicarea asupra epruvetei a unei sarcini de forfecare, în vedereadeterminării anumitor caracteristici. Este rar folosită şi se aplică mai ales lamaterialele care sub formă de piese finite vor fi solicitate la forfecare. Se aplicănumai la materialele care au rezistenţă la tracţiune sub 50 daN/mm2. În cazulîncercării la forfecare epruveta se rupe întotdeauna în două sau mai multe secţiuni(fig. 4.10). solicitarea la forfecare de cele mai multe ori nu este pură, ci este

însoţită de strivire, compresiune bilaterală şide încovoieri ale materialului încercat.

Epruvete şi încercări

Epruvetele utilizate sunt cilindrice sauparalelipipedice. La executarea lor trebuieavut în vedere ca ruperea să se producă lasolicitarea de forfecare pură. În urmaîncercării se determină rezistenţa de rupereprin forfecare.

F ⎡ daN ⎤ ⎡ N ⎤ ⎡ kgf ⎤

Fig. 4.10. Dispozitivul folosit laτr

= max

n S.0

; ⎢

⎣mm ;

2 ⎥⎦

⎢⎣

mm ;2 ⎥⎦

⎢⎣

mm 2 ⎥⎦;

încercare 1 – corpul, 2 – glisieră, 3 şi 4 - fălci de fixare,

5 – falcă de tăiere.

unde: Fmax este forţa maximă, (daN); S0 –secţiunea iniţială a epruvetei, (mm2); n –numărul secţiunilor de rupere prin forfecare(în cazul de faţă două)

Pentru o încercare corectă de forfecare pură trebuiesc respectate dateleprezentate în tabelul 4.6.

33

Tabelul 4.6 Diametrul epruvetei d Grosimea fălcii fixe Grosimea fălcii de Lungimea epruvetei

(mm)de la 2 la 5de la 5 la 8

de la 8 la 12de la 12 la 16de la 16 la 20de la 20 la 25

Modul de lucru

X (mm) 568

101216

tăiere Y (mm)5812162025

(minimă) (mm)152028364457

- Se măsoară dimensiunile epruvetei şi se trec valorile în tabelul 4.7,- Se introduce dispozitivul şi cu epruveta între platourile maşinii universale de

încercat,- Se porneşte maşina, se înregistrează indicaţiile aparatului de măsura şi se fac

Nr.

calculeleTabelul 4.7

Materialul Dimensiunile epruvetei Nr. de F max

necesare.

Rezistenţa lacrt. epruvetei lo

[mm]ao

[mm]bo

[mm]do

[mm]So

[mm2]secţi-uni, n

(daN) forfecare τr,

(N/mm2)

Studiind lucrarea, studentul trebuie să găsească răspuns la următoarele noţiuniteoretice şi practice:

• Definiţi limita de proporţionalitate a unui material şi explicaţi cum sunt lungirile specifice ale acestuia pe intervalul OA (vezi fig. 4.2);

• Care este punctul de pe curba caracteristică convenţională (vezi fig. 4.2),în care începe curgerea materialului?

• Cum sunt lungirile specifice ale materialului pe intervalul CD?; Cumeste definit acest interval?

• Pe ce interval de pe curba caracteristică a materialului acesta poate fimodelat (deformat plastic)?

• Cum este definită rezistenţa la rupere a unui material şi în ce punct de pecurba caracteristică a materialului are loc ruperea acestuia (vezi fig. 4.2)?

• Explicaţi curba caracteristică pentru materiale tenace şi materiale fragile?• Ce fel de tensiuni suferă un material care este încercat la încovoiere

(respectiv partea superioară şi partea inferioară a materialului)?

34

Lucrarea nr. 5ÎNCERCĂRILE NISIPURILOR DE TURNĂTORIE

Nisipurile de turnătorie sunt substanţe granulare rezultate dindescompunerea rocilor metamorfice sau eruptive, având drept component de bazăsilicea (SiO2), şi o anumită cantitate de componentă levigabilă (argilă).

Pentru ca nisipul să fie utilizat cu succes în turnătorie el trebuie să prezinteanumite proprietăţi fizico – chimice, dependente de o serie de factori specifici ca: forma granulelor, compoziţia granulometrică, conţinutul de minerale însoţitoarenocive (cu punct de fuziune scăzut, generatoare de gaze, etc.) şi altele, a cărorcunoaştere se realizează prin încercările aplicate nisipurilor.

5.1. Determinarea părţilor levigabile Principii teoretice

Prin părţi levigabile se înţeleg particulele minerale cu dimensiuni sub 0,02mm prezente în nisip, fie sub formă de praf între granule, fie sub formă de peliculeîn jurul granulelor de nisip, particule ce pot fi separate şi înlăturate prin spălărirepetate cu apă şi un agent de dispersie.

Partea levigabilă a nisipurilor constituie o componentă nedorită a acestora,întrucât influenţează negativ proprietăţile tehnologice ale amestecurilor de formarepreparate din nisipul respectiv.

Modul de lucru Se cântăresc 25 g nisip uscat şi se introduc într-un pahar Berzelius de 600

cm3 de tip înalt. Se adaugă 200 cm3 apă şi 25 cm3 soluţia de NaOH în apă 1% caagent de dispersie. În vas se mai introduce şi o bucată de sârmă de oţel φ 3 x 30mm cu rol de agitator pentru conţinutul paharului în timpul spălării.

Pentru spălare se va utiliza agitatorul magneticprezentat în fig. 5.1., timp de 5 minute. După spălare secompletează conţinutul paharului cu apă până la 550 cm3

(circa 125 mm de la fundul paharului) şi se lasă în repaus8 minute pentru decantarea nisipului.

Fig. 5.1. Agitator magnetic1 – carcasă suport,2 – motor electric cu turaţie reglabilă,3 – magnet permanent fixat de axul motorului,4 – platoul agitatorului,5 – paharul Berzelius,6 – conţinutul paharului (nisip, apă, tijă de sârmă).

După decantarea nisipului substanţele levigabile rămân în suspensie şi se îndepărtează prin sifonare folosind o ţeavă sifon (trompă) vezi fig.5.2.

35

Elementul de distanţare fixat de capătul scurt şi ţevii asigură sifonarea pânăla un nivel de 30 mm de fundul paharului, eliminând posibilitatea evacuării unorcantităţi de nisip din pahar.

Pentru înlăturarea completă a părţilor levigabile, se repetă spălarea încondiţiile arătate mai sus, până la obţinerea de apă complet limpede.

După ultima spălare şi sifonare a apei, conţinutulpaharului se trece prin hârtie de filtru, iar după scurgereacompletă a apei se usucă într-un uscător cu aer cald la temperatura de 1050C.

După uscare masa nisipoasă obţinută se cântăreştecu precizie şi se determină părţile levigabile cu relaţia: % părţi levigabile (P.L.) = în care:

m - masa iniţială a nisipului (25 g);m1- masa nisipului după spălare şi uscare.

Fig. 5.2. Schema sifonării 1 – ţeavă sifon(trompă); 2 – paharul

Berzelius

În tabelul 5.1 sunt prezentate cantităţile de nisipuriconform standardelor în funcţie de conţinutul în părţilevigabile.

Tabelul 5.1

% Părţi levigabileMax. 0,200,21 – 0,50 0,51 – 1,501,51 – 10,0010,10 – 20,0020,10 – 30,00

Denumirea nisipuluicuarţos Icuarţos IIcuarţos IIIslabsemigreagrea

Clasa nisipuluiNO2

NO5

N1,5

N10

N 20

N30

Rezultatele încercării efectuate vor fi trecute în tabelul 5.2.

Tabelul 5.2Denumirea m, m1,P.L. Denumirea nisipului Clasa nisipului Obs.nisipuluiutilizat

[g] [g] [%] (după tabelul 5.1) (după tabelul 5.1)

5.2. Determinarea granulaţiei Principii teoretice

Granulaţia este determinată de dimensiunile, forma şi uniformitateagranulelor nisipului de turnătorie. Prin aceste caracteristici influenţează hotărâtortoate proprietăţile amestecurilor de formare preparate.

Pentru obţinerea unor amestecuri de formare calitativ superioare serecomandă a se folosi un nisip cu granulaţie medie, uniformă şi cu granulerotunjite.

36

5.2.1 Determinarea granulozităţii Granulozitatea (compoziţia granulometrică) arată repartiţia procentuală în

masa nisipului a claselor dimensionale de granule de nisip.Determinarea granulozităţii se face prin cernerea mecanică a nisipului supus

încercării, printr-un set de site diferite suprapuse, montate pe un aparat de cernere(granulometru) ce produc mişcări oscilatorii în plan orizontal, fig. 5.3.

Fig. 5.3. Granulometru1 – motor electric, 2 – curea detransmisie, 3 – mecanism bielă –manivelă; 4 – platoulgranulometrului; 5 – tija de ghidare aplatoului; 6 – coloana de sitesuprapuse; 7 – dispozitiv de fixare acoloanei de site.

Conform standardelor un set complet de site este alcătuit din 14 site cu dimensiunile ochiurilor între 3,15 şi 0,063 mm.

În mod uzual pentru nisipurile de turnătorie sunt utilizate sitele cu dimensiunile ochiurilor de: 1,5; 1,0; 0,6; 0,3; 0,2; 0,1; 0,06 mm şi tava pentruparticule sub 0,06 mm.

Modul de lucruPentru determinarea granulozităţii se cântăreşte 100 g nisip uscat şi se

introduce în sita superioară a granulometrului. După fixarea capacului la coloanade site cu dispozitivul 7, se execută cernerea probei timp de 5 – 10 min. cu mişcărialternative orizontale a căror frecvenţă se stabileşte cu ajutorul unei rezistenţevariabile.

După efectuarea cernerii, coloana de site se desface şi se cântăreşte restul depe fiecare sită, rezultatele se trec într-un tabel după modelul tabelului 5. Tabelul 5.3

Dimensiunileochiurilor sitelor,[mm]1,51,00,60,30,20,10,06 tava

Rest pe site, [g] ; [%

23159201212

37

Suma procentelor cumulate,[%], care trece prin site

989594351532

Cu ajutorul datelor obţinute şi trecute în tabel se trasează curbe cumulative agranulozităţii nisipului studiat.

Pentru trasarea curbei se utilizează un sistem de coordonate având în abscisămărimea ochiurilor sitelor utilizate în scară logaritmică, iar pe ordonată trecereacumulativă prin site în procente. În fig. 5.4. este prezentată curba cumulativăpentru datele din tabelul 5.3.

5.2.2. Determinarea granulaţiei medii (M50)

Prin granulaţie medie (M50) se înţelege mărirea teoretică a ochiurilor sitei princare ar tece 50% din nisipul cercetat.

Granulaţia medie M 50 se determină grafic cu ajutorul curbei cumulativeconstruită şi prezentată în fig.5.4, la care în dreptul cifrei de 50 % se duce o linieparalelă la abscisă până la intersectarea curbei cumulative. Proiecţia punctului deintersecţie pe abscisă indică granulaţia medie; în exemplul luat M 50 = 0,36 mm.

Conform standardului, după granulaţia medie nisipurile pentru turnătorie se împart în cinci grupe arătate în tabelul 5.4.

Pentru exemplul dat (M 50 = 0,36 mm) conform tabelului 5.4 se poatestabili grupa: (M 50) 0,4 – nisip cu caracteristica dimensională mijlocie.

