292

BIBLIOGRAFIE

[1] Albu A. ş.a. – Programarea asistatã de calculator a maşinilor-unelte , Editura Tehnicã, Bucureşti, 1980.

[2] AmzaGheorghe, ş.a. – Tratat de Tehnologia Materialelor,Editura Academiei Române, Bucureşti, 2002.

[3] Aurel Nanu – Prelucrãri prin eroziune în construcţia demaşini, Editura Facla , Timişoara, 1980.

[4] Aurel Nanu - Tehnologia Materialelor - Editura Didacticã siPedagogica , Bucureşti, 1977.

[5] Aurel Oprean ş.a. – Bazele aşchierii şi generãrii suprafeţelor ,Editura Didacticã şi Pedagogicã, Bucureşti, 1981.

[6] Bastiurea Gh. Ş.a. – Comanda numericã a maşinilor-unelte ,Editura Tehnicã, Bucureşti, 1976.

[7] Constantinescu Maia – Protecţia anticorozivã a metalelor,Editura Tehnicã, Bucureşti 1979.

[8] Daniel Gay – Materiax Composites, Editure Hermes, Paris,1991.

[9] Dumitras C., C. Opran – Prelucrarea materialelor compozite ,ceramice şi minerale, Editura Tehnicã , Bucuresti 1994.

[10] HagymaşG., Firoiu C., Radovici O. – Coroziunea şi protecţiametalelor, Editura tehnicã, Bucureşti 1963.

[11] Gavrilaş I., Marinescu N.- Tehnologii neconvenţionale,Reprografia Institutului Politehnic Bucuresti , Bucuresti1984.

[12] Giacomelli I., M. Bormambet, G. Zamfirescu - Materiale şitratamente termice pentru produse sudate, O. U. P, Constanţã.2004.

[13] Leonard Stoian ş.a. - Tehnologia materialelor - EdituraDidacticã şi Pedagogicã, Bucureşti, 1980.

[14] Miklosi C.– Sudarea metalelor, Editura Tehnicã, Bucureşti,1965.

293

[15] Moldovan V., Chiriţã V.– Exploatarea raţionalã a maşinilorde forjat , Editura Tehnicã , Bucureşt,i 1979.

[16] Petre Gladcov si alţii – Tehnologia materialelor şiSemifabricatelor, PROINVENT, Bucureşti, 2002.

[17] Sofroni L.– Materiale şi amestecuri de formare pentruturnãtorii , Editura Tehnicã , Bucureşti, 1971.

[18] Sofroni L. ş.a. – Turnarea de precizie cu modele gazeficabiledin polistiren, Editura Tehnicã , Bucureşti, 1991.

[19] T. Sãlãgean T. – Tehnologia procedeelor de sudare cu arc ,Editura Tehnicã, Bucureşti, 1985.

[20] Teodorescu A. – Tehnologia extrudãrii metalelor, EdituraTehnicã, Bucureşti, 1975.

[21] Teodorescu C. – Imbinãri sudate - Editura Tehnicã,Bucureşti, 1975.

[22] Teodorescu M. ş.a. – Elemente de proiectarea ştanţelor şimatriţelor, Editura Didacticã si Pedagogica , Bucureşti, 1983.

[23] Techea P., C. Dan, X. Epure - Materiale pentru sudarestandardizate, POIDPICM, Bucureşti, 1996.

[24] Voicu M. ş.a. - Tehnologia materialelor - ReprografiaInstitutului Politehnic Bucureşti , Bucureşti, 1974.

[25] Zgurã Gh. – Tehnologia sudãrii prin topire, Editura Didacticãşi Pedagogicã, Bucureşti, 1986.

[26] Zgurã Gh.– Prelucrãri prin deformare la rece - EdituraTehnicã, Bucureşti, 1982.

13

CAPITOLUL 1NOTIUNI INTRODUCTIVE

1.1.Tehnologia - definiţii

La baza oricãrei discipline ştiinţifice stã un set de noţiuni judiciosstabilite, care servesc drept “cãrãmizi” de construcţie a întregului sistem. Deregulã, aceste noţiuni sunt legate între ele şi de noţiunile ştiinţelorfundamentale. Definirea precisã a noţiunilor cu care urmeazã sã operãmeste extrem de importantã, indiferent de domeniul pe care urmeazã sã-labordãm, deoarece trebuie sã ştim exact la ce ne referim/raportãm, pentru aevita orice confuzie.

Definiţia 1. Tehnologie = ştiinţa care se ocupă cu studiul, elaborarea şideterminarea proceselor, metodelor şi procedeelor de prelucrare a materialelor.Ca ştiinţă “tehnologia” s-a dezvoltat pe baza şi în strânsă legatură cu alte ştiinteşi discipline: matematica, fizica, chimia, electrotehnica, mecanica, metalurgia,ştiinţa materialelor, etc.

In funcţie de materialul care se prelucrează, se deosebesc diversetehnologii cum ar fi:

- tehnologia elaborării metalelor;- tehnologia construcţiilor de maşini;- tehnologia produselor alimentare;- etc.

Definiţia 2 . Tehnologie = ansamblu de procese, metode, procedee,reguli, operaţii, faze care se desfăşoară în scopul obţinerii (fabricării) unuianumit produs (piesã, organ de maşină, subansamblu, etc.).

Tehnologia fabricării produselor impune în mod obligatoriu executareaoperaţiilor într-o succesiune bine determinată şi prestabilită. Prin aceasta, pânăla transformarea în produse finite, materiile prime, materialele şisemifabricatele trec printr-o serie de schimbări ale formei şi dimensiunilor, alecompoziţiei chimice şi proprietăţilor fizico-mecanice, ale aspectului exterior, alpoziţiilor reciproce a suprafeţelor, ale structurii.

Definiţia 3. Tehnologia se referă la aplicarea practică a cunoaşterii prinintermediul tehnicilor utilizate în activităţile productive (ca ansamblu deinstrumente, metode şi norme).

Tehnologia este o ştiinţă care studiază transformările la care este supusăsubstanţa în procesele tehnologice de lucru şi le aplică în vederea obţineriiproduselor.

Tehnologia este ştiinţa care studiază toate transformările la care estesupusă substanţa în procesele tehnologice de lucru şi modalităţile prin care

14

conducem aceste transformări în vederea obţinerii produselor, în condiţiitehnico-economice optime.

Tehnologia este o ştiinţă aplicativă. Ea nu rezolvă problemarealizării unui singur produs, ci a obţinerii de producţii industriale.

Tehnolgia aplică legile celorlalte ştiinţe.Tehnologia utilizează legile fizicii, chimiei, ale altor ştiinţe, precum şi

legi proprii.Tehnologia are trei dimensiuni:1- Dimensiunea materială = care se referă la ansamblul uneltelor,

instalaţiilor, maşinilor, materialelor, sculelor şi dispozitivelorutilizate în activitatea productivă;

2- Dimensiunea normativă = care cuprinde normele de utilizare adimensiuii materiale şi reţelele de organizare a producţiei asociateunei tehnologii;

3- Dimensiunea socială = reprezentată de suma de abilităţi şicomportamente individuale şi colective, ca şi de normele socialegenerate de utilizarea unei anumite tehnologii;

Din punct de vedere al fenomenelor ştiinţifice care stau la bazaprincipiului fizic al metodei tehnologice, tehnologiile se împart în două maricategorii:

1. Tehnologii clasice (convenţionale);2. Tehnologii neconvenţionale;Tehnologii neconvenţionale sau electrotehnologiile s-au dezvoltat rapid în

ultimele două decenii ca urmare a unor cerinţe ale industriei. Dezvoltarea şirăspândirea lor se datorează şi apariţiei unor noi materiale foarte greu sauimposibil de prelucrat folosind tehnologiile clasice. De asemeni exploatareaspaţiului cosmic şi cursa înarmărilor au constituit factorii motrici ai apariţiei şirăspândirii tehnologiilor neconvenţionale.

Marea majoritate a procedeelor şi metodelor de prelucrareneconvenţională au la bază, transformarea energiei electrice într-o altã formă:energie calorică, luminoasă, mecanică. Această nouă formă de energie esteutilizată apoi pentru prelucrarea materialelor.

Procedeele tehnologice clasice nu pot fi înlocuite prin celeneconvenţionale. Dimpotrivă, electrotehnologiile sunt o completare atehnologiilor clasice, care rămân cu ponderea cea mai mare în construcţia demaşini.

Asimilarea de către industrie de noi metode de prelucrare este legatădirect de preţul de cost, productivitatea şi timpul de amortizare al investiţiei.

15

Prin automatizare, robotizare şi computerizare o tehnologie clasică nupoate trece în sfera neconvenţionalului, deoarece principiile fizice care stau labaza metodei tehnologice respective rămân aceleaşi.

Toate aceste considerente, împreună cu cele economice care joacă unrol decisiv, fac ca importanţa şi dimensiunile tehnologiilor clasice să rămânăneştirbite. De aici derivã şi spaţiul considerabil pe care-l vom aloca studiuluitehnologiilor clasice (de exemplu în Japonia existau în 1980 10% maşini pentruprelucrări neconvenţionale).

Vom defini în cele ce urmeazã unele noţiuni fundamentale cuajutorul cãrora vom explicita principalele noţiuni ale tehnologiei.

ISO 9000 defineşte urmãtoarele noţiuni:Necesitate – nevoie sau dorinţã resimţitã de cãtre un utilizator.Cerinţã – nevoie sau aşteptare care este declaratã, în general

implicitã sau obligatorie.Satisfacţie a clientului – percepţie a clientului despre mãsura în

care cerinţele sale au fost îndeplinite.Management – activitãţi coordinate pentru a orienta şi controla o

organizaţie.Sistem de management – sitem prin care se stabilesc politica şi

obiectivele şi prin care se îndeplinesc acele obiective.Organizaţie – grup de persoane şi facilitãţi cu un ansamblu de

responsabilitãţi, autoritãţi şi relaţii determinate.Eficienţã – relaţie între rezultatul obţinut şi resursele utilizate.Structurã organizatoricã – ansamblu de responsabilitãţi, autoritãţ i

şi relaţii dintre persoane.Infrastructurã – sistem de faciltãţi, echipamente şi servicii

necesare pentru funcţionarea unei organizaţii.Mediu de lucru – ansambli de condiţii în care se desfãşoarã

activitatea.Proces – ansamblu de activitãti corelate sau în interacţiune care

transformã intrãrile în ieşiri.Produs – rezultatul unui proces.

Proiect – proces unic care constã dintr-un ansamblu de activitãţicoordinate şi controlate, cu data de început şi de finalizare, întreprins pentrurealizarea unui obiectiv conform cerinţelor specifice şi care includeconstrângeri referitoare la timp, costuri şi resurse.

Procedurã – mod specific de desfãşurare a unei actrivitãţi sau aunui proces.

Caracteristicã – trãsãturã distinctive.

16

Informaţie – date semnificative.Document – informaţie împreunã cu mediul sãu suport.Încercare – determinare a uneia sau a mai multor caracteristici în

conformitate cu o procedurã.Analizã – activitate de determinare a potrivirii, adecvanţei şi

eficienţei în ceea ce priveşte îndeplinirea obiectivelor stabilite.Client – organizaţie sau persoanã care primeşte un produs.Prin proces (procedeu) înţelegem un ansamblu de mijloace şi de

activitãţi coerente care transformã elementele de intrare în elemente deieşire.

Intrãri Ieşiri

Orice activitate umanã conştientã este realizatã printr-un proces.Fiecare proces are elemente de intrare sub forma unor fluxuri de

materiale, utilaje, scule, dispozitive, resurse umane, energie, know-how.Ieşirile din sistem pot fi produse, servicii, programe de calcul, etc.Procesul este o activitate de-a lungul cãreia elementele de intrare

suferã transformãri şi li se adaugã valoare.

Standardul francez NF X50-150, defineşte urmãtoarele noţiuni:Constrângere (NF X50-150) – limitarea în libertatea de alegere a

proiectantului / realizatorului unui produs.Constrângerile apar datoritã:

- unor condiţii impuse produsului;- lipsei unor mijloace;- cerinţelor pieţei;- necesitãtii respectãrii unor norme;- impunerii unei soluţii de principiu.

Constrângerile evolueazã în timp şi nu depend de loc.Constrângerile inutile trebuiesc identificate şi înlãturate. Intr-un produsconstrângerile se regãsesc sub formã de “funcţii de constrângere”.

Criteriu de apreciere (NF X50-150) –character reţinut pentru aaprecia modul în care o funcţie este îndeplinitã sau o constrângere esterespectatã.

Pentru o aceeaşi funcţie por exista criterii diferite de apreciere. Inmãsura în care este posbil orice criteriu de apreciere trebuie asociat uneiscãri care sã permitã evaluarea nivelului.

PROCES

17

Produs (NF X50-150) – Ceea este sau va fi furnizat unui utilizatorpentru a rãspunde necesitãţilor sale.

Bunurile materiale obţinute sau create în urma unor procedee de muncase numesc produse.

Obţinerea sau crearea produselor este rezultatul desfăşurării unui procesde producţie.

Proces de producţie = proces tehnico-economic complex care cuprindeîntreaga activitate desfăşurată pentru realizarea produselor.

După obiectul asupra căruia se exercită, procesele de producţie potcuprinde :

1. Procese de bază, care realizează fabricarea sau repararea produselorprin tehnologii de lucru şi tehnologii de control; procesele de bazãcontribuie direct la transformarea materiilor prime si alesemifabricatelor în produse finite.

2. Procese de pregătire, (cuprinde activitãţile de proiectare,organizare); aceste procese se constituie în activitatea de pregãtiretehnologicã a fabricaţiei, de a cãrei acurateţe depinde succesulîntregii activitãti productive;

3. Procese anexe, completare a celor de bază şi se referã la activitãţicum ar fi cea de întreţinere a sculelor i utiliajelor;

4. Livrare şi comercializare

StructuraProces de producţie

Procesele de producţie se pot clasifica în :- procese de extractie;- procese tehnologice de fabricaţie;

Pornind de la materiile prime, prin procesele tehnologice de fabricaţie sepot realiza:

- materiale de fabricaţie (produse neprelucrate în piese);

Activitate de conducere - luarea deciziilor; Proces de pregătire; Proces de bază; procese de producţie, care pot fi:; - fabricaţie; -reparaţie; procese de control; Procese anexe; Livrare;

18

- materiale semifabricate (materiale folosite pentru fabricarea unorpiese);

Dimensiunile semifabricatului fiind întotdeauna mai mari decât alepiesei finite, se defineşte noţiunea de indice (randament) de utilizare almaterialului ( M ).

sf

pfM M

M x100 [%]

unde Mpf reprezintã masa piesei finite iar Msf masa semifabricatului.- piese finte (produsul finit rezultat din procesul tehnologic);- ansamblu tehnic, produs (totalitatea pieselor montate carealcătuiesc un sistem tehnic cu o anumitã funcţiune);

Un produs este un sistem tehnic care îndeplineşte o funcţieprincipală si este compus din mai multe repere.

Fiecare reper este definit prin configuraţie geometrică şicaracteristici de material.

Configuraţia geometrică este caracterizată prin- formă;- dimensiuni;- poziţie relativă a suprefeţelor;- gradul de netezime al suprafeţelor sale (rugozitatea).Caracteristicile de material sunt definite de:- compoziţie chimică;- caractersitici mecanice;- structură;

- proprietăţi tehnologice.Reperele mai pot fi definite însă şi prin funcţiunile, caracteristicile

esenţiale care le definesc.Produsul finit rezultat în urma derulării unui proces tehnologic poate

juca rolul de semifabricat în desfăşurarea altui proces tehnologic.

Proces tehnologic 1 Proces tehnologic 2

Procesele tehnologice de fabricaţie au următoarele ţinte :1. - modificarea proprietăţilor fizico-mecanice ale materialelor;

SEMIFASEMIFA-BRICATBRICAT1 PIESÃ

FINITÃ 1SEMIFA-BRICAT2

PIESÃFINITÃ 2

19

2. - modificarea formei, dimensiunilor, poziţiei reciproce şi calităţiisuprafeţelor;

3. – modificarea structurii ;Procesul tehnologic este o parte costitutivã a procesului de

producţie în decursul cãreia se realizeazã transformarea materialului dinsemifabricat în piesã finitã. Procesele tehnologice pot fi : procese tehnologice de prelucrare (elaborare, tratament termic,

prelucrare dimensionalã);Procesele tehnologice de prelucrare urmăresc modificarea configuraţieigeometrice, şi pot fi:- procese tehnologice de elaborare=vizează obţinerea materialelor ce

urmează a fi supuse prelucrării;- procese tehnologice de semifabricare=vizează obţinerea

semifabricatelor prin modificarea configuraţiei geometrice apieselor;

- procese tehnologice de tratament=vizează modificarea structuriimaterialelor şi deci a caracetristicilor lor mecanice şi a proprietăţilortehnologice;

procese tehnologice de control; procese tehnologice de asamblare (demontabilã sau nedemontabilã); procese tehnologice de reparare şi recondiţionare.

Procese tehnologice de semifabricare

Procese tehnologice de elaborare Procese tehnologice deprelucrare mecanicã sitratament termic

Prin prelucrare se modifică starea sau compoziţia materialului, forma,dimensiunile, rugozitatea, poziţia reciprocă a suprafeţelor, iar prin asamblare seunesc piesele în mod ordonat într-un sistem tehnic.

Procesul tehnologic de prelucrare se referã la : elaborare; confecţionare; tratament termic; suprafaţare;

Materiiprime

Materialebrute

Semifabricate Piesãfinitã

20

Metoda tehnologică (MT) exprimã principiul de execuţie al uneioperaţii sau a unei serii de operaţii din punct de vedere al naturiifenomenelor fizico-chimice pe care le suportă materialul. Metodatehnologică reprezintă un mod sistematic şi principial de executare a uneioperaţii într-un proces tehnologic, dintr-un punct de vedere esenţial: naturafenomenelor care conduc la transformarea materialului supus prelucrării.

Procedeul tehnologic (PT) se referă la mijloacele concrete prin care serealizează metoda tehnologică din punct de vedere al utilajelor folosite, almediului de lucru şi al materialelor folosite.

Procedeul tehnologic cuprinde şi mijloacele prin care se realizează ometodă tehnologică, din punct de vedere al dimensiunii materiale şi a celeinormative a tehnologiei aplicate.

Putem considera procedeul tehnologic ca fiind un sistem ordonat dedouã elemente(în sens algebric). Pentru ca douã sisteme ordonate de douãelemente sã fie identice este necesar ca elementele lor componente sã fieidentice. De aceea orice diferenţa oricât de micã în una din dimensiuni conducela apariţia unui nou procedeu tehnologic.

PT = (Dmat, Dnorm)

O metodã tehnologică nu se aplică prin ea însăşi, ci prin intermediulprocedeelor tehnologice. O aceeaşi metodă tehnologică se poate aplica prin unasau mai multe procedee tehnologice.

Metoda aratã modul principial de executare iar procedeul modulconcret. Procedeele tehnologice aferente unei metode se deosebesc între eleprin utilajele şi sculele utilizate. Fiecare metodã tehnologicã îşi arefenomenele şi legile sale fundamentale. Procedeele respectã fenomenele şilegile fundamentale, completându-le cu fenomene şi legi proprii,corespunzãtoare utilajului tehnologic specific procedeului. Diferiteleprocedee tehnologice, aferente unei aceleaşi metode, pot avea anumiteelemente comune. Putem astfel delimita în cadrul aceleaşi metode “grupe”“sau “familii “ de procedee tehnologice, care în ciuda individualizãrii lor auanumite elemente comune.

Procedeele tehnologice se deosebesc prin utilajele tehnologice folosite.Exemplu : Metoda - turnarea.

Procedee tehnologice–turnarea în forme vidate, turnarea înforme permanente, etc.

Procedeul tehnologic de fabricaţie este o sumă de operaţii care se execută înserie sau în paralel (secvenţial sau suprapus).

21

Operaţia tehnologică este o parte constitutivă a unui procedeu tehnologic şi esteo activitate ordonată, limitată în timp, efectuată fără întrerupere de către unoperator, la un singur loc de muncă, asupra unuia sau mai multor materialesupuse lucrării, în scopul modificării proprietăţilor fizico-chimice, a formeigeometrice şi a dimensiunilor materialului.

Pe parcursul unei operaţii tehnologice se folosesc semifabricate şimateriale, maşini şi aparate de lucru, diverse dispozitive.

Operaţia este compusă din mai multe faze.Faza este o parte a unei operaţii ce realizează un singur scop sau

obiectiv tehnologic cu ajutorul aceleiaşi scule şi cu acelaşi regim de lucru.Faza poate fi compusă din mai multe mânuiri.Utilajul tehnologic poate fi acţionat manual, semiautomat sau automat.Prin sistem manual înţeleg un sistem la care fiecare fazã este comandã

manual. La sistemele semiautomate numai extragerea piesei finite este manualã,restul fazelor derulându-se în regim automat. Pentru sistemele automate trebuiecomandat manual numai începutul ciclului.

Fiecare procedeu tehnologic este definit prin anumite caracteristicitehnologice, care sunt mărimi utilizate pentru determinarea, aprecierea şidiferenţierea modificărilor realizate asupra obiectului supus prelucrării.

1.2. Principii tehnologice

Orice tehnologie este o sumã de procese multidimensionale, cufoarte mulţi parametri, rezultaţi din interacţiunea concretã a unor materialereale cu mijloacele de transformare ale acestora. In ciuda caracteruluirelativ empiric al tehnologiei, existã totuşi legitãţi care conferã consistenţãşi coerenţã tehnologiei ca ştiinţã. Acestea sunt:

- Principiul multidimensional;- Principiul eficienţei;- Principiul informaţiei.Principiul proiectării proceselor tehnologice.

Principiul multidimensional

Procesul de producţie este extrem de complex, existând omultitudine de mãrimi de intrare în sistem, şi o multitudine de factoriexterni cu care reacţioneazã. Existã de asemeni un numãr considerabil devariabile în sistem determinate de numãrul mare de materiale, scule,dispozitive, masini care concurã la realizarea procesului de producţie.Aceastã multitudine de variabile, de factori de interacţiune impune un

22

anumit tip de organizare a producţiei care sã se apropie de un optimtehnologic şi economic.

Principiul eficienţei

O tehnologie trebuie să permită realizarea nivelului maxim deeficienţă pentru care a fost proiectată.

Această eficienţă trebuie să se regăsească în indicatori cum ar fi:cost, fiabilitate, productivitate, consum de materiale, consum de energie,consum de scule, etc. Prin derularea unui proces de producţie nu numai cãtrebuie sã realizãm o anumitã cantitate de produse de o anumitã calitate dartrebuie ca activitatea productivã sã atingã anumiţi parametrii economicicare sã confere unitãţii de producţie o rentabilitate cât mai ridicatã.Principalii indicatori de eficienţã sunt costul produsului, productivitateamuncii, fiabiltatea. Performanţele tehnice şi/sau tehnologice nu au nici ovaloare dacã nu sunt dublate de o bunã eficienţã a procesului de producţierespectiv.

Principiul informaţiei. Principiul proiectării proceselor tehnologice

In desfăşurarea unui proces tehnologic, trebuie să asigurămpermanent controlul fluxurilor de intrare şi de ieşire în limitele prescrise.Procesul tehnologic trebuie să se desfăşoare cu cu minimum de efort şi cumaximum de rezultate.

Proiectarea unui pordus cuprinde:- proiectarea funcţională = se referă la conceperea produsului, ca

sistem tehnic ce trebuie să îndeplinească anumite funcţiuni;- proiectarea tehnologică = se referă la conceperea produsului astfel

încât el să fie realizat printr-o tehnologie cât mai convenabilă.Putem defini tehnologicitatea unei piese ca fiind cu atât mai bună

cu cât piesa a fost produsă în parametri de calitate cu un consum minim demateriale, utilaje, manoperă.

Aceasta presupune ca orice proces tehnologic să fie proiectat atâtdin punct de vedere funcţional (constructiv), cât şi tehnologic.

Fluxurile de intrare şi de ieşire (ale unui proces tehnologic) suntredate în figura de mai jos:

23

Fig. 1.11.3. Proprietăţile materialelor (metalice)

În momentul de faţã în practicã sunt folosite o multitudine de materiale ,fiecare având anumite proprietãţi care le recomandã pentru realizarea animitorrepere.

Se impune de aceea sã analizãm aceste proprietãţi şi sã le clasificãmdupã anumite criterii :

MecaniceTermice

Fizice ElectriceIntriseci Magnetice

etc.

Chimice

Proprietăţi TehnologiceDe utilizare

De exploatare

Proprietăţile intriseci sunt independente de locul şi modul de folosire.Proprietăţile de utilizare sunt dependente de metoda de prelucrare tehnologică,de domeniul de utilizare şi condiţiile de exploatare.Proprietăţile mecanice sunt cele corespunzătoare comportării lor la solicitărilemecanice. Un material solid poate fi solicitat la solicitãri ca: tracţiune,compresiune, încovoiere, forfecare, răsucire.

Materiale

Energie

Forţă demuncă

Cunoaştere

Procestehnologic

Produs

Energiedisipată

Deşeurimateriale

Noicunoştinţe

24

Materialele metalice posedă următoarele proprietăţi mecanice:1) Elasticitatea - proprietatea materialelor metalice de a se deforma sub

acţiunea unor forţe exterioare şi de a reveni la forma lor iniţială după cesolicitarea a încetat.

2) Rigiditatea - proprietatea metalelor de a se opune deformaţiilor elastice.Este o proprietate contrară elasticităţii. Cu cât modulul de elasticitatelongitudinal (E) creşte cu atât rigiditatea creşte.

3) Plasticitatea - proprietatea materialelor deformate de a nu mai reveni laforma iniţială după ce forţele exterioare şi-au încetat acţiunea.

4) Fragilitatea - proprietatea materialelor de a nu permite deformaţiiplastice până la rupere. Este o proprietate opusă plasticităţii. (o întâlnimla fontã).

5) Fluajul - proprietatea unor materiale de a se deforma în timp lent şicontinuu sub acţiunea unor sarcini constante.

6) Tenacitatea - proprietatea materialelor de a acumula o energie mare dedeformare plastică până la rupere. Materialele tenace se rup dupădeformatii plastice mari. Ca o măsură a tenacitătii este rezilienţa.

7) Duritatea - proprietatea unui material de a opune rezistenţă lapătrunderea din exterior în stratul sãu de suprafaţă a unui material maidur. Duritatea se poate determina prin metodele Brinell, Rockwell,Vickers şi se exprimă în HB (unitãţi Brinell), HR (unitãţi Rocwell), HV(unitãţi Vickers);

Proprietăţile tehnologice - sunt cele corespunzatoare prelucrabilităţii prindiferite procedee tehnologice.

După proprietăţile lor tehnologice, materialele se pot prelucra prinmai multe metode şi procedee.

1) Turnabilitatea - proprietatea materialelor de a lua dimensiuni impusedupă solidificarea materialului topit introdus în cavitatea de turnare;

2) Deformabilitatea - proprietatea unor materiale de a se obţine deformăriremanente sub acţiunea solicitărilor.

3) Sudabilitatea - proprietatea materialelor de a realiza asamblãrinedemontabile prin stabilirea unor legături între atomii marginali aipieselor de îmbinat;

4) Călibilitatea - proprietatea unor materiale de a deveni mai dure în urmaîncãlzirii şi răcirii lor bruşte la o anumită temperatură;

Proprietãţile economice ale materialului sunt definite de o sumã de relaţiide interdependenţã dintre material şi piaţa de desfacere şi utilizare.

25

CAPITOLUL 2.PRELUCRAREA PRIN TURNARE

2.1. Consideraţii generale

Turnarea - este metoda tehnologică de fabricaţie a unei piese prin solidificareaunei cantităţi determinate de metal lichid, introdus într-o cavitate de configuraţiegeometrice corespunzătoare. Este una dintre cele mai vechi metode tehnologicede prelucare a metalelor.Turnarea este o metoda tehnologică care are la bază principiul fizic în virtuteacăruia orice lichid ia forma vasului ce îl conţine.

