SUDAREA CU ARC ELECTRIC5.1.DEFINITIIConform SR EN4063 notarea numerica a celor mai importante procedee de sudare cu arc electric prezentam mai jos11 Sudarea cu electrod fuzibil cu arc electric descoperit (autoprotectie)111 Sudarea manuala cu electrod invelit12. Sudarea cu arc acoperit121 Sudarea sub strat de flux13. Sudarea cu arc electric protejat131. Sudarea cu srma electrod fuzibil n mediu de gaz protector inert MIG135. Sudarea cu srma electrod fuzibil n mediu de gaz protector activ MAG136 Sudarea cu srma tubulara n mediu de gaz protector activ137. Sudarea cu srma tubulara n mediu de gaz protector inert138. Sudarea cu srma tubulara autoprotectoare14. Sudarea cu electrod nefuzibil cu arc protejat141 Sudarea cu electrod de wolfram n mediu de gaz protector inert TIG/WIG15. Sudarea cu arc electric strangulet151. Sudarea cu plasma18 Alte procedee de sudare cu arc electric5.2 SUDAREA CU ARC ELECTRICArcul electric este o descarcare electrica stabila ntre doi electrozi la densitati mari de curent n mediu gazos.Etapele amorsarii si formarii arcului electric sunt prezentate n figura 5.1.Punctele de contact ntre electrod si piesa (figura 5.1.a), care constituie locurile de strangulare a liniilor de curent se vor ncalzi pna la temperatura de topire, datorita curentului de scurtcircuit mare. Sub influenta fortei de apasare F numarul punctelor de contact va creste continuu si zona de trecere electrod si piesa va fi formata dintr-o punte de metal lichid (figura 5.1.b). La ridicarea electrodului de pe piesa (figura 5.1.c) odata cu alungirea puntii de metal, datorita fortelor electromagneticeFese produce si o strangulare a ei. Aceasta determina o crestere a rezistentei electrice care conduce la cresterea temperaturii acestei portiuni. La atingerea temperaturii de fierbere a metalului are loc ruperea puntii metalice si formarea vaporilor metalici care fiind usor ionizabili asigura trecerea curentului n continuare sub forma unei descarcari n arc (figura 5.1.d).

Figura 5.1. Etapele amorsarii si forarii arcului electricProcesul de formare a arcului electric d 636d32g ureaza doar cteva fractiuni de secunda si se caracterizeaza prin fenomene fizice complexe: emisie termoelectronica ionizarea gazului din spatiul arcului accelerarea electronilor n cmp electric, etc.Datorita transportului de ioni de la anod la catod, anodul va aparea sub forma unui crater iar catodul sub forma unui con.Partile componente ale arcului electric sunt prezentate n figurile 5.2. si 5.3.

Figura 5.2 Delimitareazonelor arculuiFigura 5.3. reprezentarea simplificata a arculuielectricelectric5.2.1 SUDAREA CU ELECTROZI INVELIISudarea cu arc electric, la care arcul se mentine ntre electrod si piesa fiind protejat numai de gazele si/sau zgura rezultate prin topirea electrodului, electrodul constituie metalul de adaos.Se deosebesc:sudarea manuala cu electrod nvelit, la care electrodul este fixat ntr-un portelectrod care este condus manual de catre sudor,sudarea gravitationala cu electrod nvelit, la care acesta se aseaza nclinat n rost si care pe masura consumarii, se deplaseaza sub actiunea fortei de gravitatie,sudarea mecanizata cu electrod nvelit, la care electrodul se deplaseaza sub actiunea fortei de apasare a unui resort,sudarea cu srma tubulara autoprotectoare,sudare cu electrod culcatSudarea cu arc electric cu electrozi (nveliti) fuzibili este procedeul cel mai des aplicat, deoarece prin utilizarea arcului electric poate fi concentrata o mare cantitate de caldura, iar operatia de sudare ncepe din momentul amorsarii arcului electric.Curentul de sudare este furnizat de o sursa de curent care poate fi:a) transformatorb) convertizorc) redresord) invertora)Transformatoarele-sunt surse de curent alternativ cobortoare de tensiune (valorile aproximative ale tensiunii si curentului n secundar sunt 70V si500A). Pot fi racite natural sau n ulei.Avantaje:- este simplu si are constructie ieftina- nu are parti n miscare care se uzeaza- are durata mare de viata- randamentul este ridicat 70 - 90%- pierderile de mers n gol sunt foarte reduse- suflajul magnetic este foarte slab.Dezavantaje: - factor de putere foarte slab,cos = 0,3-0,45-fiind monofazat ncarca neuniform reteaua trifazata.Partile constructive principale ale unui transformator electric sunt:miezul feromagnetic, care este sediul cmpului magnetic principalnfasurarilepartile de asamblare si accesoriiSchema unui transformator monofazat cu doua nfasurari este prezentata n figura 5.4.