Fig. 5.4. Exemplu de curbă cumulativă

Tabelul 5.4 Granulaţie medieM 50 în, [mm]1,0 – 0,610.6 – 0,410,4 – 0,210,2 – 0,110,1 – 0,06

Simbolizarea grupei

(M 50) 1(M 50) 0,6(M 50) 0,4(M 50) 0,2(M 50) 0,1

38

CaracteristicadimensionalăFoarte mareMareMijlociuFinFoarte fin

5.2.3. Determinarea gradului de uniformitate (GU)

Gradul de uniformitate se determină prin calcul folosind valoarea obţinutăpentru granulaţie medie (M 50) cu ajutorul relaţiei:

GU = ( )4 ( )2

% % de nisip ce trece prin sită 3 M 50 − % de nisip ce trece prin sită 3 M 50Din această relaţie în primul rând se determină valoarea mărimilor:

4M

350 4

= ⋅3

=0,36 0,48

⋅ şi 23

2M 50 = ⋅

3

0,36 = 0,24

Cu valorile obţinute şi cu ajutorul curbei cumulative fig. 5.4, se determinămărimile din paranteze: pornind de la punctul 0,48 mm de pe abscisă cu overticală, până la curbă, iar de aici cu o linie orizontală până la ordonată rezultă %de nisip ce trece prin site cu dimensiunea ochiurilor de 0,48 mm, în cazul nostru93%, iar din punctul 0,24 mm de pe abscisă procedând la fel ajungem la cantitateade 21 % nisip ce trece prin sita cu dimensiunea ochiurilor de 0,24 mm. Înlocuindîn relaţia de bază rezultă: GU = 93 – 21 = 72 %

Pentru clasificarea nisipului după gradul de uniformitate, standardul stabileşte patru subgrupe cuprinse în tabelul 5.5. Tabelul 5.5.

Gradul de uniformitate GUîn, [%]

Simbolul subgrupei Caracteristica uniformităţii

>7070 - 6160 – 41<40

(GU) > 70(GU) 70(GU) 60 (GU) 40

foarte uniform uniformitate mareuniform neuniform

Pe baza tabelului 5.5 nisipul studiat cu gradul de uniformitate GU = 72% seîncadrează în subgrupa (GU) > 70 – foarte uniform.

5.2.4. Determinarea formei şi aspectului suprafeţei granulelor de nisip

Conform standardelor forma granulelor individuale de nisip poate fi:rotundă fig.5.5.a, rotunjită fig.5.5.b, colţuroasă fig. 5.5.c şi aşchioasă fig. 5.5.d.

S-a arătat că pentruobţinerea unor amestecuri deformare cu proprietăţi

Fig. 5.5. Forma granulelor de nisip

superioare sunt recomandatenisipuri cu granule rotunde saurotunjite, întrucât granulele deforme colţuroase

sau aşchioase determinăproprietăţi tehnologice inferioare, uneori chiar sub limitele minime impuse.

Aspectul suprafeţei granulelor individuale de nisip poate fi de două tipuri: 1 - neted; 2 - rugos. Granulele netede reţin mai greu stratul de liant în timp ce cele rugoase

asigură aderenţa mai bună a liantului şi determină şi rezistenţe mai ridicate aleamestecului preparat.

Pentru examinarea formei şi aspectului suprafeţei granulelor se utilizeazăcercetarea microscopică.

Nisipul de cercetat se aşează pe o placă de sticlă într-un singur strat, formaşi aspectul suprafeţei granulelor se stabileşte după numărul maxim al granulelor deacelaşi fel din suprafaţa câmpului vizual al microscopului.

Examinarea la microscop se va face pentru cel puţin trei clase de dimensiuniale nisipului rezultat de la proba de granulozitate.

După efectuarea completă a determinărilor referitoare la granulozitate,granulaţie medie, gradul de uniformitate, forma şi aspectul suprafeţelor granulelorpe baza clasificărilor şi simbolizărilor recomandate de standardizare se va notasimbolic nisipul, asemănător cu notarea nisipului din exemplu studiat:

N0,5. (M50)0,4(GU) >70.b2.

Studiind lucrarea , studentul trebuie să găsească răspuns la următoarelenoţiuni teoretice şi practice:

- Enumeraţi factorii specifici ai nisipurilor de turnătorie de care depindproprietăţile fizico-chimice ale acestora;

- Ce se înţelege prin părţi levigabile şi ce influenţă au acestea asupraproprietăţilor tehnologice ale amestecurilor de formare preparate din nisipulrespectiv;

- Caracterizaţi un nisip notat astfel: N20 (M50) 0,6 (GU) 60 b1;- Ce fel de nisipuri sunt recomandate pentru a obţine amestecuri de formare

cu proprietăţi superioare.

40

Lucrarea nr. 7EXECUTAREA MIEZURILOR DIN AMESTEC CU LIANŢI ORGANICI

ŞI USCAREA LOR.

7.1. Principii teoretice

Miezurile sunt elemente ale formei care reproduc golurile din pieseleturnate. Deoarece miezurile sunt înconjurate din mai multe părţi de metal lichid, în timpul turnării, ele trebuie să prezinte proprietăţi superioare comparativ cuformele.

Amestecurile de miez se prepară din nisip cuarţos spălat şi lianţi organici : dextrina care conferă miezului rezistenţă în stare crudă şi ulei vegetal care conferă rezistenţa în stare uscată.

Miezurile trebuie să prezinte permeabilitate şi rezistenţă ridicată, săfie compresibile şi să se dezbată uşor după răcirea piesei, caracteristici asigurate de lianţii de natură organică precizaţi, dar şi de răşinile termoreactive de tipul novolacului care duc la întărirea miezului folosind cutii de miez calde.

Miezurile se execută în cutii de miez de lemn şi metalice. Pentru sprijinirea miezurilor în forme, acestea sunt prevăzute cu mărci.

Cutiile de miez pot fi dintr-o singură bucată sau din două părţiasamblate cu bride sau cu şurub piuliţă fluture.

Miezurile în stare crudă se scot din cutiile de miez pe plăci de uscareplane sau profilate.

Îndesarea amestecului de miez în cutia de miez se poate face manual cubătătoare de lemn şi mecanic prin procedee specifice: suflare şi împuşcare.

Pentru mărirea permeabilităţii miezurilor, se fac canale de aerisire, prinînţepare cu vergele metalice, iar pentru mărirea rezistenţei mecanice se potintroduce armături profilate.

1 - bride de strângere2 - semicutii3 - miez4 - canale de aerisire

Fig.7.1. Cutie de miez din lemn

1 - armătură inelară2 - canale de aerisire

Fig.7.2. Cutie de miez metalică dintr-o bucată

44

Fig.7.3. Cutie de miez metalicădin două bucăţi cu mai multe

locaşuri1 - miez; 2 - marca miezului3 - armătură4 - canal de aerisire

Uscarea miezurilor are ca scop creşterea rezistenţei mecanice a acestora(de cel puţin 10 ori comparat cu miezurile crude). In acelaşi timp se asigurăreducerea cantităţii de gaze ce se degajă la turnare şi a vaporilor de apă, mărindastfel permeabilitatea.

Ciclul de uscare cuprinde următoarele etape:- încălzire lentă pentru a evita evaporarea apei, doar din straturile

superficiale ale miezurilor;- uscare propriu-zisă când are loc oxidarea liantului (uleiul vegetal),

cu formarea unei structuri spaţiale ce leagă rigid grăunţii de nisip între ei;- răcirea miezurilor în uscător;

Temperatura de uscare depinde de natura liantului, iar timpul de uscarede grosimea miezurilor (T = 2200C).

Culoarea optimă este cea brună. După uscare miezurile se curăţă debavuri.

7.2. Modul de lucru

Fig.7.4. Placă de uscare pentru miez

amestec prin radere;

-

-

-

Se curăţă şi se asambleazăcutiile de miez;Se îndeasă amestecul de miezîn straturi succesive cubătătoarea de lemn;Se îndepărtează surplusul de

- Se introduc armături metalice la sfârşit sau între straturile îndesate, în funcţie de configuraţia miezului;

- Se fac canale de aerisire prin mărci, cu vergele metalice;- Se scot miezurile pe plăci de uscare adecvate;

- Se pulverizează apă pe toată suprafaţa miezului (pentru a compensaevaporarea inegală).

- Se introduc miezurile în uscător,unde se menţin până laobţinereaculori brune.Să se proiecteze tehnologiade confecţionare a unui miez

Fig.7.5. Tehnologie de confecţionare a miezului

45

(cutii de miez, plăci de

uscare) pentru o piesă dată (fig, 7.5).

Studiind lucrarea, studentul trebuie să găsească răspuns la următoarelenoţiuni teoretice şi practice:- Ce sunt miezurile şi ce rol au ele?- Care este componenta amestecului de miez şi care este tehnologia de execuţie

a miezurilor?

46

Lucrarea nr. 8EXECUTAREA MANUALĂ A FORMELOR TEMPORARE


Executarea formelor este denumită pe scurt formare. Ea este operaţia dinprocesul tehnologic al unei piese turnate, care realizează cavitatea ce reproduce conturul viitoarei piese.

Formarea manuală, deşi formarea mecanizată este mult mai productivă,este o metodă de bază în fabricarea pieselor turnate. Sa se poate aplica la pieselemici şi simple, sau la piese meri şi complice te al este singura metodă de formare recomandată pentru piese unicate.

Formarea manuală se poate aplica la diverse metode de turnare ca: formare în rame, în solul turnătoriei, fără rame, în miezuri; cea cu nai sulte posibilităţi de aplicare rămânând totuşi formarea în rame. Ea se poate realiza în două sau mai multe rame. Ea se poate realiza în două sau mai multe rame de formare după complexitatea piesei.

La formarea manuală în rame de formare sunt necesare amestecuri deformare şi de miez, unelte şi utilaje pentru formare.

Amestecul de formare este compus din nisip (SiO2), liant (argilă,bentonită, ciment, silicat de sodiu, uleiuri vegetale, răşini sintetice, dextrină, etc.) şi materiale auxiliare (adaosuri pentru îmbunătăţirea proprietăţilor amestecurilor).

Modelul şi miezul ne ajută să realizăm cavitatea formei (modelulreproduce configuraţia exterioară a piesei, iar miezul golurile interioare). Miezul larândul lui se execută într-o cutie de miez şi se aşează în formă pe nişte locaşuri denumite mărci.

Modelele se execută dintr-o singură bucată sau din mai multe, separarea făcându-se prin plan de separaţie. Ele au dimensiuni mai mari decâtpiesa finită. Surplusul la cotă este constituit din adaosul de prelucrare, adaosultehnologic şi de contracţie. Modelele conţin şi marca miezului. Modelele şicutiile de miez se execută din lemn, materiale metalice, răşini sintetice, maseplastice, etc.

Modelele se vopsesc după metalul ce se va turna şi anume: albastrupentru oţel, roşu pentru fontă, galben pentru aliaje neferoase, negru pentru miez, mărci de miez, maselote şi reţea de turnare.

Planul de separaţie al modelului este acelaşi cu al piesei şi el stabileşte poziţia piesei în formă.In majoritatea cazurilor pentru formare se utilizează o pereche de rame cu dimensiunile corespunzătoare pieselor ce se vor turna. Ele se toarnă dinmateriale metalice şi se asamblează cu ajutorul ştifturilor de ghidare.

Trusa cu unelte de turnătorie la formarea manuală mai cuprinde înmare următoarele: bătător manual, sită pentru cernut amestec, sac pentrupudră, troilă, vergele, lopată, lansetă, perie, suflător pentru lichide şi croşetă(fig. 8.1).