Avantaje (Puncte tari)1) Permite realizarea unor piese de geometrie complexă la preţuri

reduse în raport cu piesele obţinute prin alte metode;2) Accesibilitate (se poate asimila cu costuri minime şi în general nu

necesitã mânã de lucru înalt calificatã);3) Se pretează la mecanizare şi automatizare;4) Permite obţinerea unei structuri uniforme a materialului piesei.

Dezavantaje (Puncte slabe)1) Compactitate şi rezistenţă mecanică redusă a pieselor obtinute prin acest

procedeu;2) Precizia dimensionalã este redusã;3) Consum mare de manoperã, mai ales la turnarea în forme temporare;4) Consum mare de energie pentru elaborarea şi menţinerea materialului în

stare lichidã;5) Este o metodã de fabricaţie poluantã.

Prin turnare se pot prelucra atât piese metalice cât şi cele nemetalice.Statistic 50 - 70% din totalitatea pieselor utilizate se obţin prin turnare

(spre exemplu 55% la subansamblele tractorului).Dezvoltarea sectorului de turnătorie conduce la micşorarea sectorului

de prelucrări prin aşchiere, deoarece prin creşterea preciziei de turnareadaosurile de prelucrare devin mai mici şi ponderea prelucrãrilor ulterioareturnãrii scade.

Teoria turnării studiază următoarele probleme: proprietăţile metalelor în stare lichidă; solidificarea pieselor turnate; hidraulica turnării;

26

proprietăţile materialelor de formare; proiectarea şi execuţia formei de turnare;

Dintre proprietăţile metalelor în stare lichidă în procesele de turnareintervin în mod direct fluiditatea şi tensiunea superficială.

La temperatura de turnare, metalele lichide prezinta o vâscozitate de 1,5… 3 ori mai mare decât cea a apei. Vâscozitatea materialului topit esteinfluenţată de :

- temperatura metalului lichid (în mod normal este de 50 … 100 Kpeste temperatura de topire, în momentul turnãrii. Limita superioarã nu trebuiedepãşitã deoarece riscãm arderea elementelor de aliere, cu consecinţe nefasteasupra caracteristicilor mecanice ale piesei obţinute prin turnare);

- compoziţia chimică;Procesul cristalizării primare a materialului turnat are o importanţă

hotărâtoare pentru calitatea piesei şi în primul rând pentru proprietăţilemecanice ale acesteia. Creşterea rezistenţei mecanice rezultă din micşorareadimensiunilor grăunţilor, condiţie care se obţine din mărirea artificială anumărului germenilor de cristalizare prin introducerea în masa metalului lichida unor cantităţi mici de substanţe numite modificatori (Ca, Si, Al, Mg).

Viteza de solidificare se poate defini ca viteza de deplasare a frontuluide cristalizare în interiorul masei de metal topit.

Odată cu mãrirea vitezei de solidificare se înrãutãtesc rezistenţa şiplasticitatea metalelor.

2.2. Proprietăţile de turnare ale metalelor şi aliajelor

Proprietatea tehnologica a materialului metalic de a se turna în piese senumeşte turnabilitate.

Proprietăţile fizice care influenţează turnabilitatea sunt:1) Fuzibilitatea - proprietate a materialelor metalice de a

trece în stare lichidă. Metalele şi aliajele care se topesc latemperaturi joase se numesc uşor fuzibile. Pentru metaleleuşor fuzibile se folosesc instalaţii de topire simple, iarpreţul acestora este scãzut.

2) Fluiditatea - proprietatea metalelor şi aliajelor aflate înstare lichidă de a curge cu uşurinţă şi de a umple forma încare sunt turnate. Piesele cu pereţi subţiri şi conturcomplex se obţin numai din materiale cu fluiditateridicată.

3) Tensiunea superficială - forţa care se exercită tangenţialla suprafaţa lichidelor, datorită interacţiunii dintre atomii

27

de la suprafaţa lichidului şi cei din jur. Cu cât tensiuneasuperficială este mai mare, cu atât calitatea suprafeţeipieselor turnate este mai bună.

În timpul procesului de solidificare în piesa turnată au loc fenomenesecundare care conduc la formarea retasurilor, suflurilor, fenomene care sedatoreazã în principal stării de agregare şi reducerii dimensiunilor la răcire(contracţie).

2.3. Structura formelor turnate

Forma de turnare este dispozitivul specific cu ajutorul cãruia serealizeazã piesa turnatã. Sinonime sunt: cochila, matriţa de injecţie, etc.

Părţile componente ale formelor de turnare sunt: reţeaua de turnare; cavitatea formei; maselotele (atunci când sunt necesare);

Reţeaua de turnare - reprezintă ansamblul canalelor care servesc laintroducerea şi dirijarea metalului lichid în formă. Ea are ca scop să asigureumplerea rapidă a formei fără distrugerea acesteia şi să favorizeze răcireauniformă şi dirijată a piesei turnate. Ea trebuie sã asigure:

- umplerea rapidã dar liniştitã a cavitãţii formei;- sã reţinã impuritãţile, astfel încât acestea sã nu ajungã în interiorul

cavitãţii formei;- sã asigure o repartizare corectã a temperaturii în metalul din formã, prin

alegerea corectã a punctelor de intrare.

28

1 = gura pâlniei; 2 = piciorul pâlniei; 3 = canalul colector de zgurã; 4 = canalelede alimentare

Fig. 2.1. Reţeaua de turnare

Elementele componente ale reţelei de turnare sunt :1) Gura pâlniei de turnare - uşurează introducerea metalului lichid încavitatea formei preluând o parte din şocul vânei de metal topit. Dinpunct de vedere constructiv gura pâlniei se execută sub forma depâlnie tronconică, cupă sau bazin.

Cupa este folosită în cazul debitelor mari de lichidşi este prevazută cu un prag pentru reţinerea zgurei;

Bazinele sunt cupe de dimensiuni mari, cu ocapacitate de 50 - 60% (uneori 100%) din volumul demetal necesar turnării şi au dopuri la intrarea înpiciorul pâlniei. Se aplică la turnarea pieselor degabarite mari.

29

Fig.2.2. Variante c onstructive ale gurii pâlniei

2) Piciorul pâlniei de turnare - este un canal vertical, tronconic, careface legatura între gura pâlniei şi colectorul de zgură. El se execută cusecţiunea tronconica variabilă, descrescătoare înspre punctul dealimentare.3) Colectorul de zgură - are rolul de a reţine zgura, impurităţile şi de aasigura pătrunderea liniştită a metalului în canalele de alimentare.Pentru a se reţine zgura colectorul trebuie să aibă o înãlţime mare ca săpermită ridicarea la suprafata a impurităţilor.4) Canalele de alimentare - (unul sau mai multe) fac legatura întrecolectorul de zgură şi cavitatea formei. Secţiunea transversala aacestora poate fi dreptunghiulară, triunghiulară sau trapezoidală şimai rar circulară.

Calitatea unei piese turnate depinde în mod esenţial decorectitudinea dimensionării şi execuţiei reţelei de turnare.Proiectarea reţelei de turnare impune:

1) Stabilirea locului de alimentare cu metal a cavităţii formei turnare directa; turnare laterală; turnare indirectă cu sifon;

2) stabilirea schemei de amplasare a canalelor;3) determinarea duratei de turnare;4) calculul secţiunii elementelor reţelei; Trebuie sã avem în

vedere faptul cã reţeaua de turnare se înlãturã dupã turnare şi deci oreţea de turnare voluminoasã conduce la un indice scãzut deutilizare a metalului, în timp ce o reţea de turnare subdimesionatãpoate conduce la îngheţarea metalului topit si deci la obţinerea unorpiese incomplet turnate.

Cavitatea formei - asigura obţinerea piesei turnate la configuraţia şidimensiunile dorite.

Proiectarea geometriei cavităţii formei este o problemă fundamentală întehnica turnării.

30

Cavitatea formei trebuie să reziste presiunii dinamice a jetului de metallichid.

Maselotele sunt rezervoare de metal lichid, amplasate corespunzător subformă de prelungiri ale piesei turnate. Rolul lor principal constă în alimentareacu metal lichid a cavităţii formei pe durata răcirii şi solidificării, în vedereacompensării contracţiei volumetrice.

Cavitatea formei se umple cu metal lichid cu volum specificcorespunzător temperaturii de turnare, mai mare cu 3…12% decât volumulspecific al metalului la temperatura mediului ambiant.

Deci fără luarea unor măsuri imediate va apare un deficit de materialsub formă de goluri de contracţie numite retasuri.

Pentru combaterea retasurilor trebuie asigurată solidificarea dirijată apieselor turnate prin:

aşezarea părţii groase a pieselor în sus; corecta dimensionare şi amplasare a maselotelor;

Problema retasurilor se pune în special la materialele cu coeficienţi decontracţie ridicaţi: oţel, fonte.

Maselotele au următoarele dezavantaje: creşte consumul de metal (35-50%); măreste consumul de manoperă pentru înlăturarea lor;

2.4. Clasificarea procedeelor de turnare

Clasificarea procedeelor tehnologice de turnare se face dupãurmãtoarele criterii:

I. După durabilitatea formei (numărul de turnări ce se pot efectua cuaceeaşi formă) :

1. forme temporare (1 formã de turnare conduce la obţinereaunei piese turnate);

2. forme semipermanente (1 formã de turnare conduce laobţinerea a aproximativ 10 piese turnate);

3. forme permanente (1 formã de turnare conduce laobţinerea câtorva sute de piese turnate);

II. După forţele care acţioneazã asupra metalului topit în timpulturnãrii şi al solidificãrii metalului:

1. statică (gravitaţionalã);2. centrifugală;3. sub presiune;

31

III. Dupã mãrimea presiunii la care se toarnã:1. depresiune;2. suprapresiune;3. presiune normalã;

IV. Dupã modul de turnare:1. directã;2. indirectã;3. continuã;4. intermitentã;5. în planul de separaţie;

V. Dupã numãrul planelor de separaţie:1. fãrã plan de separaţie;2. cu un plan de separaţie;3. cu mai multe plane de separaţie;

VI. Dupã grosimea pereţilor:1. pereţi groşi;2. pereti subţiri (coji);

VII. Dupã gradul de uscare al formei:1. forme crude (umede);2. forme uscate;

VIII. Dupã natura liantului:1.solid (argilã, bachelitã, etc.);2. lichid (apã, rãşini, silicat de sodiu, etc.);3. gazos (vid);

IX. Dupã gradul de automatizare:1. manual;2. mecanizat;3. automatizat;

Varietatea extrem de mare a procedeelor de turnare utilizate înprezent este legatã de : volumul producţiei (cantitatea de material turnatã anual) ; caracterul producţiei ;

32

numãrul de repere ; mãrimea seriei de fabricaţie .

2.5. Etapele fundamentale ale procesului tehnologic de turnare

Ciclul de fabricaţie al unei piese turnate cuprinde urmãtoarele etape :1. Proiectare tehnologică. Este etapa cea mai importantã, de ea

depinzând succesul întregului ciclu de fabricaţie. Acum se concepedimensiunea normativã a procedeului tehnologic, succesiuneafazelor, ca şi echipamentul tehnologic de formare şi miezuire.

2. Confecţionarea modelului, cutiilor de miezuri, ramelor de formare(echipamentul tehnologic).

3. Executarea cavităţii formei. Specificitatea fiecãrui procedeutehnologic de turnare constã în modul de obţinere a cavitãţii formei, restul etapelor fiind comune, indiferent de procedeul tehnologic deturnare adoptat.

4. Elaborarea materialului topit.5. Turnarea propriu-zisă.6. Constituirea piesei turnate.7. Dezbatere. Constã în extragerea piesei turnate constituite din

cavitatea formei. Dacã forma este durabilã, atunci dezbaterea sereduce la deschiderea formei si extragerea piesei turnate. Dacãforma este temporarã, extragerea piesei turnate presupunedistrugerea acesteia.

8. Îndepărtarea reţelei de turnare. Se realizeazã prin tãierea canalelorde alimentare, fie cu flacãrã de gaze, fie prin aşchiere.

9. Curăţarea. Constã în îndepãrtarea particulelor aderente la suprafeţelepiesei turnate. Operaţia se poate realiza prin sablare cu alice, cu jetde apã sub presiune, manual sau în tobe rotative.

10. Controlul tehnic de calitate (C.T.C.). Presupune verificareadimensionalã, a calitãţii suprafeţei, a compoziţiei chimice, acaracteristicilor mecanice, a structurii, a masei. Orice abatere de lavalorile nominale indicate în documentaţia de execuţie esteconsideratã defect. Defectele pieselor turnate sunt standardizate.

11. Remedierea defectelor de turnare se face prin diferite metode ce vorfi detaliate în capitolele urmãtoare.

12. Tratament termic primar urmãreşte atât eliminarea tensiunilorinterne ce apar în timpul solidificãrii şi rãcirii, cât şi obţinerea uneistructuri cu grãunţi fini, urmare a recistalizãrii.

33

Varietatea mare a procedeelor de turnare este condiţionată de modul deobţinere a cavităţii formei turnate, restul etapelor fiind identice.

Diferenţa dintre diferitele procedee tehnologice de turnare constã înprincipal în modul de generare a cavitãţii formei, restul etapelor fiindaceleaşi, indiferent de procedeul tehnologic utilizat. De aceea, în cele ceurmeazã studiul diferitelor procedee tehnologice de turnare se va reduce înmare mãsurã la modul de obţinere a cavitãţii formei .

2.6. Turnarea în forme temporare

Formele temporare se confecţionează din amestecuri de formareconstituite din materiale granulare refractare (nisipuri), din lianţi şi materiale deadaos.

Rezistenţa mecanică a acestor forme se obţine în urma îndesăriigranulelor refractare învelite cu o peliculă de liant.

Formele temporare se realizează din punct de vedere constructiv îndouă variante:

cu pereţi groşi (50 … 250 mm); cu pereţi subţiri (forme coji, 5 … 15 mm);

2.6.1. Turnarea în forme temporare cu pereţi groşi

Turnarea în forme temporare cu pereţi groşi reprezintã nu unprocedeu tehnologic, ci o familie de procedee tehnologice, deoarececonfecţionarea formelor temporare se realizeazã în mai multe moduri,fiecare dintre ele efectuându-se cu utilaje specifice, deci constituindu-se înprocedee tehnologice distincte. Vom distinge deci un procedeu tehnologicde turnare în forme temporare cu pereţi groşi ale cãror forme se obţin prinformare manualã cu model în rame de formare , un altul la care formele seobţin prin formare manualã cu şablon în solul turnãtoriei, sau diferiteprocedee tehnologice de turnare în forme temporare cu pereţi groşi obţinuteprin diferite metode de formare mecanizatã, în funcţie de utilajul utilizat.

Varietatea mare a procedeelor tehnologice de turnare în formetemporare este condiţionatã de echipamentul tehnologic utilizat pentruformare şi miezuire, de natura sursei de energie folositã pentru operaţiile deîndesare, demulare şi asmblare a formelor, de locul unde se confecţioneazãforma de turnare.

Dupã fiecare turnare, formele temporare se distrug în faza deextragere a piesei turnate.

34

Avantaje

Procedeul permite obţinerea unei game largi de piese turnate din punctde vedere al greutăţii şi configuraţiei geometrice. Ele se pretează în specialpentru fabricaţia individuală şi de serie mică.

Dezavantaje

precizie dimensionalã mică; calitate slabă; proprietăţi mecanice inferioare ale metalului turnat; consum mare de material pentru reţeaua de turnare; adaosuri de prelucrare mari;

În ciuda dezavantajelor, prin acest procedeu se obţin 80% din totalulpieselor turnate gravimetric.

În vederea obţinerii cavităţii formei turnate prin acest procedeutehnologic avem nevoie de :

- Echipament tehnologic pentru formare şi miezuire;- Materiale pentru forme şi miezuri;

Echipamentul pentru formare şi miezuire se compune din:

modele; plăci model; şabloane; cutii de miez; rame de formare.

Modelele sunt dispozitive cu ajutorul cărora se imprimă în amesteculde formare cavitatea formei corespunzător configuraţiei exterioare a piesei deturnat.

Modelele se execută din lemn (60-70%) de esenţă moale (pin, molid),de esenţă tare (tei, arin, pãr), din metal sau din materiale plstice şi compozite.Modelele din lemn rezistă la 100 de formări manuale sau 1000 de formărimecanice. Modelele metalice se confecţionează din aluminiu.

Modelele trebuie să posede următoarele elemente constructiv-tehnologice, dintre care majoritatea se regăsesc şi în piesa turnată:

planul de separaţie asigură demularea şi trebuie să fie înnumăr minim, cel puţin 1;

35

înclinări ale suprafeţelor frontale - pentru uşurareademulării; racordări - pentru a preveni apariţia fisurilor; mărci - locaşuri pentru montarea miezurilor; adaosurile de contracţie; adaosurile de prelucrare.

Fig.2.3. Mãrci de centrareÎn vederea recunoaşterii cu uşurinţã a modelelor, datoritã faptului cã

o aceaşi piesã turnatã poate fi obţinuta din diferite aliaje cu diferiţicoeficienţi de contracţie, acestea se vopsesc în diferite culori, dupa cumurmeazã : oţel - albastru ; fontã - roşu ; mărcile de centrare se vopsesc în negru; aliaje neferoase - galben sau lac incolor.

Plăcile model se obţin prin dispunerea unor semimodele metalice peplăci metalice (din aluminium);

Şabloanele sunt dispozitive sub formă de plăci, cu contur binedeterminat şi care supuse unor mişcări de rotaţie sau translaţie generează înamestecul de formare suprafeţele interioare ale cavităţii formei. Se folosesc laserii de fabricaţie mici şi au o precizie scãzută. Au avantajul costului redus faţãde modele.

36

Fig. 2.4. Şabloane de rotaţie şi de translaţie

Ramele de formare - sunt dispozitive metalice utilizate pentrususţinerea formelor temporare cu pereţi groşi. Pentru fixarea şi centrarearamelor se folosesc bolţuri de centrare. De cele mai multe ori se obţin dinconstrucţii sudate.

1=ramã superioarã; 2=ramã inferioarã; 3=suprafaţã separaţie4=mâner manipulare; 5=guler ghidare; 6=bolţ centrare

Fig. 2.5. Rame de formare

Miezurile sunt o parte distinctã a formei de turnare, cu ajutorul cãrorase obţine configuraţia interioarã a pieselor turnate.

Cutiile de miez - sunt dispozitive a căror configuraţie corespundegolurilor sau orificiilor din piesa de turnat şi servesc la confecţionareamiezurilor.

37

Pentru piese cu configuraţie simplă se execută un model, iar pentrupiese cu configuraţie complicată este necesar să se construiască :

- modelul propriu-zis;- cutia de miez;- modelul reţelei de turnare;- modelele maselotelor;

Golurile interioare ale piesei se obţin cu ajutorul miezurilorexecutate în cutii de miez. Pentru a avea o anumită poziţie în cavitateaformei, miezurile se aşează în nişte locaşuri numite mărci de centrare. Elese materializeazã în cavitatea formei prin nişte proeminenţe pe conturulexterior al modelului.

Materiale folosite pentru forme şi miezuri sunt amestecul de formare şiamestecul de miez.

Amestecul de formare este materialul din care se realizeazã, la formeletemporare, interiorul formei de turnare. El este compus din:

nisipuri; lianţi; materiale de adaos;

Nisipurile - sunt materialele de bază ale amestecurilor de formare. Eleau drept principală componentă siliciul datorită proprietăţilor lui refractare. Elepot fi brute , cu până la 50% argilă şi spălate cu până la 0,2 … 2 % argilă.

Lianţii - sunt materialele care aderă la grăunţii de nisip şi fac legăturaîntre ei. Ei asigură plasticitatea şi rezistenţa necesară a amestecului.

- ARGILĂ;- BENTONITĂ

ANORGANICI -CIMENTUL;

- SILICATUL DESODIU;

- ULEIURIVEGETALE;

- ULEIURIMINERALE;ORGANICI - ULEIURISINTETICE;

- DEXTRINĂ;- MELASĂ;

Lianţi

38

Fig.2.6. Structura amestecului de formare

Accelerarea proceselor naturale de disociere şi uscare este posibilă prin : suflarea formelor şi miezurilor cu CO2; introducerea de ferosiliciu măcinat în amestecul de formare; scufundare formelor în clorură de amoniu;

Materiale de adaos cele mai frecvent utilizate sunt : apă; agenţi de activare şi accelerare a proceselor de întărire; adaosuri pentru îmbunătăţirea caracteristicilor, mecanice şitehnologice;

Pe cavitatea formei, înainte de a se închide forma, se aplicã un strat devopsea refractarã.

Vopselele refractare de turnătorie sunt suspensii de material refractar(grafit, cuarţ) în apă sau alcool, cărora li se adaugă melasă, dextrină saubentonită pentru mărirea stabilităţii.

Aceste vopseluri sunt de protecţie sau de izolaţie. Se aplică pe suprafaţaformelor şi miezurilor înainte de uscare.

Pentru lipirea sau separarea formelor şi miezurilor se utilizează cleiuride turnătorie.

39

Pudrele de turnătorie sunt materiale antiaderente. Ele pot fi de izolaţiesau protecţie.

Pudrele de izolaţie se presară pe suprafeţele modelelor sau al cutiilor demiez pentru a le izola de amestecul de formare (de exemplu licopodiul).

Pudrele de protecţie se presară pe suprafeţele formelor şi a miezurilorcrude pentru a evita aderenţa amestecului de formare la piesa turnată (exemplugrafit, talc, etc).

Amestecurile de formare se diferenţiazã, din punct de vedere alcompoziţiei chimice, în amestecuri de formare pentru fontã, oţel sau aliajeneferoase.Amestecuri de formare se folosesc pentru :

formare; miezuire; remedieri;

Amestecurile de forme se clasificã în amestecuri de model amestecuri de umplere amestecuri unice

Proprietăţile amestecurilor de formare sunt :a) - plasticitatea;b) - compresibilitatea;c) - permeabilitatea la gaze;d) - rezistenţa mecanică;e) - refractaritatea;f) - durabilitatea;

Aceste proprietăţi sunt influenţate de: umiditatea amestecului; compoziţia granulometrică; gradul de îndesare; compoziţia chimică; compoziţia mineralogică;

Procesul tehnologic de obţinere a cavităţii formei piesei turnate seexecută conform schemei de mai jos:

Prep. amestec Execuţie model Execuţie cutie miez Prep. amestec miez

40

1=cavitatea formei; 2=reţea de turnare; 3=rame de formare; 4=suprafaţa deseparaţie

5=miez; 6=amestec formare; 7=maselote; 8=marcã de miez; 9=canale aerisireFig.2.7. Structura formei de turnare

Prezentãm mai jos un exemplu de reţetã de amestecuri de formare unice pentruobţinerea unei piese turnate din oţel în forme uscate

Amestec folosit Nisip spãlat Argilã Umiditate

Exexutia cavitãţiiformelor de turnare

Execuţie miez

Uscare Uscare

Asamblarea formelor

41

şi regenerat

40 - 80% 5 - 50% 4 - 9% 5 - 6%

Formarea este ansamblul operaţiilor prin care se realizeazã forma deturnare. Termenul se referã numai la formele de turnare temporare şisemipermanente confecţionate din amestec de formare. Formarearea presupune:

- introducerea amestecului de formare în rame;- îndesarea amestecului de formare;- extragerea modelului din formă (demularea).

Metodele de confecţionare a formelor (de formare) pot fi : manuale; mecanizate.

Metode manuale de formare – Aproximativ 40-60% din volumul de muncanecesar obţinerii pieselor turnate se consumă pentru executarea formelor.

Se aplică la unicate şi serie mică.Principalele procedee tehnologice de formare manualã sunt:

1. cu model în solul de turnătoriei;2. cu şablon în solul turnătoriei;3. cu şablon în forme semipermanente;4. în rame de formare cu model dintr-o bucată;5. în rame de formare cu model demontabil;6. în rame de formare cu placa model;7. în rame de formare cu şablon;

Formarea mecanizată

Specific acestor metode este utilizarea plăcilor model şi a amestecurilorde formare unice. Se aplicã la operaţii grele şi cu volum mare de muncã.

Pe maşinile de format se execută mecanizat cele trei operaţii principaleale formării şi anume:

introducerea amestecului de formare în rame; îndesarea amestecului de formare; extragerea modelului din formă;

Avantaje precizie mare; reduc efortul fizic; productivitate mare; personal cu calificare redusă, de aici rezultând costul redusal manoperei;

42

După modul de îndesare a amestecului, maşinile de format mecanizat seclasifică în :

1. Maşini de format prin scuturare;2. Maşini de format prin presare;3. Maşini de format prin aruncare;4. Maşini de format prin suflare;5. Maşini de format combinate.

Maşini de format prin scuturare

Îndesarea amestecului se face sub acţiunea forţelor de inerţie alegranulelor de nisip. Sunt maşini pneumatice. Înălţimea de cădere a pistonuluieste de 30 - 80 mm, iar frecvenţa scuturărilor este de 250 lovituri / minut. Pentruformare sunt necesare 30 - 50 lovituri.

1=traversã; 2=sabot presare; 3=placã model; 5=piston cilindru6=cilindru presare; 7=ramã formare; 10=piston; 11=canal admisie evacuare

Fig. 2.8. Schema maşinii de format prin scuturare

Dezavantaje şocuri construcţie complicată a plăcii model şi a fundaţiei maşini

Maşini de format prin presare

43

Fac parte din familia preselor pneumatice. Dozarea amestecului esteasigurată prin dimensionarea corespunzătoare a unei rame de umplere, aşezatădeasupra ramei de formare.

1=traversã; 2=sabot presare; 3=ramã formare; 5=cilindru; 6=ramã formare;7=placã model.

Fig.2.9. Schema maşinii de format prin presare

Maşini de format prin aruncare

Realizează îndesarea prin proiectarea amestecului de formare, înstraturi succesive până la umplerea formei.

Capul aruncătorului este fixat pe un braţ articulat. Se foloseşte pentruformarea pieselor mari.

44

1=model; 2=ramã formare; 3=amestec formare; 4=cupã5=carcasã metalicã; 6=bandã transportoare.

Fig.2.10. Schema maşinii de format prin aruncare

Maşini de format prin suflare

Funcţionează pe principiul amestecării aerului comprimat cu amesteculde formare şi proiectării amestecului în cutia de formare special cosntruitã.

2.6.2. Turnarea în forme temporare cu pereţi subţiri (forme coji)

Formele coji sunt forme cu pereţi subţiri având grosimi de 3...5 mm,realizate din amestecuri de formare speciale.

Caracteristici

Se aplică în special pieselor mici, cu grad mare de complexitate, înturnătorii specializate, în producţia de serie mare şi masă, la care costul relativridicat al materialelor utilizate la formare este compensat de eliminarea unoroperaţiuni ulterioare de prelucrare prin aşchiere a piesei turnate.

Avantajele metodei

reduce consumul de amestec de formare; reduce manopera de formare şi dezbatere;

45

îmbunătăţeşte calitatea pieselor turnate, întrucâtpermeabilitatea şi compresibilitatea formelor coji sunt maibune;

creşte precizia dimensionaleşi calitatea suprafeţelor,obţinute prin turnare;

posibilitatea mecanizării procedeului;

2.6.2.1. Tehnologia de confecţionare a formelor coji culiant pe bază de răşini termoreactive

Amestecul de formare este compus din nisip cuarţos (granulaţie 0,1 …0,2 mm), praf de bachelită sau novolac (răşină termoreactivă, 5 - 9% ) ca liant şiurotropină fin măcinată (0,5 - 1% ), ca material de adaos.