Figura 5.4. Schema transformatorului monofazatCurentul de scurtcircuit este:(5.1.)Din aceasta relatie rezulta ca, curentul de scurtcircuit poate fi modificat fie prin modificarea raportului de transformare al transformatorului:(5.2)n care:W1= numar spire primareW2= numar spire secundarefie prin modificarea reactantei XT(cu nfasurare mobila, reglare n trepte a numarului de spire n primar, cu sunt magnetic, cu bobina de reactanta separata, etc.).b)Convertizoarele de sudare -sunt surse de curent continuu si se compun dintr-un motor de antrenare care poate fi motor cu ardere interna sau motor electric asincron si un generator de curent continuu cu caracteristica cobortoare.Avantaje:- ncarca uniform reteaua de curent trifazata- are randament ridicat 50-65%- au factor bun de putere- stabilitatea arcului este mai buna n curent continuu dect n curent alternativDezavantaje:- cost ridicat- consum mare de energie la mersul n gol- ntretinere costisitoare si pretentioasa.Generatoarele cele mai des utilizate sunt: cu excitatie separata si serie antagonista (GESSA) (figura 5.5.a) cu excitatie derivatie (figura 5.5.b) cu poli divizati cu cmp transversal.

Figura.5.5. Generatoare de curent continuuReglarea curentului se face prin doua moduri: modificarea curentului de excitatie prinRe(Ue)cu reostatulRscare modificaIsc.c)Redresoarele- sunt surse de sudare de curent continuu compuse dintr-un transformator de putere si un redresor (de seleniu, diode sau tiristoare de putere).Avantaje:- lucreaza fara zgomot, si asigura suduri uniforme de calitate;- are factor de putere ridicatcos = 0,6-0,7;- este mai simplu si mai ieftin dect convertizorul.Dezavantaje:- este un utilaj scump;- se defecteaza usor (elementele semiconductoared.)Invertoarele-Masa acestor surse este mult mai mica dect a surselor clasice. De exemplu pentru a produce un curent de sudare de 10 A n cazul surselor clasice aceasta sursa va avea o masa cuprinsa ntre 8 - 10 kg, iar n cazul surselor cu invertor masa acestora va fi cuprins ntre 1 - 1,2 kg.Principiul de functionare a sursei cu invertor este prezentat n figura 5.6.

Figura 5.6. Schema sursei cu invertor1 - redresor; 2 - comutator cu tranzistor; 3 - transformator cu nalta frecventa;4 - redresor; 5 - bobina de netezire; 6 - pupitru de comanda; 7 - sunt;8 - electrod si arc electric; 9 - reteaua trifazataCurentul alternativ dat de reteaua de alimentare trifazica este redresat (1) si prin intermediul comutatorului cu tranzistor (2) este transformat n curent alternativ de nalta frecventa f > 20 kHz.Pentru obtinerea unei tensiuni de frecventa nalta este necesar un transformator (3) mult mai mic dect la frecventa de 50 Hz. Dupa transformator un redresor (4) produce din nou curent continuu. Pentru netezirea acestui curent este introdusa n circuit o bobina de netezire (5) a carei masa la fel este mult mai mica dect la o sursa de sudare clasica.Forma caracteristicii sursei n timpul operatiei de sudare cu impulsuri se modifica cu ajutorul celor doua tranzistoare aflate n comutatorul (2)Avantajele principale ale surselor cu invertor sunt:greutatea sursei este micsorata de circa 10 ori fata de cea specifica sursele precedente;reducerea puternica a greutatii transformatorului si a inductantei de netezire;posibilitatea oricarei forme de puls pentru curent de sudare;Dezavantajele principale sunt:necesitatea utilizarii unor tranzistoare de putere la tensiuni ridicate (800 - 1000 V)sensibilitatea tranzistoarelor fata de supratensiunile ce apar pe reteaua de alimentare datorita altor masini electrice de forta, racordate la aceeasi retea de alimentare;necesitatea montarii unui filtru de retea de constructie mai deosebita (ct mai usor) care sa protejeze reteaua fata de tensiunile transmise prin diferite cuplaje, cu frecventa de 300 Hz care este frecventa maxima a impulsurilor de curent la sudare.Electrozii folositi la sudarea manuala cu arc electric pot fi:-nefuzibili- carbune;- wolfram;-fuzibili- nenveliti;- nveliti.nvelisul trebuie sa asigure: topirea uniforma a srmei electrod; amorsarea usoara si mentinerea stabila a arcului; protectia arcului de atmosfera nconjuratoare; alierea metalului depus; zgura usor de ndepartat.Arcul electric la sudare cu electrod nvelit este prezentat n figura 5.7..