47

În figura 8.2, se prezintă o formă pregătită pentru turnare destinatăobţinerii piesei 1, cu toate părţile componente. Suprafaţa care despartesemiforma inferioară de cea superioară se numeşte suprafaţă sau plan de separaţieal formei şi este acelaşi cu cel de la model

Fig.8.1. Trusa cu unelte pentru turnătorie1. bătător manual; 2 - troilă; 3 - lansetă; 4 - croşetă; 5 - ac pentru găuri de aerisire;

6 - vergea pentru dezbătut şi extras modelul; 7 - ştift de ghidare

Fig.8.2. Obţinerea unei piese turnate1 - piesa finită; 2 - model (compus din două părţi); 3 - miez;

4 - rama superioară şi semiforma superioară; 5 - rama inferioară şi semiforma inferioară; 6 - cavitatea formei; 7 - canale de ventilaţie; 8 - ştifturi de ghidare; 9 - pâlnie de turnare;

10 - picior de turnare; 11 - canal de alimentare

Ansamblul compus din pâlnie de turnare, picior şi alimentare formeazăreţeaua de turnare

8.2. Formarea manuală a unei piese cu un singur plan de separaţie şifără miez

Pentru realizarea formei se utilizează un amestec cu următoareacompoziţie: nisip de Aghireş, amestec utilizat, bentonită şi apă.

48

Fig.8.3. Prezentarea succesiunii operaţiilor la formarea unei piese simplePentru executarea formei trebuie parcurse mai multe operaţii şi anume:

- Se aşează modelul (2) pe masa (1); se aduce rama de formare (3) şi pudrează modelul şi masa cu pudră de izolaţie; se cerne un strat de amestec de 3o - 4o mm şi se îndeasă cu mâna; se completează restul formei cu straturi deamestec îndesându-se cu bătătorul (4); ultimul strat se îndeasă cu partea lată abătătorului; se îndepărtează surplusul de amestec cu o riglă metalică; se dau canale de ventilaţie (5) cu o vergea metalică şi semiforma inferioară este gata (fig. 8.3 a).- Se roteşte semiforma inferioară cu 1800şi se aşează rama superioară

(6) cu ajutorul ştifturilor de ghidare (7); se presară nisip uscat cu pudră deizolaţie; se fixează modelul piciorului de turnare (8) şi se repetă operaţiile de îndesare ca la semiforma inferioară; se îndepărtează surplusul de amestec şi se dau canale de ventilaţie (9).

- Se ridică semiforma superioară, se aşează la 900 pe masă şi se execută pâlnia de turnare (11); se extrage modelul pentru piciorul de turnare (8). În se-miforma inferioară se execută canalul de alimentare (10) şi colectorul de zgură(11) şi se extrage modelul (2) cu ajutorul unei vergele (operaţie denumitădemulare).

- Se repară eventualele defecte în cele două semiforme şi seînchide semiforma superioară peste cea inferioară cu ajutorul ştifturilor de ghidare (fig.8.3 b).

- Se asigură forma contra presiunii hidrostatice a metalului lichidaşezând peste semiforma superioară greutăţi, sau se fixează cubride şi forma este gata pentru turnare.

8.3. Formarea manuală a unei piese cu un plan de separaţie şi cumiezuri

Pentru exemplificare vom lua tot piesa din figura 8.2. Formarea vanecesita de asemenea mai multe faze:

In primul rând se analizează piesa şi modelul şi se stabileşte planul de separaţie. Se execută la fel ca în cazul precedent semiforma inferioară cumodelul inferior; se întoarce semiforma inferioară la 1800, se aduce ramasuperioară, se aşează modelul superior; în rest operaţiile sunt aceleaşi ca în cazulprecedent.

După demulare se are grijă ca înainte de a se închide forma să semonteze miezul în semiforma inferioară. Fixarea miezurilor se realizează

49

orientându-le astfel ca mărcile lor să se aşeze în mărcile formei, care nu suntaltceva decât negativul mărcilor miezurilor. Se verifică exactitatea execuţiei.

Dacă totul este în ordine forma se închide, se asigură şi se poate turna,

8.4. Modul de lucru

- Printr-o aplicaţie demonstrativăstudenţii îşi vor însuşi fazele de execuţie a unei forme;

- Executarea individuală a unei forme de către studenţi şi pregătirea eipentru turnare;- Se va studia piesa din figura 8.4 şi se va stabili planul de separaţie

Fig. 8.4.

şi poziţia de turnare; se va schiţa modelul, miezul şi o secţiune prin formă.Studiind lucrarea, studentul trebuie să găsească răspuns la următoarele

noţiuni teoretice şi practice:- Care este tehnologia de execuţie a formelor manuale şi ce rol au ele?- Care sunt etapele de turnare in forme manuale?

50

Lucrarea nr.10.TURNAREA ÎN FORME TEMPORARE ŞI ÎN FORME PERMANENTE

CU DETERMINAREA FLUIDITĂŢII ALIAJULUI UTILIZAT.


În cadrul tehnologiilor actuale, obţinerea pieselor şi semifabricatelor printurnare este unul dintre cele mai răspândite procedee. Prin turnare se pot reproducegeometrii complicate, iar parametrii mecanici se pot menţine constanţi la un numărmare de piese.

Turnarea este procedeul de obţinere a pieselor din aliaje metalice în urma introducerii în stare lichidă şi solidificării lor în cavitatea unei forme de turnare.Cavitatea formei reproduce negativul geometric al piesei. La stabilireadimensiunilor cavităţii formei se ţin cont de unele fenomene specifice procesului de solidificare şi răcire, precum şi de adaosurile necesare prelucrărilor mecaniceulterioare.

În practica industrială se aplică numeroase procedee de turnare, diferenţiateprin tehnologie de execuţie a formelor, prin natura materialului formei, prin modul de introducere a metalului topit în cavitatea formei, etc.

În funcţie de numărul de piese turnate care se pot obţine cu aceeaşi formă,procedeele de turnare se pot clasifica în:

a) turnarea în forme temporare, unde forma serveşte pentru obţinerea uneisingure piese, forma distrugându-se la dezbaterea piesei turnate;

b) turnarea în forme permanente, unde se poate obţine un număr mare de piese cu aceeaşi formă;

c) turnare în forme semipermanente, unde se pot efectua câteva turnări într-o singură formă, după reparaţii intermediare între două turnări. Este o metodă mai rar aplicată în industria constructoare de maşini.

După alte criterii de clasificare, turnarea se poate efectua în forme staticesau în forme care se află într-o mişcare de rotaţie. Metalul lichid poate fi introdusîn cavitatea formei cu suprapresiune (turnare sub presiune) sau fără suprapresiune (turnare statică). Introducerea aliajului lichid se poate face în partea superioară acavităţii formei (turnare directă), în partea inferioară (turnare indirectă) sau înplanul de separaţie (vezi fig. 10.1.).

Fig. 10.1. Metode de turnare ale formelora. turnarea directă (pe sus), b. turnarea indirectă (în

sifon), c. turnarea în planul de separaţie.

54

10.1.1. Topirea aliajului în vederea turnării

Pentru a putea fi turnate, metalele şi aliajele se topesc şi se supraîncălzescpână la o temperatură care să asigure umplerea completă a formei şi o structurăcorespunzătoare pieselor turnate. Topirea se execută în instalaţii speciale, numitecuptoare de elaborare.

Topitura obţinută în urma elaborării aliajului se transportă la locul de turnare cu ajutorul oalelor de turnare. Oalele de turnare în principiu se confecţionează dintr-o manta metalică sudată din tablă de oţel, căptuşită la interiorcu un material refractar, de obicei şamotă. În funcţie de natura aliajului se poateutiliza oala de turnare cu dop (la oţeluri) sau oală de turnare cu cioc (la turnareafontei şi a aliajelor neferoase).

10.1.2. Turnabilitatea materialelor metalice

Aliajele elaborate în vederea turnării sunt caracterizate prin proprietateatehnologică de turnabilitate. Turnabilitatea metalelor şi aliajelor este proprietatealor de a curge şi de a ocupa întregul volum ce au la dispoziţie cavitatea formei.

Turnabilitatea este influenţată de unele proprietăţi fizice a aliajului elaborat,ca:

− fuzibilitatea – este proprietatea metalelor şi aliajelor de a trece din staresolidă în stare lichidă. Temperatura la care se produce această formaredefineşte fuzibilitatea aliajului.

− Tensiunea superficială – este forţa exercitată în suprafaţa lichiduluidatorată interacţiunii dintre atomii din stratul superficial şi cei dininteriorul lichidului. În general, metalele şi aliajele în stare lichidă autensiunea superficială mare. Datorită acestui fapt se obţin piese cusuprafeţe netede, fiindcă aliajul lichid nu va copia întocmai cele mai mici detalii ale suprafeţei formei (de exemplu forma granulelor de nisip).

− Fluiditatea – este proprietatea metalelor şi aliajelor aflate în stare lichidăde a curge cu uşurinţă şi de a umple cavitatea formei.

Fig. 10.2. Model utilizat pentru confecţionarea formei pentru proba spirală.

55

În cazul turnării unor piese cu pereţi subţiri aliajul elaborat trebuie să aibă ofluiditate foarte bună pentru a asigura umplerea completă a cavităţii formei. La alegerea compoziţiei chimice a aliajului dintr-un sistem binar, trebuie să avem în vedere faptul că aliajele eutectice şi metalele puire au fluiditatea cea mai bună.

Fluiditatea se poate determina numai practic prin mai multe procedee. Ceamai utilizată dintre acestea este proba spirală. Aceasta constă în turnarea aliajuluielaborat într-o formă temporară cu cavitatea în formă de spirală. Secţiunea spiralei este un triunghi echilateral cu latura de 10 mm (vezi fig. 10.2. Spirala are o lungime totală de 1500 mp, iar marcajele care se află la distanţa de 50 mmuşurează aprecierea fluidităţii.

Fig. 10.3. Elementele unei forme temporare.1-rama superioară, 2-ştift de ghidare, 3-rama inferioară, 4-miez,

5-cavitatea formei, 6-canale de aerisire, 7-pâlnie de turnare, 8-filtru dezgură, 9-piciorul de turnare, 10-colector de zgură, 11-canal de alimentare,

12-amestec de formare îndesat.

Alimentarea formei în aliaj lichid se realizează în centrul formei, iar dupăsolidificare se determină lungimea parcursă de aliaj în spirală. Cu cât este mai mare această lungime, cu atât avem o turnabilitate mai bună. Cavitatea formei esteobţinută n amestecul de formare îndesat corespunzător în cele două rame deformare, centrate între ele prin ştifturile de ghidare. Aliajul lichid este condus spre cavitatea formei prin reţeaua de turnare. Canalele de aerisire mărescpermeabilitatea formei şi permit evacuarea gazelor ce apar în timpul turnăriipiesei.

Separarea zgurei şi a altor impurităţi este asigurată prin executareaconvenabilă a pâlniei de turnare, prin introducerea unor filtre ceramice la limitadintre pâlnie şi piciorul pâlniei de turnare şi prin colectorul de zgură.

10.2. Turnarea în forme temporare

Turnarea în forme temporare este procedeul cel mai răspândit. Este utilizatla obţinerea unei singure piese, forma distrugându-se la dezbaterea piesei turnate.Rentabilitatea acestui procedeu este asigurată de preţul de cost redus al formelor

56

de turnare, constituite din materiale de forme ieftine, cum ar fi: nisipul cuarţos,liantul mineral şi apa.

Elementele mai importante ale unei forme temporare sunt prezentateschematic în fig. 10.3.

În urma solidificării aliajului rezultă un semifabricat în care sunt înglobatesurplusuri de material necesare procesului tehnologic de prelucrare şi tehnologiei de turnare. Acest semifabricat se extrage din formă prin dezbatere, operaţie careconstă din fragmentarea amestecului de formare (de obicei prin vibrare) şidezbaterea miezului. După îndepărtarea reţelei de turnare, semifabricatul turnateste curăţat, iar ulterior prelucrat prin aşchiere, rezultând astfel piesa finită.

10.3. Turnarea în forme permanente

Prin forme permanente înţelegem acele forme care rezistă la un număr marede turnări, fără să necesite remedieri.