Plăcile model, exclusiv metalice, se încălzesc la 500 - 750 K (îngeneral la temperaturi mai mari decât punctul de polimerizare al liantului).Datorită temperaturii ridicate a plăcii model, răşina termoreactivă se topeşte,polimerizează şi se întăreşte ireversibil legând grăunţii de nisip între ei.

Pentru a împiedica aderarea amestecului la placa model se pulverizeazăpe aceasta ulei mineral sau ulei siliconic.

Grosimea formei coji este cu atât mai mare cu cât temperatura plăciieste mai mare şi durata de menţinere creşte. Ea poate ajunge la 6 - 10 mm.

Pentru omogenizarea cojii ea este supusă după demulare unei calcinărila 550 - 600 K.

Formele coji se pot obţine prin următoarele metode ; căderea amestecului termoreactiv pe placa model caldã; prin suflarea amestecului termoreactiv pe placa model calda; prin imersia plãcii model în amestecul de formare ;

Semiformele coji astfel obţinute (care au şi reţeaua de turnare şieventual mãrci de centrare) se asamblează corespunzător solidarizându-se cuscoabe elastice sau prin lipire cu cleiuri adecvate. Pentru turnare formele mari seintroduc în containere, iar spaţiul rămas între formã si peretele containerului seumple cu nisip. Aceste containere se introduc în cuptoare unde are loccalcinarea, iar turnarea se face in forma caldã, din urmãtoarele considerente- Se evitã prezenţa apei (sau a altui lichid) care în contact cu metalul topit

poate vaporiza instantaneu şi produce o presiune care sã distrugã forma şisã pericliteze integritatea celor din jur.

- Forma fiind caldã viteza de solidificare şi rãcire scade, cu consecinţebenefice asupra structurii (se obţin grãunţi fini).

46

- Se evita distrugerea formei , datorita diferenţei foarte mari de temperaturãdintre formã şi metalul topit.

Fig. 2.11. Forme coji obţinute prin cãderea amestecului de formare

47

Fig. 2.12. Forme coji obţinute prin suflarea amestecului de formare

2.6.2.2. Tehnologia de confecţionare a formelor coji cu modele uşorfuzibile

Particularitatea esenţială a acestui procedeu de formare constă înaceea că operaţia de demulare se realizează prin scurgerea din formă amaterialului modelului adus în stare lichidă. În consecinţă este posibilăconfecţionarea unor forme de turnare fără suprafaţã de separaţie, ceea cepermite obţinerea unor piese turnate cu precizie dimensionalã ridicată(+0,25 mm) la care este exclusă în principiu necesitatea unei prelucrărimecanice ulterioare.

Cel mai des modelele se execută din materiale ceroase (stearină +parafină) prin presare în stare păstoasă într-o matriţă. Modelele dinmateriale ceroase au uneori ataşată reţeaua de turnare, iar alteori seasamblează în ciorchine la o pâlnie de turnare comună.

Pentru realizarea formei coji ciorchinele se imersionează de 3 - 6 oriîn amestecul de formare compus din 50% praf de cuarţ şi 50% silicat desodiu după care se presară nisip cuarţos. Aplicarea unui strat nou se facenumai după întărirea celui precedent. Accelerarea proceselor de întărire aliantului se asigură prin imersionarea ciorchinelui presărat cu nisip însoluţie de clorură de amoniu.

După obţinerea unei forme cu grosimea dorită, modelele fuzibile seîndepărtează din formă prin încălzire în curent de aer sau apă.

Formele coji se usucă la 450 - 575 K şi apoi se introduc în cutiimetalice cu nisip şi se calcinează la 1275 - 1325 K în cuptoare electrice.Formele se scot din cuptor cu câteva minute înainte de turnare, iar turnarease face în forme calde la 1000 K. Metoda asigură o mare precizie, dar estelimitată de greutatea pieselor turnate.

Se toarnă în formele coji calde (aproximativ 1000K) deoarece înacest mod se controlează viteza de răcire (prin scăderea acesteia seameliorează structura piesei turnate şi prin aceasta caracteristicile mecanice)şi se preîntâmpină eventualele accidente ce ar putea fi cauzate de prezenţăvaporilor de apă în cavitatea formei.

2.6.3. Turnarea în forme vidate

Turnarea în forme vidate reprezintă un procedeu de turnare statică înforme temporare. Deoarece specificitatea acestui procedeu constă în modul

48

de obţinere a cavităţii formei, (celelalte etape fiind identice cu cele alecelorlalte procede tehnologice de turnare) în cele ce urmează vom detalianumai această operaţie. Procedeul se recomandã pentru obţinerea pieselorde dimensiuni mijlocii, în producţie de serie mare şi masã, permitândautomatizarea completã a procesului.

În vederea obţinerii cavităţii formei se utilizeză plãci model, ramede formare de construcţie specială, amestec de formare din nisip fin fărăliant sau materiale de adaos şi folie de polietilenă.

Rama de formare se umple cu nisip fin, peste care se aplică o foliede polietilenă. Cu ajutorul modelului (prin apăsarea acestuia) se imprimă înnisip forma şi dimensiunile acestuia. În acest moment se cuplează rama deformare la o instalaţie de vid, obţinându-se prin vidare cavitatea formei. Înmod analog se obţine şi cealaltă semiformă.

Pe durata turnãrii şi solidificãrii forma de turnare rãmâne cuplatã cuinstalaţia de vidare. Dupã arderea polietilenei la contactul cu aliajul topitetanşarea se face satisfãcãtor prin masa aliajului.

După turnare se recuperează 90% din nisip.Procedeul permite obţinerea unor piese turnate în condiţii de

precizie dimensională şi de calitate a suprafeţei deosebite. De asemeni sereduc manopera de formare şi de obţinere a amestecului de formare.

49

Fig. 2.13. Schema turnãrii în forme vidate

Turnarea în forme vidate are următoarele avantaje:- cost redus al materialelor de formare;- este nepoluantă;- productivitate ridicatã;- cost redus al manoperei de formare;- condiţii mai bune de lucru;

50

- simplificã prepararea amestecului de formare;Se remarcă necesitatea folosirii unor rame de formare de construcţie

specială, prevăzute cu orificii pentru absorbţia aerului şi cu site fine pentrua preveni absorbţia nisipului. In cazul pieselor cu configuraţie interioarã sepot folosi miezuri clasice din amestec de miez.

Se utilizează plăci model metalice, care se încălzesc în prealabil învederea unei mai bune mulări a foliei de polietilenă.

După asamblare şi închidere formele se menţin vidate pânã laumplerea completă a formei şi solidificarea unei cruste de metal la parteaexterioară a piesei. Vidarea favorizează o bună degazare a metalului turnat.

2.6.4. Turnarea de precizie cu modele gazefiabile din polistiren

Ca şi alte procedee tehnologice de turnare, specificitateaacestuia constã în modul de obţinere a cavitãţii formei. În 1958 HaroldShroyer patenteazã tehnologia de turnare în forme pline, fãrã demulareamodelului (cavityless casting mold - forma de turnare fãrã cavitate aformei). Tehnologia pãtrunde în Romania în anii `80 prin achiziţionareade la firma italianã FATA a unui robot de turnare cu patru posturi pentrupistoanele autoturismelor OLTCIT, care utilizeazã tehnologia numitãPOLICAST PROCES (modele expandabile din polistiren expandabil).

51

Fig. 2.14. Reprezentarea schematicã a proceselor metalurgice la turnarea cumodel gazeificabil

Vom expune în cele ce urmeazã principiul acestui procedeu , aşacum rezultã el şi din figura 2.15.

Geometria piesei turnate rezultã concomitent cu eliminarea modeluluidin polistiren din forma construitã din nisip uscat, fãrã liant. Sunt utilizatemodele din polistiren expandat, vopsite, astfel încât crusta refractarã subacţiunea presiunii gazelor rezultate la termodistrucţia modelului menţinrigiditatea formei şi pastreazã configuraţia cavitãţii amprentã, evitândsurparea nisipului. Stratul de vopsea trebuie sã aibã şi o oarecarepermeabilitate astfel încât sã asigure evacuarea corespunzãtoare a gazelorrezultate prin descompunerea polistirenului. Nu existã un contact directîntre aliajul lichid şi nisip şi nici între metal şi polistiren. Spaţiul “D”poartãdenumirea de “volum de control “şi are o mãrime de aproximativ 1 mm.Pentru creşterea vitezei de gazefiere, în compoziţia polistirenului expandatse introduc diferiti compuşi care contribuie la :

52

creşterea vitezei de topire şi de gazefiere al polistirenului; ruperea completã şi rapidã a legãturilor din lanţul polistirenului în

procesul de termodistrucţie.Topirea totalã a modelului are loc într-un interval scurt de timp

1,5…4 secunde. Rezistenţa la rupere a aliajelor turnate prin acest procedeutehnologic este superioarã cu aproximativ 5% celei a aceluiaşi aliaj turnat înformã temporarã cu model de lemn.

Modelele de polistiren se obţin în matriţe prin umflarea granulelorde polistiren şi sudarea între ele. Dacã modelele sunt foarte complexe, ele sepot confecţiona din bucãţi şi asambla prin lipire.

Operaţia de formare are trei etape principale :1) Aşezarea modelului centrat în cutia de formare ;2) Acoperirea modelului cu nisip uscat, fãrã liant ;3) Indesarea nisipului în jurul modelului, pentru a realiza o mularea cât

mai perfectã a nisipului pe suprafaţa lui.Pentru formare, în locul perechii clasice de rame de formare se

utilizeazã cutii metalice de tip container, cilindrice sau poligonale, carepermit manipularea mecanizatã. Dupã umplerea cu nisip a cutiilor serealizeazã îndesarea prin scuturare. Putem mãrii gradul de îndesare alnisipului prin vidare.

Dacã piesele turnate au şi configuraţie interioarã se pot utilizamiezuri (metalice sau nemetalice), care se încastreazã în prealabil în model,la operaţia de expandare a granulelor de polistiren.

Se pot utiliza reţele de turnare clasice. Faţã de procedeele de turnare“clasice“ în forme temporare, acest procedeu de turnare cu modelegazificabile din polistiren prezintã urmãtoarele avantaje:1) Nu apar bavuri în special în planul de separaţie, datoritã absenţei

acestuia, modelele fiind monobloc;2) Lipsa mãrcilor de centrar, ceea ce micşoreazã toleranţa dimensionalã şi

de poziţie ;3) Se eliminã operaţia de demulare;4) Eliminã lemnul din modelarii, scãzând costurile de fabricaţie;5) Dispare operaţia de întãrire a formei;6) Procedeul se preteazã la automatizare.

Având în vedere faptul cã fenomenele şi legile proprii ale acestuiprocedeu diferã de cele ale celorlalte procedee tehnologice de turnare,procedeul poate fi asimilat în categoria celor neconvenţionale.

53

2.7. Turnarea în forme durabile (metalice)

Formele permanente sunt confecţionate din materiale durabile, carepermit utilizarea formei de mai multe ori, fãrã recondiţionãri.. Ele suntconfecţionate din materiale metalice, refractare ceramice. Cel mai frecvent elesunt confecţionate din fontã cenuşie sau perliticã.

În raport cu turnarea în forme temporare, turnarea în forme durabileprezintă următoarele particularitãţi:Avantaje

îmbunătăţeşte caracteristicile mecanice ale pieselor turnatecu 10 - 30 %;

îmbunătăţeşte precizia dimensională şi calitatea suprafeţelorturnate;

reduce cu 50 - 60% manopera de formare; reduce consumul de materiale de formare; asigură condiţii mai bune de lucru; se reduce adaosul de prelucrare;

Dezavantaje cost ridicat al formelor; conductivitate termică ridicată a formei, ceea ce duce la

îngheţarea rapidă a metalului;Din punct de vedere economic procedeul se justifică numai la producţia

de serie mare.Din punct de vedere tehnologic există următoarele probleme :

evacuarea aerului şi a gazelor din formă (se construiesccanale de aerisire şi răsuflatori);

asigurarea unei corelaţii între temperatura de topire amaterialului care se toarnă şi temperatura de topire amaterialului formei;

evitarea reacţiilor chimice între topiturã şi formã;

2.7.1. Turnarea în cochilã

Cochilele sunt forme metalice în care se introduce metalul lichidexclusiv sub acţiunea forţelor gravitaţionale.

Cochilele pot avea unul sau mai multe plane de separaţie. Prin acestprocedeu se pot turna şi piese cu configuraţie interioară folosind miezurimetalice. Alimentarea cu metal lichid a cochilelor se asigură printr-o reţea de

54

turnare plasată în planul de separaţie. Pentru evacuarea gazelor sunt prevăzutecanale de aerisire cu diametrul de 0,2 - 0,5 mm.

Principalele faze ale turnării în cochilã sunt :1. Pregătirea cochilei. Se asamblează cochilia, eventual cu

miezuri şi se acoperă suprafeţele care intră în contact cu metalullichid cu un strat de material refractar de 0,1 - 2 mm. Se folosescgrafitul, argila, uleiurile minerale, etc. Se preîncălzeşte cochiliala 375 - 725 K pentru eliminarea vaporilor de apă. În plus seurmăreşte micşorarea vitezei de răcire a metalului.

2. Turnarea metalului lichid.3. Constituirea piesei turnate.4. Dezbaterea prin dezmembrarea cochilei.5. Îndepartarea reţelei de turnare.

În producţia de serie mare turnarea în cochilie se poate realizamecanizat. Pentru eliminarea unuia dintre defectele principale - dificultatea de aobţine piese cu pereţi subţiri - se recurge la presarea materialului lichid încavitatea formei. Se combinã astfel turnarea în cochilie cu matriţare. Este defapt o variantã înruditã cu turnarea sub presiune.

2.8 Turnarea sub presiune

La turnarea pieselor mici, cu pereti subţiri, complexe, pentru a evitaîngheţarea materialului topit în formă, se recurge la presarea acestuia subacţiunea unei forţe exterioare.

Pentru învingerea rezistenţei opuse curgerii metalului lichid în reţeauade turnare se aplică presiuni de până la 5 000 atmosfere. Viteza de alimentare amatriţei cu metal lichid variază de la 0,5 m/s la 150 m/s. Una dintre problemeletehnologice ale procedeului constă în eliminarea porilor (mai nou s-a încercatvidarea cavitãţii matriţei).

Matriţele se confecţionează din oţeluri aliate. Maşinile folosite sunt dinfamilia preselor hidraulice (orizontale sau verticale). Matriţa este caldă ca şicamera de compresie (uneori poate fi şi rece).

Dozarea materialului se face prin cantitatea de metal lichid cu care sealimentează matriţa. Dezbaterea se face automat cu aruncător.

Dozarea corectã a metalului lichid este absolut necesarã, deoareceincorecta dozare poate conduce fie la obţinerea unei piese incomplet turnate(metal lichid insuficient) fie la obţinerea unei bavuri foarte mari în planul deseparaţie (cantitate prea mare de metal lichi).

55

Fig. 2.15. Instalaţie de turnare sub presiune cu piston vertical

Avantaje productivitate mare; posibilitatea automatizării; precizie dimensională şi calitatea suprafeţei; se elimină prelucrările mecanice ulterioare.

Dezavantaje se aplică la serie mare; costuri mari ale matriţei.

2. 9 Turnarea în forme metalice în mişcare de rotaţie (turnareacentrifugală)

Procedeul se caracterizează prin faptul că în timpul turnării şisolidificării metalului, forma de turnare este antrenată în mişcare de rotaţie înjurul unei axe verticale sau orizontale.

Există posibilitatea ca prin rotirea suficient de rapidă a formei,combinată cu răcirea metalului lichid, să se obţină un corp cilindric tubular,având o grosime uniformă a peretelui.

Prin acest procedeu se toarnă piese de revoluţie cu înălţime mică şidiametru mare.

De asemeni se pot turna piese mici în afara axei de rotaţie. Pieseleobţinute prin acest procedeu tehnologic sunt compacte fără defecte de turnare.

În cazul rotaţiei în jurul unei axe orizontale a unei forme parţialumplute cu metal lichid se pot distinge trei situaţii caracteristice în funcţie deturaţia “n”:

56

n=n1 metalul lichid este imobil; n=n2>n1 metalul lichid este antrenat prin

frecare de către forma în rotaţie; n=n3>n2 metalul este supus mişcãrii de rotaţie

împreună cu forma de turnare tubulară;

Fig. 2.16. Schema turnãrii centrifugale cu ax vertical

Turnarea centrifugală cu ax orizontal se aplică la obţinerea pieselortubulare cu lungimi mari şi grosimi mari, de tip bucşe.

Formele de turnare folosite sunt metalice dar pot fi căptuşite cu amestecde formare. Cele necăptuşite se protejează prin acoperire cu vopsele refractare.Dezbaterea pieselor este posibilă datorită conicităţii interioare a formei.

Turnarea se face în forme încălzite. Principala problemã tehnologicãeste cea a dozãrii materialului, dozajul fiind singurul mod de a asigura grosimeadoritã a peretelui piesei turnate.Avantaje

economie de amestecuri de miez ; economie de metal prin eliminarea reţelei de turnare;

57

compactitate şi proprietăţi mecanice superioare; productivitate a muncii mare;

Dezavantaje adaosuri de prelucrare mari; cochilã scumpă;

2.10. Turnarea continuă

Spre deosebire de toate procedeele de turnare prezentate anterior laturnarea continuă introducerea de metal lichid în cavitatea formei şi extragereapiesei turnate se efectuează simultan fără întrerupere.

Aceasta este un procedeu tehnologic de mare productivitate prin care seobţin piese de lungimi mari în raport cu secţiunea, cum ar fi barele şi ţevile.

Instalaţiile pentru turnare continuă au ca element esenţial cristalizorul.Aceasta este o formă metalică cu pereţi subţiri, răcită intens prin circulaţia apei.Cavitatea formei se obturează cu o placă, care prin construcţia ei va constitui undispozitiv de prindere al capătului solidificat al produsului.

Metalul lichid se solidifică în contact cu pereţii răciţi forţat. Dupăsolidificare el este tras prin intermediul plăcii de bază şi al unui sistem de rolecare-i imprimă o mişcare continuă cu o viteză corespunzătoare.

Problema principală o constituie corelarea vitezei de răcire cu cea detragere. Cristalizorul se construieşte din cupru şi se acoperă cu grafit pesuprafeţele active.

Procedeul se aplică mai ales la obţinerea semifabricatelor din aliajeneferoase.

Datorită tensiunilor interne mari ce sunt introduse de regimul de răcireforţată se impune aplicarea unui tratament termic de detensionare.

58

1 = cristalizor; 2 = cavitatea formei; 3 = placã de bazã; 4 = role antrenare;5 = piesã turnatã.

Fig.2.17. Schema de obţinere a pieselor prin turnare continuã

2.11. Defectele pieselor turnate şi remedierea lor

Prin defect al unei piese turnate se înţelege orice abatere de la:- forma,- dimensiunile,

- - masa,- - aspectul exterior,- - compactitatea,- - structura,- - compozitia chimică,- - proprietăţiile fizico-chimice ale aliajelor turnate.- Defectele de turnare sunt provocate de nerespectarea

tehnologiilor de turnare, de utilizarea unor materiale necorespunzãtoare, dealegerea nejudicioasã a procedeului de turnare. Ele se datoreazãfenomenelor care însoţesc elaborarea şi solidificarea metalelor.

59

Conform STAS 782-79 defectele pieselor turnate se simbolizeazăprintr-un caracter alfanumeric format dintr-o literă şi trei cifre.

Litera indică categoria de bază a defectului. Prima cifră indică grupadefectului. A doua cifră indică subgrupa defectului, iar a treia cifră estespecifică fiecărui defect.

De exemplu B122 este simbolul suflurilor de colţ.Clasificare :

A= excrescenţe metalice;B= goluri;C= discontinuităţi, crăpături;D= defecte de suprafaţă;E= piesa turnată incomplet;F= dimensiuni sau configuraţii necorespunzătoare;G= incluziuni şi defecte de structură;H= compoziţia chimică,proprietăţi chimice şi

mecanice necorespunzătoare.

Metode de remediere se împart, conform STAS, în 3 categorii.

1. Metode de remediere cu materiale metalice a pieselor turnate din fontă şialiajelor neferoase grele.2. Metode de remediere cu materiale feroase şi condiţii impuse pentrupiesele turnate din oţel.3. Remedierea pieselor turnate cu materiale nemetalice. Printre metodele deremediere enumerăm: metalizarea, supraturnarea, sudarea, lipirea tare,doparea, bucşarea, pastilarea, împregnarea, chituirea.

190

CAPITOLUL 5ÎMBINAREA PRIN LIPIRE

5.1. Noţiuni introductive

Lipirea este o metodã tehnologicã de îmbinare a douã piese metaliceaflate în stare solidã, cu ajutorul unui metal de adaos topit, numit aliaj pentrulipit, care se solidificã dupã difuzia sa între atomii marginali ai celor douã piese.

Aliajul pentru lipit are întotdeauna o temperaturã de topire mai joasãdecât a metalelor de bazã, care spre deosebire de sudare, la lipire nu se topesc.

În timpul lipirii se produce o dizolvare şi difuziune reciprocã întremetalele de bazã şi aliajul de lipit care trebuie sã dizolve bine metalele debazã, sã se întindã uşor pe suprafaţa lor şi sã adere cât mai bine de aceasta.Pentru ca lipirea să fie posibilă, materialul de adaos trebuie să aibă o bunăcapacitate de aderenţă la materialul de bază. Această aderenţă (capacitate deumectare) depinde de compoziţia materialului de adaos, de calitatea şicurăţirea suprafeţelor de îmbinat. Aceste considerente au condus ladiversificarea aliajelor de lipit.

Aliajele de lipit trebuie să posede în afară de capacitatea deumectare şi alte proprietăţi, cum ar fi :

- fluiditate bună pentru a putea pătrunde în interstiţiile celemai fine;

- în contact cu metalul de bază să nu formeze compuşicorozivi;

- coeficientul său de dilatare să nu difere mult de cel almaterialului de bază;

Aliajul pentru lipit este constituit din materiale neferoase, având uneorio compoziţie chimicã complicatã.

Contactul dintre aliajul pentru lipit în stare lichidã şi metalul de bazã înstare solida se poate realiza numai prin completa curãţire a suprafeţelor deîmbinat. Se folosesc fluxuri care au rolul de a dizolva şi îndepãrta oxizii şi de ale proteja împotriva oxidãrii, de a îmbunãtãţii aderarea şi intinderea metalului delipit pe suprafaţa metalului de bazã. În general nu se poate executa lipirea fãrãflux. Fluxurile pentru lipire trebuie sã se topeascã complet şi sã aibã o acţiunechimicã şi fizicã la temperaturi relativ joase.

Avantajele lipirii sunt: nu necesitã topirea ci doar încãlzirea neînsemnata a metalului

de bazã;

191

se menţin structura, compoziţia chimicã şi caracteristicilemecanice ale metalului de bazã;

se asigura îmbinãri curate şi rezistente care în majoritateacazurilor nu necesitã prelucrãri ulterioare;

evitã tensiunile interne şi pãstreazã forma pieselor; productivitate mare; procedeu simplu, ieftin, utilizând personal cu calificare

redusã;Principalul dezavantaj constã în aceea cã îmbinãrile prin lipire nu pot fi

solicitate la temperaturi înalte (mai mari decât punctul de topire al aliajului delipit). Lipirea nu se recomandã în situaţiile în care se impune demontarea şireasamblarea pieselor. Ea se utilizeazã frecvent pentru realizarea etanşietãţii.

Posibilitatea realizãrii unei îmbini prin lipire precum şi calitatea acesteiadepinde de natura materialului de adaos şi de capacitatea de umectare (udare) aacestuia.

I-umectare foarte bunã, =00-140;II-umectare bunã, =150-750;

III-umecatre satisfãcãtoare, II-umectare bunã, =750-900

IV-umecatare nesatisfãcãtoare, II-umectare bunã, =910-1800

Fig. 5.1 Capacitatea de umectare a materialului de adaos

Lipirea poate fi utilizatã pentru toate calitatile de oţeluri carbon şi aliate,aliaje de cupru, aluminiu , nichel, care au un grad bun de umectare.

Procedeele actuale de lipire pot fi împãrţite în doua categorii principale:1. Lipirea moale.2. Lipirea tare (Brazura).

Diferenţa dintre lipirea tare şi cea moale se datoreazã aliajului de lipit ,mai precis, temperaturii de topire şi rezistenţei la rupere a aliajului de lipit.Redãm în tabelul de mai jos diferenţa dintre caracteristicile mecanice şitemeperaturile de topire ale aliajelor de lipit.

192

Lipirea moale Lipirea tareTemperatura aliajului pentrulipit

4250C > 4250C

Rezistenţa la rupere a aliajuluide lipit

5- 7 daN/mm2 50 daN/mm2

5.2. Lipirea moale

Se aplicã acolo unde piesele nu au de suportat solicitari mari cum sunt lalucrãrile de tinichigerie casnicã, la cutiile de conserve, instalaţii sanitare, undeprincipala cerinţã este etanşietatea. Piesele lipite trebuie ferite de caldurã.

Cele mai rãspândite aliaje pentru lipirea moale sunt aliajele de staniu şiplumb. Aliajele se toarnã în vergele şi în blocuri. Cele mai folosite fluxuri sunt :

compuşi organici: colofoniul, stearinã; compuşi anorganici: acid clorhidric, clorura de amoniu. Dupã

lipire acestea se înlãturã de pe suprafaţa metalului de bazãpentru cã au acţiune corozivã.

Lipirea moale se face cu ciocanul de lipit, cu lampa de lipit, cu suflaiul.Principalele sisteme de aliaje pentru lipire moale sunt:

- aliajele de staniu şi plumb, care au o capacitate deumectare cu atât mai mare cu cât procentul de staniu estemai mare;

- aliajele de staniu şi zinc, care au o plasticitate ridicatã şio bunã rezistenţã la coroziunea acidã;

- aliajele de plumb;- ALIAJELE DE CADMIU ŞI STANIU;

Fluxurile utilizate la lipire au rolul de a descompune oxizii de pesuprafaţa metalului de bază şi din baia de metal de adaos topit,transformându-i în zgură cu densitate mică, care ridicându-se la suprafaţabăii o protejează şi în acelaşi timp se pot îndepărta uşor.

Tehnologia lipirii moi

Prima etapã o reprezintã curãţirea suprafeţei de lipit (mecanic sauchimic).

Lipirea se poate executa cu:1. ciocanul de lipit;2. flacãra;3. prin imersie - consta în topirea aliajului de lipit într-o

baie în care se cufundã porţiunea de piesã ce urmeazã

193

a fi lipitã. Baia de aliaj de topit este protejatã printr-un strat de flux. Procedeul se foloseşte la producţiade serie.

5.3. Lipirea tare (brazura)

Se executa atunci când este necesarã o rezistenţã la rupere mare aîmbinãrii (pânã la 50 daN/mm2).

Aliajele pentru lipirea tare au temperatura de topire peste 4250C. Lipirease executã la o temperaturã cuprinsã între 900 - 1400 K.

Aliajele pentru lipirea tare se împart în douã grupe principale :1. aliaje Cu-Zn (alame pentru lipit);2. aliaje cu argint;

La lipirea cu alamã se utilizeazã ca flux boraxul. Aliajele cu Ag pentrulipirea tare sunt Ag-Cu-Zn, la care temperatura de topire scade pe mãsurã cecantitatea procentualã de argint creşte.

În comparaţie cu alamele, aliajele de argint au o rezisteţã mecanicãmare. Ca flux se utilizeazã boraxul.

La lipirea tare, în afarã de borax, se mai utilizeazã ca fluxuri acidulboric, fluoruri, cloruri, etc.