Figura 5.7. Arcul electric protejat1 - inima metalica a electrodului; 2 - nvelisul electrodului; 3 - picatura n formare;4 - coloana luminoasa a arcului; 5 - metalul de baza; 6 - baia topita;7 - zgura solidificata; 8 - zgura lichida; 9 - curentul de gaz n jurul arcului;10 - metalul depus, cusatura; 11 - picatura de metal topitn functie de rolul pe care l au substantele care intra n compozitia nvelisului se pot grupa n:1.Substante ionizante, care la temperaturi ridicate se ionizeaza usor.2.Substante zgurifiante, care produc zgura abundenta de greutate specifica mai mica dect a otelului. Asigura racirea nceata a cusaturii.3.Substante dezoxidante care intra usor n combinatie cu oxigenul. Compusii lor intra n zgura.4.Substante fluidizante si fondante care separa zgura si impuritatile din metalul topit, au punct de topire scazut.5.Substante gazefiante care produc gaze cu o suprapresiune n spatiul arcului mpiedicnd patrunderea aerului n zona metalului topit.6.Liantii care asigura rezistenta, elasticitatea si mentinerea nvelisului pe srma.7.Plastifiantii care plastifica nvelisul.8.Substante de aliere si de adaos.Dupa tipul nvelisului electrozii de sudare pot fi:oxidantiacizititanic-rutilicicelulozicibazici.Alegerea electrozilor se face pe baza a doua criterii principale:a)compozitia chimica sa fie ct mai apropiata de cea a materialului de baza;b). caracteristicile mecanice sa fie cel putin egale cu cele ale materialului de baza (limita de curgere, rezistenta la rupere, alungirea, rezistenta la ncovoiere prin soc).5.2.2. TEHNICA SUDRII CU ARC ELECTRICSe parcurg urmatoarele etape:1.Alegerea diametrului electrozilor si a valorii parametrilorde sudare.Pentru sudarea stratului de radacina se recomanda utilizarea diametrelor de electrozi (de) mici: 2,5 mm sau 3,25 mm (pentru usurarea accesului la radacina se va evita folosirea electrozilor cu nvelis gros).Alegerea diametrului electrodului se va corela cu dimensiunile efective ale rostului (vezi figura 5.8.)Pentru executarea straturilor de umplere a rostului se recomanda utilizarea electrozilor de diametru mai mare (4 mm, 5 mm) sau chiar utilizarea electrozilor cu nvelis gros cu pulbere de fier n nvelis.Recomandarile sunt valabile n cazul mbinarilor sudate cap la cap si a mbinarilor sudate de colt.n functie de tipul nvelisului electrodului se stabileste natura si polaritatea curentului de sudare Is(curent alternativ sau continuu) n cazul curentului continuu aceasta poate fi cu polaritate directa adica electrodul legat la polul negativ al sursei sau cu polaritate inversa cnd electrodul este legat la polul pozitiv al sursei.Curentul de sudare depinde de tipul (marca) si diametrul electrodului, pozitia de sudare, felul trecerii, grosimea componentelor etc.Pentru stabilirea curentului de sudare se folosesc diferite relatii [5] dar toate sunt functie de diametrul electroduluiIs= f (de)(5.3.)Tensiunea arcului (Ua) depinde de lungimea arcului, tipul nvelisului electrodului, curentul de sudare, diametrul electrodului, etc.Pentru stabilirea tensiunii arcului se utilizeaza relatia(5.4.)Ua= f (Is)(5.4)Viteza de sudare vsdepinde de metalul de baza prin energia liniara admisa sa se introduca la sudare, aria trecerii, tipul si diametrul electrodului, pozitia de sudare, etc. Calculul vitezei de sudare se executa cu o relatie care este functie de IsVs= f (Is)(5.5.)Energia liniara (ql) se exprima cu relatia:(5.6)unde este randamentul arcului electric2.Pregatirea materialelor nainte de sudare. Ea consta n curatirea locului care se mbina prin sudare de oxizi, rugina si pete de grasime prin sablare cu peria de srma sau prin aschiere. Rosturile se pregatesc prin aschiere conform desenului de executie al constructiei metalice (vezi figura 5.8.). Se pot pregati si prin taiere termica.