Formele permanente prezintă o rezistenţă mecanică foarte ridicată,utilizându-se atât la turnări statice cât şi la turnări dinamice.

Forma permanentă este executată din aliaje metalice – fontă, oţel, aliajeneferoase – prin turnare sau prin aşchiere. Dacă grosimea pereţilor formeipermanente este aproximativ constantă, se poartă denumirea de cochilă, iar în caz contrar vorbim de matriţă.

Materialul, forma şidimensiunile formelor permanentedepind de aliajul care se toarnă şi suntîn strânsă dependenţă cu mărimea şiconfiguraţia piesei turnate.Constructiv, ele sunt executate fiedintr-o singură bucată, fie din maimulte bucăţi, centrate şi asamblatedemontabil pe suprafeţe de separaţie(fig.10.4). La cochile, pentru

Fig.10.4. Formă metalică pentruturnarea unui piston

1-semicochilie, 2-miezuri, 3-cavitatea formei.

rigidizarea cât mai bună se prevăd şinervuri exterioare. Cavităţile şigolurile piesei turnate se pot realiza cuajutorul miezurilor. Acestea se pot confecţiona din aliaje metalice sau dinamestecuri de miez. Construcţiaformelor permanente trebuie săpermită extragerea uşoară a miezurilormetalice din piesa turnată cât şi apiesei din formă. Pentru reducereaşocurilor termice cât şi pentru

obţinerea unor structuri convenabile, formele permanente se încălzesc înainte deturnare, iar suprafeţele lor active se acoperă cu vopsele refractare.

57

10.4. Modul de lucru

Cu ajutorul modelului prezentat în figura 10.2. se execută o formătemporară în vederea determinării fluidităţii aliajului cu proba spirală.

Se demontează cochila existentă în laborator, identificând părţilecomponente şi se montează din nou, pregătind pentru turnare.

Într-un cuptor cu flacără se topeşte aliajul şi se toarnă atât în proba spiralăcât şi în cochilă şi în forma temporară.

După dezbaterea formei spirale se apreciază lungimea de pătrundere aaliajului (ajutându-ne de semnele de pe spirală care se află la distanţa de 50 mm) şise determină fluiditatea lui.

Se dezbate piesa din forma temporară, se scoate piesa din cochilă şi vor ficomparate din punct de vedere a calităţii suprafeţelor obţinute.


− Ce metode de umplere se utilizează la turnarea în forme temporare!?− Care sunt factorii care influenţează turnabilitatea metalelor şi aliajelor?− Prin ce metodă se determină turnabilitatea aliajelor?− Care sunt particularităţile turnării în forme temporare?− Care sunt particularităţile turnării în forme permanente?

58

M

ater

ialu

l t

i

Lucrarea nr. 12

FORJAREA LIBERĂ MECANICĂ.

Prelucrarea prin defromarea plastică a metalelor face parte din procedeeletehnologice la care transformările semifabricatului in piesa finită au loc fărăproducere de aşchii.

Produsele realizate prin procedee de deformare plastică pot fi piese careservesc ca semifabricate intermediare (care vor fi prelucrate in continuare prinaşchiere sau alt procedeu) sau pot fi piese finite.

Principalii factori care intervin în procesele de transformare interne suntforţe exterioare de deformare, căldura si timpul.

12.1. Operaţiile de bază ale forjării libere

Principii teoretice Forjarea liberă este procedeul de prelucrare a metalelor prin deformare

plastică cu ajutorul unor scule simple, plane sau profilate. Prin acest procedeu se prelucrează oţeluri carbon şi aliate, aliaje de cupru,

etc.Operaţiile de bază practicate la forjarea liberă sunt: refularea, întinderea,

găurirea, îndoirea, răsucirea, crestarea si debitarea.

Refularea este operaţia prin care se reduce înalţimea semifabricatului si seobţine o creştere a secţiunii transversale perpendiculare pe direcţia de acţionare aforţei. Se deosebeşte refularea plană (fig. 12.1.a) si refularea cu proeminenţe (fig.12.1.b).

În primul caz se utilizează scule plane, în al doilea caz scule cu cavităţi, incare se formază proeminenţe. Pentru buna reuşita a operaţiei se recomandă caraportul dinte înălţimea h0si diametrul iniţial d0al semifabricatului h0/ d0 < 2,5 ,iar secţiunea iniţială să fie circulară.

Întinderea este operaţia prin care se urmăreşte lungirea semifabricatului reducând secţiunea transversală perpendiculară pe direcţia de lungire (fig. 12.1.c).

Întinderea poate fi privită ca o succesiune de refulări locale, realizate prindeformări succesive ale unor zone alăturate, aplicând in acest scop loviturisuccesiv alăturate. Întinderea poate fi: simplă, cu lătire, cu profilare, cu deplasareaxială.

Găurirea este operaţia prin care se realizează secţiuni goale ale pieselorforjate sau ale unor porţiuni ale acestora (fig. 12.1.d). Găurirea poate fi pătrunsăsau nepatrunsă.

Tăierea este operaţia prin care sunt separate total sau parţial dintre elediferite porţiuni ale semifabricatului (fig. 12.1.e)

66

Îndoirea este operaţia de schimbare in spaţiu a orientării axei longitudinale apiesei forjate.Îndoirea se poate realiza liber sau în scule de îndoire (fig. 12.1.g).

Răsucirea este operaţia de rotire in jurul axei longitudinale a unei porţiunifată de alta a piesei forjate (fig. 12.1.h).

12.2. Unelte si scule folosite pentru forjarea liberă se clasifică in funcţie de destinaţia lor in urmatoarele categorii: de bază, intermediare si ajutatoare (fig.12.2.). Din categoria sculelor de bază fac parte nicovalele (fig. 12.2.a) care pot fiplane, combinate sau profilate. Dălţile, vergelele, dornurile, matriţele arcuite (fig.12.2.b,c,d,e) sunt scule intemediare iar scule ajutătoare sunt: cleşti pentruîntindere, pentru refulare, pârghii pentru răsucire si verificatoarele (fig. 12.2.f,g).

Fig. 12,1. Operaţii de bază ale forjării libere :

1 a - refulare simplă; refulare cu proeminenţe ; c - întindere ; d - găurire ; e - tăierecrestare îndoire liberă ; g - îndoire în matriţă ; h - răsucire.

2.3. Tehnologia de forjare cuprinde mai multe etape: aducereasemifabricatului în stare de plasticitate maxima prin încălzire, trasportulsemifabricatului încălzit cu o unealtă adecvată la locul de forjare, execuţiaoperaţiilor de forjare cu unelte şi scule adecvate, verificarea formei rezultate inurma forjării.

Documentul scris care cuprinde toate datele necesare executării tehnologicea unui reper se numeşte plan de operaţie.

Întocmirea desenului piesei forjate (fig. 12.3) este operaţia de pornire.

Fig.12.2. Unelte si sculepentru forjarea liberă:

a – plăci de berbec şi denicovală; b – daltă; c –vergea; d – dorn; e –matriţă arcuită; f –cleşte; g – pârghie

pentru răsucire67

Piesa forjată va fi dimensional mai mare decât piesa finită. Diferenţa dedimensiune dintre piesa finită şi piesa forjată este materializată de adaosuri deprelucrare.

Surplusul de metal pe piesa forjată conditinat de limitele tehnologiei deforjare liberă se numeşte adaos tehnologic.

Fig.12.3. Schema întocmirii desenuluipiesei forjate

A-piesa forjată; B – piesa finită;

C – adaos de prelucrare; D – adaos tehnologic

Fig. 12.4. Schema pirometrului optic

1-obiectiv; 2-ocular; 3-bec cu filamentspecial; 4-sursa de curent;

5-întrerupator; 6-reostat pentru reglareabrută;7-reostat pentru reglarea fină; 8-

miliampermetru;

9-filtru de protecţie; 10-filtru de lumină.

Încălzirea semifabricatelor se face în scopul micşorării rezistenţei la deformare a metalului şi de ridicare a plasticităţii acestuia.

Regimul de încălzire se stabileşte în funcţie de calitatea materialului piesei.Pentru C 45, temperatura trebuie să se situeze înte A3+ (30 - 500C) si A4-(150 -2000C). Măsurarea temperaturii semifabricatelor încălzite se face cu ajutorul pirometrului optic. Schema acestuia este prevazută in fig. 12.4.

Utilajul pe care se execută în laborator operaţia de forjare liberă este un ciocan autocompresor (fig.12.5).

Fig.12.5. Schema de funcţionare aciocanului autocompresor

1-motor electric; 2-transmisie princurele; 3-volant; 4-mecanism bielă-manivelă; 5-piston compresor; 6-cilindru compresor; 7-sertăraşe decomandă; 8-canal de evacuare; 9-

cilindru de lucru; 10-piston cuberbec; 11-placă de berbec cu

nicovală; 12-şabotă; 13-manetă decomandă; 14-sistem de pârghii pentru

comanda cu piciorul

68

12.4. Modul de lucru:

În cadrul lucrării de laborator se vor executa operaţiile de bază ale forjăriilibere şi demonstrativ o piesă simplă.

Se vor schiţa etapele pentru obţinerea piesei obţinute prin forjarea liberă,exemplu anexa I la prezenta lucrare.


- Care sunt operaţiile de bază ale forjării libere?

- Ce avantaje prezintă ciocanul autocompresor?

- Pe ce principiu funcţionează pirometrul optic?

69

Lucrarea nr. 14.

SUDAREA ŞI TĂIEREA CU FLACĂRĂ OXI – GAZ


În practica sudării oxi-gaz şi a tăierii termice a aliajelor se utilizează călduradegajată de flacăra produsă la arderea unui amestec de oxigen cu un gazcombustibil cum ar fi: acetilenă, hidrogen, metan, butan, propan, gaz de cocseriesau biogaz. Reacţiile chimice produse între gazul combustibil şi oxigen trebuie săaibă caracter exoterm şi sunt însoţite ca fenomen secundar de emisia de lumină.

Gazul combustibil utilizat pentru sudarea cu flacără oxigaz se alege înfuncţie de caracteristicile aliajului prelucrat şi trebuie să asigure puterea caloricănecesară topirii locale a semifabricatelor, fapt determinat de temperatura de ardere în amestec cu oxigenul.

Sudarea cu flacără oxi-gaz este un procedeu cu aplicabilitate restrânsădatorită productivităţii scăzute, dificultăţilor în manipulare şi pericolului mare de explozie.

14.2. Sudarea cu flacără oxi-acetilenică

Acetilena (C2H2) – datorită temperaturii mari de ardere şi puterii caloriceridicate este cel mai utilizat gaz combustibil, în cazul sudării cu flacără oxi-gaz.Flacăra oxi-acetilenică are o structură complexă – în funcţie de natura reacţiilorchimice care au loc şi cuprinde următoarele zone (fig. 14.1):

a – sâmburele nucleului format din amestec de C2H2+ O2;b – nucleul flăcării – zona de ardere intensă şi oxidare primară

C2H

O

+ → + + 450.222 (1)

2 2 2CO H2J

c – zona reducătoare – puternic exotermă

+ +2CO H2

3O2

→ 2CO2+ H O ↑ +851.940J (2)

2 2

d – zona flăcării secundare unde se produce oxidarea completă( Δx = 2 ÷ 4mm ).

Temperatura maximă a flăcării se obţine în zona reducătoare, loc în care trebuie să poziţionăm şi piesa de sudat. Căldura dezvoltată de flacăra oxi-acetilenică creşte – dar nu proporţional – cu consumul de acetilenă şi este dependentă de amestecul intim al gazelor în amestec. Pentru o ardere completă,raportul volumic - β0 – între oxigenul şi acetilena care participă la reacţie, estesupraunitar.