Tehnologia lipirii tari

Etapele procesului tehnologic de lipire tare sunt :- Suprafaţa de îmbinat se curãţã de impuritãţi .- Lipirea cu gaze se realizeazã cu arzãtoare utilizându-se aceleaşi gaze

ca la sudarea cu flacãrã.- Fluxurile se aplicã în prealabil în marginile de îmbinat, aliajul pentru

lipit se aşeazã între feţe sau lânga locul de îmbinare.

194

CAPITOLUL 6.ACOPERIRI CU MATERIALE METALICE

6.1. Generalitãţi

Acoperirea este metoda de aplicare a unui strat de material pe alt obiectsau în jurul unui alt obiect, pentru a-l îmbrãca total sau parţial, pentru a-l protejasau pentru a-i modifica aspectul.

Acoperirea unui obiect se poate face cu materiale metalice saunemetalice.

Acoperirea cu materiale metalice poarta denumirea de metalizare.

Metalizarea urmãreşte: îmbunãtaţirea unor proprietati mecanice ale

suprafeţei (duritate, rezistenţa la uzura, durabilitate); imbunatatirea unor proprietãţi fizice; imbunatatirea unor proprietãţi chimice; protecţia anticorozivã; realizarea unui aspect exterior plãcut;

Acoperirea cu materialele metalice este precedatã de operaţia depregãtire a suprafeţei în scopul obţinerii unei aderenţe bune. Acestea pot fimecanice (sablare, polizare) sau chimice (decapare).

Procedeele de metalizare sunt:1. Pulverizarea.2. Placarea.3. Cufundare în metale topite.4. Amalgamarea.5. Spoirea.6. Electro-chimicã.7. Electro-frecare.

6.2. Metalizarea prin pulverizare

Metalizarea prin pulverizare se efectueazã proiectând metale sau aliajetopite, ori pulverizate din stare topitã pe suprafeţe metalice cu ajutorul unuipistol de metalizat.

Prin solidificare particulele proiectate pe suprafaţa de metalizat sesudeazã între ele formând o peliculã aderentã datoritã în special tensiuniisuperficiale.

195

Un aparat de metalizat trebuie sã conţinã trei categorii de subansambluricare sã asigure realizarea urmãtoarelor operaţii:

1. Topirea metalului de aport.2. Pulverizarea metalului topit.3. Antrenarea particulelor formate de un curentul de aer

comprimat cãtre suprafaţa de metalizat.Avantajele metalizarii prin pulverizare sunt:

piesa metalizatã nu se încãlzeşte peste 400 ° K şi deci nu seproduc modificãri structurale;

se pot realiza pelicule de grosimi variabile; timp de execuţie mic; cost scãzut;

Dezavantaje pulverizãrii sunt : rezistenta slabã la încovoiere şi tracţiune a peliculei; rezilienţã redusã; piesele metalizate nu se pot supune deformaţiilor plastice;

Domenii de aplicare ale metalizãrii prin pulverizare sunt : recondiţionãri; remedierea defectelor de suprafaţã ale pieselor turnate; protecţia contra coroziunii; realizarea unor suprafeţe refractare; metalizarea materialelor nemetalice;

6.3. Placarea metalelor

Prin placare se înţelege îmbinarea nedemontabilã a douã sau mai multemateriale metalice sub forma de straturi prin intermediul forţelor de coeziune.Piesa stratificatã realizatã prin placare se comportã atât la rece cât şi la cald caun singur obiect, însumând sau cumulând proprietãţile straturilor componente.

Produsele placate se deosebesc de cele metalizate prin pulverizare pringrosimea mai mare a stratului placat. La placare grosimea peliculei ajunge laordinul milimetrilor.

Straturile metalizate nu depãşesc 2-3% din grosimea totalã a obiectuluipe când cele placate ajung şi la 20%. Placarea poate fi bistrat sau multistrat, dinmateriale metalice de diferite naturi.

Alegerea straturilor ca grosime şi naturã se face în funcţie deproprietãţile (mecanice, fizice, chimice, etc.) care se urmãresc a se obţine.Suprafeţele de placat se curaţã dupã care se placheazã.

Se cunosc mai multe procedee de placare :1) Prin turnare.

196

2) Prin deformare plasticã.3) Placarea prin sudare.4) Placarea prin agregare de pulberi.5) Placarea prin explozie.

6.3.1. Placarea prin turnare

Se realizeazã turnând metalul de placat pe suprafaţa pregatitã. Piesa deplacat se încãlzeşte la 1100 - 1300 K. Aderenţa se realizeazã prin difuziune.

Fazele placãrii prin turnare sunt : pregãtirea suprafeţelor de placat; turnarea metalului de placat; prelucrarea stratului placat (prin aşchiere);

Placarea prin turnare se poate executa prin:1. Turnarea simultanã sau succesivã a oţelurilor de bazã şi a

celui de placare, printr-un perete despãrţitor care se scoate lamomentul oportun.

2. Turnarea oţelului lichid peste plãci din oţelul de placareintroduse în prealabil în lingotiera. Aderenţa obţinutã nu estesuficientã şi se îmbunãtãţeşte prin presare sau laminare.

Fig.6.1. Schema placãrii prin turnare

6.3.2. Placarea prin deformare plastica

Se realizeazã prin presarea suprafeţelor de placat. În timpul presãrii seproduce o deformare plasticã a pãrţilor componente. În mod obisnuit serealizeazã la cald. Deformarea plasticã necesarã placãrii se realizeazã prin:laminare, extruziune, tragere.

6.3.2.1. Placarea prin laminare

Se face la temperatura corespunzãtoare laminãrii. Se pot realiza placajedin oţel - oţel; oţel - aluminiu; oţel - nichel; cupru - alamã; oţel - aluminiu - oţel.

197

Fig. 6.2. Schema placãrii prin laminare

6.3.2.2. Placarea prin extruziune

1 = corp extruder; 2 = matriţã; 3 = mandrinã; 4 = matel de bazã5 = material de placat; 6 = strat placat; 7 = presiune necesarã extrudãrii; 8 =

sensul extrudãriiFig. 6.3. Schema placãrii prin extruziune

Deformarea cea mai importantã este cea a metalului placat. Acest procedeutehnologic se poate realiza în douã variante :- extrudarea simultanã a metalului de bazã şi a celui placat ;- cextruziunea celor douã metale .

6.3.2.3. Placarea prin tragere

Se aplicã barelor şi ţevilor bimetalice. Douã ţevi distincte se pot trageobţinãndu-se o ţeavã placatã.

198

a = placare prin tragere îngol; b = placare prin tragere pe dorn1 = matriţã; 2 = dorn; 3 = ţeavã de bazã; 4 = ţeavã de placat; 5 = ţeavã placatã

Fig. 6.4. Placarea ţevilor prin tragere la rece

199

6.3.3. Placarea prin sudare

Se aplica produselor bimetalice de dimensiuni mari. Metalul de placatse depune printr-un procedeu oarecare de sudare: manual, sub strat de flux, înbaie de zgura. Produsul monolit stratificat se prelucreazã prin laminare.

6.4. Principalele domenii de aplicare

Prin aceste procedee tehnologicese pot obţine:1. table şi benzi placate uni şi bilaterale;2. materiale metalice multistrat pentru scule;3. benzi bimetalice pentru contacte electrice;4. bare şi sarme bimetalice pentru telecomunicaţii;5. benzi şi bare placate pentru instalaţii chimice;6. protecţie anticorozivã ( la schimbãtoarele de cãldurã );

Posibilitãţi de combinare ale materialelor metalice în vederea placãrii

1 2 3 4 5 6 7 8 9 101 Oţel X X X2 Alamã X X3 Aluminiu X X X4 Bronz X5 Aur X X X X6 Argint X X X X7 Inox X X8 Plumb X X X X X9 Staniu X X X X X X10 Cupru X X X

200

a , b= table placate unilateralc = materiale placate multistrat

d,e,f = bimetale cu placãri parţialeg = benzi pentru contacte electrice

h…n = placãri prin sudurão…s = bare şi sârme bimetalice

t…x = bare şi benzi placate interior şi exterior , pentru instalaţiiFig.6.5. Exemple de aplicare a metalizãrii prin placare

6.5. Factorii care influenţeazã aderenţa materialelor placate

La baza tuturor proceselor de placare stã fenomenul de aderenţã.Principalii factori care influenţeazã aderenţa materialelor placate sunt:

1. Legãturile metalice.2. Presiunea.3. Temperatura.4. Structura zonei de contact.5. Compoziţia chimicã.

201

Influenţa legãturilor metalice -aderenţa - se datoreazã apariţiei legãturilormetalice între suprafeţe. Dacã apropiem douã suprafeţe metalice între ele aparîntotdeauna forţe de interacţiune de tip Van Der Valls (distanta este de 102 Ao).

În cazul apropierii la distanţe mai mici apar forţe de coeziune. Forţele deinteracţiune depind de orientarea axelor cristalografice în cazul monocristalelor.

Pot adera atomi care au reţele cristaline cu aceeaşi parametri. Atomii cudirecţia legãturilor cristaline care nu au coincis, vor avea o interacţiune între eifãra formarea legãturilor metalice.

Influenta presiunii - presiunea este mijlocul principal de a aduce încontact doua suprafeţe pentru realizarea difuziunii. Rezistenţa îmbinãrii este înfuncţie de deformare. În afara de presiunea totala, aderenţa depinde şi deregimul de presiune aplicat.

Influenta temperaturii - cu cât temperatura creste cu atât difuziunea şiaderenta cresc.

Influenta structurii zonei de aderenta - tablele din oţel au o aderenţã cuatât mai puternicã cu cât decarburarea este mai mare.

202

CAPITOLUL 7.PRELUCRAREA PRIN AGREGARE DE PULBERI METALICE

7.1.Noţiuni introductive

Prelucrarea prin agregare de pulbere este un procedeu de prelucraremetalurgicã care spre deosebire de metalurgia clasicã, bazatã pe topire şiturnare, constã în obţinerea şi utilizarea pulberilor metalice ca atare sau subformã de produse sinterizate. Este un procedeu tehnologic de obţinere a pieselormetalice prin compactarea pulberilor metalice sub forma piesei ce se doreşte a fiobţinutã şi consolidarea acesteia prin sinterizare. Sinterizarea este un proces deconsolidare a legãturilor particulelor printr-un transfer de masã activat termic şicreşterea rezistenţei dintre particule. Procedeul mai este numit şi metalurgiapulberilor.

Caracteristicile procedeului sunt urmãtoarele: se bazeazã pe fenomenul de sudare a particulelor metalice

sub influenţa presiunii şi cãldurii; evitã topirea şi turnarea metalelor sau a aliajelor lor; permite obţinerea produselor cu configuraţie mai puţin

complexã, direct la forma geometricã şi dimensiunile finale;Avamntajele procedeului sunt urmãtoarele:

- gradul de utilizare al materialului se apropie de 100%;- energia specificã necesarã este foarte redusã;- se pot obţine piese cu configuraţie geometricã foarte complexã;- precizia geometricã obţintã şi calitatea suprafeţei este ridicatã;- prin acest procedeu se obţin piese care nu se pot prelucra prin tehnologii

clasici, ca de exemplu wolframul;- se pot obţine piese poroase, autolubrefiante, care pot funcţiona fãrã ungere;- procesul tehnologic se preteazã la automatizare.

Avantajele metodei au condus la o producţie de 100.000 tone dinpulberi metalice în 1990, numai în spaţiul vest-european. 68% din producţieeste utilizatã în industria automobilelor, 14% în constrcţia sculelor.

Printre dezavantaje ar trebui sã menţionãm:- preţul ridicat al pulberilor;- limitele impuse copmplexitãtii piesei datoritã limitãrii la un singur plan de

separaţie;- preţul ridicat al sculelor;, ceea ce impune o serie de fabricaţie mare;- proprietãtile materielor sunt afectate de porozitate,

203

Pulberea este un material format din particule de metale pure, de aliaje,de compuşi intermetalici sau de compuşi chimici ale cãror dimensiuni pot variaintre 0,1 şi 1000 micrometri. Mãrimea granulelor utilizate pe scarã industrialãvariazã între limite mai restrânse 1 - 400 micrometri.

Pulberile metalice se caracterizeazã printr-o serie de proprietãţi fizice şichimice care determinã în mare mãsurã proprietãţile finale ale produselorobţinute prin agregare de pulberi. Dintre proprietãţile fizice mai importanteenumerãm:

1. formarea particulelor: fibroase, lamelare, echiaxiale;2. calitatea suprafeţei: particule cu suprafaţã netedãa şi regulatã

şi particule cu suprafaţa neregulatã (sunt mai frecvente şi autendinţa de a se aglomera mai uşor);

3. structura internã: spongioasã, dentriticã sau compactã;4. repartiţia granulometricã.

Esenţa procesului de obţinere a produselor prin aglomerare de pulberimetalice o constitue operaţiile de formare şi de sinterizare, care determinãapariţia, mãrirea şi stabilizarea suprafeţelor de contact, deci apariţia legãturilorcoezive, interatomice între particule.

Formarea acestor legãturi de consolidare a particulelor de pulbere serealizeaza prin urmatoarele faze:

1. Formarea legãturilor punct cu punct.2. Creşterea legãturilor tip punct cu punct şi formarea

suprafeţelor de contact.3. Creşterea cristalelor noi, sferoidizarea şi disparitia porilor.

Formarea legãturilor punct cu punct apare în masa de pulberi metalicesub forma primelor puncte de contact dintre particule. Prin tasarea pulberilorsuprafeţele de contact se mãresc, însã în majoritatea cazurilor aceste suprafeţerãmân tot instabile. În cazul formãrii cu presare realizarea acestor legãturi estedeterminatã de compactizarea pulberii prin redistribuirea şi alunecareaparticulelor, imprimând asfel semifabricatului o formã stabilã de dimensiunilematriţei.

Creşterea legãturilor tip “punct” şi formarea suprafeţelor de contact seproduce în timpul sinterizãrii, fiind favorizate de creşterea mobilitãţii atomilorodatã cu creşterea temperaturii. Asfel “punctele” realizate în faza anterioarãcresc lateral, iar nucleele de cristalizare se dezvoltã peste graniţele reţelelorcristaline iniţiale.

În continuare datoritã procesului de difuziune şi de curgere plasticã, noiigrãunţi se dezvoltã, porii dintre particule se micşoreazã. Creşterea legãturilor tippunct şi formarea suprafeţelor de contact se considerã terminatã, atunci cândporii sunt izolaţi între ei.

204

Creşterea cristalelor noi, sferoidizarea şi dispariţia porilor reprezintãultima fazã în obţinerea produselor prin agregare de pulberi. Creşterea granularãse accentueazã , porii sunt micşoraţi şi eliminaţi treptat.

Recristalizarea se realizeazã în trei stadii, în funcţie de temperaturã:I. (0,3 - 0,4)Tt - recristalizare de suprafaţã;II. (0,4 - 0,45)Tt - recristalizare spaţialã;III. Peste 0,45Tt - recristalizarea de asamblare între particule;

Pulberile metalice se pot obţine prin urmãtoarele metode:1. Mãcinare în mori cu bile şi vibratoare.2. Mãcinare în mori cu vartej.3. Pulverizare din fazã lichidã.4. Metoda carbonil - obţinerea pulberilor din fazã gazoasã ; se

aplicã pentru Fe, Ni, Co, Cr, Mo, W , pulberile astfel obţinutesunt fine şi pure.

5. Metoda electroliticã.

7.2. Procesul tehnologic de fabricare a produselor prin agregare depulberi

Operaţii fundamentale sunt :I. Pregãtirea pulberilor sau a amestecurilor de pulberi.II. Formarea produselor prin agregare de pulberi.III. Operaţii suplimentare ulterioare.IV. Controlul produselor sinterizate.

Formarea pieselor presupune douã etape:- compactarea pulberilor;- sinterizarea.

Compactarea este operaţiunea de presare a pulberilor metalice într-osculã adecvatã (de obicei o matriţã).

Etapele procesului de compactare sunt:a) umplerea;b) retragerea;c) compactarea;d) extragerea;e) eliminarea.

Presiunea de compactare este cuprinsã între 200 şi 700 Mpa, în funcţiede natura pulberii.

205

1-poanson; 2-dozator; 3-masã; 4-matriţã; 5-contrapoanson;6-compactat din pulbere; 8-plan de evacuare.

Fig. 7.1 Ciclul de compactare a pulberilor

Formarea se poate face prin presare : în matriţã la cald; presarea izostaticã; extrudarea pulberilor; laminarea pulberilor;

Cea mai utilizatã este presarea în matriţã datoritã urmãtoarelor avantaje: calitate superioarã a suprafeţelor cu o mare precizie a

geometriei; porozitatea se realizeazã în limite largi, variind forţa specificã

de presare; productivitate mare; nu necesitã prelucrãri ulterioare; se obţin materiale metalice care nu se pot obţine prin alte

metode

206

Sinterizarea - se realizeazã prin încãlzirea semifabricatelor, obţinute înurma formãrii, la o temperaturã ce trebuie sa fie cel puţin cât cea derecristalizare (0,75 - 0,80)Tt .

Structura poroasa a produselor sinterizate variazã între 1 şi 30% înfuncţie de porozitatea obţinutã la operaţia de formare, precum şi de temperaturaşi durata de sinterizare.

Dupã obţinerea pieselor finite ele suportã operaţii suplimentare ca: calibrarea - folositã pentru creşterea preciziei dimensionale; compactizarea - mãrirea densitãţii şi îmbunãtãţirea

proprietãţilor mecanice;Temperatura de sinterizare fiind sub cea de topire a componentelor,

sau cel puţin a componentului principal din amestecul de pulberi,fenomenele care predomină în procesul de sinterizare sunt cele de difuzie.

Parametrii tehnologici ai sinterizării sunt:- temperatura de sinterizare;- durata sinterizării;- mediul de sinterizare, care poate fi neutru, oxidant,

reducător sau carburant (se preferă mediile gazoase);

a = formarea legãturilor “punct cu punct “b = creşterea legãturilor “punct cu punct “ şi formarea suprafeţelor de contact

c = dezvoltarea noilor grãunţi cristalinid = creşterea noilor cristale , sferoidizarea , dispariţia porilor

Fig.7.2. Mecanismul sinterizãrii pulberilor metalice cu un singur constituent

Domenii de aplicare sunt :

S-au obţinut materiale metalice care nu puteau fi elaborate prin topire,cum ar fi:

207

metale refractare pure - W, Mo, Ta, cu punct de topire foarteridicat şi turnare practic imposibilã;

materiale dure cu structurã omogenã WC-Co, TiC-Co, careconstau din combinarea unui produs dur refractarnedescompus (WC) cu un liant metalic tenace (Co);

De asemenea prin agregarea pulberilor se obţin materiale:

de mare puritate; materiale magnetice; piese de rezistenţã în construcţia de maşini; scule de aşchiere şi pentru deformare plasticã (pastile pentru

matriţe diverse).

208

CAPITOLUL 8.TÃIEREA CU TÃIŞURI ASOCIATE

8.1. Generalitãţi

Tãierea cu tãişuri asociate este o metoda tehnologica de prelucraredimensionalã prin care se realizeazã în obiectul supus prelucrãrii suprafeţe derupere prin forfecare cu ajutorul a douã tãişuri asociate în mişcare relativã,separând astfel pãrţile tãiate.

Procedeele tehnologice de tãiere cu tãişuri asociate prin care se aplicãmetoda tehnologicã sunt :

1. Tãierea cu foarfecele.2. Stanţarea.

Funcţie de caracteristicile materialelor metalice tãierea sau ştanţarea sefac la cald sau la rece (functie şi de grosimea materialului tãiat).

Fata de tãierea prin aşchiere sau prin eroziune, tãierea cu tãişuri asociateprezintã urmãtoarele avantaje:

se executã piese de configuraţie complexã prin mişcãrisimple;

precizie dimensionala mare; coeficient de utilizare a materialului foarte bun; productivitate mare; posibilitãţi de automatizare; necesitã forţã de muncã slab calificatã.

Dezavantajul cel mai însemnat îl reprezintã costul ridicat al sculelor.Domeniul de aplicabilitate al metodei este în creştere datoritã tendinţei

de a se folosi piese cu pereţi subţiri.Ponderea produselor realizate prin tãiere cu tãişuri asociate este de 60 -

75% în industria automobilelor, 60 - 70% la aparate electrice, 95% bunuri delarg consum.

Principial procesul de tãiere cu tãişuri asociate este analog pentruprocedee de forfecare şi ştanţare, prezentând caracteristici numai din punct devedere al utilajelor şi sculelor.

Fazele tãierii cu tãişuri asociate sunt :1) Faza deformãrii elastice - care începe imediat dupã atingerea tablei

de cãtre elementele active ale sculei şi în timpul cãreia se producecomprimarea elastica a tablei.

2) Faza deformãrii plastice - care începe odatã cu depãşirea limitei decurgere şi în timpul cãreia are loc pãtrunderea elementelor active înmetal, îndoirea (la forfecare) sau extrudarea (la ştanţare) a metalului

209

cu o puternicã încovoiere şi întindere a fibrelor. În timpuldeformãrilor plastice elementele active pãtrund în metal pe oadâncime de h=(0,1…0,4)g. La sfârşitul etapei tensiunile deforfecare din apropierea muchiilor tãietoare ajung la valorile lormaxime.

3) Faza de forfecare (separare) - începe la muchiile tãietoare odatã cuproducerea microfisurilor de-a lungul suprafetelor de lunecare.Forfecarea materialului se încheie când pãtrunderea ajunge la(0,15…0,70)g, cu atât mai mare cu cât plasticitatea este mai ridicatã.În zona tãierii, materialul se ecruiseazã, mãrindu-şi duritatea cu 40 -60%.

Fig.8.1. Repartizarea tensiunilor la tãierea cu tãişuri asociate8.2. Tãierea cu foarfecele

210

Operaţiile de debitare a tablelor, benzilor şi a diferitelor profile seexecutã prin tãiere cu foarfecele de diferite tipuri.

Dupã forma conturului de tãiere, forfecarea poate fi dreaptã saucurbilinie, cu contur deschis sau închis.

Procesul de tãiere cu foarfecele este caracterizat de o particularitateimportantã. La tãierea cu foarfece cu muchii tãietoare paralele, la pãtrunderealamelor în material apare un moment de rasturnare M=Fd.

a = rotirea tablei şi forţa de distanţare a lamelorb = forţa de tãiere la forfecare

Fig.8.2. Schema procesului de tãiere cu foarfecele

Momentul M roteşte tabla cu un unghi . Tabla tinde sã se rãstoarne şisã intre între cuţite, dând naştere la o forţã T, de distanţare a cuţitelor, caresolicitã suplimentar utilajul şi mãreşte jocul faţã de cel optim. Pentru a reducevaloarea unghiului de la 10 …20o la 4…5o se procedeazã la strângerea tableiprelucrate cu o forţã S.

Valoarea jocului optim la forfecare este Uopt=(0,01…0,2)g, funcţie der, de duritatea materialului şi de dispunerea cuţitelor foarfecei.

8.2.1. Utilaje pentru forfecare

Diversitatea mare a pieselor tãiate determinã o diversitate mare autilajelor necesare.

Elementele active ale foarfecelor pot fi : lame cu mişcare de translaţie sau rotaţie, drepte sau profilate,

cu muchii paralele sau înclinate;

211

discuri cu mişcare de rotaţie, cu axe paralele sau concurente,orizontale sau verticale.

Dupã tipul acţionãrii foarfecele pot fi manuale sau mecanizate (cuacţionare mecanicã sau hidraulicã ).

Forţa necesarã la forfecare se calculeazã cu urmãtoarele formule: pentru foarfece cu lame paralele drepte

F=kAf

Unde , A=L.g - aria sectiunii de forfecare şi k=1 - 1,3 ,coeficient de corecţie; pentru foarfece cu lame drepte înclinate

F=kAfr = tensiunea de rupere la forfecare

Geometria cuţitului este redatã în figura de mai jos .

Fig.8.3. Geometria cuţitului

Uopt=(0,01…0,15)g - pentru foarfece cu lame paraleledrepte

Uopt=(0,02…0,2)g - pentru foarfece cu lame drepteînclinate

=0…3 g=5…15 pentru materiale rezistente; g =20…25 pentru materiale moi;

unde, g este grosimea tablei de tãiat , iar U este valoarea jocului dintre cuţite.Utilajele pentru forfecare cele mai folosite sunt foarfecele cu lame

paralele şi ghilotina. Ele se utilizează pentru tăieturi relativ scurte(maximum 4500 mm la ghilotina foarfece) şi necesită, în afară de

212

dispozitive de strângere, opritoare pentru poziţionarea semifabricatului faţăde tăişuri.

Foarfecele cu discuri paralele simple sau multiple se utilizeazăpentru realizarea de tăieturi drepte de lungime oricât de mare, vitezele detăiere variind între 30 şi 100 m/min. .

Cuţitele se confecţionazã din oţeluri aliate, cãlite la 55…60 HRC.Tãierea se poate face la cald sau la rece în funcţie de puterea utilajului.Foarfecele cu lame paralele se utilizeazã pentru realizarea de tãieturi

scurte şi necesitã opritoare pentru poziţionarea semifabricatului.Viteza de tãiere este de 30…100 m/min. şi deci avem de a face cu

utilaje de mare productivitate.

8.3. Ştanţarea

Stanţarea este procedeul tehnologic de prelucrare prin tãiere a tablelorce constã în tãierea dupã un contur închis în separarea completã a unor porţiunidin semifabricat.

Benzile, fâşiile şi formatele tãiate cu foarfecele sunt în generalsemifabricate din care se obţin piese semifinite sau finite prin ştanţare.

Ştanţa este o sculã compusã din cel puţin douã elemente active asociate,cu un contur al secţiunii transversale corespunzãtor conturului piesei, ambelesau cel puţin unul dintre ele fiind prevãzute cu muchii tãietoare. În generalştanţa este acţionatã de o presã, unul din elementele active (placa de tãiere) fiindfixat pe masa presei, iar celãlalt (poansonul) fiind fixat pe berbecul presei.

Prin ştanţare se efectueazã urmãtoarele operaţii:

Fig. 8.4 Schema de principiu a ştantãrii

Retezarea – tăierea după un contur deschis, pentru separareacompletă a extremităţii obiectului semifabricat.

213

Decuparea – tăierea după un contur închis pentru separareacompletă a unei piese din interiorul obiectului semifabricat, partea rămasăconstituind deşeul.

Perforarea – tăierea după un contur închis pentru separarea completăsubformă de deşeu a unei părţi din interiorul obiectului prelucrării.

a-decuparea; b-perforarea; 1-deşeu; 2-piesã ştanţatã.Fig. 8.5 Perforarea şi decuparea

Crestarea – tăierea după un contur deschis, pentru separareaincompletă a unei părţi din obiectul prelucrării.

Şliţuirea – tăierea după un contur deschis, pentru separareacompletă sub formă de deşeu a unei părţi de la marginea obiectuluiprelucrării.

214

1-piesã; 2-deşeu.Fig. 8.6 Sliţuirea

Debavurarea reprezintã operaţia de înlãturare a bavurilor rezultate înurma forjãrii în matriţã;

215

Tãierea marginilor (tundere) - tãierea dupa un contur închis pentrusepararea completã a marginilor neuniforme sau în surplus;

1-semifabricat; 2-porţiuni încreţite; plan separare; 4-piesã finite; 5-deşeu.

Fig. 8.7 Tunderea

Calibrarea prin tãiere - tãierea dupa un contur închis, pentru separarecompletã sub formã de deşeu a surplusului de material în scopul mãririipreciziei de prelucrare;

8.3.1. Particularitãţi ale procesului de tãiere la ştanţare

În afara unor operaţii de retezare, care sunt identice cu operaţile deforfecare, operaţile de ştanţare sunt caracterizate de prezenţa elementelor active(poanson, placã de tãiere). Conturul decupãrii este închis sau semiînchis.