Figura 5.8. Forme de rosturi3.Aprinderea si conducerea arcului.n functie de pozitia n spatiu a sudurilor, electrodul trebuie tinut ntr-o pozitie corespunzatoare,Metodele de amorsare a arcului sunt prezentate n figura 5.9.

Figura 5.9. Metodele de amorsare a arcului electrica.) aprindere de chibritb.) prin atingereOperatorul trebuie sa fie preocupat totdeauna ca pozitia electrodului sa fie nscrisa ntr-un plan perpendicular pe suprafata baii de metal necesara realizarii sudurii (vezi figura 5.10).

Figura 5.10. Pozitionarea electroduluia). pozitie orizontalapendulare; b). pozitie nclinata;c). pozitie verticala; d). pozitie cornisa;e.). pozitie peste cap5.2.2.1.Imbinari cap la cap n jgheabElectrodul se conduce perpendicular pe cele doua componente n sectiune transversala, si la un unghi de 60-900fata de perpenduculara sectiunii longitudinale n directia de sudare ( vezi figura 5.11)Electrodul poate fi condus n linie dreapta (cazul cel mai simplu) sau prin pendulare, pendulare sub forma de arce de cerc si prin tesere vezi figura 5.12.

Figura 5.11. Pozitia electrodului n cazul sudarii cap la cap n jgheabn general sudarea cu electrod invelit se utilizeaza la table peste 4 mm. Se poate suda si table mai subtiri pna la 1 mm. n acest caz prinderea de sudura provizorie se va face la o distanta de 50 mm pentru ca la distante mai mari tablele se deformeaza si tablele dupa sudare nu vor fi n plan.

Figura 5.12. Conducerea electrodului n rosta.) linie dreaptab)pendulare n zig-zagc.)pendulare dupa arc de cercd.) teseren cazul sudarii radacinii arcul se conduce n linie dreapta. Pentru straturile de umplere electrodul poate fi condus n doua feluri n linie dreapta si pendulat. Daca se utilizeaza pendularea atunci latimea pandularii trebuie sa cuprinda toata latimea rostului vezi figura 5.13.

Figura 5.13. Cordoane de umplerea.) prin pendulareb.) conducerea electrodului n linie dreaptaTablele ntre 15-25 mm se sanfreneaza n X. n acest caz cantitatea de material de adaos topit este pe jumatate fata de senfren n V sau Y la acelasi grosime de material, dar presupune acces la tabla din amblele parti. Peste 25 mm se recomanda utilizarea sanfrenului n U sau dublu U.Obs. Radacina n toate cazurile se executa cu electrozi de diametru 2,5 mm5.2.2.2. Sudarea n jgheab a mbinarilor de colt exteriorCa sa avem patrundere corespunzatoare, radacina se va suda cu electrod cu diametru de 2,5 mm . n functie de grosimea componentelor se va suda n mai multe straturi (vezi figura 5.14)

Figura 5.14. Sudarea mbinarii de colt exterior n jgheb5.2.2.3. Sudarea mbinarilor de colt interior n pozitie orizontalan acest caz pozitia relativa a celor doua componente este una orizontala ceaalalta verticala. n cazul unui cordon de colt pozitia electrodului trebuie sa fie n bisectoarea unghiului. n cazul placii verticale de trecere pozitia electrodului este tot n bisectoarea unghiului dar cu 1-2 mm mai sus de colt n vederea repartizarii mai uniforme a caldurii. ( ca placa orizontala sa nu se suprancalzeasca) vezi figura 5.15

Figura 5.15. Conducerea electrodului n cazul realizarii unor cordoane de colt orizontala.)cordon de colt simplub si c.) cordon de colt cnd una din table trece peste coltCordoanele de colt pna la 5 mm se realizeaza dintr-un singur strat peste din mai multe functie de grosime.Sudarea n jgheb a cordonului de colt este reprezentat n figura 5.16.Radacina se va suda cu un electrod cu diametru mic de exemplu 2,5 mm sau maxim 3,25 mm. Un exemplu de realizare a unui cordon de colt mai mare de 5 mm este prezentat n figura 5.17.. n acest caz se urmareste realizarea unui triunghi isoscel adica a=b figura 5.17.