În acest sens se poate defini:74

β =QO2=

V ⎡ 3/ ⎤

0 O2 ⎢m h

3⎥ (3)

Q HC22

VCH2 2 /

⎣ m h ⎦

- flacăra oxidantă β0=

- flacăra normală β0=

1.2 ÷1,5 ;

1.1 ÷1,2 ;

- flacăra carburantă β0= 0,7 ÷1.

Alegerea adecvată atehnologiei de sudare şi acaracterului flăcării înconcordanţă cu natura aliajuluitopit şi cu grosimea tablelor,conduce la reuşita unei suduri de calitate, obţinându-se ocusătură sudată netedă şiuniformă, fără arderi dematerial.

Tehnologia de sudareeste influenţată de următoriifactori:

- raportul β0al amestecului O2/ C2H2;

Fig. 14.1. Structura şi repartiţia temperaturii în lungul flăcării

piesei în zona de temperatură maximă;

- viteza gazului prinajutajul arzătorului;

- poziţionarea corectă a

- înclinaţia arzătorului pentru a dirija flacăra faţă de piesă;- viteza şi metoda de sudare;- grosimea şi proprietăţile termofizice ale piesei de sudatPentru a realiza o îmbinare de calitate prin sudare oxi-gaz, este necesar să

poziţionăm arzătorul astfel încât flacăra să topească în acelaşi timp ambele zone deîmbinare ale semifabricatelor precum şi capătul vergelei din material de adaos.Concomitent cu avansul în lungul cusăturii sudate, arzătorul trebuie să efectueze mişcări de pendulare transversale pe axa sudurii. Aceste mişcări uniformizeazătemperatura în zona sudurii, preâncălzesc zona de sudare şi topesc marginile semifabricatelor, obţinându-se o topitură omogenă. Vergeaua din metal de adaosexecută mişcări în concordanţă cu arzătorul, asigurând în acelaşi timpcompensarea topirii capătului cald care nu va părăsi flacăra – pentru a evitaoxidarea lui şi impurificarea cu oxizi a cusăturii sudate.

75

Unghiul de înclinare al duzei arzătorului faţă de cusătura sudată estedependent de grosimea tablei şi este mai mare pentru piese mai groase (fig. 14.2). Pregătirea marginilor tablelor – fig. 14.3 – astfel încât să se asigure o topire bună a zonei de îmbinare, se face în funcţie de grosimea şi forma piesei.

Fig. 14.3. Pregătirea marginilor tablelor Fig. 14.2. Unghiul de înclinare al duzei arzătoruluifaţă de suprafaţa metalului în funcţie de grosimeapiesei: 1 – metal de bază, 2 – arzător,3 – unghi de înclinare, 4 – material de adaos.

în funcţie de grosimea piesei:a – cap la cap cu margini răsfrânte, b –cap la cap fără pregătirea marginilor, c – cap la cap în V, d – de colţ şi în T.

Flacăra secundară şi dirijarea fluxului de căldură defineşte tehnologia desudare în funcţie de grosimea materialului.

Fig. 14.4. Metodă de sudare înainte: 1 – arzător, 2 – metal de adaos,3 – metal de bază, 4 – sensul de sudare, 5 – cordonul de sudură, 6 – rostul îmbinării.

Metoda de sudare spre înainte este aplicată în general tablelor subţiri dinoţel cu sudabilitate bună, cu grosime până la 4 mm, sau din aliaje neferoase cupunct de topire scăzut. Arzătorul dirijează flacăra în sensul avansului de sudare,preâncălzind zona ce se va suda (fig. 14.4.).

76

Metoda de sudare spre înapoi – fig. 14.5 – se aplică tablelor groase dinoţeluri cu sudabilitate acceptabilă şi asigură dirijarea flăcării spre zona deja sudată.În acest fel, flacăra secundară menţine temperatura cusăturii sudate şi se evitărăcirea rapidă cu influenţele sale nefavorabile în zona influenţată termic.

Puterea arzătorului –cuantificată prin numărulbecului – se alege în funcţie de grosimea materialului de bază şieste proporţională cu debitul orar al acetilenei (amesteculuicombustibil). Experimental aufost probate următoarele relaţii:

QC2H2=120g -

sudarea spre înainte;QC2H2

=100g

sudarea spre înapoi.

pentru

- pentru

Fig. 14.5. Metodă de sudare înapoi: 1 – arzător, 2 – metal de adaos, 3 – metal de bază, 4 – sensul desudare,5 – rostul îmbinării, 6 – cordonul de sudură.

14.3. Tăierea oxi-gaz

Principii teoretice.Tăierea cu flacără oxi-gaz este

posibilă numai dacă materialul de tăiat îndeplineşte condiţiile următoare: - temperatura de formare şi de topire a oxizilor este mai mică decât

temperatura de topire a aliajului;- reacţiile de oxidare sunt puternic exoterme;- aliajul de tăiat are conductivitate scăzută.Pentru a amorsa tăierea oxi-gaz, este necesară încălzirea locală a piesei până

la apariţia primei picături topite, moment în care se proiectează în zonă un jet de oxigen pur cu presiune de 4 – 10 at.

În prezenţa oxigenului, materialul topit se oxidează în continuare – reacţiaeste exotermă – şi topeşte alte zone, iar picăturile formate sunt spulberate de jetulde gaz.

În urma tăierii oxi-gaz, marginile tăiate sunt puternic oxidate, motiv pentrucare nu se recomandă sudarea lor fără o prelucrare pentru îndepărtarea oxizilor.

14.4. Aparate şi accesorii

Pentru sudarea cu flacără oxi-gaz se folosesc următoarele aparate:- generatorul de acetilenă prevăzut cu o supapă de siguranţă sau o butelie de

acetilenă cu reductor de presiune;- butelia de oxigen prevăzută cu reductorul de presiune;- trusa de sudură standard;- tuburi flexibile din cauciuc cu inserţie de pânză pentru transportul gazelor;- diverse accesorii.

77

Generatorul de acetilenă – fig. 14.6. – este un aparat în care se produceacetilena ca urmare a reacţiei dintre apă şi carbura de calciu (carbid).

CaC2+ 2H2O = C H2 2

↑ +Ca( )2 (4)

Generatorul de acetilenă este format dintr-un clopot metalic imersat în apaconţinută de un recipient. Recipientul şi clopotul metalic sunt de obicei rigidizatedar pot fi demontate pentru curăţire şi înlocuirea carbidului. Cele două vaseformează un sistem de vase comunicante în care poate circula apa sub acţiuneapresiunii din clopot.

În interiorul clopotului, sub nivelul de echilibru al apei din vaselecomunicante se fixează un coş metalic ce conţine bucăţi de carbură de calciu.

Prin formarea acetilenei va creşte presiunea de sub clopot şi va scădeanivelul apei – fapt ce întrerupe formarea acetilenei şi stabilizează poziţiile relative ale apei şi carburii de calciu.Consumul de acetilenă va conduce din nou la scăderea presiunii - pmax = 0,7 atm –şi are ca efect reluarea ciclului de formare – consum de acetilenă descris mai sus.

Se menţine astfel o presiune cu mici fluctuaţii datorate consumului Înlocurile unde consumul de acetilenă este redus, se preferă utilizarea buteliilor deacetilenă.

Prin dizolvarea acetilenei în acetonă şi înmagazinarea lor într-o masăporoasă conţinută de o butelie de oţel se poate ridica presiunea de stocare aacetilenei până la 15 atm., fapt ce diminuează pericolele în exploatare. În starenaturală, acetilena explodează la aproximativ 2 atm, presiune critică ce scade cucreşterea temperaturii.

Supapa de siguranţă utilizată pentru protecţia generatoarelor de acetilenăîmpiedică întoarcerea accidentală a suprapresiunii şi a flăcării înspre acesta.

Este formată dintr-un vas metalic prevăzut cu tuburi – conform fig. 14.6 –care asigură un traseu bine determinat al acetilenei.

În cazul funcţionării normale, acetilena traversează discontinuu – sub formăde bule de gaz – apa din supapă.

În cazul unei avarii – explozie la arzător – presiunea întoarsă în supapă vaîmpinge apa în pâlnia B, dar se va menţine totuşi – datorită supra-înălţării H – untraseu discontinuu de bule de acetilenă, care nu permite trecerea flăcării spregenerator.

Înainte de punerea în funcţiune a generatorului trebuie verificat şi eventualcompletat nivelul apei în supapa de siguranţă. Corect este ca apa să se găsească laînălţimea robinetului de verificare (6).

Oxigenul necesar este îmbuteliat în butelii de oţel la presiunea de 150 at.Deoarece la sudare este nevoie de presiuni mai mici – 0,5÷10 at. – este necesarăutilizarea reductoarelor de presiune. Schema unui reductor de presiune esteprezentată în fig. 14.7.

78

Fig. 14.6. Generatorul de acetilenă:1 – recipient, 2 – clopot, 3 – coş metalic, 4 – sistem de rigidizare – recipient – clopot, 5 – corp supapă de siguranţă, 6 – robinet, 7 – evacuare C2H2 spre furtun, 8 – pâlnie.

Fig. 14.7. Reductor de presiune pentru oxigen1 – manometru pentru măsurarea presiunii din

camera de înaltă presiune, 2 – cameră deînaltă presiune, 3 – supapă, 4 – resort de

reducere, 5 – manometru pentru măsurareapresiunii din camera de joasă presiune, 6 –şurub de reglare a presiunii, 7 – resort de

reglare, 8 – tije, 9 – camera de joasă presiune,10 – conductă de evcacuare,

11 – membrană elastică, 12 – robinet.

Se disting două camere între care gazul de transferă prin intermediul uneisupape cu con. Oxigenul cu presiune înaltă găseşte supapa deschisă sub acţiuneaarcului 7 şi pătrunzând în camera de joasă presiune (9) acţioneză asupramembranei elastice cu o forţă ce comprimă arcul 7 şi permite închiderea supapei 3. Presiunea din camera de joasă presiune este dependentă de relaţia:

unde:

k ⋅ Δx = p ⋅ S

k – caracteristica elastică a arcului 7;

(5)

Δx – comprimarea arcului datorită reglajului cu şurubul 6; p – presiunea de lucru; S – suprafaţa membranei elastice.

Sistemul funcţionează pulsator, cu frecvenţe dependente de debitul transferat – (200÷5000) Hz. La flacără pulsaţiile nu sunt sesizabile datorităamortizării lor în sistemul de tuburi flexibile de transport.

Trusa de sudură conţine corpul arzătorului cu robinetele pentru reglajuldebitului, becurile de schimb şi capul de tăiere.

Arzătorul pentru flacăra oxiacetilenică este prezentat în fig. 14.8.

79

Fig. 14.8. Arzătorul cu injector pentru sudarea oxi-gaz1 – corpul arzătorului, 2 – conductă de acetilenă, 3 – robinet de acetilenă, 4 – injector,

5 – garnitură de cauciuc pentru etanşare, 6 – piuliţă de asamblare, 7 – camera de amestec,8 – ţeavă de amestec, 9 – bec, 10 – robinet pentru O2, 11 – conductă pentru O2..

Fig. 14.9 Becul de tăiere cu flacără: 1 – corpul becului, 2 – becul de tăiere.

14.5. Modul de lucru

- Se vor identifica aparatele şi accesoriile care se utilizează;- Se stabilesc consumurile de gaz combustibil;- Se alege numărul becului în funcţie de grosimea materialului sudat;- Se instalează şi se verifică aparatele şi dispozitivele pentru sudare;- Se cântăresc tablele înainte de sudare (mc);- Se sudează tablele cu ambele metode;- Se cronometrează timpul de sudare;- Se cântăresc tablele după sudare (mf);- Se calculează masa materialului depus, (md);- Se măsoară lungimea cordonului L;

80

- Se determină viteza de sudare (Vs);În cazul tăierii oxi-gaz:- Se trasează cu cretă direcţia de tăiere;- Se echipează arzătorul cu duza de tăiere;- Se preâncălzeşte local zona de tăiere;- Se taie tabla urmărind trasajul.