Particularitãţile ştanţãrii sunt : obiectul supus prelucrãrii nu poate fi rãsturnat ci eventual

încovoiat; deformaţiile elãstice ale porţiunii separate din obiectul supus

prelucrãrii determinã fixarea prin strângere ale acestora îndeschiderea plãcii;

Procesul de ştanţare este influentat de urmãtoarele elemente :

216

materialul prelucrat (natura, gradul de ecruisare prealabilã,forma şi dimensiunile conturului ştanţat);

ştanţa (mãrimea şi uniformitatea jocurilor, forma profiluluitransversal);

tipul operaţei; lubrefiantul folosit; viteza de lucru;

Dintre toţi factorii, cel mai important este jocul bilateral dintre placa detãiere şi poanson.

j = Dpt - Dp = Zu [mm]unde:

Dpt = dimensiunea orificiului în placa de tãiere;Dp = dimensiunea poansonului;

Jocul dintre placa de tãiere şi poanson determinã calitatea tãieturii,durabilitatea ştanţei şi consumul de energie.

j C g C g 12

2 [mm]

Oţelcarbon

Oţelaliat

Cãlit

C1 0,008 0,010 0,03C2 0,040 0,080 0,20

Jocul se micşoreazã la perforarea orificiilor cu pereţi netezi şi se mãreştela decuparea pe prese rapide (peste 200 curse/min). În procesul exploatãriiştanţei, muchiile tãietoare ale elementelor active sunt supuse uzurii, ceea ceconduce în final la mãrirea jocurilor.

Forta de ştanţare

F=kAt r=L.g.k.t r

Pentru micşorarea forţelor de tãiere la ştanţarea materialelor groase seutilizeazã ştanţe cu muchii tãietoare înclinate =1…80.

Forţa nominalã a presei trebuie sã fie cu 2 - 15% mai mare decât forţanecesarã pentru ştanţare.

217

Clasificarea ştanţelor.

Având în vedere marea diversitate a ştanţelor urilizate în practicã seimpune clasificarea acestora , dupã cum urmeazã :

1) Dupa natura operaţilor simple :

de decupat; de perforat; de retezat;

2) Dupa natura operaţilor combinate:

decupare şi perforare; decupari;

3) Dupa asocierea în timp a operaţilor concentrate:

cu acţiune simultanã - operaţile se executã într-o singurãcursã;

cu acţiune succesivã - operaţile se executã succesiv la câtevacurse ale presei;

4) Dupa gradul de universalitate (specializare):

- ştanţe speciale - cu care se pot executa piese de un singur tipcu dimensiuni identice;- ştanţe specializate - cu care se pot executa piese de acelaşi tipşi dimensiuni diferite efectuându-se unele mici modificãri;

Elementele constructive ale unei ştanţe sunt date în figura 8.8 .Poansoanele şi plăcile de tăiere se execută din oţeluri carbon de

scule (OSC) sau oţeluri aliate de scule (C120) tratate termic la 55-60 HRCpentru ştanţarea la rece şi 45-55 HRC pentru ştanţarea la cald.

Desfăşurarea operaţiilor de ştanţare, construcţia ştanţei şi adispozitivelor necesare este determinată în principal de croireasemifabricatului.

Prin croire se înţelege determinarea dimensiunilor obiectuluisemifabricat (fâşie, bandă, tablă) şi amplasarea în cadrul acestuia aproduselor cu formă şi dimensiuni determinate, în vederea tăierii.

218

Etapele tehnologice ale procesului tehnologic de ştanţare sunt :

1) Tãierea materialului în fâşii;2) Croirea;3) Stabilirea utilizãrii optime a deşeurilor;

Fig.8.8. Elementele componente ale ştanţelor

Etapele croirii sunt :1) Croirea fâşiei (a benzii), care constă în amplasarea

pieselor în fâşie, stabilirea necesităţii puntiţei şi amărimii ei şi se încheie cu stabilirea lăţimii şi lungimiifâşiei. Necesitatea şi mărimea puntiţei este recomandatătabelar în literatura de specialitate.

2) Croirea tablei constă în amplasarea fâşiilor şi alegereaunor dimensiuni ale tablei, astfel încât din formatulrespectiv să rezulte un număr maxim de piese şi deşeuminim.

3) Stabilirea utilizării deşeurilor rezultate la croirileanterioare, pentru stanţarea altor piese.

219

La croirea optimă nu se ia în considerare numai coeficientul deutilizare al materialului, ci toţi factorii care determină costul minim al pieseiştanţate.

a-fãrã puntiţe; b-cu puntiţe laterale(pl) sai puntiţe intermediare (pi).Fig. 8.9 Variante de plan de croire

220

CAPITOLUL 9.TAIEREA ŞI DEBITAREA METALELOR

În vederea executãrii pieselor ce urmeazã a fi montate în maşini şiutilaje se folosesc semifabricate tãiate în prealabil la dimensiunile necesaredin table, bare, ţagle, benzi, profile, etc.

Operaţia de taiere din laminate a semifabricatelor se numeştedebitare şi se poate efectua prin :

aşchiere; abraziune; forfecare; fricţiune; tãiere termicã; cu microaşchii;

9.1. Debitarea prin aşchiere

Acest procedeu se utilizeazã la obţinerea din laminate cu profiltransversal constant a unor piese cu lungimi relativ precise. Suprafeţelerezultate din debitare sunt relativ netede şi sunt plane. Debitarea prinaşchiere se face pe ferestrãu alternativ, circular, cu bandã sau prin strunjire.

Debitarea pe ferestrãu reprezintã un procedeu de prelucrare prinaşchiere. În toate cazurile mişcarea principalã de aşchiere este a sculei ca şimişcarea de avans , semifabricatul fiind întotdeauna fix.

Sculele utilizate sunt : lame, discuri sau benzi prevãzute cu odanturã aşchietoare. Ele se confecţioneazã din oţeluri de scule înalt aliate,cãlite şi sunt rãcite în timpul aşchierii.

În ambele cazuri semifabricatul se fixeazã în menghinã cu fãlci, iarscula executa atât mişcarea principalã cât şi cea de avans.

Semifabricatele destinate debitãrii pot fi şi piese forjate sau turnate.Ele se pot reteza individual sau prin strângererea lor în pachet, dacã augrosime micã. Prin aceste procedee se pot debita orice semifabricate înafara tablelor.

Semifabricatele de dimensiuni mici se debiteazã pe ferestrãualternativ, iar cele de dimensiuni mai mari (peste 150 mm) pe ferestrãucircular.

Viteza de avans este de ordinul zecilor de mm / min. .Debitarea pe strung se face în cazul laminatelor rotunde sau

hexagonale cu dimensiune pânã la 60 mm (dimensiunea interioara a axuluiprincipal).

221

Se folosesc cuţite de strung standardizate sau profilate din oţel rapidsau carburi metalice, cu grosimi intre 2 şi 8 mm . Viteza de aşchiere este demax. 100 m / min., iar viteza de avans de 0,05.. 0,2 mm / rot..

9.2. DEBITAREA PRIN ABRAZIUNE

Debitarea prin abraziune reprezintã un caz particular al debitãrii prinaşchiere, caracterizat prin aceea cã scula folositã este un disc abraziv îngustcare se roteşte cu o viteza de 50 … 80 m / s.

Schema de lucru este aceeaşi ca în cazul debitãrii cu ferestrãulcircular, deosebirea constând în natura şi valorile vitezelor de lucru.

Metoda este foarte productivã, accesibilã, nu necesitã utilajecomplexe şi se foloseşte în special la debitarea barelor şi a ţevilor dedimensiune micã. Procedeul se aplica şi la retezarea reţelelor de turnare lapiesele turnate în special din aliaje neferoase.

9.3. TÃIEREA PRIN FORFECARE

Acest procedeu utilizeazã pentru retezare douã tãişuri asociate caresolicitã semifabricatul la forfecare. Este un procedeu de tãiere cu tãişuriasociate.

Tãierea se face pe foarfeca ghilotinã sau combinatã, fie pe presemecanice sau hidraulice. Se foloseşte mai ales pentru debitarea profilelor dedimensiuni mici (mai mici de 20 mm). Productivitatea procesului estefoarte mare, datoritã faptului cã tãierea se realizeazã dintr-o singurã cursãactivã. Tãietura asigurã o suprafaţa curatã şi precisã în cazul tablelor şiprofilurilor nu prea groase (pânã în 20 mm), dar la materialele cu grosimimai mari o parte din suprafaţã tãieturii este rugoasã şi neregulatã, iar zonadin apropierea tãieturii este deformatã plastic.

9.4. DEBITAREA PRIN FRICŢIUNE

În acest caz se foloseşte ca sculã un disc sau o banda metalicã fãrãdanturã ce realizeaza viteze principale mar,i 80 - 150 m/s, fapt ce permiterealizarea unor forţe de frecare mari între sculã şi semifabricat, chiar la forţede apãsare mici. Din aceastã cauzã materialul semifabricatului se încãlzeşteîn zona de contact pânã în domeniul plastic sau chiar de topire, fiindstrãpuns de disc. O micã cantitate de material se pierde prin ardere. Sculelefolosite (discurile) se confecţioneazã din oţel refractar. Productivitatea estefoarte mare, iar procedeul se foloseşte mai ales la debitarea pieselor subţiri.

222

9.5. TÃIEREA TERMICA A METALELOR

Separarea semifabricatelor se face pe seama arderii unei cantitãţi demetal din zona tãieturii. Existã mai multe procedee de tãiere termicã :

a) cu oxigen;b) cu plasmã;c) cu laser;

A) TÃIEREA CU OXIGEN

Este procedeul de tãiere termicã cel mai rãspândit. Prezentãm maijos diferite variante ale acestui procedeu tehnologic :

1. TÃIEREA CU OXI-GAZ

Metalul se încălzeşte cu ajutorul unei flăcări de gaze, după care seproiectează asupra lui un jet de O2. Pentru ca un aliaj să se poată tăia prinacest procedeu, el trebuie să îndeplinească următoarele condiţii :

1) temperatura de ardere să fie mai mică decât temperaturade topire;

2) oxizii formaţi să fie uşor înlăturaţi;3) conductibilitatea termică a materialului să fie mică;

Oţelul carbon hipoeutectoid îndeplineşte toate aceste condiţii.

2. TĂIEREA CU OXIGEN ŞI CU FLUX

Se aplica la tăierea oţelurilor inox, refractare, fontelor şi a aliajelorde cupru. La acest procedeu, în jetul de O2 care intră în arzătorul oxigaz esteantrenat un flux pulverizat care arde în O2 cu degajarea unei cantităţi decăldură suplimentară. Fluxul este alcătuit din pulbere de fier şi fondanţi casilicaţi şi carbonaţi de calciu.

B) TĂIEREA CU PLASMĂ

Plasma este un gaz puternic disociat şi ionizat, compus dintr-unamestec de electroni, ioni pozitivi şi atomi, conţinând 109 particuleelectrizate întrun cm3.

223

Se utilizează din ce în ce mai larg datorită avantajelor pe care leprezintă faţă de celelalte procedee de tăiere termică a metalelor, datorităurmătoarelor avantaje :

- productivitate ridicată;- posibilitatea tăierii aliajelor refractare la grosimi mari;- tăieturi înguste şi fără bavuri;

Pentru tăiere se foloseşte un arc sau jet de plasmă care încălzeşte,arde şi îndepărtează metalul din zona tăierii. Jetul de plasmă se foloseştepentru tăierea aliajelor metalice cu grosimi până la 8-10 mm, iar la grosimimai mari se foloseşte arcul de plasmă. Vitezele de tăiere sunt de 250-1250mm/min.

Conducerea jetului de plasmă se poate face manual sau automatizat.

C) TĂIEREA CU LASER

Este un procedeu modern pentru tăierea sau prelucrarea foarte fină aoricăror materiale metalice sau nemetalice în scopul îndepărtării unorcantităţi foarte mici de material sau al tăierii.

Se utilizează un fascicul laser care dezvoltă pe un spaţiu foarte mictemperaturi până la 18000 C. Lăţimea tăieturii este de ordinul sutimilor sauzecimilor de milimetru, iar piesele ce se taie sunt de obicei subţiri. Vitezade tăiere scade cu grosimea semifabricatului. Se foloseşte în industriaelectronică şi optică (debitări de elemente semiconductoare sau lentile).

9.6. Tăierea cu microaşchii

Metoda foloseşte eroziunea electro-mecanică sau electro-chimică.Unul din procedeele utilizate este tăierea anodo-mecanică, care

foloseşte drept sculă un disc sau o bandă care realizează o mişcare relativăfaţă de semifabricat. Scula poate fi chiar un fir metalic (vezi tăierea cu fir).

9.7. Tăierea cu oxi-arc

Ca sursă de căldură pentru încălzirea piesei până la temperatura deamorsare a arderii se foloseşte arcul electric de sudură.

Arcul electric se obţine între un electrod consumabil tubular şi piesade tăiat. Prin electrodul tubular se insuflă oxigen. Electrozii seconfecţionează din oţel cu conţinut scăzut de carbon şi au diametrul interiorde 2 – 4 mm, iar grosimea peretelui de 3-5 mm. Nu se poate evita o

224

concentraţie mai mare de căldură în zonă şi deci topirea parţială a muchiilorsuperioare ale tăieturii.

9.8. TĂIEREA TERMICĂ SUB APĂ

Datorită faptului că atât flacăra oxi-acetilenică cât şi arcul electricard sub apă, ambele metode se pot utiliza la tăierea sub apă. Arzătoareleutilizate sunt speciale prin ele insuflându-se şi aer, care va forma o bulăpentru protejarea flăcării. Flacăra se aprinde deasupra apei, după care se dădrumul aerului comprimat. Materialul se încălzeşte până la temperatura deamorsare a arderii, după care se începe insuflarea oxigenului şi deplasareaarzătorului de–a lungul tăieturii.

Încălzirea materialului, produsă de acţiunea combinată a surseiexterioare şi a căldurii degajate de procesul de oxidare conduce la formareaunei zone de influenţă termică în care apar inevitabil structuri desupraîncălzire şi călire, care modifică proprietăţile locale îndeosebi pe celede călire. În cazul în care modificările sunt dăunătoare piesei se înlăturăaproximativ 2 mm din piesă prin aşchiere.

225

CAPITOLUL 10TEHNOLOGII NECONVENTIONALE

10.1.Noţiuni introductive privind prelucrarea prin eroziune

Există situaţii când metodele de prelucrare prin aşchiere, deformareplastică sau turnare devin nesatisfăcătoare din punct de vedere economic sauchiar imposibil de aplicat, cum ar fi :

- prelucrarea unor piese din materiale foarte dure;- suprafeţe de prelucrat cu configuraţie complexă;- piesa supusă prelucrării are o rigiditate insuficientă;

Aceste limitări au determinat apariţia şi dezvoltarea unei metode deprelucrare dimensională bazată pe utilizarea proceselor de eroziune.

Ritmul înalt de dezvoltare economicã este indisolubil legat deperfecţionarea tehnologiilor de fabricaţie. Acest lucru nu presupune însãrenunţarea totalã la tehnologiile convenţionale în favoarea celorneconvenţionale , ci utilizarea fiecãreia în domeniul în care conduce la oeficienţã maximã. In figura 11.1. se prezintã variaţia productivitãţii funcţie deprelucrabilitatea în cazul celor douã tipuri de tehnologii :

- convenţionale (curba 1)- neconvenţionale (curba 2)

Piesele cu prelucrabilitate dificilã se definesc ca fiind acelea executate dinmateriale cu duritate mare.

Având în vedere aceastã reprezentare se preconizeazã pentru viitorii anio pondere a tehnologiilor neconvenţionale de 100 % pentru materialele cuprelucrabilitate foarte dificilã, 90% în cazul pieselor cu prelucrabilitate dificilã şinumai 30 în cazul pieselor cu prelucrabilitate normalã.

Procesele de eroziune sunt definite ca procese de distrugere a integrităţiistraturilor de suprafaţă ale obiectului supus eroziunii.

Energia conţinută de agentul coroziv poate fi de natură electrică,electromagnetică, electrochimică, chimică sau termică.

226

1 = convenţionale; 2 = neconvenţionale

Fig.10.1. Variaţia productivitãţii cu prelucrabilitatea

În zona de interacţiune are loc transformarea energiei conţinute deagentul eroziv în energie de distrugere a integrităţii straturilor de suprafaţă.Pentru realizarea proceselor de eroziune este necesară o mărime şi o repartiţiespaţială a energiei de structură, astfel încât să se depăşească energia de legăturăa particulelor. În funcţie de natura predominantă a energiei destructive,mecanismul elementar al distrugerii erozive poate avea la bază unul dintrefenomenele :

- topire, vaporizare;- ruperi de material ca urmare a unor acţiuni termice sau

mecanice repetate;- coroziune;

10.1.1. Clasificarea procedeelor de prelucrare prin eroziune

Dupa natura agentului eroziv acestea se clasificã în :1. Prelucrare prin eroziune electrica - se bazeazã pe

efectul eroziv polarizat al unor descãrcãrii electrice prinimpuls, amorsate în mod succesiv între un electrod şipiesã.

2. Prelucrarea prin eroziune electrochimicã - are loc prindizolvarea electrochimicã (anodicã) a substanţei piesei înprocese caracteristice de schimb de sarcini electrice.

227

3. Prelucrarea prin eroziune chimicã - prin dizolvarechimicã.

4. Prelucrarea prin eroziune complex electrochimicã şielectricã.

5. Prelucrarea prin eroziune cu radiaţii - are loc prinintermediul efectului eroziv al acţiunii unui fascicul deradiaţii electromagnetice sau corpusculare focalizateasupra piesei.

6. Prelucrarea prin eroziune complexa abrazivã şicavitaţionalã - se bazeazã pe acţiunea unor procese deeroziune abrazivã sau cavitaţionalã, respectiv complexãprin dezvoltarea simultanã a ambelor procese localizate.

Caracteristicile comune ale diferitelor procedee de prelucrare prineroziune sunt :

caracteristicile mecanice ale materialului prelucratsunt de ordin secundar; cinematica generãrii unor suprafeţe complexe estesimplã (o singurã mişcare de avans); posibilitate de automatizare.

10.2. Prelucrarea dimensionala prin eroziune electrica

Se bazeazã pe efectele erozive complexe, discontinui şi localizateale unor descãrcãri electrice prin impuls, amorsate în mod repetat întreelectrod şi piesã.

Pentru ca prelucrarea dimensionalã prin eroziune electricã sã fieposibilã, trebuiesc respectate urmãtoarele condiţii :

introducerea directã a energiei electrice la suprafaţaobiectului de prelucrat. Din aceastã cauzã se impunefolosirea unor materiale electroconductoare atât pentruelectrod cât şi pentru piesa de prelucrat;

dozarea temporarã în impuls a energiei electrice în zonade interacţiune electrod-agent-obiect. În acest mod sepreleveazã materialul, pentru cã la dozarea continuã aenergiei electrice, efectul termic al descãrcãrii se propagãtreptat în întreg volumul şi prelevarea nu se mai poatelocaliza. Durata descãrcãrii este de 10-1s.

asigurarea unui caracter polarizat al descãrcãrii electriceîn impuls. Sub acţiunea efectului termic al descãrcãrii

228

electrice în impuls se va preleva material atât de la obiectcât şi de la electrod. Scopul urmãrit este ca prelevarea dela obiect sã fie mult mai mare. Fenomenul se poate dirijaprin conectarea obiectului şi a electrodului la polaritãţilecorespunzãtoare, utilizarea la electrod a unor materialecu rezistenţe erozive mari şi formarea pe acesta a unorpelicule protectoare.

restabilirea continuã a stãrii iniţiale în intervalul eroziv.Aceasta pentru cã descãrcãrile sã se poatã repeta încondiţii identice. Pentru aceasta trebuie evacuateprodusele eroziunii şi restabilitã distanţa de amorsare adescãrcãrii.

Ca material pentru electrozi se utilizeazã : Al, Ag, Be, Cr, Co, Cu,Ol, Ni, W, Zr. Mai frecvent Cu, Am, Al. În cazul orificiilor de secţiunemicã şi a fantelor se folosesc aliaje metaloceramice W-Cu, W-Ag.

Din punct de vedere constructiv, electrozii sunt constituiţi dintr-oparte activã care participã la generarea suprafeţei şi dintr-o parte auxiliarãnecesarã pentru bazarea şi fixarea electrodului pe maşina de prelucrat.Dimensiunile suprafetelor active ale electrodului trebuie corectate faţã decotele suprafeţei de prelucrat cu "2".

D = d +2 = + zunde :

D - suprafaţa generatã;d - diametrul electrodului; - mãrimea interstiţiului de lucru;z - adaos de prelucrare pentru îmbunãtãţirea preciziei de prelucrare

şi a calitãţii suprafeţei prelucrate;

229

1 = partea activã; 2 = partea auxiliarã; 3 = ştift de centrare; 4 = garniturãetanşare

5 = şurub asamblare; 6 = ajutaj circulaţie forţatã lichid dielectric; 7 = coadãprindere

Fig.10.2. Construcţia caracteristicã a electrozilor

1 = partea de degroşare2 = partea de semifinisare

3 = partea de finisareFig. 10.3. Construcţia electrozilor utilizaţi pentru executarea orificiilor

strãpunse

230

10.2.1. Maşini de prelucrat prin electro-eroziune

Maşinile de prelucrat prin electro-eroziune au urmãtoarele pãrţicomponente:

generatorul de impulsuri; partea mecanicã - compusã din batiu, masa de fixare a

semifabricatului cu cuva şi sistemul de poziţionare; sistemul de reglare automata a interstiţiului; rezervorul cu instalaţia de recirculare, filtrare, rãcire;

Partea mecanicã asigurã poziţionarea relativã dintre electrod şipiesã. Aceasta impune ca maşina să fie prevăzută cu minimum treiposibilităţi de poziţionare dintre care una coincide cu direcţia avansului.

Masa are posibilitatea de poziţionare pe două axe.Sistemele de reglare automată a interstiţiului trebuie să menţină o

astfel de distanţă între obiectul prelucrării şi piesă încât să se poată realizaprelucrarea optimă. Deplasarea fizică a motorului se face cu ajutorul unuiservomecanism. Servomecanismul are un bloc de analiză, comparare şicomandă.

Lichidul dielectric are o contribuţie esenţială la desfăşurareaprocesului de eroziune electrică şi la stabilitatea acestuia. Prin fenomenelecare au loc în lichidul dielectric acesta determină atât existenţa descărcărilorcare provoacă prelevarea, evacuarea particulelor prelevate din interstiţiu, câtşi evacuarea acestora în baia de dielectric. Înterstiţiul trebuie în permanenţăalimentat cu lichid dielectric. Lichidul se încălzeşte în timpul funcţionării şitrebuie răcit.

În timpul procesului eroziv temperaturile ridicate ale descărcăriiprovoacă modificări structurale ale stratului de suprafaţă. Se constatăexistenţa a trei zone.

Primul strat numit “strat alb” (SA), din cauza culorii mai deschise,prezintă o structură intermediară între martensită şi perlită. Culoarea maideschisă se datoreşte decarburării suprafeţei şi structurii intermediaredatorată răcirii rapide. Grosimea stratului variază între m şi sutimi de mm.

Al doilea strat numit “substratul alb” (SSA) este mai bogat încarbon, structura sa fiind apropiată de cea martensitică datorită răcirii rapidedupă impuls.

Al treilea strat este cel de bază (SB).

SBSSASA HHH

231

Precizia dimensională a prelucrării prin electro-eroziune esteinfluenţată de :

- utilaj;- operatorul uman;- factorii de proces;

Cel mai dificil de stăpânit sunt factorii de proces care impun oanumită subdimensionare a electrozilor, şi folosirea mai multor electrozipentru aceeaşi cavitate.

10.2.2. Caracteristici tehnologice

1) Productivitatea prelucrării Debitul de material erodat Q2) Calitatea suprafeţei prelucrate.3) Adâncimea stratului de material modificat.4) Precizia dimensională.5) Uzura relativă volumică a electrodului.6) Consumul specific de energie.

Valoarea caracteristicilor tehnologice este determinată de parametriiobiectului de prelucrat impus prin proiectare şi de parametrii procesului deprelucrare care se aleg în funcţie de cei impuşi. În categoria parametrilorimpuşi intră calitatea materialului de prelucrat, mărimea şi forma suprafeţei.Parametrii procesului de prelucrare prin care se pot asigura cei impuşi suntîn principal cei electrici (curent, tensiune, frecvenţă).

p

mmH f

UICh

h = rugozitatea

Deci la degroşare Im creşte, f scade şi la finisare invers. Pentru aobţine o rugozitate bună, timpul de prelucrare la finisare este foarte mare(50% din total).

La degroşare:

- Q= 103 m m3/min;- Uzura electrodului 1%;- Ra = 100 m;

La finisare:

- Q= 10 mm3/min;

232

- Uzura electrodului 10 %;- Ra = 8 m;

În timpul procesului eroziv temperaturile ridicate ale descărcăriiprovoacă modificări structurale ale stratului de suprafaţă. Se constatăexistenţa a trei zone.

Precizia dimensională a prelucrării prin electro-eroziune esteinfluenţată de :

- utilaj;- operatorul uman;- factorii de proces;

Cei mai dificili de stăpânit sunt factorii de proces care impun oanumită subdimensionare a electrozilor şi folosirea mai multor electrozipentru aceeaşi cavitate.

10.3. Prelucrarea prin eroziune cu electrod filiform

10.4. Prelucrarea prin eroziune cu electrod filiform

233

Între obiectul prelucrat şi electrodul filiform se asigură o mişcarerelativă după axele x şi y, în aşa fel încât în dreptul electrodului să se realizezeconturul de prelucrat. Electrodul filiform execută o mişcare rectilinie verticalăcu o anumită viteză “v”. Lichidul dielectric se introduce în interstiţiu prinajustajul AJ.

Utilajul de prelucrare prin eroziune electrică cu electrod filiformprezintă subansamblele normale ale unei maşini de prelucrat prin eroziuneelectrică, dar şi subansamble specifice:

- subansamblul de tensionare şi deplasare al electroduluifiliform;

- sistem de reglare automată a avansului după coordonate şisistem de urmărire a conturului.

Ca material pentru electrodul filiform se utilizează sârmă de cupruneizolată de diametre 0,02 … 0,30 mm. Se decupează materiale cu grosimi pânăla 100 mm.

Tehnologia de lucru pentru prelucrarea prin eroziune electrică cuelectrod filiform este identică cu tehnologia de prelucrare prin eroziune electricănormală având ca parametrii suplimentari viteza de derulare a firului şi forţa detensionare.

10.4. Prelucrarea prin eroziune electrochimică(lustruirea electrochimică)

Prelucrarea prin eroziune electrochimică se bazează pe fenomenele dedizolvare anodică, ca urmare a câmpului electric format între cei doi electrozicufundaţi în electrolit.

Principalele avantaje ale metodei sunt productivitatea mare în raport cualte metode neconvenţionale, calitatea superioară a suprafeţei prelucrate, lipsatransformărilor structurale şi a tensiunilor superficiale.

Piesa de prelucrat este legată la anod, iar electrodul sculă la catod,având forma piesei. Ionii pozitivi de la anod trec în soluţie şi reacţionează cuionii negativi, formând compuşi chimici, mai ales hidraţi metalici. Spredeosebire de alte procedee de prelucrare, la eroziunea electrochimică nu seproduc depuneri la catod şi ca atare, electrodul sculă nu este modificatdimensional.

Productivitatea prelucrării este cu atât mai mare cu cât densitatea decurent la suprafaţa piesei este mai mare şi aceasta până la o anumită valoare. Înurma procesului, pe suprafaţa piesei se formează o peliculă de pasivizare, care

234

împiedică desfăşurarea în continuare a procesului de eroziune. Ea poate fiîmpiedicată natural sau hidrodinamic şi mecanic. În cazul procesului deprelucrae cu depasivizare naturală, pelicula se elimină cu ajutorul forţelorrezultate din degajarea gazelor.