Figura 5.16. Sudarea n jgheabFigura 5.17. Sudarea unei mbinaria unei mbinari de coltde colt din mai multe rnduri5.2.2.4. Sudarea verticala a unor mbinari cap la capElectroda se conduce pe un plan perpendicular pe suprafata tablelor componentelor. n cazul sudarii radacinii sau realizarea unui cordon dintr-o singura trecere, electroda va fi condus sub forma de triunghi conform figurii 5.18.a.. Radacina se va suda cu electrod cu diametrul de 2,5 mm

Figura 5.18. Conducerea electrodului n cazul sudarii verticale a unui cordon cap la capa.)conducerea electrodului n cazul sudarii verticale ascendentb ) suderea verticala a tablelor subtiric si d) sudarea verticala a tablelor mai groase cap la cap ascendent si descendentRadacina se va suda cu un electrod cu diametrul de 2,5 mm. Important este alegerea curentului de sudare. La curenti prea mari apare curgerea baii, la curenti prea mici se lipeste electrodul de piesa, respectiv apar defecte n mbinare.n cazul sudarii unui cordon din mai multe straturi tehnica de conducere a electrodului este reprezentat n figura 5.19

Figura 5.18. Sudarea verticala a unei mbinari cap la cap din mai multe straturia) conducerea electrodului n cele trei straturi (punctul reprezinta oprire)b) sectiunea cordonului inaintea ultimului stratc) dupa ultimul strat5.2.2.5. Sudarea verticala a unor mbinari de colt interiorCordonul se realizeaza prin pendularea sub forma truinghiulara ascendent. Aceasta miscare trebuie sa fie ct se poate de uniforma. Diametrul electrodului folosit va fi de 2,5 mm

Figura 5.19. Conducerea electrodului la sudarea verticala a cordoanelor de colta.) sudarea radacinii sau a unui cordon de coltb.) sudarea cordonului de colt vertical din mai multe treceri5.2.2.6. Sudarea cap la cap orizontala pe perete vertical (cornisa)Este o pozitie destul de dificil de executat. Radacina se executa cu electrod de diametru de 2,5 mm descriind cercuri.vezi figura 5.20.

Figura 5.20Sudarea cap la cap orizontala pe perete vertical( cornisa)a.)executarea radacinii.b.)conducerea electrodului prin miscare de rotatiec.)sudare gresitad.)straturile de umplereCordoanele de umplere se realizeaza de jos n sus.5.2.2.7. Sudarea peste cap (cap la cap si de colt)Se utilizeaza electrod special pentru aceasta pozitie ca baia de metal topit sa nu se desprinde din cauza fortei gravitationala. Se sudeaza cu arc ct mai scurt, baia de metal topit trebuie sa fie ct mai mica. Radacina se sudeaza cu electrod de diametru 2,5 mm iar restul straturilor cu 3,25 mm. Pregatirea rosturilor n acest caz se va executa mai pretentios, Pozitia electrodului se va conduce conform figurii 5.21

Figura 5.21 Pozitia electrodului la realizarea unui cordon cap la cap n pozitia peste capLa sudarea cordoanelor de col' peste cap radacina se sudeaza cu electrod cu diametrul de 2,5 mm Electrodul se conduce pe bisectoarea unghiului adica la 450respectiv 700la directia de avans a electrodului. Vezi figura 5.22

Figura 5.22. Sudarea peste cap a mbinarilor de colt.a.)si b) pozitia electrodului la sudarea radaciniic)realizarea straturilor5.2.2.8. ncarcare prin suduran cazul pieselor reperelor care au suferit coroziune n adncime. Se utilizeaza material de adaos identic cu material de baza. n cazul cnd materialul de baza trebuie acoperit cu un strat care sa reziste la coroziune sau de o rezistenta mai mare, materialul de adaos va fi mult diferit de material de baza. n acest caz prima data se sudeaza un strat de tampon filiform cu un material de adaos intermediar din punct de vedere a caracteristicilor.Pregatirea suprefetelor nainte de ncarcare se prezinta pe figura 5.23

Incorectcorect5.23. Pregatirea materialului de baza pentru ncarcareOrdinea de ncarcare se face conform figurii 5.24Rndurile trebuie trase paralel.

Figura 5.24. ncarcarea suprafeteia) ntr-un strat longitudinalb) n mai multe straturi longitudinalc). Longitudinal transversal