14.6. Interpretarea rezultatelor

- Se apreciază calitatea îmbinării şi a tăieturilor în funcţie de metodă;- Se compară vitezele de sudare în funcţie de metodă;- Se apreciază consumurile de acetilenă şi oxigen.

Rezultatele şi observaţiile se trec în tabelul următor:Tabelul 14.2.

Nr. Materialcrt.

m mf

PO2 PCH2m L t Vss QC2H2 QO2


Care sunt gazele cele mai potrivite pentru sudarea oxi-gaz?Cand se foloseşte metoda de sudare înainte şi când cea înapoi?Care sunt avantajele tăierii oxi-gaz?

81

G

az c

omb.

C

alit

ate

G

rosi

m

e

Met

oda

N

r. b

ec

Lucrarea nr.16.STUDIUL INFLUENŢEI PARAMETRILOR REGIMULUI DE SUDARE

ASUPRA GEOMETRIEI SI CALITĂŢII CUSĂTURII LA SUDAREAELECTRICĂ MANUALĂ CU ELECTROZI ÎNVELIŢI

16.1. Scopul lucrării Lucrarea are drept scop însuşirea metodologiei de elaborare a tehnologiei desudare cu procedeul S.E., determinarea prin calcul a parametrilor regimului desudare şi a influenţei acestora asupra geometriei şi calităţii cusăturii.

16.2. Calculul parametrilor regimului de sudareElaborarea tehnologiei de sudare cu procedeul S.E. se face în mai multe etape:

Etapa 1. În funcţie de calitatea metalului de bază MB, de grosimea δ acomponentelor, de tipul sudurii (Scc – cap la cap, sau Sco – de colţ), de poziţia desudare şi de posibilitatea de a suda dintr-o parte (notată 1p), sau din ambele parţi(notată 2p), se aleg tipul şi dimensiunile rostului.Etapa 2. Tipul şi dimensiunile rostului, împreună cu factorii enumeraţi la primaetapă, determină alegerea tipului electrozilor înveliţi, diametrul electrozilor “de”,numărul de treceri “nt” şi aşezarea lor în rost. Diametrul electrozilor “de” sestabileşte în funcţie de grosimea materialului de sudat δ la sudarea cap la cap, sauîn funcţie de cateta k la îmbinările de colţ. Valorile recomandate pentru de sunt date în tabelele 16.1 si 16.2:Cunoscând diametrul electrodului, la sudarea îmbinărilor cap la cap, secţiuneacusăturii depuse la o trecere se calculează cu relaţiile:-pentru primul strat depus la rădăcina cordonului:A = (6…8) x de [mm2] (1)-pentru straturile următoare:A = (8…12) x de [mm2] (2)Tabel 16.1Alegerea diametrului electrodului în funcţie de grosimea componentelor

Tabel 16.2Alegerea diametrului electrodului în funcţie de cateta K a îmbinării de colţ

Aria necesară cordonului îmbinării de colţ, sau în T, se poate calcula în funcţie decateta K a cordonului de sudură şi de coeficientul de supraînălţare Ky:

87

An=Ky x K2/2 [mm2] (3)Valorile coeficientului Ky sunt date în tabelul 16.3:

Tabel 16.3Valorile coeficientului Ky în funcţie de cateta K a îmbinărilor de colţ

Cunoscând aria cusăturii Ac , aria primei treceri A1 si ariile celorlalte treceri A , sedetermină numărul de treceri cu relaţia:

- A (fig.5.1) poate fi calculată cunoscând aria rostului A :r

A = (1,1 … 1,4) A r (5)Relaţia (5) se aplică la sudurile cap la cap. În mod frecvent, prima trecere sesudează cu un electrod cu diametrul mai mic (3,25 mm, sau mai mic) şi celelalte cudiametrul mai mare.

Fig. 16.1 Aria rostului şi aria cusăturii

Adâncimea de pătrundere a cusăturii “p” la o trecere, se stabileşte cu relaţia :p = (0,3 … 0,5) r [cm] (6)unde: r = 0,0022 (El)1/2E =energia liniară şi se determină cu relaţia:E = η x U x Is/ Vs (7)în care:η = randamentul termic; η = 0,7 … 0,9;U = tensiunea arcului [V];Is = curentul de sudare [A]; Vs = viteza de sudare [cm/s].Cunoscând de, se determină curentul mediu de sudare Is, folosind regresia:

Is = 62,5 x de- 50 [A]; (8)

88

Relaţia (5.8) se aplică pentru electrozii cu pulbere de fier în înveliş - Eu. Pentrucelelalte genuri funcţionale, regresiile liniare sunt:Is = 56,25 x de- 75 [A]; - pentru electrozi slab aliaţi (9) sauIs = 2,5x d + 35,5x d2e - 18 - pentru electrozi nealiaţi (10)Is= 2,7xd2e +25x d -11 - pentru electrozi aliaţi (11)Relaţiile sunt valabile pentru1,6 > d < 8,0 [mm];Tensiunea arcului este recomandată de producătorul de electrozi. Dacă lipseşteaceastă informaţie, Ua poate fi calculată cu relaţia:

U = 0,05 x Is+10 [V]; Viteza de sudare.

(12)

Depinde de metalul de bază prin energia liniară admisă să se introducă la sudare(materiale sensibile sau nu la supraîncălziri), aria trecerii, tipul şi diametrulelectrodului, poziţia de sudare, etc. Este un parametru mai greu de controlat.Pentru calculul vitezei de sudare se pot utiliza următoarele relaţii.a) Folosind αd = coeficientul de depunere [g / Axh]

unde:IS = curentul de sudare (A)ρ = densitatea materialului (g / cm3) pt. oţel ρ = 7,8 g/cm3.A = aria trecerii (mm )2

Coeficientul de depunere αd depinde de tipul învelişului şi diametrul acestuia. Întabelul 16. 4 se dau valorile lui αd pentru electrozii bazici:Tabel 16.4Coeficientul de depunere αd în funcţie de diametrul electrodului de

b) Folosind corelaţia statistică:

Produsul k x vS este determinat cu ajutorul unei corelaţii statistice, funcţie dediametrul electrodului şi aria trecerii realizată cu electrodul respectiv. În tabelul 16.5. sunt date valorile produsului k x vS în funcţie de diametrul electrodului.Tabel nr. 16.5Valorile produsului k x vS în funcţie de diametrul electrodului de

89

Viteza de sudare la sudarea manuală se poate determina informativ cu relaţia:Vs = αt x Is/3600 x γ x AI [cm/s]; (16)

în care: Vs =viteza de sudare;αt=coeficientul de topire al electrozilor; αt =(8…12 )[g/Ah] γ =densitetea

[g/cm3];A =secţiunea cordonului depus la o trecere[cm2].

În acest fel, tehnologia sudării a fost elaborată, fiindcă s-au determinat toţiparametrii tehnologici P.T., care o definesc.

16. 3. Desfăşurarea lucrăriia) Materiale utilizateÎn vederea efectuării lucrării, se va folosi ca metal de bază tablă de oţel calitateaOL37.1K.,cu grosimea de 5 şi respectiv 10 [mm].• Se vor debita câte 4 probe din fiecare grosime de material, conform fig. 16.2;• Pentru sudare se vor folosi electrozi SUPERTIT. Poziţionarea plăcilor învederea sudării şi respectării rostului, se va face prin puncte de sudură, realizatecu electrozi SUPERTIT, d = 3,25 [mm].b) Stabilirea tehnologiei de sudareAvând grosimea şi calitatea metalului de bază, se determină conform metodologieiprezentate, următoarele mărimi:

Diametrul electrozilor -d ;e

Numărul de treceri -n ;Curentul de sudare -Is;Tensiunea arcului -Ua;Viteza de sudare -Vs;Energia liniară -E ;Pătrunderea cusăturii la fiecare trecere - p. Mărimile se vor determina atât

pentru varianta “a”, cât si pentru varianta “b” din fig.16.2.

90

c) Sudarea probelor

Fig.16.2 Forma şi dimensiunile probelor

I. Respectând valorile lui Is, U , vs, calculate pentru fiecare grosime dematerial, se va executa sudarea probei cu grosimea de 10 [mm];II. Menţinând U şi vs constante, se măreşte Is cu (15 … 20) [A] şi se sudeazăpe o lungime de 125 [mm], proba “a”, respectiv proba “b” ( al doilea lot dincele patru probe), apoi se micşorează Is faţă de valoarea calculată cu 15…20 [A] şise sudează porţiunile rămase nesudate;III. Se menţin Is si v constante şi se sudează lotul trei de probe, mărind şi apoimicşorând U , cu aproximativ 5 V, similar punctului II;IV. Se menţin Is si U constante, şi se execută sudarea celui de-al patrulea lot deprobe, mărind şi micşorând apoi viteza de sudare.d) Interpretarea rezultatelorDupă răcirea probelor sudate, se vor secţiona transversal pe cordonul de sudură.Se vor examina vizual secţiunile cu ajutorul unei lupe cu ordinul de mărire de 10x.Se vor desena cordoanele de sudură prezentându-se variaţia geometriei cusăturii,în funcţie de parametrii regimului de sudare.Pe baza calculelor efectuate şi a măsurării lui p, b, h, se va completa tabelul 16.6:Tabel 16.6Mărimile calculate şi măsurate în cadrul lucrării

Se vor ridica graficele variaţiei lui p, b, şi h în funcţie de variaţia lui Is, U şi vs.

91

Lucrarea nr. 17.SUDAREA ELECTRICA PRIN PRESIUNE


Sudarea prin presiune este metoda de îmbinare nedemontabilă prinintermediul forţelor de legătură interatomice, care se realizează sub acţiunea unorforţe transmise pieselor de sudat, cu sau fără încălzirea locală a zonei de îmbinare(uneori până la topire) şi fără utilizarea unui material de adaos.

În funcţie de temperatura maximă ce se atinge în timpul sudării sub presiune, se consideră:

- Sudare la rece – procedeul la care nu se atinge temperatura derecristalizare;

- Sudare la cald – procedeul la care au loc recristalizări în cusătură sau înzona de îmbinare.

Sudarea sub presiune la cald se realizează în stare solidă sau cu topire.Metodele de încălzire pot fi foarte diferite: încălzire electrică prin rezistenţă,

cu flacără oxigaz, prin C.I.F., prin frecare, cu energie înmagazinată, etc.Cele mai răspândite procedee de sudare prin presiune se bazează pe încălzirea

electrică prin rezistenţă a zonei de îmbinare. Tehnologia de sudare constă înîncălzirea locală a pieselor în contact, căldura fiind produsă la trecerea curentuluielectric printr-un circuit de conductori, conform legii Joule-Lenz.

Dacă în timpul încălzirii, intensitatea curentului şi rezistenţa circuitului nu semenţin constante, este valabilă relaţia:

t

Q = 0,24

∫0

.I2.R dt

unde: Q – este cantitatea de energie calorică, în [J]; R – rezistenţa ohmică a circuitului, în [Ω]; I – intensitatea curentului în secundarul transformatorului, în [A]; t – timpul, în [s].După poziţia reciprocă a pieselor de îmbinat, sudarea electrică prin presiune

poate să fie sudare cap la cap, în puncte şi în linie.

17.2. Aparatură şi utilaje

Utilajele folosite pentru sudarea electrică prin rezistenţă, trebuie să asigure regimul electric (curentul şi tensiunea la mărimea şi caracteristicile prescrise) şiregimul mecanic (forţele de presare).