Prelucrarea prin eroziune electrochimică cu depasivizare hidrodinamicăse bazează pe îndepărtarea peliculei de hidroxizi metalici ca urmare a acţiuniimecanice a eletrolitului ce se introduce, cu presiune ridicată, între obiectul deprelucrat şi electrod.

Acestă metodă se aplică pentru operaţii de curăţire, lustruire,debavurare.

Fig. 10.5. Schema de principiu a prelucrãrii prin eroziune electrochimicã

10.5. Prelucrarea dimensională cu ajutorul energiei ultrasonore

Aplicaţiile ultrasunetelor se datoresc proprietăţilor undelor ultrasonice:

- lungimea de undă mică;- a = 105g ;- posibilitatea de dirijare a fascicolului ultrasonic îngust în

direcţia dorită.După modul în care intervine energia ultrasonoră în procesele

tehnologice, aplicaţiile ultrasunetelor pot fi grupate în două grupe mari:1. Aplicaţii active = energia acustică este suficient de mare

pentru a produce modificări în structura mediului în care esteintrodusă. În acest caz energia ultrasonoră joacă rolul uneiunelte care efectuează un lucru mecanic.

235

2. Aplicaţii pasive = intensitatea lor este relativ scăzută şi nuprovoacă modificări structurale în mediul introdus, furnizândinformaţii referitoare la proprietăţile şi dimensiunilematerialului examinat (control nedestructiv).

Prelucrarea dimensională cu ultrasunete (găurire, profilare, tăiere)se bazează în principal pe acţiunea unor procese de eroziune abrazivă şilimitat cavitaţională, dezvoltate în urma transmiterii energiei cinetice asculei ce vibrează cu frecvenţă ultrasonoră a unor particule de abrazivaflate în suspensie la locul prelucrării. Aceste particule abrazive acţioneazăprintr-un mecanism şoc asupra materialului de prelucrat, prelevândmicroaşchii.

Există două metode de prelucrare ultrasonică :1. Cu suspensie abrazivă. Se folosesc scule profilate.

Asupra piesei acţionează scula profilată cu o frecvenţă de18-30 kHz. Scula este apăsată pe piesă cu o presiune de0,5-6 daN/cm2. Se foloseşte ca suspensie abrazivă întresculă şi piesă, carbura de bor sau de siliciu în apă, care arerolul de agent de eroziune şi agent de răcire.

2. Fără suspensie abrazivă. Scula impregnată cu praf dediamant vibrează cu frecvenţă ultrasonică, având şi omişcare suplimentară de rotaţie faţă de piesa de prelucrat.Amplitudinea oscilaţiilor nu depăseşte 15m, pentru a nupericlita scula. Presiunea dintre sculă şi piesă ajunge pânăla 30 daN/cm2, iar scula se roteşte cu o turaţie medie de200 rot/min. Intre sculă şi piesă se asigură un lichid derăcire.

Indiferent de tipul operaţiei efectuate maşinile de prelucrat cuenergie ultrasonoră se compun din următoarele subansamble principale:

- generatorul de oscilaţii electrice (100-1000W);- blocul acustic converteşte oscilaţiile electrice ale

generatorului în oscilaţii ultrasonore. El mai are încompunere un sistem de conducere, concentrare şifocalizare a energiei ultrasonore.

- Sistemele de recirculare, filtrare a suspensiei;

Domeniul de utilizare:- industria optică – prelucrarea sticlei;- industria electrotehnică – prelucrarea şi debitarea

materialelor semiconductoare şi a ceramicilor izolatoare;

236

- aeronautică şi mecanică fină – prelucrarea lagărelor dinrubin, safir, cuarţ;

- construcţia de maşini – prelucrarea carburilor de W şi amaterialelor extradure, prelucrarea materialelorsinterizate şi a filierelor de diamant.

Factori care influenţează productivitatea prelucrării sunt :

- Viteza principală de vibraţie “v”, dată de relaţia :

eaamplitudinmmA

frecventaHzf

smfA

v

][

][

]/[1000

4

Ea trebuie corelată cu mărimea particulelor abrazive (d=12-50m).

- Influenţa abrazivului. Productivităţi ridicate se obţin lafolosirea carburilor de bor şi siliciu, în concentraţievolumică de apă de 25-40%.

- Secţiunea corpului ajutător şi adâncimea deprelucrare conduc la scăderea productivităţii lafrecvenţă constantă;

- Presiunea statică a sculei. Valoarea optimă a presiuniistatice depinde de secţiunea transversală a sculei,amplitudinea şi frecvenţa oscilaţiilor.

- Calitatea materialului prelucrat. Rugozitateasuprafeţei prelucrate oscilează între 1,6 şi 3,2 m.

10.6. Prelucrarea dimensională prin eroziune cu radiaţii

Radiaţiile corpusculare sau cele electromagnetice la densităţi maride energie, concentrate în pată focală asupra unui obiect, pot genera la loculinteracţiunii surse termice de temperaturi înalte, care sunt capabile săprelucreze prin eroziune orice material. Cele mai utilizate variante sunt celecare utilizează fascicule de electroni, ioni şi fotoni.

237

10.7. Prelucrarea cu fascicul de electroni

Se folosesc fascicule formate din electroni cu densitate şi energiicinetice mari, acceleraţi, comandaţi şi focalizaţi pe suprafaţa obiectului deprelucrat. Principial electronii produşi prin emisie termoelectronică de catodsunt conduşi printr-un ansamblu de electrozi străbătând o diferenţă depotenţial, preiau o energie cinetică.

2

2mvnneU

Electronii acceleraţi, pătrund în corpul solid şi interacţionează cusubstanţa acestuia. Energia lor cinetică este absorbită pe măsură ce prininteracţiuni repetate, viteza de intrare scade.

Pe o anumită adâncime, numită adâncime de pătrundere, materialulse încălzeşte până la vaporizare sub o zonă superficială, care poate ficonsiderată transparentă la electroni.

Presiunea vaporilor expulzează materialul din zona superficială şi oparte din materialul ajuns în stare lichidă, formându-se un crater deeroziune. În crater temperatura ajunge la 6000K, în timp ce la 1m decrater ea este de 600K. Pentru a limita dispersia fasciculului de electroni seasigură un mediu vidat cu presiuni de 10-8 N/m2.

Prelucrarea dimensională cu fascicul de electroni realizându-seprintr-un proces de vaporizare a materialului în vacuum este posibilă numaidacă cantitatea de căldură folosită pentru încălzire, topire şi vaporizare estemai mare decât căldura pierdută din conducţie şi radiaţie. Deciprelucrabilitatea prin fascicul de electroni depinde de constanteletermofizice ale materialului.

Condiţia de vaporizare impune pentru fiecare material o valoareminimă a puterii specifice în focarul fasciculului de electroni.

Caracteristicile fasciculului sunt :

- tensiunea de accelerare;- intesnitatea şi durata impulsurilor;- frecvenţă;- raportul dintre timpul de pauză şi durata impulsului. Se

urmăreşte corelarea acestor parametrii astfel încâtnumărul de impulsuri necesare perforării materialului săfie minim.

Domeniile de utilizare sunt :

238

- Prelucrarea dimensională cu fascicul de electroni estelimitată de necesitatea vidării spaţiului de lucru şiutilizării înaltei tensiuni.

- Este eficientă la piese mici din materiale foarte dure. Sepot obţine fante înguste, se pot decupa plăcuţe extradurecu grosime mică.

- Se execută găuri sub 0,1 mm şi sub formă de sită.Găurile cele mai uşor de prelucrat sunt între 25 şi 50m.Productivitatea este foarte mare (3000 găuri pe oră).

- Se foloseşte în industria electronică.

10.8. Prelucrarea cu fascicul de fotoni

Fasciculele de fotoni se realizează în generatoare cuantice numitelasere. Principial aceste generatoare cuantice se bazează pe absorbţia deenergie de către un mediu activ în emiterea acesteia sub formă de radiaţiestimulată.

Prelucrarea materialelor cu fascicul de fotoni (laser) prezintă o seriede particularităţi care îi determină caracteristicile tehnologice şi îicondiţionează domeniile de aplicare :

- T=18.000K – practic topeşte orice metal;- Este posibilă prelucrarea de la distanţă, fasciculul de

fotoni putând fi transmis direct sau reflectat. Absorbţiafascicului în aer este neglijabilă.

- Se pot efectua operaţii prin medii transparente.- Fasciculul nefiind deviat în câmp electric se pot prelucra

şi materiale magentice.- Zona de influenţă termică este foarte redusă, de 10 ori

mai mică ca la fasciculul de electroni.Prelucrabilitatea cu laser este condiţionată în mare măsură de

constantele termofizice ale materialului. Se prelucrează bine materialelecare au o diferenţă mică între temperatura de topire şi cea de vaporizare. Seprelucrează greu materialele cu grad mare de reflecţie şi conductivitatetermică bună (de exemplu aluminiu). Oţelurile aliate se prelucrează uşor.

Operaţii care se pot executa cu laserul:1. Găurirea – de la câţiva microni la 0,5mm. Perforări în

plăci mai groase (0,5-5mm), diametrul orificiului

239

perforat variază cu adâncimea. Se prelucrează ceramică,aliaje dure, etc..

2. Tăierea. Spre deosebire de perforare la care regimurilepulsante sunt corespunzătoare procesului, la tăiere suntnecesare regimuri continui. La alegerea regimului deprelucrare trebuie să se ţină seama că viteza de tăiere esteinvers proporţională cu grosimea materialului. Tăiereaeste posibilă în condiţii economice până la grosimi caredepind de proprietătile termofizice (oţel aliat până la0,2mm, sticlă până la 1mm, plastic 25mm).

3. Prelucrarea canalelor şi trasarea reticulelor. Se potprelucra canale late de 10m şi reticule pentru scale laaparate optice. Cantitatea de material erodat este infimă.

Domenii de aplicabilitate :

- echilibrarea dinamică a rotorilor giroscoapelor10-4g;

- elemente pentru scheme electrice.

10.9. Prelucrarea prin eroziune cu plasmă

Un gaz sau un amestec de gaze puternic ionizat (compus dinmolecule, atomi, ioni şi electroni), electric cvazineutru, se numeşte plasmă.

Plasma posedă conductivitate electrică mare, interacţionează cucâmpurile electrice şi magnetice şi este o sursă de radiaţii electromagneticecu spectru larg : infraroşu, vizibil şi ultraviolet. În construcţia de maşini sefoloseşte plasma cu 104 - 3*104 C, ce se obţine în coloana arcului electric,căreia i se ridică temperatura prin comprimare radială.

Plasma se realizează în plasmatroane în care coloana arcului electriceste obligată, sub acţiunea jetului de gaz să treacă prin spaţiul limitat alduzei cu pereţi dubli (pentru a se răci cu apă). În acest fel energia seconcentrează puternic în zona axială a coloanei din cauza răcirii periferice(duza) şi deci a deionizării, ceea ce determină creşterea densităţii de curentîn zona centrală. Pentru o concentrare şi mai puternică a coloanei de plasmăse poate utiliza un câmp magnetic exterior suplimentar.

240

Fig. 10.6. Schema de principiu a unei instalaţii de prelucrat cu plasmã

Gazele monoatomice (Ar, He) asigură o stabilitate mai mare arculuide plasmă şi o durabilitate mai bună a duzei răcite din cupru, cele biatomice(H2, N2) conduc la un transfer mai mare de căldură, deoarece se disociază încoloana arcului şi se recombină la obiectul de prelucrat (cu degajare marede căldură).

Prelucrarea cu plasmă se aplică, de regulă, la tăiere, strunjire,filetare exterioară, etc.

Plasma se mai foloseşte la metalizare, la sudare, la prelucrări desuprafaţă, la retopirea unor aliaje în scopul rafinării lor şi altele.

241

CAPITOLUL 11.MATERIALE COMPOZITE

11.1. Generalitãţi

Materialele compozite sunt materiale diferite de materialelemacroscopice omogene şi care se obţin prin înglobarea - continuã sau nu - aunui material rezistent (armãtura) într-un alt material numit matrice şi ale cãruicaracteristici mecanice sunt mult inferioare primului. Matricea conservãdispunerea geometricã a armãturii cãreia îi transmite solicitãrile la care estesupusã piesa.

Ele nu reprezintã o noutate, fiind cunoscute încã din antichitate. Iatãcâteva exemple :

1. Arcul mongol - partea comprimatã era din corn, iar cea întinsã dinlemn;

2. Sãbiile arabe sau japoneze erau confecţionate din oţel dur şi oţelmoale. Zona din oţel era stratificatã ca un foietaj, orientândretasurile şi impuritãţile în lungime, dupã care fibra se îndoia înforma de U. În interiorul U - ului se aflã oţel moale. Sabia rezistãatunci la flexiuni şi şocuri.

Astãzi, în aeronautica se obţin piese din materiale compozite cu 10%pânã la 50% mai uşoare şi la un preţ inferior de 10% pânã la 20%. Micşorareamasei unui avion A310 cu 1Kg îi mãreşte raza de acţiune cu o mila.

F18 – SUA- 10,3% din masa corespunzãtor unei suprafeţe de 50% aaparatului este din materiale compozite. Caroseria F1 – Ferrari esteconfecţionatã din material compozit.

Calculul structurilor compozite este diferit de cel al materialeloromogene, dar metodologia de calcul a acestora este pusa la punct.

11.1.1. Armãtura şi matricea

Legãtura între armaturã şi matrice se creazã în timpul fazei de elaborarea materialului compozit. Ea are o influenţã determinantã asupra proprietãţilormecanice ale materialului compozit.

Armãtura este formatã din mai multe sute sau mii de filamente cudiametre cuprinse între 5 şi 15 m, permiţând prelucrarea lor aidoma fibrelortextile. Diametrele acestor fibre trebuie sa fie mici cãci odatã cu creştereadiametrului scade rezistenta la rupere.

242

Diametrele mici ale fibrelor permit raze de curbura de 0,5 mm. Excepţieface borul (= 0,100 mm) care precipita în jurul unui filament de tungsten (=12m). Raza de curbura a lor este de 4mm.

Fibrele se comercializeazã sub forma de :A. Fibre scurte : au o lungime de la zecimi de mm, la zeci de mm.B. Fibre lungi : tãiate în momentul fabricãrii, folosite ca atare sau

teşite.Dupa natura fibrelor, ele pot fi :

sticla; ceramice (kevlar); carbon; carbura de siliciu;

Armatura poate fi : unidimensionalã : constituitã din fibre; unidimensionale ( cu foarte mic), orientate dupã o

anumitã direcţie în spaţiu; bidimensionale: suprafeţe ca de exemplu ţesãturile; tridimensionale: fibre orientate dupã mai multe direcţii sau

bile;Inainte de constituirea armãturii fibrele suportã un tratament de

suprafaţa în scopul micşorãrii rugozitãţii suprafeţelor şi de a favoriza adeziunealor la matrice.

11.2 Tehnologia de obţinere a fibrelor

Fibrele pot fi de sticlã , kevlar , carbon, bor , carburã de siliciu şi altele.Sticla : filamentele se obţin prin tragerea sticlei prin filiere din aliaj de

platina.Kevlar : fibrã ceramicã de culoare galbenã, produs de Du Pont de

Nemours (SUA). Compoziţia exacta nu e dezvãluitã.Carbon : filamente acrilice sunt oxidate la cald (300 C) şi apoi

încãlzite la 1 500 C în atmosfera de azot. Nu rãmân decât lanţurile hexagonalede atomi de carbon. Modulul de elasticitate ridicat se obţine prin tragere la cald.

Bor : filamentele de tungsten (= 12m) servesc de catalizator reacţieidintre clorura de bor şi hidrogen la 1200 C. Se obţin fibre de bor de= 100m(viteza de creste de 1m / secunda).

Carbura de siliciu : principiul de obţinere este asemãnãtor cu cel alborului.

Redãm pe scurt anumite proprietãţi fizico-mecanice ale fibrelor.

243

11.3. Matricile

Cele mai importante matrici sunt :1. Matricile rãşinoase : rãşini termoplastice.2. Matrici minerale : carburã de siliciu şi bor (permit atingerea

unor temperaturi înalte).3. Matrici metalice : aliaje din aluminiu.

12.3 Domenii de utilizare1. Electric, electronic : suporturi de circuite imprimate, antene, cofrete,

eoliene, varfuri de turnuri TV.2. Construcţii : cofraje, piscine, placaje de faţade, mobilier, articole

sanitare, coşuri de uzine.3. Transport rutier : caroserii auto, suspensii, butelii de gaz, suspensii

blocuri motoare, cisterne, camioane izoterme.4. Transport maritim : vapoare maritime, veliere de competiţie,

ambarcaţiuni de salvare.5. Transport aerian : avioane de turism , voleţi, derive, pale de

elicoptere.6. Aerospaţiale : scut de protecţie termica intrare în atmosfera,

rezervoare.7. Construcţii de maşini : cuzineţi, angrenaje, cilindri, braţe de roboţti,

rezervoare sub presiune, tubulaturã pentru platforme de foraj marin.8. Sport : rachete de tenis, schiuri, planşe cu vele, arcuri şi sãgeţi, cãşti

de protecţie, cadre de bicicletã, etc.Materialele compozite au o foarte buna rezistenta la coroziune şi la

oboseala.Iatã câteva exemple de utilizare a materialelor compozite prin

comparaţie cu soluţiile clasice (se ţine cont de masa produsului şi preţul decost).

Rezervor 65 m3 pentruindustria chimicã

53% din preţ fata de varianta clasica

Coş fum pentru industriachimicã

51% din preţ faţã de varianta clasicã

Spãlãtor de vapori de acidazotic

33% din preţ faţã de varianta clasicã

Rotor helicopter 40% din preţ şi 80% din masafata de varianta clasica

244

Cap robot sudura 50% din masã faţã de varianta clasicã

Alte proprietãţi remarcabile ale materialelor compozite : îmbãtrânesc sub acţiunea umiditãţii şi a cãldurii; nu se deformeazã plastic e = r; insensibile la atac chimic cu produse petroliere; comportament mai slab la şocuri; rezistente la foc (cu observaţia cã fumul emis de anumite

matrici poate fi toxic);

11.4 Tehnologia fabricãrii produselor din materiale compozite

Amestecul armaturã-rãşinã nu capãtã proprietãţile materialelorcompozite decât în ultima fazã de fabricaţie: durificarea matricei. Dupãdurificare proprietãţile materialelor compozite nu se mai pot modifica ulterior caîn cazul aliajelor metalice prin tratamente termice. În cazul materialelorcompozite cu matrice rãşinoasã acesta polimerizeazã (exemplu rãşinapoliestericã).

Ea trece din stare lichida în stare solida prin copolimerizare cu unmonomer. Acest fenomen conduce la durificare şi se poate activa folosind unaccelerator chimic sau cãldura. Prelucrarea (formarea) se poate face manual,prin turnare, prin matriţare, prin injecţie, prin laminare, etc.

Redãm mai jos principalele metode de formare ale materialelorcompozite.

11.4.1. Formarea manualã

Se aplicã în cazul materialelor compozite constituite din fibre sau pãturide sticlã în proporţie volumicã de 30 % şi materiale termoplastice sautermoreactive sub formã de de soluţii în amestec cu ingredienţi şi acceleratorichimici. Tehnologia se utilizeazã pentru realizarea unicatelor sau a loturilor, caşi pentru reparaţii. Formarea manualã prin contact se realizeazã în urmãtoareleetape :- aplicarea decofrantului 1 , pe modelul 2 şi uscarea acestuia ;- Gelificarea şi aplicarea unui strat de armare de fibre, pãturã, ţesãturã, etc. şi

tasarea stratului cu ajutorul rolei 3;- Îmbinarea stratului de armare aplicat cu o rãşinã poliester sau epoxid cu

ajutorul pensulei 4 ;- Gelificarea şi aplicarea unui nou strat de armare.

245

- Formarea manualã prin contact poate fi fãcutã pe modele pozitive saunegative , executate din lemn , metal sau alte materiale.

Desãvârşirea polimerizãrii se poate face prin încãlzirea la 60…80o Cpeste punctul de polimerizare.

Fig. 11.1. Schema formãrii manuale.

11.4.2. Formarea manualã prin turnare

Formarea prin turnare a produselor din materiale compozite cu matricedin mase plastice necesitã pregãtirea amestecului de formare din fibre de sticlãsau altã armãturã. Amestecul este turnat în forme închise sau deschise, încãlzitela 60…80o C peste punctul de polimerizare pentru a grãbi procesul de întãrire.

Modelele sau matriţele se formare se pot confecţiona din lemn, sticlã,aliaje metalice, etc.

246

a = formã închisã; b = formã deschisã1 = rãşinã; 2 = catalizator; 3 = accelerator; 4 = fibre; 5 = alţi componenţi

Fig. 12.2. Schema formãrii prin turnare

Se mai poate presa lichidul în curs de solidificare, ca în schema de maijos.

1 = suport metalic; 2 = cavitate; 3 = fibre de armare;4 = strat de aliaj; 5 = autoclav; 6 = autoclav.

Fig. 11.3. Schema de formare cu presare la cald.

11.4.3 Formarea prin presare

Formarea prin presare se poate executa la cald sau la rece.Etapele acestui procedeu sunt :

247

1. Pregãtirea armãturii şi a matriţei.2. Amestecarea acestora.3. Introducerea amestecului în formã.4. Compactarea prin presare.5. Polimerizarea.6. Demularea.7. Finisarea.

În funcţie de seria de fabricaţie şi de preţul de producţie impus, matriţelese pot confecţiona din: lemn, metal, rãşini, etc. .

Matriţa poate fi deschisa ca în cazul de mai sus, compactarea în vedereaeliminãrii aerului fãcându-se manual. Se pot obţine astfel piese de dimensiunimari.

Precizie mai bunã se obţine folosind matriţele cu poanson.Productivitatea este mai mare, dar metoda se recomanda pentru piese dedimensiuni mici.

Amestecul matrice-armatura se introduce în matriţa. Poansonul sepreseazã mecanic la 1-2 bari. Polimerizarea se poate face la cald sau la rece. Sefoloseşte în industria automobilelor şi în aeronauticã.

1 = placã de bazã; 2 = cavitate formare; 3 = poanson; 6 = piesãFig.11.4. Formarea prin presare la rece

11.4.4. Formarea sub vid

Acest procedeu foloseşte o matriţa deschisa în care se introduceamestecul de matrice şi armaturã.

248

Peste aceasta se aplicã o folie suplã de plastic şi se realizeazã etanşareaperimetrului piesei, se cupleazã matriţa la o pompa de vid şi se realizeazãcompactarea, eliminându-se aerul.

Excedentul de matrice este absorbit de pompa de vid. Ansamblul esteapoi supus polimerizãrii în etuvã sau în autoclave la 7 bar. Işi gãseşteaplicabilitate în aeronauticã.

1 = masã; 2 = pompã vid; 3 = cavitate matriţã4 = membranã; 5 = ramã; 6 = jug; 7 = şurub

Fig.11.5. Schema formãrii prin vidare

Matricea şi armãtura se introduc sub membrana 4, dupã care se facelegãtura cu pompa de vid.

11.4.5. Formarea prin injecţie

Armãtura se introduce între matriţã şi poanson şi se injecteazã matricea.Presiunea de injecţie este micã.

249

1 = cilindru; 2 = şurub-melc; 3 = piston; 4 = tijã; 5 = piston; 6 = cilindru; 7 , 8 =rezistenţe; 9 = amestec; 10 = material plastic; 14 = buncãr; 13 = fibrã; 17 = duzã18 = cavitate formare; 19,20 = plãci matriţã; 21,22 = pistoane; 23,24 = cilindrii

Fig.11.6. Schema formãrii prin injecţie

Amestecul format din fibrã şi material plastic este injectat în cavitateamatriţei care este menţinutã închisã de cãtre cilindrii 23 şi 24. Ciclul de injecţieeste identic cu cel al injecţiei materialelor plastice.

12.4.6. Laminarea continuã a materialelor compozite

Tablele , benzile şi covoarele din materiale compozite cu matrice dinmateriale plastice şi armãturi din sticlã se realizeazã cu ajutorul unor instalaţiiasemãnãtoare celei descrisã în figura 12.7.

Rolele 1 si 2 toacã fibrele de armãturã, dupã care le depoziteazã înbuncãrul 3. Tocãtura este trimisã prin rolele de impregnare cu adeziv cãtrerolele 8. Foliile de poliester 9 se deruleazã pe rolele 10 si sunt conduse cãtre cajade laminare 12 prin intermediul valţurilor 11. Grosimea produsului este reglatãprin deplasarea rolelor 12 , iar lungimea produsului se realizeazã cu ajutorulcuţitelor 13 şi 14.

250

Fig. 11.7. Schema instalaţiei de laminat continuu

11.5. Caracteristici ale amestecului armãturã-matrice

Putem întâlni armãturi unidimensionale, bidimensionale sautridimensionale

armatura unidimensionala + matrice; ţesãtura + matrice; corpuri + matrice;

Caracteristicile materialului compozit rezultat (inclusiv cele mecanice)depind de raportul dintre volumele şi masele de armaturã şi matrice. Redãm maijos valorile acestor rapoarte pentru materiale compozite obţinute prin anumiteprocedee tehnologice.

251

Mmasa armaturii

masa totala

Mmasa matricii

masa totala

VVolum armatura

Volumul total

VVolum matrice

Volumul total

V V

a

m

a

m

m f

1

Procedeu Va

Turnare în matriţã 30 %Presare în matriţã 40 %Turnare sub vid 50 - 80 %

252

CAPITOLUL 12.PRELUCREAREA PIESELOR DIN CAUCIUC SI MASE PLASTICE

12.1. Prelucrarea pieselor din mase plastice

Masele plastice se pot prelucra printr-o multitudine de procedeetehnologice. Nu vom insista asupra unor procedee de prelucrare a maselorplastice care au un grad mare de generalitate şi sunt aplicabile atât metalelorcât şi aliajelor metalice, cum ar fi: presarea, calandrarea, turnarea, tragereaîn fire, prelucrarea prin aşchiere, sudarea. Pe lângã acestea existã şiprocedee tehnologice specifice prelucrãrii maselor plastice, cum ar fi: turnarea sub presiune; extrudarea.

12.1.1. TURNAREA SUB PRESIUNE A MASELOR PLASTICE

Turnarea sub presiune (prin injecţie) a maselor plastice se aplicã laprelucrarea pieselor din mase plastice, atât termoplaste, cât şi termorigide.Procedeul este foarte rãspândit în producţia de serie mare şi masã, putându-se folosi atât matriţe simple (cu o cavitate), cât şi matriţe cu cavitãţimultiple.

Principiul de prelucrare constã în aducerea materialului de prelucratla temperature de curgere şi împingerea lui sub presiune, într-o matriţã, undematerialul solidificã.

Utilajul folosit este o maşinã de injecţie care este o maşinã acţionatãhidraulic, din familia preselor (orizontale sau verticale), semiautomate sauautomate.

253

1 = matriţã;2 = piesã;3 = ajutaj (duzã);4 = rezistenţe electrice;5 = deflector;6 = cilindru de lucru;7 = piston;8 = buncãr;9 = dozator.

Fig.12.1. Schema de principiu a maşinii de injectat mase plastice

Elementul activ al maşinii de injecţie este un melc (şnec) ce seroteşte într-un cilindru încãlzit, producând presarea şi deplasareamaterialului.