Alimentarea cu energie electrică se realizează de obicei de la transformatoareconstruite special, de puteri uzuale între 0,5....500 kVA, putând furniza curenţifoarte mari de 5.000....30.000 A, la tensiuni secundare relativ mici, de 0,3...25 V.

92

În funcţie de mărimea şi forma cusăturii, sistemele de realizare a forţelor depresare sunt foarte diferite, electrozii putând fi acţionate de dispozitive mecanice,pneumatice, hidraulice sau electrice, comandate manual, mecanizat sau mixt.

Piesele contact (electrozii) utilizate la sudarea electrică prin presiune, trebuiesă îndeplinească trei condiţii:

- Să conducă curentul de sudare în zona îmbinării;- Să transmită pieselor forţa necesară pentru sudare;- Să asigure disiparea rapidă a căldurii din zona de sudare.

În acest scop, se utilizează aliaje pe bază de Cu, aliate cu diferite elemente:Cr, Cd, Be, Zn, Ni, Co, etc. În majoritatea cazurilor, piesele de contact sunt prevăzute cu sisteme de răcire cu apă.

17.3. Sudarea cap la cap

Sudarea electrică prin presiunecap la cap constă în realizareaîmbinării în stare plastică sau topită,sub acţiunea unei forţe. Încălzirea se realizează prin rezistenţa de contact a părţilor frontale ale pieselor deîmbinat, prinse între douădispozitive de strângere prin care setransmite atât curentul electric de la secundarul transformatorului desudare cât şi forţa necesară pentrurealizarea îmbinării (Fig.17.1).

În funcţie de tehnica deîncălzire şi presare, se disting douăvariante de bază ale procedeului:Sudarea cap la cap în fază solidă –care se realizează în două faze:

a) Încălzirea – piesele cuFig.17.1. Schema şi fazele sudării cap la

cap 1-piesele de îmbinat, 2-pese de contact, 3-sursa de curent (transformator), 4-contactor

a-faza de încălzire, b-faza de refulare (F1<F2;2l1>2l2)

deformare plastică (900...1200oC la oţel);

părţile frontale prelucrate şi curăţatesunt aduse în contact (datorită forţeide presare, rezistenţa de contact întrecele două piese are o valoare redusă), iar porţiunea dintre piesele de contactse încălzeşte datorită rezistenţeiohmice până la temperatura de

b) Refularea – se realizează prin mărirea forţei de presare (F2 -Fig.17.1.b – p2=300...500 Mpa). După răcire, îmbinarea prezintă o îngroşare şi oscurtare de refulare.

Sudarea prin topire intermediară – este procedeul la care, pe suprafeţelefrontale ale pieselor se obţine o peliculă de metal lichid care este expulzat din

93

interstiţiu împreună cu oxizii şi impurităţile în timpul unei refulări cu vitezăridicată. Îmbinarea se realizează şi în acest caz în două faze: încălzire şi refulare.

Topirea intermediară a suprafeţelor frontale se poate realiza prin douămetode:

- Topirea directă – se realizează prin topirea capetelor cu viteză redusă şila presiuni mici, după ce sursa de curent este cuplat. Contactele parţialeşi imperfecte (având rezistenţă de contact ridicată), conduc la încălzirearapidă a capetelor de îmbinat până la topire.

- Topire cu preîncălzire – este asemănătoare cu tehnica precedentă, cusingura deosebire, că este precedată de o preîncălzire prin contacteleintermitente realizate în urma unor impulsuri de presiune urmate deîntreruperea contactelor (prin atingeri repetate ale capetelor pieselor).

În urma refulării, piesa sudată prezintă şi în acest caz o îngroşare şi oscurtare.

La sudarea prin topire intermediară, îmbinarea este de calitate superioară,deoarece impurităţile şi oxizii sunt expulzaţi împreună cu stropii de metal formaţiîn timpul încălzirii. Principalele dezavantaje la această metodă sunt complexitateaprocedeului şi productivitatea lui redusă.

17.4. Sudarea în puncte

Fig.17.2. Schema sudăriielectrice prin puncte1-transformator, 2-electrozi, 3-piese de sudat, 4- contactorRc – rezistenţa punctului decontact între piesele de sudatRe – rezistenţa de contact dintreelectrod şi tablăRm – rezistenţa metalului de bază

În principiu, sudarea electrică în puncte serealizează prin trecerea unui curent printr-un contact, încălzirea acestuia datorităunei rezistenţe de contact ridicate, presarea şi răcirea sub presiune. Simultan se potrealiza unul sau mai multe puncte de sudură. Sudarea în puncte se poate realiza dindouă părţi sau dintr-o singură parte.

Sudarea electrică prin presiune în puncte din două părţi (Fig.17.2) se realizează între piesele (3) cu electrozi (2) alimentaţi de la un transformator (1) subacţiunea celor două forţe F egale şi de sens contrar. Conectarea la sursa de curent se face după realizarea presiunii dintre piesele de îmbinat. Datorită rezistenţei decontact de valoare ridicată dintre piesele de sudat (Rc), zona de contact se vaîncălzi. La creşterea temperaturii, rezistenţa de contact se micşorează, în schimbcreşte rezistivitatea pieselor, astfel ca sursa termică se extinde în jurul zonei decontact, creând un nucleu sudat, format din materialele celor două elemente

94

asamblate. Dacă se menţine încălzirea, punctul creşte odată cu topirea nucleului.Din această cauză, curentul trebuie întrerupt fiindcă în caz contrar punctul topitcreşte până la străpungere. După răcirea metalului topit, se obţine punctul sudat.

Tehnologia sudării în puncte presupune corelarea parametrilor principali aiprocesului: curentul de sudare, durata de conectare, forţa de apăsare, diametrulelectrozilor şi calitatea suprafeţelor în contact.

Pentru fiecare variantă a sudării înpuncte (material, diametrul punctului,forţa de strângere) se poate trasa odiagramă de sudabilitate (Fig.17.3).Pentru un curent de sudare inferiorcurentului Imin, sudarea nu poate avealoc, oricât ar creşte timpul. Deasemenea, punctele cu coordonatele trespectiv I, aflate în zona A, indicăimposibilitatea realizării unui punct de sudură.

Pentru realizarea unui punct,parametrii procesului de sudare trebuiesc

Fig.17.3. Diagrama de sudabilitate lasudarea electrică în puncte

aleşi în zona B. Putem opta pentru unregim de sudare dur (I1,t1) sau pentruun regim moale (I2, t2).

Dacă parametrii sunt aleşi în zona C, se înregistrează o supraîncălzire şi oîmproşcare de metal topit între electrozi şi piesele de sudat.

În afară de sudarea electrică prin presiune din două părţi, există şi altevariante, cum ar fi: sudarea dintr-o singură parte, sudarea în relief, sudarea cu energie înmagazinată, etc.

17.5. Sudarea electrică prin presiune în linie

Este o metodă de sudare care se realizează în aceleaşi condiţii ca şisudarea în puncte, însă în unele situaţiisuccesiunea de puncte pot fi parţialsuprapuse, rezultând astfel o cusăturăetanşă.

Fig.17.4. Sudarea în linie1-rolă superioară, 2-table de îmbinat, 3-rolă

inferioară, 4-transformator

La acest procedeu, electrozii suntînlocuiţi cu role (Fig.17.4.). Cel puţin

95

una dintre role este antrenată mecanic. Amândouă sunt confecţionate din Cu saualiaj de cupru, sunt răcite cu apă şi acţionează cu o forţă de presare asupra tablelor ce urmează a fi îmbinate.

Regimul electric este mai dur ca la sudarea în puncte, datorită pierderilor prin curenţi disperşi.

În funcţie de parametrii tehnologici (curentul de sudare, forţa de presare şiviteza periferică a rolelor), sudarea în linie se poate realiza prin mai multe metode:

- Prin rotirea continuă a rolelor, presiunea constantă şi deconectareaperiodică a curentului;

- Prin rotirea continuă a rolelor, presiune constantă şi menţinereaconstantă a curentului de sudare;

- Prin rotirea continuă a rolelor şi modularea curentului prin variaţiapresiunii;

- Sudarea în paşi – cu presarea constantă şi mişcarea rolelor încontratimp cu conectarea curentului.

Sudarea în linie se aplică pentru îmbinări de rezistenţă (puncte îndepărtate) şide etanşeitate (puncte suprapuse).

17.6. Modul de lucru şi interpretarea rezultatelor

După identificarea părţilor componente ale instalaţiilor de sudare, se vorstabili parametrii regimurilor de sudare în funcţie de dimensiunilesemifabricatelor.

Se vor executa practic următoarele îmbinări:- Sudarea electrică prin presiune cap la cap în stare solidă şi prin topire

parţială;- Sudarea prin puncte cu regim dur şi regim moale;- Sudarea în linie prin puncte îndepărtate (de rezistenţă) şi prin puncte

suprapuse (de etanşeitate).Parametrii regimurilor de sudare se vor trece în Tab.17.1. Se va aprecia

calitatea îmbinărilor obţinute folosind diferite regimuri de sudare.

Tab.17.1.Proced Material Dimensiu Is U t Fs Fr Vs

eul desudare

Cap lacapÎnpuncteÎn linie

ul desudat

nileepruvetei[mm]

[kA] [V] [s]

96

[kN] [kN] [m/min]

Obs.


- Care este principiul sudării electrice prin presiune?- Care este diferenţa dintre sudarea electrică prin presiune cap la cap în

stare solidă şi sudarea cap la cap prin topire intermediară?- Care este semnificaţia unui regim dur şi a unui regim moale la sudarea

electrică în puncte?- Prin ce tehnici (ce parametrii tehnologici) se poate realiza sudarea

electrică prin presiune în linie?

97

Lucrarea nr. 18STABILIREA TEHNOLOGIEI DE SUDARE PRIN PROCEDEUL MIG,

DETERMINAREA PARAMETRILOR REGIMULUI DE SUDARE.

18.1. Scopul lucrării Lucrarea are ca scop stabilirea tehnologiei de sudare a unor plăci din oţel nealiatcu conţinut scăzut de carbon, efectuarea sudării ( aplicând tehnologia stabilită) şiverificarea influenţei parametrilor regimului de sudare asupra calităţii sudurilorrealizate.

18.2. Instalaţia folosită la sudareIn figura 18.1 sunt prezentate elementele componente ale unei unei instalaţii desudare MIG / MAG.:

Fig.18.1 Elementele componente ale unei instalaţii de sudare M.I.G1-Sursă de curent continuu (convertizor, redresor, etc.); 2 - semiautomat de sudare; 3-

electrosupapă de gaz; 4- rola (bobina) cu sârmă electrod; 5 -pistolet de sudare; 6-butelie cu gazinert; 7 - reductor de presiune; 8 -cupla pentru alimentarea de la reţeaua trifazată; 9 - metal debază; 10 - ansamblu motor-reductor pentru acţionarea rolelor de antrenare a sârmei; 11-role de

antrenare.

Instalaţia pentru sudare MIG/MAG se compune din urmatoarele părţi principale:• Sursa de curent;• Semiautomatul pentru realizarea avansului sârmei electrod cu viteză reglabilă –ve;• Pistoletul de sudare şi cablurile aferente; • Butelia ce conţine gazul inert ( sau activ) cu reductor de presiune şi manometre.

18. 3. Elaborarea tehnologiei de sudareÎn vederea elaborarii tehnologiei de sudare, este necesar să se cunoascăurmatoarele:• Calitatea metalului de bază ce urmeaza să fie sudat;• Grosimea metalului de bază;• Tipul îmbinării (cap la cap, de colţ etc. ).