Materialul plastic dozat trece în cilindru, unde prin încãlzire la 450-550 o K este adus în stare de topire vâscoasã. Pe mãsurã ce granulele dematerial plastic sunt transportate de-a lungul cilindrului, ele se topesc lacontactul cu pereţii încãlziţi ai acestuia. Pistonul 7 dezvoltã presiuni de 350 -2000 daN/cm2. Materialul plastic este forţat sã treacã prin duza 3 şi sã umplecavitatea matriţei. Deflectorul 5 asigurã uniformizarea temperaturii şi afluiditãţii la injecţia materialului plaastic. Matriţa are o temperaturã relativscãzutã, menţinutãa prin circulaţia continuã a apei de rãcire prin canalepracticate în plãci, pentru a micşora timpii de solidificare.

Prelucrarea prin injecţie are urmãtoarele faze principale:- închiderea matriţei;- deplasarea pistonului maşinii cãtre matriţã şi împingerea acestuia în

cavitatea acesteia;- menţinerea matriţei sub presiune, pânã când materialul solidificã şi se

rãceşte

254

- revenirea pistonului în poziţia îniţialã;- deschiderea matriţei.

Maşina poate sa funcţioneze cu comandã:- manualã, atunci când operatorul trebuie sã comande fiecare fazã;- semiautomatã, atunci când operatorul comandã numai începutul

ciclului, restul decurgând automat, mai puţin extragerea piesei care seface manual;

- automata, atunci când operatorul comandã numai începutul ciclului,restul decurgând automat, inclusiv extragerea piesei.

Calitatea pieselor turnate sub presiune depinde de o multitudine defactori : temperatura matriţei; temperatura materialului injectat; presiunea de injecţie; durata de solidificare. corecta dimensionare a reţelei de alimentare a matriţei.

Extrudarea maselor plastice

Procedeul este asemãnãtor atât principial, cât şi din punct de vedereal utilajului cu turnarea sub presiune a metalelor , deosebirea constând înfaptul ca în primul caz se introduc în cilindru granule solide de materialplastic, în timp ce în cel de al doilea se introduce metal topit.

Extrudarea continuã se aseamãnã în principiu cu turnarea subpresiune a maselor plastice, cu deosebirea cã în locul matriţei se monteazãun cap de extrudare (o filiera) care permite desfãşurarea continuã aprocesului de fabricatie. Prin acest procedeu se pot fabrica produse cuprofiluri variate, de lungimi nelimitate (bare, tevi, etc.). Pentru fiecare profilfabricat este nevoie de un alt cap de extrudare.

255

1 = cilindru;2 = piston – melc;

3 = placã perforate;4 = filierã;

5 = pâlnie alimentare;6 = corp maşinã;

7 = rezistenţã electricã.Fig.12.2. Schema de principiu a extruderului pentru mase plastice

Prelucrarea maselor plastice prin termoformare

Prin aceastã operaţie se obţin forme cave, care nu se pot obţine prinprocedeele de prelucrare a maselor plastice discutate anterior. Cele mai desutilizate sunt:- Formarea prin ambutisare sau reliefarea în matriţã (a);- Formarea prin suflare sau prin presare (b);- Formarea prin ambutisare sau reliefare cu cauciuc, în amtriţe ©;- Formarea în vid (d).

256

Fig. 12.3 Preluctrarea maselor plastice prin termoformare

Aceste metode se pot aplica cu mare uşurinţã şi n u necesitã dotãrispeciale. Matriţele folosite se pot confecţiona din metal, lemn, rãşinã, înfuncţie de seria de fabricaţie, de dimensiuni şi de proprietãţile mecanice. Demulte ori se preferã aluminiul datoritã bunei conductibilitãţi termice, a buneiprelucrabilitãţi şi a costului scãzut.

12.2. Procedee tehnologice de obţinere a pieselor din cauciuc

În tehnică se folosesc numeroase repere din cauciuc datorită unorproprietăţi, cum sunt: elasticitatea foarte mare, rezistenţa la substanţechimice, la vibraţii, etc. După provenienţe aceste repere pot fi din cauciucnatural sau sintetic.

Cauciucul crud se trece printre cilindrii pentru a-l face plastic. Apoise amestecă în malaxoare sau între cilindrii cu componenţi sub formă depulberi, obţinându-se cauciucul brut. Pentru îmbunătăţirea caracteristicilorfizice şi mecanice ale cauciucului brut, acestuia i se aplică operaţia devulcanizare, obţinându-se cauciucul industrial. Prin vulcanizare cauciucultrece din starea plastică în cea elastică, în urma modificărilor pe care lesuportă prin adăugarea de sulf 2 – 12%, alungirea crescând cu 800%. Încazul în care cantitatea de sulf creşte la 25 – 32% se obţine ebonita.

257

Vulcanizarea se poate face la cald sau la rece. În afară de cauciuc brut şi sulfse mai adaugă şi alte substanţe, cum ar fi :

a) acceleratori ai vulcanizării, care coboară temperatura devulcanizare şi îi reduc durata;

b) substanţe de întărire, care îi măresc rezistenţa la rupere şi lauzură;

c) substanţe de umplutură care nu acţionează asupra proprietăţilor,având un rol pasiv;

d) plastifianţi, care îi cresc plasticitatea şi rezistenţa la frig;e) substanţe care îi împiedică îmbătrânirea;f) coloranţi;

Prelucrarea cauciucului brut în semifabricate şi produse, se face prinmai multe procedee.

Calandrarea este operaţia de trecere a cauciucului brut printrecilindrii unui utilaj numit calandru pentru a fi îndesat şi modelat. Se obţinastfel benzi sau alte profile. Înainte de calandrare cauciucul se încălzeşte.Semifabricatul obţinut prin calandrare se prelucrează direct în produse sause vulcanizează.Extrudarea se utilizează pentru a obţine produse profilate (garnituri de geam,ţevi, bare, etc.). Amestecul de cauciuc este împins de un şurub (şnec) şi treceprintr-un cap de extrudare cu un anumit profil.

Presarea este operaţia de realizare a produselor în forme. Formarease face sub presiune în forme metalice în care amestecul de cauciuc esteîndesat şi în acelaşi timp vulcanizat.

Formele de presare se fac din oţel sau din fontă, cromate în interiorpentru a se obţine o suprafaţă netedă şi curată. Se pot realiza garnituri deetanşare, amortizoare, anvelope, etc.

Turnarea sub presiune constă în introducerea forţată a cauciuculuibrut în formã metalică. Vulcanizarea produsului se poate executa în aceeaşiformă, prin tratament termic corespunzător. Procedeul se aplică laprelucrarea pieselor de configuraţie complicată.

Impregnarea ţesăturilor cu cauciuc se face pe maşini speciale cuajutorul unor cleiuri pe bază de cauciuc. Vulcanizarea se face în presehidraulice.

Cauciucul poate fi utilizat în tehnică sub diferite forme :- nevulcanizat (spongios) sub formă de cleiuri sau paste de

etanşare;- spongios vulcanizat din care se confecţionează garnituri;- vulcanizat moale;- armat (tuburi flexibile care lucrează sub presiune);

258

1-placă superioară; 2- placă inferioară; 3-coloană de ghidare; 4-piesă;5-locaş surplus; 6-plan separaţie.Fig. 12.4. Prelucrarea prin presare a cauciucului

259

CAPITOLUL 13COROZIUNE. PROTECŢIE ANTICOROZIVĂ

13.1. Generalitãţi rivind procesele de coroziune

Prin coroziune se înţelege fenomenul complex de distrugere amaterialelor, datorită reacţiilor chimice sau electrochimice cu diferitesubstanţe prezente în mediul înconjurător. Coroziunea este un ansamblu deprocese care:

- degradeazã,- deterioreazã,- distruge materialele,

sub acţiunea factorilor mediului înconjurator.Degradarea este procesul de modificare în sensul înrãutãţirii

proprietãţilor unui materia l.Deteriorarea este procesul de modificare, în sensul scãderii, a

caracteristicilor unor piese, ansamble, structuri.Distrugerea este un proces ireversibil prin care un material sau o

piesã îşi pierde una sau mai multe caracteristici de bazã.Practic toate mediile au un anumit poteţial coroziv: aerul, apa (în

toate variantele ei), acizii, solvenţii, etc.Degradarea prin coroziune a materialelor metalice conduce la

modificarea greutãţii, a calitãţii suprafeţei, la scãderea proprietãţilormecanice.

Atacul chimic direct este posibil la toate materialele folosite, în timpce atacul electrochimic este posibil numai la metale, deoarece numai eleposedă electroni liberi. Materialele sintetice nu posedă această structură, elefiind degradabile numai prin atac chimic.

Sub acest aspect se defineşte :Coroziunea chimică caracterizatã prin aceea cã în timpul reacţiei

dintre un material şi mediul coroziv nu apare un transport de sarcinielectrice.

Coroziunea electrochimică caracterizatã prin aceea cã în timpulreacţiei cu mediul coroziv apare un transport de sarcini electrice.

Ca efect al coroziunii se pierd permanent din economia mondialăcantităţi importante de materiale. De exemplu, din producţia mondială deoţel din ultimii 50 de ani, aproximativ 20 miliarde de tone, se apreciază căcirca 44% s-au pierdut datorită coroziunii.

260

Aceasta justifică pe deplin necesitatea luării de măsuri de protecţie ametalelor împotriva agenţilor corozivi şi de aprofundare a studieriifenomenelor coroziunii.

13.1 Coroziunea chimicã

Se poate produce din cauza afinităţii dintre metale şi unele gazeuscate (O2, SO2, HCl, H2, CO, H2S etc.) sau lichide rău conducătoare deelectricitate (alcooli, benzina, benzen) provocând modificări ale materialuluicare se manifestă prin :

- dizolvarea părţilor componente;- dezagregarea materialului de către cristalele sărurilor care

se formează în porii săi;- spălarea componenţilor;

Intensitatea procesului de coroziune depinde de :- natura materialului;- natura mediului coroziv;- concentraţie ;- presiune;- temperatură ;- durată de contact.

Dintre factorii externi, acţiunea cea mai dăunătoare asupra metaleloro are oxigenul. Suprafaţa curată a metalelor expusă la aer se oxidează.

Dacă pelicula de oxid formată prezintă proprietăţi protectoare(cum se întâmpla la aluminiu), viteza iniţială de coroziune scade.Capacitatea de protecţie a peliculelor de oxid formate depinde depermeabilitatea lor pentru substanţele cu care reacţionează.

13.2. Coroziunea electrochimicã

Pentru apariţia coroziunii elctrochimice este necesar să existe unanod, un catod, un electrolit şi un conductor. Prin înlăturarea uneia dintreaceste condiţii, coroziunea electrochimică nu se produce.

Deoarece în practica industrială, metalele şi aliajele sunt heterogenese pot considera ca fiind alcătuite din electrozi electrici scurtcircuitaţi prinînsăşi corpul metalului respectiv. Prin introducerea metalului în apă sau într-un mediu cu proprietăţi electrolitice, pe suprafaţa metalului apar elementegalvanice în care impurităţile din metal funcţionează ca microcatozi, în timpce metalul funcţionând ca anod se dizolvă.

Exemple tipice de coroziune electrochimică se întâlnesc în cazuloţelului expus coroziunii atmosferice (ruginirea fierului), precum şi a

261

coroziunii provocate de curenţii electrici de dispersie din sol, numiţi şicurenţi vagabonzi.

Foarte importantă este viteza de coroziune “v” care se măsoară încantitatea de metal distrusă pe unitatea de suprafaţă în unitatea de timp[g/m2h].

Cunoaşterea acestor indicii permite alegerea corespunzătoare amaterialului în funcţie de natura mediului.

13.3. Coroziunea intercristalinã

Pericolul de coroziune intercristalină la oţelurile Cr-Ni, rezultă caurmare a regimurilor de tratament utilizate şi a regimului termic al suduriicând materialele se încălzesc la 720-1120 K.

Coroziunea intercristalină a aliajelor în electroliţi se datoreştefuncţionării micropilelor galvanice ce apar pe suprafaţa aliajului ca rezultat alheterogenităţii structurale. În cadrul oţelurilor Cr-Ni acest proces este favorizatde prezenţa compuşilor intermetalici la marginea grăunţilor cristalini. Aceşticompuşi formează o zonă intercristalină de tranziţie cu reţele deformate de sutede Å.

În acestă zonă există o localizare a excesului de energie potenţială.Regimul de încălzire aplicat urmat de o răcire lentă are ca efect distribuireauniformă a elementelor de aliere în interiorul cristalului şi în zonaintercristalină, excesul de energie scade şi deci şi tendinţa de coroziune.

Menţinerea la temperaturi înalte urmată de răciri rapide conduce laobţinerea unor zone eterofazice datorită concentraţiei unor elemente dealiere în zona intercristalină. Datorită răcirii rapide aceste elemente nu audifuzat în interiorul cristalului. Ca urmare a aplicării acestui regim termiccreşte excesul de energie potenţială în zona intercristalină şi deci şi tendinţade coroziune.

Există diferite teorii care încearcă să explice cauzele coroziuniiintercristaline, cum ar fi :

- Teoria sărăcirii limitei granulei în crom;- Teoria privind apariţia tensiunilor la limita cristalelor.

Conform acestei teorii precipitarea fazelor în excesproduce tensiuni care produc o diferenţă de potenţial decâteva zecimi de volţi

Factorii principali care influenţează coroziunea intercristalină :- compoziţia chimică;- temperatura de încălzire;

262

13.4. Metode de protecţie anticorozivă a metalelor

Deteriorarea şi degradarea materialelor pot fi prevenite, iar vitezaacestora micşoratã prin diferite tratamente şi metode, prin inspecţii şievaluãri. Aceste mãsuri sunt extrem de necesare şi de economice, deoareceeste mai ieftin, mai uşor sã previi apariţia unui fenomen decât sã eliminiurmãrile acestuia.

Protecţia împotriva coroziunii se poate realiza prin:

1. Alegerea raţionalã a materialului;2. Aplicarea depunerilor şi a peliculelor protectoare;3. Prelucrarea mediului coroziv;4. Aplicarea metodelor electrochimice de protecţie;5. Alegerea raţionalã a tipului de construcţie şi a condiţiilor de

exploatare a utilajelor.

1. Alegerea raţionalã a materialului;

Cea mai importantã metodã metodã de micşorare a pierderilor demetal prin coroziune constã în alegerea justã a materialelor utilizate şi ametodelor de prelucrare. Din motive economice, uneori nu putem adopta ceamai eficientã metode de protecţie anticorozivã, preferându-se materiale maipuţin rezistente dar mai ieftine.

In cazul utilizãrii materialelor metalice, existã modalitãţi prin careputem îmbunãţãţi rezistenţa anticorozivã prin prelucrarea termicã şiprelucrarea mecanicã.

Astfel, prin cãlire se mãreşte gradul de omogenitate al unor aliaje şiimplicit creşte rezistenţa la coroziune.

In condiţii de coroziune atmosfericã, se obţin rezultate bune prinprelucrarea finã a suprafeţelor.

Când aceste metode nu dau rezultat, putem îmbunãţi proprietãţileanticorozive prin alierea materialului de baza, cu elemente de aliere careconduc la creşterea rezistenţei la coroziune, cum ar fi cromul.

Întrucât metalele şi aliajele rezistente la coroziune sunt rare şiscumpe, în practică se utilizează metale şi aliaje autoprotectoare, care întimpul coroziunii iniţiale se acoperă cu o peliculă pasivizată sau seutilizează oţeluri anticorozive cu Ni, Cr.

Trebuie sã avem în vedere atât alegerea corectã a materialelormetalice cât şi a celor nemetalice.

263

2. Aplicarea depunerilor şi a peliculelor protectoare;

Protecţia suprafeţelor metalice se realizează prin depunerea unuistrat metalic sau nemetalic care constituie o barieră între suprafaţa deprotejat şi mediul agresiv. Depunerile trebuie să fie continui, fără pori şiaderenţe.

Depunerile de starturi protectoare pot fi, dupã natura stratului depus:- metalice- anorganice (oxizi, cromaţi, fosfaţi)- organice (lacuri, vopsele)- silicaţi (emailuri)

Protecţia prin învelişuri anticorozive se realizează prin acoperireametalului cu un strat subţire de material protector. Stratul protector trebuiesă îndeplinească următoarele condiţii :

- să fie compact şi aderent;- să fie suficient de elastic şi plastic;- să aibă grosime uniformă;

Stratul protector poate fi metalic sau nemetalic. Depunerile metalicese realizează pe cale galvanică sau termică prin imersie, pulverizare,placare, etc.

Depunerile metalice se execută în două variante :1) Fără a ţine cont de aspectul depunerii, interesându-ne

numai protecţia anticorozivă.2) Lunând în considerare şi aspectul exterior.

Din prima grupă fac parte zincarea, cadmierea, cuprarea, eloxarea,iar din cea de a doua depunerile de straturi succesive din mai multe metale,combinate în aşa fel încât ultimul strat să fie cel mai electronegativ şi maiieftin Cu+Ni, Cu+Ni+Cr.

Grosimea depunerii variază de la 3 m la 60 m.Depunerile nemetalice sau acoperirile cu materiale peliculogene se

fac în scopul protecţiei anticorozive.Rezistenţa anticorozivă creşte cu grosimea stratului depus care este

condiţionată de lipsa de porozitate, uniformitate, aderenţă. Pentru a asiguraaceste condiţii suprafeţele se curăţă de oxizi (decapare) şi se conferă oanumită rugozitate suprafeţei pentru a obţine o bună aderenţă a primuluistrat depus.

Aceste depuneri se realizează prin pulverizare simplă sau în câmpelectrostatic.

264

Procedee de acoperiri metalice

Straturile de acoperiri metalice se aplică pe metale, dar şi penemetale (plastic, hârtie). După acţiunea de apărare, în raport cu metalul debază, învelişurile se împart în catodice şi anodice.

Învelişurile catodice au un potenţial electrodic mai puţin negativdecât al metalului apărat. În cazul deteriorării peliculei de protecţiecoroziunea va acţiona asupra metalului de bază. Exemplu : Cu, Ni, Craplicate pe oţeluri.

Potenţialul electrodic al învelişurilor anodice este mai negativ decâtal metalului de apărat. La distrugerea integrităţii lui, învelişul anodic sedistruge singur şi apără metalul de bază. Exmplu : Zn.

Acoperiri prin scufundare în metal topit

Suprafeţele ce urmează a fi protejate se curăţă şi se decapează. Seintroduc în baia de metal topit şi se răcesc în bazine speciale. La contactultopiturii cu materialul de bază are loc difuzia atomilor de metal topit înreţeaua ce trebuie protejată. Se formează astfel un aliaj care asigură aderenţastratului depus.

În cazul în care cele două metale nu se aliază se adaugă în topiturăelemente intermediare. De exemplu la acoperirea fierului cu Pb se adaugă5% Sn. Prin acest procedeu se obţin tabla şi sârma zincată şi tabla cositorităpentru confecţionarea cutiilor de conservă.

Acoperiri prin galvanizare

Cea mai răspândită metodă, realizându-se straturi unice sausuccesive. Învelişul galvanic se realizează prin electroliză în baia deelectrolit ce conţine ioni ai metalului ce se depune. La catodul sursei se valega piesa de acoperit, anodul fiind format din plăci de metal ce se depune(anodul solubil) sau din grafit (anodul insolubil). Se pot depune Zn, Cd, Sn,Cu, Cr, Ag.

1. Zincare – se aplică la protejarea oţelurilor.Etapele zincãrii sunt :

- degresare în solvent organic;- decapare pentru îndepărtarea oxizilor metalici;- depunere cianurică electrolitică;

265

- pasivizare pentru a realiza prin stratul superficial de Zn obună rezistenţă anticorozivă (se face o spălare-activare şineutralizare minuţioasă);

2. Cadmiere este similară zincării din punct de vedere al etapelortehnologice.

3. Cromare lucioasă decorativă se aplică la protejarea oţelurilor.Etape cromãrii sunt :

- polizare, periere;- degresare în solvent organic + chimic;- nichelare mată;- cuprare lucioasă;- nichelare lucioasă;- cromare lucioasă;

4. Eloxare este o metoda de protecţie care se aplică aluminiului.Etape eloxãrii sunt :

- polizare, periere;- degresare în solvent organic;- degresare chimică;- lustruire;- eloxare (oxidare anodică);

5. Oxidarea constă în îngroşarea artificială a peliculelor de oxizi pecale chimică sau electrochimică.

6. Pasivizarea este o acoperire cu oxizi sau sãruri ale materialului debazã. Pasivizarea urmãreşte de regulã obţinerea unui strat compact şiuniform de oxizi sau sãruri pe suprafaţa metalului de bazã, care sã seconstituie într-o barierã protectoare împotriva coroziunii.

7. Brunarea se realizează prin scufundarea piesei degresate şidecapate în soluţie de NaOH 650-700 g/l la 410 K.

8. Fosfatarea constă în formarea pe suprafaţa materialului metalic aunui strat de fosfaţi insolubili şi se aplică pentru protejarea fontei, aoţelurilor nealiate. Pelicula de fosfaţi e poroasă, aderentă, absorbantă şi sefoloseşte ca înlocuitor al grundurilor pentru acoperirea cu vopsele înconstrucţiile navale.

9. Aluminizare este operaţia de protejare şi asigurare a suprafeţeireflectorizante de la oglinzile farurilor şi lămpilor auto.10. Metalizare prin pulverizare11. Placarea se poate efectua prin prin :

- turnare;- deformare plastică (laminare);- sudare;

266

- sinterizare;Grosimea optimă a stratului de protecţie se stabileşte în funcţie de

condiţiile de funcţionare a piesei. Acestea se împart în 4 categorii: uşoare,medii, grele şi foarte grele.

OL

Mat. deacoperit

Uşoare Medii Grele Foarte grele

Zn 5 10 15 25Cd 6 8 10 12

Cu-Ni-Cr 10 20 40 50

Metalizarea Scopul metalizării nu este numai de protecţieanticorozivă, ci şi de modificare a aspectului exterior şi a proprietăţilorstratului de suprafaţă (duritate, rezistenţă la uzare, durabilitate, etc.). Dintreprocedeele de metalizare, cel mai frecvent se aplică metelizarea prinpulverizare şi prin placare.

Metalizarea prin pulverizare. Se efectuează proiectând metale saualiaje topite, ori pulverizate din stare topită, pe suprafeţele metalice saunemetalice cu ajutorul unui pistol de metalizat. Prin solidificare, particuleleproiectate pe suprafeţele de metalizat se sudează între ele, formând opeliculă aderentă, datorită în special, tensiunii superficiale dintre cele douăsuprafeţe în contact (suprafaţa de metalizat şi pelicula metalică). Aparatul demetalizat trebuie să realizeze: topirea metalului topit şi antrenareaparticulelor formate către suprafaţa de metalizat.

Topirea materialului metalic ce se va pulveriza se realizează fie dinpulbere metalică, fie din sârmă. Utilizarea pulberii sau sârmei metalice estecondiţionată de caracteristicile metalurgice ale acestora şi proprietăţiletehnologice impuse peliculei ce se va forma.

Căldura necesară topirii materialului metalic, ce se va pulveriza,poate fi produsă prin intermediul unei flăcări cu gaz, prin intermediulenergiei electrice sau prin jet de plasmă. Pulverizarea şi antrenareaparticulelor pulverizate spre suprafaţa de metalizat se face obişnuit cuajutorul unui curent de aer sub presiune. În cazuri speciale, în loc de aer sepoate utiliza şi alt gaz, ca de exemplu azot, heliu, argon, etc.

Dintre avantajele metalizării prin pulverizare se amintesc :- o productivitate deosebit de mare;- posibilitatea acoperiri suprafeţelor oricât de mari;- posibilitatea acoperirii şi cu aluminiu, care nu poate fi

depus pe cale galvanică;

267

- posibilitatea realizării unor straturi cu excelente calităţide antifricţiune;

Dintre dezavantaje amintim :- stratul depus are o rezistenţă la tracţiune şi încovoiere

mică şi o rezilienţă redusă;- piesele astfel acoperite nu pot fi prelucrate prin deformare

plastică;- pe aceste zone nu se pot tăia filete, canale;- din cauza degajării de pulberi metalice fine şi de gaze

nocive, trebuiesc luate măsuri corespunzătoare deprotecţia muncii;

13.5 Acoperiri nemetalice

Straturile protectoare nemetalice pot fi organice sau anorganicefolosind : lacuri, vopsele, emailuri sau folii de masă plastică.

Peliculele nemetalice de protecţie se împart în 3 grupe:1. Pelicule anorganice obţinute prin oxidare;2. Pelicule organice formate din unsori, vopsele, lacuri;3. Emailurile;

Vopselele şi lacurile se folosesc în scopuri decorative sau deprotecţie anticorozivă. Componentele principale din care se compunmaterialele prin vopsire sunt :

- lianţi;- solvenţi;- pigmenţi;

Lianţii – sunt amestecuri de compuşi organici dizolvaţi într-unsolvent, care după uscare formează pelicule continui. Cei mai utilizaţi suntuleiurile vegetale, derivaţii celulozei, răşini naturale şi sintetice.

Solvenţii sunt substanţe organice volatile şi pot fi :- uşor volatile (alcool, acetonă);- cu volatilitate mijlocie (toluen);- greu volatile (whitespirtul);

Pigmenţii sunt substanţe organice sau anorganice, care imprimăculoare, măresc rezistenţa şi diminuează procesul îmbătrânirii vopselei. Maiexistă şi alţi constituenţi secundari : antioxidanţi, diluanţi, ş.a. .

Vopselele sunt materiale de acoperire care pe lângă pelicula depusămai dau şi culoare pieselor, datorită pigmenţilor. Cele mai răspândite suntcele pe bază de ulei. Ele conţin dispersii fine ale pigmenţilor minerali şiorganici în ulei.

268

După culoarea pigmenţilor avem :- albe (oxid de Pb, Zn, praf de Al);- galbene (galben de Zn, Pb);- roşii (miniu de Pb, Fe);- verzi (oxid de Cr, săruri de Cu);- negre (negru de fum);

Principalele proprietăţi caracteristice sunt :- puritatea;- puterea de acoperire (cantitatea în grame ce acoperă

perfect 1 cm2);- durabilitatea (la căldură şi îngheţ);- durata uscării;- intensitatea de vopsire (capacitatea de colorare);

Tehnologii de vopsire : pensulă, pulverizare, imersie.Etapele vopsirii sunt:

- decapare chimică;- spălare, uscare;- sablare;- grunduire;- vopsire;

Lacurile sunt materiale peliculogene care nu conţin pigmenţi (suntincolore sau slab colorate). Unele lacuri după uscare se pot şlefui.

Emailurile sunt suspensii de pigmenţi minerali şi organici îndiferite lacuri. După uscare emailurile formează pelicule dure dar cu aspectneted şi lucios.

Grundurile sunt substanţe peliculogene, protectoare, sub formă desuspensie de pulbere fină metalică de Zn sau Pb. Cu ajutorul lor serealizează protecţia anticorozivă.

Chiturile se utilizează pentru umplerea golurilor şi netezireasuprafeţelor. Prin utiliozarea lor se îmbunătăţeşte aspectul exterior, dar nu şirezistenţa mecanică. Proprietăţile anticorozive se înrăutăţesc.

Principalele procedee de acoperire cu substanţe nemetalie asuprafeţelor în vedrea realizãrii protecţiei anticorozive sunt:

1. Grunduire electroforetică. Reperele fosfatate se introduc înbaie şi sunt legate de anod. Particulele de vopsea, polarizate cuajutorul curentului electric de la catod se depun şi formează unstrat compact aderent. Etape :

- degresare alcalină;- fosfatare cristalină;

269

- spălare cu apă dezionizată;- grunduire electroforetică;- uscare la 180C;

2. Vopsire electrostatică - se aplică peste stratul de grund depuselectroforetic. Piesa metalică se leagă la “pământ”, iar emailulspecial, polarizat cu ajutorul câmpului electrostatic de 10 kV, sedirijează pe suprafeţele de vopsit.