98

Aceste informaţii se extrag din desenele de execuţie ale subansamblului sauansamblului sudat.Cunoscând calitatea metalului de bază din SR EN se alege marca sârmei astfel încât să fie compatibilă cu calitatea metalului de bază.Cunoscând grosimea şi calitatea metalului de bază, din tabele tehnologice, sau dinSTAS se aleg forma şi dimensiunile rostului.Se recomandă:• Pentru grosimea componentelor = (3…5) [mm] – rost în I;• Pentru grosimea componentelor = (5…20) [mm] – rost în V;• Pentru grosimea componentelor = (15…40) [mm] – rost în X;• În general pentru grosimi > 20 [mm] – rost în U.În funcţie de grosimea δ a componentelor de sudat, se alege diametrul sârmei electrod de:• Pentru δ = 1 [mm] • Pentru δ = 2…5 [mm] • Pentru δ = 6 [mm] • Pentru δ = 7…12 [mm] • Pentru δ ≥ 12 [mm]

de = 0,6…0,8 [mm];de = 0,8…1 [mm];de = 0,8…1,2 [mm];de = 1…1,6 [mm];de = 1,6…2,4 [mm].

Debitul gazului de protecţie se alege în limitele:• DG = 8…10 l/min. pentru δ = 1…5 [mm]; • DG = 9…12 l/min. pentru δ = 5…12 [mm];• DG = 12…15 l/min. pentru δ > 12 [mm].

18. 3.1 Calculul parametrilor regimului de sudarePentru determinarea parametrilor regimului de sudare, se vor parcurge urmatoareleetape:a) Se alege modul de trecere a picăturilor de metal topit prin coloana arcului dupăcum urmează:- sub formă de picături ce scurtcircuitează periodic arcul electric- sudare cu arcscurt - short arc (sh) pentru grosimi mici de material (sub 3 mm) ;- sub formă de picături foarte fine, pulverizate spre baia de metal topit –sudarespray arc – (sp) pentru grosimi de material ce depăşesc 3 mm.

b) În funcţie de modul de sudare ales –sh, sau sp – şi de diametrul electrodului, secalculează curentul de sudare Is, folosind relaţiile:

a. trecere sh: I = 125,5 × d - 32,5 [A]; b. trecere sp: Isp = 370 × de - 67de2 - 78 [A];

relaţiile fiind valabile pentru de = 0,8…2,4 [mm].c) Tensiunea arcului Ua se determină cu relaţia:

Ua ≈ 13,34 + 0,05 × Is[V].

(1)(2)

(3)d) În funcţie de valoarea calculată pentru curentul de sudare folosind informaţiiledin tabelul 18.1, se stabileşte lungimea liberă a sârmei electrod.Tabel 18.1

99

Lungimea liberă a sârmei electrodViteza de sudare vs, se calculează cunoscând:-produsul ρ·K·Vs pentru orice metal, sau aliaj metalic;-produsul K·Vs, valabil pentru oţeluri folosite în construcţiile sudate.În tabelul 8.2 sunt date valorile produselor ρ·K·Vs si K·Vs, în funcţie de modul detrecere a picăturilor de metal topit prin arcul electric Sh si Sp, fiind consideratăsecţiunea unei treceri, egală cu secţiunea sârmei electrod utilizată.Se determină aria rostului Ar. Aria de calcul va fi:

A = (1,1…1,3) A ; ( 8.4) Se determină coeficientul K:K = 4 Ati / π × d 2 (5)

Unde Ati = aria unei treceri; fiind determinat K, folosind datele din tabelul 18.2, sedetermină viteza de sudare ,Vs [cm/min.].

Tabel 18.2

Valorile produselor ρ·K·Vs si K· Vs în funcţie de de şi modul de trecere Sh sau Sp.Viteza de avans a sârmei se determină pornind de la faptul că secţiunea uneitreceri la înaintarea arcului cu viteza Vs, trebuie să se realizeze cu secţiunea sârmei de sudură, ce înaintează în arc cu viteza V :e

(6)

100

18. 4. Desfăşurarea lucrării♦ Se elaboreaza tehnologia de sudare MIG a unor plăci din oţel nealiat cu conţinutredus de carbon, cu dimensiunile 250 × 100 × 5 şi respectiv 250 × 100 × 10,îmbinările fiind cap la cap şi de colţ, conform fig.18.2.Se determină prin calcul Is, U , Vs, V ;Valorile calculate se vor compara cu cele existente în tabele tehnologice; sesudează probele utilizând parametrii determinaţi.♦ Se preleveaza probe din îmbinările realizate şi se cercetează vizual aspectul cusăturii.

Fig.18.2 Forma şi dimensiunile probelor

♦ Se completează tabelul:

♦ Se interpretează datele obţinute, făcându-se aprecieri asupra ratei depunerii, apierderilor datorate stropirii şi a calităţii îmbinărilor sudate.

101

Lucrarea nr. 20DETERMINAREA PARAMETRILOR TEHNOLOGICI LA SUDAREA

OŢELURILOR NEALIATE CU PROCEDEUL MAG.

20. 1. Scopul lucrăriiLucrarea are drept scop determinarea parametrilor regimului de sudare MAG aunor probe din S235 (OL37K)si studiul influentei acestora asupra geometriei si calităţii cusăturii.Schema de principiu a instalaţiei de sudare este prezentată în figura 20.1

Fig.20.1. Schema instalaţiei de sudat in mediu protector de gaz activ1- material de baza; 2 - baie de metal topit; 3 - perdea de gaz de protecţie; 4-cusătura; 5-arc electric;6 - sârma de sudură; 7- pistolet de sudare; 8 - clapeta de actionare rapida; 9 - cabluelectric; 10 - dispozitiv de avans al sarmei electrod si distributie a gazului de protectie; 11-intrerupator pentru alimentarea dispozitivului 12 - potentiometru pentru reglarea vitezei deavans a sarmei; 13 - ampermetru;14 - sursa de sudare; 15 - potentiometru pentru reglareacurentului de sudare; 16 - intrerupator pentru alimentarea de la retea a sursei de sudare; 17 -intrerupator pentru alimentarea circuitului de sudare; 18 - potentiometru pentru reglarea tensiunii arcului;19 -voltmetru; 20 - furtun de gaz; 21 -reductor de presiune; 22 - uscator cuincalzitor de gaz; 23 -robinetul buteliei de gaz; 24-butelie de gaz.

20.2. Calculul parametrilor regimului de sudareDeterminarea prin calcule a parametrilor regimului de sudare se va faceparcurgând mai multe etape.Parametrii regimului de sudare sunt :• Is = intensitatea curentului de sudare: [A];• U = tensiunea arcului: [V];• Uo = tensiunea de mers in gol: [V];• vs = viteza de sudare: [cm/min];• v = viteza de avans in arc a sârmei electrod: [cm/min].Parametrii tehnologici sunt:• Tipul si diametrul sârmei electrod;• Felul gazului de protecţie;

107

• Lungimea libera a sârmei : h ;• Distanta duză - piesa;• Modul operator;• Debitul gazului de protecţie;• Numărul de treceri şi ordinea de sudare.Pentru stabilirea parametrilor regimului de sudare, se va proceda astfel:Etapa 1.Se alege modul de transfer al picăturilor de metal topit prin coloana arcului.Transferul picăturilor de metal topit prin coloana arcului se poate face in mai multe moduri, doua dintre modurile posibile fiind cele mai utilizate:• Trecerea in arc scurt Sh (short arc) - caracteristica sudarii in curenţi mici a grosimilor de material mici de 3÷4 [mm]; transferul se face prin scurtcircuitărirepetate ale arcului electric(100÷200 scurtcircuite/secunda), baia fiind mai puţincalda si mai uşor de controlat.• Trecerea in forma de jet fin a picăturilor – Sp (spray arc) –folosita la sudareagrosimilor mai mari de 5 [mm], caracteristica sudarii cu curenţi mari.Modul de transfer depinde in principal de curentul de sudare, de lungimea arcului,tensiunea arcului si poziţia pistoletului fata de piesa.Valorile limita pentru curentul de sudare, in funcţie de modul de transfer si diametrul sârmei electrod, sunt redate in tabelul 7.1:Intre valoarea maxima a curentului Short arc si valoarea minima a curentului Spray arc, transferul picăturilor este mixt.Etapa 2.In etapa a doua, stabilirea parametrilor tehnologici se face astfel:• Diametrul sârmei electrod - d – se alege in funcţie de natura si grosimea MB;• Natura gazului de protecţie – in funcţie de natura MB si condiţiile de stabilitateale arcului;• Lungimea libera a sârmei electrod se stabileşte in funcţie de diametrul sârmei si modul de transfer conform datelor din tabelul 20.2.Tabel 20.1Modul de transfer al picăturilor de metal topit prin coloana arcului în funcţie dediametrul sârmei şi curentul de sudare

• Distanta duza - piesa se alege intre 10 ÷ 20 [mm]. Lungimea libera a sârmeielectrod se alege din tabelul 20.2;

• Înclinarea pistoletului este de 65 ÷ 800 fata de orizontala;• Debitul de gaz D = 10 - 20 [l/min].

108

Tabelul 20.2Lungimea liberă în funcţie de diametrul sârmei electrod şi modul de trecere apicăturilor de metal topit

• Curentul de sudare:• •

I = 125,5de – 32,5 2

I = -67d + 370dee –78

(1)(2)

• Tensiunea arcului se calculează cu relaţia:U = 13,34 + 0,0505 × Is [V];

• Tensiunea de mers in gol:(3)

-2

Uo = U + 4 × 10 × Is [V]; (4)

• Viteza de sudare se determina folosind nomograma 20.1 sau, cunoscând valorileprodusului kvs prezentate în tabelul 7.3. Se calculează valorile coeficienţilor k.Calculând raportul kvs / k vor rezulta vitezele de sudare v .s

Se calculează aria rostului A . Aria cusăturii va fi:A = (1,1…1,3)A ;

Se alege numarul de treceri n ;t

(5)

Fig.20.2 Nomograma pentru determinarea parametrilor regimului de sudare MAG. Se determina coeficientul K:

K = 4 Ati / π × d 2 (7.6)unde Ai = aria unei treceri; fiind calculat coeficientul K, cu ajutorul valorilor din tabelul 20.3, se determină Vs [cm/min.].• Viteza de avans se determina cu relaţia:

Vae = 4× vs × A’ / π×de2 (7)2

unde: A’=secţiunea provenită din topirea materialului de adaos [mm ]; A’ = 0,5 × A pentru rostul in I;A’ = 0,7 × A pentru rost in [V];A’ = (0,8-0,9) × A pentru rostul in [U];

109

Tabel 20.3A = secţiunea cordonului de sudură [mm2].

Valorile produsului kvs în funcţie de modul de transfer al picăturilor şi diametrulsârmei electrod

3) Modul de lucru Folosind metodologia prezentată se stabileşte tehnologia desudare prin procedeul MAG a unor plăci din S235 (OL37K) cu dimensiunile: 300 × 125 × 5 şi 300 × 125 × 10 (mm)• Cu parametrii stabiliţi se execută suduri în plan orizontal;• Variind curentul de sudare şi păstrând toţi ceilalţi parametrii neschimbaţi, se va urmări modul de transfer al picăturii;• Se controlează vizual cu lupa şi dimensional cordonul de sudură. Se va completa tabelul 20.4Se vor ridica graficele:

p = f(Is), p = f Vs); b = f(Ua), p = f (Vs); h = f(Is), p = f (Ua), p = f (Vs).Se va determina influenţa variaţiei curentului de sudare Is şi a unghiului deînclinare a pistoletului α [o] asupra geometriei cordonului, păstrând constanţiparametrii regimului de sudare şi variind parametrii tehnologici. Se vor trecemărimile determinate în tabelul 20.4.Tabel 20.4

11

Intrumar Tehnologia Materialelor

Documents

Transcript of Intrumar Tehnologia Materialelor