3. Vopsire cu aer comprimat – se face cu ajutorul pistolului depulverizat. Acest procedeu are un randament de 60%. E necesarăo perdea de apă protectoare pentru a reţine particulele de vopsea.Etape :

- degresare alcalină sau cu solvenţi organici;- grunduire sau fosfatare;- grunduire pentru a asigura aderenţă emailului final;- vopsire;- uscare;

13.6 Clasificarea mijloacelor de protecţie

După structura acoperirii acestea se clasificã în :1. Acoperiri subţiri (sub 1mm). Se realizează prin acoperiri

chimice propriu-zise, acoperiri anorganice (emailuri) sauorganice (pe bază de răşini).

2. Acoperiri groase, cu folii (peste 1mm). Se fac cu folii dincauciuc sau pe bază de materiale plastice.

3. Acoperiri complexe. Se face prin placare şi chituire sau prinvopsele armate cu fibră de sticlă sau ţesături de policlorură devinil.

4. Acoperiri galvanice. Constă în depunere electrolitică de metal.5. Acoperiri prin difuziune. Suprafaţa piesei reacţionează cu

particule fine ale metalului de protecţie. Procesul se realizeazăîn atmosferă reducătoare sau neutră la o temperatură maicoborâtă decât punctul de topire, dar mai ridicată decât cea derecristalizare a metalului de acoperit. Se formează un stratprotector la suprafaţă din metal pur, iar pe măsura îndepărtăriide la suprafaţă conţinutul metalului depus scade. Se acoperăfierul cu Zn şi Al. La acoperirea fierului cu Al, se formează osoluţie solidă de Al în Fe 20-30% Al, iar adâncimea stratuluieste de 0,3-0,8 mm.

270

3. Prelucrarea mediului coroziv;

In numeroase cazuri cum ar fi: coroziunea cazanelor, a sistemelor derãcire, a evaporatoarelor, distrugerea metalului poate fi prevenitã prinmicşorarea caracterului agresiv al mediului. Pentru aceasta, soluţia esteprelucratã în scopul îndepãrtãrii agentului oxidant.

Prelucrarea mediului coroziv are în vedere micşorarea vitezei decorodare şi se poate realiza prin:

- modificarea ph-ului, adică reglarea lui la o valoareconvenabilă pentru metalul protejat;

- îndepărtarea gazelor (O2, CO2) care măresc viteza decoroziune;

- utilizarea inhibitorilor sau a pasivitorilor care micşoreazăsau reduc viteza de coroziune;

Inhibitorii de coroziune sunt substanţe chimice care se adaugã înmediile lichide sau gazoase în vederea reducerii vitezei de coroziune, prin:

- încetinirea proceselor anodice sau catodice;- schimbarea naturii produşilor de coroziune;- modificarea rezistenţei chimice a electrolitului.

Apa de alimentare conţine înaintea dezaerãrii 2-3 mgO2/l. Pentru amicşora viteza de coroziune nivelul aerului trebuie redus la 0,010-0,015mg/l.

4. Aplicarea metodelor electrochimice de protecţie;

Constau în reducerea vitezei de coroziune a construcţiilor metaliceprin polarizarea lor. Corespunzător domeniilor de pasivitate un metal poatefi protejat electrochimic fie prin deplasarea potenţialului la valori suficientde negative (cazul protecţiei catodice) fie prin deplasarea potenţialului lavalori suficient de pozitive (cazul protecţiei anodice).

Protecţia catodică. Se poate realiza pe două căi :- cu sursă exterioară de curent;- cu anozi solubili;

Se foloseşte pentru protejarea navelor, conductelor, rezervoarelor,instalaţiilor portuare.

271

Protecţia catodică cu sursă exterioară de curentSe realizează prin polarizarea catodică (negativă) a construcţiei cu

ajutorul unui electrod auxiliar care are rolul de anod în circuitul depolarizare.

1 = conductã de protejat; 2 = placã anodicã3 = punct de drenaj; 4 = cablu electric

Fig. 13.1. Schema de principiu a protecţiei anodice cu sursã de curentexterior

Pentru a se putea aplica metoda de protecţie trebuie să fie îndepliniteurmătoarele condiţii:

- în jurul suprafeţei de protejat să existe un mediu bunconducător de electricitate (apă de mare, sol umed)pentru a permite închiderea curentului electric;

- construcţia să aibă o configuraţie simplă pentru casistemul de anozi să fie simplu şi să nu apară ecranareaelectrică;

- curentii folosiţi să nu pericliteze siguranţa personalului şia instalaţiei;

Protecţia catodică cu anozi solubili (activi)

Constă în aplicarea pe construcţia metalică de protejat a unui numărde plăci de metal cu potenţial mai electronegativ decât al metaluluiconstrucţiei (anozi). Materialele folosite în mod curent sunt Zn, Mg, Al.

272

Se apreciază că protecţia a fost efectivă dacă după un timp seconstată dizolvarea anozilor.

Metoda are avantajul că se poate folosi acolo unde nu există sursă decurent. Necesită înlocuirea periodică a anozilor.

Protecţia anodică

Este o metodă relativ nouă. Se bazează pe trecerea metalului deprotejat din stare activă în stare pasivă prin deplasarea potenţialului prinpolarizare anodică cu sursă exterioară de curent.

Schema de principiu a instalaţiei de protecţie anodică este redatã înfigura de mai jos.

1-electrod de referinţă; 2-material de protejat anod; 3-catod insolubil(platină); 4-soluţie corozivă; 5-potenţiometru

Fig.13.2. Schema de principiu a instalaţiei de protecţieanodicã

Valoarea potenţialului de protecţie se stabileşte pentru fiecaresituaţie în parte (30 – 50 mV). Electrodul de referinţă serveşte la măsurareapotenţialului care este menţinut constant prin reglarea curentului deprotecţie.

273

5. Alegerea raţionalã a tipului de construcţie şi a condiţiilor deexploatare a utilajelor.

Aceastã mãsurã are în vedere:- coroziunea şi protecţia contactelor metalice- coroziunea sudurilor- coroziunea porţiunilor tensionate- coroziunea în rosturi înguste şi în fisuri- coroziunea în porţiuni greu accesibile- coroziunea în porţiuni de stagnare a lichidelor- coroziunea şi condiţiile de exploatare

In cursul asamblãrii diferitelor repere, în utilaje iau naştere diferitetipuri de macroeterogenitãţi, cum ar fi: contactul a douã metale diferite,sudurile, zonele tensionate.

Coroziunea poate fi prevenită prin evitarea punerii în contact a unuimetal cu altul mai electronegativ decât el.

Metalele şi aliajelor se pot grupa în funcţie de mãrimea potenţialuluielectric dupã cum urmeazã:

GRUPA I Mg şi aliajele luiGRUPA II Cd, Zn, AlGRUPA III Fe, Pb, SnGRUPA IV Cu, Cr, Ni, Ag, Au, Ti, oţel inoxidabil

Douã metale având potenţial electric diferit nu trebuiesc puse încontact, deoarece în acel moment apare transferul de sarcinã electricã de laun metal la altul, fapt ce constituie începutul coroziunii. De obicei metalulcu potenţial mai electronegativ se corodeazã mai repede. Distrugerea lacontactul a douã metale diferite se mai numeşte şi coroziune galvanicã.

Sunt binecunoscute urmãtoarele reguli empirice, de care este bine sãţinem seama.

- cromul, titanul şi aliajele lor au o bunã rezistenţã lacoroziune datoritã tendinţei lor pronunţate la pasivizare;

- viteza de coroziune a oţelurilor inoxidabile (cu minim13% crom) creşte la contactul aliaje mai electropozitive;

- stabilitate plumbului, staniului şi a aliajelor de lipit seînrãuţãţeşte la contacul cu metale cu potenţial maielectropozitiv;

274

- oţelurile moi (carbon, nealiate) nu se recomandã a seutiliza neprotejate în apã; coroziunea oţelurilor seintensificã la contactul cu orice metal situat sub fier dinpunct de vedere al electropozitivitãţii;fierul se corodeazãintens în contact cu oţelurile inoxidabile, cromul, titatnul;

- Zincul se corodeazã puternic la contacul cu majoritateametalelor tehnice şi de aceea este utilizat ca electrod;

- Aluminiul se corodeazã puternic în contact cu cuprul şialiajele acestuia; nichelul, oţelul inoxidabil, cuprul, oţelulobişnuit nu trebuie puse în contact cu aluminiul;

- contactul dintre douã metale cu potenţial electric diferitse izoleazã prin materiale dielectrice.

Rolul a douã metale în contact se poate inversa în funcţie de naturaelectrolitului. Coroziunea se poate accentua şi la contactul unui metal cu unnemetal de tipul cãrbunele sau grafitul. De aceea uneori grafitul se evitã camaterial component al garniturilor.

Un rol important revine şi condiţiilor de exploatare a utilajelor.Astfel, alegerea corectã a condiţiilor tehnologice de exploatare poatecontribui la micşorarea vitezei de coroziune şi mãrirea duratei defuncţionare. In general se recomandã sã se menţinã cât mai uniformecondiţiile de lucru. Trebuiesc evitate pe cât posibil alternãrile de mediioxidante şi reducãtoare, acide şi bazice, calde şi reci, chiar dacã materialeleutilizate au bune proprietãţi anticorozive. De exemplu în instalaţiile dinindustria chimicã se întâlneşte frecvent intensificarea coroziunii subacţiunea variaţiei concentraţiilor soluţiilor.

Alegerea metodei de protecţie anticozivã

Dupã cum la alegerea materialului anticoroziv se preferã, unuimaterial mai rezistent unul mai puţin rezistent dar mai ieftin, tot aşa şialegerea metodei de protecţie este rezultatul unui compromis tehnico-economic. La alegerea metodei de protecţie anticorozivã, trebuie sã se ţinãseama de factorii care influenţeazã coroziunea. Din cauza marii diversitãţi acazurilor practice nu pot fi recomadate scheme de protecţie universale dareste util sã ţinem cont de unele recomandãri cu caracter general:

- depunerile metalice şi acoperirile cu lacuri se folosesc înspecial în cazul coroziunii atmosferice;

- cea mai ieftinã depunere metalicã –zincarea- este decâteva ori mai scumpã decât vopsirea;

275

- costul depunerilor galvanice descreşte în urmãtoareasuccesiune: cromarea, nichelarea, stanarea, alãmirea,cuprarea; ca şi cost fosfatarea se apropie de cele maiieftine depuneri galvanice.

La alegerea metodei de protecţie trebuie sã se ţinã seama şi departicularitãţile construcţiei protejate.

Piesele cu conturul complicat nu se pot proteja bine prin acoperirigalvanice, din cauza puterii limitate de patrundere a majoritãţii bãilorgalvanice.

Piesele de mici dimensiuni şi cele supuse temperaturilor înalte nu sevopsesc.

In industria chimicã depunerile galvanice nu se folosesc pe scarãlargã, datoritã porozitãţilor din startul depus, preferându-se soluţia placãrii.

Suprafeţele supuse frecãrii nu se fosfateazã deoarece stratul de fosfatmãreşte mult coeficientul de frecare.

Metodele de prelucrare a mediului coroziv se utilizeazã numaipentru volume constante sau nu prea mari.

In practicã este eficient sã aplicãm simultan douã sau mai multemetode de protecţie anticorozivã.

Porţiunile de sub apã ale navelor se protejeazã atât prin vopsire cât şielectrochimic, cu anozi protectori.

60

CAPITOLUL 3.PRELUCRAREA PRIN DEFORMARE PLASTICĂ A

MATERIALELOR METALICE3.1. Generalitãţi3.1.1. Noţiuni introductiveDeformarea plastică este o metodă de prelucrare a materialelor

metalice prin care, în scopul obţinerii unor piese finite sau semifabricate, seproduce deformarea permanentă a materialelor în stare solidă (la cald sau larece) fără fisurare micro sau macroscopică.

Principiul fizic al metodeiAtunci când tensiunile din materialul metalic depãşesc limita de curgere,

în materialul supus acestor tensiuni apar deformaţii permanente.Avantaje

proprietăţi mecanice îmbunătăţite datorită unei structuriomogene şi mai dense ;

consum minim de materiale (coeficient de utilizare almaterialului foarte bun);

precizie mare de prelucrare (mai ales la deformare plastică larece);

posibilitatea obţinerii unor forme complexe cu un numărminim de operaţii şi manoperă redusă;

posibilitate de automatizare (linii de automatizare + celuleflexibile de fabricaţie );

Dezavantaje investiţii iniţiale mari în ceea ce privesc utilajele şi sculele

folosite; necesitatea unor forţe mari pentru deformare;

După temperatura la care are loc deformarea distingem :- deformare plastică la cald;- deformare plastică la rece;

Deformarea se consideră plastică dacă eforturile unitare datorate forţelorde prelucrare tehnologică sunt peste limita de curgere convenţională (efortulunitar căruia îi corespunde o deformare remanentă de 0,2% , 0,2 ).

Mecanismele intime ale deformaţiilor plastice se realizaeză prin:Întărirea (Ecruisarea) este ansamblul fenomenelor legate de

modificarea proprietăţilor mecanice, fizice, ale metalelor în procesul dedeformare plastică la rece. Fenomenul apare numai în cazul deformãrilorplastice la rece. El se manifestã prin creşterea rezistenţei la rupere şi a duritãţii,concomitent cu scãderea proprietãţilor care definesc plasticitatea materialului.Structura se modificã şi ea, forma grãunţilor devenind alungitã.

61

Întărirea se poate interpreta ca fiind datorată acumulării deformaţiilorelastice (a energiei de deformare) care crează o stare de tensiune careîngreunează procesul deformărilor plastice.

a-structurã iniţialã; b-structurã ecruisatã; c-structurã recristalizatã.Fig. 3.1 Structurã ecruisatã

O altã cauză a întăririi este creşterea frânării mişcării dislocaţiilor odatăcu creşterea gradului de deformare.

Mecanismul deformării la cald are loc ca şi în cazul deformării la receprin alunecare şi maclare. Constituie o stare la care mărirea gradului dedeformare este mică sau imposibilã. Pentru a impiedica apariţia timpurie aacestei stări şi pentru a uşura procesul de deformare plastică se procedează laîncălzirea materialelor. Practic deformarea plasticã devine imposibilã dupãmomentul apariţiei ecruisãrii.

Alunecarea este deplasarea straturilor subţiri ale cristalului unele faţă dealtele.

Alunecarea se produce de-a lungul unor plane de densitate atomicamaximă, distanţa între două plane fiind de aproximativ 1 μm. Deformareaplastică a policristalelor se compune din deformarea cristalelor şi din deformareasubstanţei intercristaline. Deformarea grăunţilor în policristal începe cuplanurile grăunţilor care sunt orientaţi favorabil faţă de axa eforturilor unitare.

Maclarea - este fenomenul de reorientare a unei părţi dintr-un cristal înraport cu restul, de-a lungul unui plan numit plan de maclare. Partea rotită acristalului se numeşte maclă. Apare la viteze de deformare mari. Procesul serealizează instantaneu sub acţiunea unor forţe tangenţiale mai mici decât cele dealunecare.

Ca urmare a deformãrii plastice metalele şi aliajele îşi modificã uneleproprietãţi faţã de structurile turnate. Astfel rezistenţa la rupere şi duritatea cresc,plasticitatea cuantificatã prin alungirea la rupere şi gâturea la rupere, scade.Unele proprietãţi tehnologice (turnabilitate, cãlibilitate) cresc, iar altele

62

(deformabilitate, uzinabiltate, sudabilitate) scad o datã cu creşterea gradului dedeformare.

Orientarea fibrelor se modificã prin deformare plastică. In plan practic,trebuie sã ţinem cont de aceste modificãri, în sensul cã eforturile de întindere şicompresiune trebuie sã coincidã cu direcţia fibrelor, iar eforturile tangenţialetrebuie sã fie perpendiculare pe direcţia fibrelor. Ideal ar fi ca fibrele sã înfãşoareconturul piesei.

a-repere obţinute prin aşchiere cu direcţia fibrelor necorespunzãtor orientatã faţãde axa eforturilor;

b- repere obţinute prin deformare plasticã cu direcţia fibrelor corespunzãtororientatã faţã de axa eforturilor;

Fig. 3.2 Orientarea fibrelor la diferite repere

3.1.2. Influenţa temperaturii asupra deformării plastice

Prin încălzirea materialelor metalice se produc fenomenele de revenire şirecristalizare.

Revenirea - este fenomenul de înlăturare a tensiunilor reţelei şi mărireaplasticităţii materialului, fără a produce nici o modificare a microstructurii (0,2tt

63

< tr < 0,4tt, unde tt reprezintă temperatura de topire şi tr reprezintă temperatura derecristalizare).

Prin încălzire mobilitatea atomilor creşte, constatându-se o mărire afenomenului de difuzie determinată de deplasarea atomilor în vacanţe şiinterstiţii, stare care duce în final la eliminarea tensiunilor interne.

Recristalizarea - Are loc în stare solidă şi constă în reorganizarea reţeleicristaline deformate şi apariţia unor noi centre de cristalizare. Prin recristalizarese elimină complet tensiunile interne, micşorându-se duritatea, rezistenţa ladeformare şi mărindu-se plasticitatea. In cazul metalelor pure, recristalizarea areloc la o temperaturã Trc = 0,40 Ttop. Temperatura de recristalizare creşte odatã cucreşterea gradului de aliere, ajungând la 450...6000C la oţelurile carbon şi600...8000C la oţelurile aliate.

3.1.3. Influenţa temperaturii asupra rezistenţei la deformare şi aplasticităţii

Creşterea temperaturii provoacă schimbări esenţiale ale caracteristicilorde rezistenţă ale metalelor. Rezistenţa la deformare scade spectaculos odată cucreşterea temperaturii, datorită următoarelor fenomene:

la temperaturi mari creşte amplitudinea oscilaţiilor atomilordatorită creşterii energiei lor potenţiale. Atomii trec mai uşordintr-o poziţie de echilibru în alta;

la temperaturi mari rezistenţa la deformare scade mult,deplasarea şi orientarea grăunţilor devine mai uşoară astfelîncât deformarea se poate face la eforturi mai mici;

Parametrii care definesc încălzirea sunt:- viteza de încălzire (temperatura de încălzire raportată la

timpul de atingere al acesteia);- viteza de răcire (temperatura de răcire raportată la timpul

de atingere al acesteia);- durata menţinerii la temperatura palierului;

3.1.4. Zone de temperatură la deformarea plastică la cald

În funcţie de influenţa reciprocă a fenomenelor ce au loc la deformareala cald (întărire, revenire, recristalizare) se deosebesc următoarele faze:

deformare plastică la rece : td< 0,2 tt (acţionează ecruisarea); deformare incompletă la rece : 0,2tt < td < 0,4tt ; Apare fenomenul

de ecruisare şi cel de revenire. Este caracteristic prelucrării cu vitezemari de deformare.

64

deformare incompletă la cald 0,4tt < td < 0,6tt; Deformarea secaracterizează prin acţiunea completă a fenomenului de revenire şiincompletă a fenomenului de recristalizare. Datorită neomogenităţiigrăunţilor, materialul este puternic tensionat ceea ce duce la apariţiafisurilor.

deformare la cald - se caracterizeazã prin lipsa efectelor întăririidupă prelucrare şi printr-o structură fină şi omogenă a materialuluimetalic ca urmare a acţiunii complete a revenirii şi recristalizării.

Rezistenţa la deformare la cald este foarte mică,1

10din cea la rece,

iar plasticitatea este mare (0,6tt < td < 0,85tt ). Pentru 0,85tt < td seconstată supraîncălzirea şi tendinţa de ardere.

TT – temperatura de topire; Trc-temperatura de recristalizare; Tid-temperatura deînceput de deformare plasticã; Tsd- temperatura de sfârşit de deformare plasticã;

Fig. 3.3 Alegerea corectã a intervalului de temperaturã în care se facedeformarea plasticã

65

3.1.5.1. Legile deformãrii plastice

Aceste legi sunt valabile atât la deformarea plastică la cald cât şi la rece.

1. Legea volumului constant. Volumul semifabricatului supus deformãriiplastice (la cald sau la rece) este egal cu volumul piesei finite.Facând abstracţie de micile variaţii de volum prin îndesare sau

pierderi de oxizi, putem considera cã volumul piesei finite obţinut prindeformare plasticã este egal cu volumul semifabricatului.

Aceastã lege este foarte importanta în practica, ea permiţândcalculul volumului semifabricatului supus deformarii plastice.

2. Legea prezenţei deformaţiilor elastice în timpul deformărilor plastice.

e p

Deformarea plastică este întotdeauna însoţită de o deformare elastică. Nuputem ajunge în zona de plasticitate fără să trecem prin cea de elasticitate.(Hooke). Conform acestei legi, dupa prelucrarea prin deformare plastica larece apare o tendinţă de relaxare a materialului. Solicitarea încetând ,încetează deformarea elastica, ceea ce produce “relaxarea“ materialului,ramănând numai deformarea plastică.

De efectele acestei legi se tine cont la proiectarea unor scule pentrudeformare plastica, ca de exemplu matritele de tragere şi extrudare care auintotdeauna un con de ieşire.

3. Legea rezistenţei minime. Această lege are mai multe formulări: Orice formă a secţiunii transversale a unui corp supus

deformării plastice prin refulare în prezenţa frecării pesuprafaţa de contact tinde să ia forma care are perimetrulminim la suprafaţa dată ; la limită tinde către cerc.

Deplasarea punctelor corpului pe suprafaţa perpendicularăpe direcţia forţelor exterioare are loc după normala cea maiscurtă dusă la perimetrul secţiunii. Deplasarea maximă se vaproduce în acea direcţie în care se va deplasa cea mai marecantitate de material.

66

4. Legea apariţiei şi echilibrării eforturilor interioare suplimentare.La orice schimbare a formei unui corp policristalin aflat în stare plastică

apar în interiorul materialului eforturi suplimentare care se opun deformăriirelative şi care tind să se echilibreze reciproc.

Eforturile suplimentare apar datorită frecărilor de contact dintre sculă şisemifabricat, neomogenitãţii compoziţiei chimice, proprietăţilor mecanice, etc.

Eforturile unitare produse şi rămase în piesa prelucrată se pot adaugaeforturilor unitare ce apar în timpul funcţionării, ceea ce poate produce fisurisau distrugerea piesei.

Pentru evitarea apariţiei eforturilor suplimentare se vor reduce frecările întresuprafaţa materialului deformat şi suprafaţa activă a sculei.

5. Legea similitudinii.Pentru aceleaşi condiţii de deformare a două corpuri geometrice

asemenea care au mărimi diferite, presiunile specifice de deformare suntegale între ele, raportul forţelor de deformare fiind egal cu pătratul raportuluimărimilor liniare (raportul de asemănare).

Legea este valabilă când ambele corpuri au aceleasi faze structurale,aceeaşi stare chimică şi aceleaşi caracteristici mecanice, iar temperaturacorpului la începutul deformării este aceeaşi. Legea similitudinii se aplică încercetările experimentale care în cazul structurilor mari se efectuează pestructuri mai mici, la scară.

3.1.5.2. Încălzirea materialelor metalice pentru deformare plastică

Prin încălzirea semifabricatului pentru deformare plastică se urmăreşte: micşorarea limitei de curgere; reducerea tensiunilor interne (prin revenire şi recristalizare); omogenizarea structurii.

O încălzire corectă se asigură prin: scurtarea timpului de încălzire până la atingerea td

(temperatura de deformare); asigurarea unei încălziri uniforme; reducerea arderilor şi decarburărilor;

Valorile superioare sunt limitate de apariţia oxidării.Limita inferioară se stabileşte în funcţie de natura materialului.Din punct de vedere termic în procesul de deformare plastică la cald se

disting trei stadii.:

67

stadiul încălzirii de la 0 - tid (temperatura de început dedeformare);

stadiul deformării propriu-zise tid - tsd (temperatura de sfârşitde deformare);

stadiul de răcire;Cuptoarele în care se realizeazã încãlzirea sunt variate din punct de

vedere al formelor, dimensiunilor şi al principiului de funcţionare. Ele seclasificã astfel :

a) 1.cu funcţionare intermitentă;2.cu funcţionare continuă.

b) 1. electrice;2. cu flacără;

c) 1. în atmosfera obişnuită2. în atmosfera controlată.

d) 1. Normale;2. Adânci.

68

3.2. LAMINAREA3.2.1. Generalităţi.

Laminarea este procedeul tehnologic de prelucrare prin deformareplastică (la cald sau la rece) caracterizat prin aceea cã materialul este obligat sătreacă forţat printre doi cilindri aflaţi în mişcare de rotaţie.

Utilajul se numeşte laminor, iar procedeul laminare. Produsul rezultateste denumit laminat. Laminatele au secţiunea transversalã constantã.

La laminare dimensiunile materialului se reduc în direcţia apăsării şicresc în celelalte direcţii (volumul rămãnând constant).

Materialul laminat are o structura omogenă cu grăunţi alungiţi şiordonaţi după direcţia de laminare.

1-grãunţi iniţiali; 2- grãunţi deformaţi; 3- grãunţi recristalizaţi;Fig. 3.4 Modificarea structurii materialului laminat

Laminarea se poate efectua între doi cilindri netezi ca în cazulproduselor plate sau cu canale inelare numite calibre, practicate în corpulcilindrilor , în zona de lucru pentru prelucrarea profilelor.

Pentru cazul cel mai răspândit al laminãrii longitudinale, cilindrii ausensuri diferite de rotaţie, axele cilindrilor fiind paralele.

69

Atunci când se doreşte obţinerea unor produse cu secţiune constantã şilungime mare, laminarea este soluţia tehnologicã. Ca semifabricate iniţiale sefolosesc lingouri turnate, bare turnate continuu.

Aproximativ 90% din producţia mondială de oţel este supusă laminării.

Principalele scheme de laminare sunt:1. Laminare longitudinală.

Figura 3.5. Schema laminãrii longitudinale2. Laminare transversală.3. Laminare elicoidală.

După direcţia de laminare, acestea se clasifică astfel :1) Laminare longitudinală – de-a lungul dimensiunii maxime.2) Laminare transversală.3) Laminare tangenţială – utilizată pentru obţinerea unor piese

inelare de tipul bandajelor pentru roţile de cale ferată.4) Laminare elicoidală – pentru laminarea ţevilor.

Pentru a se realiza un anumit grad de deformare se execută de obicei maimulte treceri succesive ale semifabricatului printre cilindri, după micşorareadistanţei dintre ei.

Elementele geometrice ale laminării şi forţele de laminare sunt redate înfigura 3.6.

70

c = unghiul de contact; h0=dimensiune semifabricat; h1=dimensiune produsfinit

Fig. 3.6. Elementele laminãrii

Prin laminare se obţin repere având următoarele rugozităţi :- laminare la cald : Ra = (12,5 – 50) m- laminare la rece : Ra = (6,3 – 0,2) m

3.2.2. Bazele teoretice ale laminării

În procesul de deformare plastică prin laminare se disting trei stadii:1. Stadiul prinderii materialului de către cilindrii laminorului.2. Stadiul laminării propriu-zise.3. Stadiul de ieşire al materialului laminat dintre cilindrii

laminorului.

3.2.3. Forţele care apar în zona de deformare. Condiţia laminării.

Între cilindri de lucru şi semifabricat în zona de contact acţionează douăforţe principale:

1. Forţa radială de apăsare N, cu componentele ei No şi Nv ;2. Forţa tangenţială de antrenare (frecare) cu componentele To şi

Tv ;Componenta orizontala a forţei de frecare To produce antrenarea

materialului între cilindri. Componenta verticală Nv a forţei de apăsare senumeşte forţa de laminare şi produce deformarea materialului.

71

N N

N N

T T

T T

O

V

O

V

sin

cos

sin

cos

Greutatea cilindrilor se neglijează, iar „f” reprezintă coeficientul defrecare dintre cilindrii şi semifabricat. Pentru ca laminarea să fie posibilă estenecesar ca să avem pentru componenta orizontalã urmãtoarele condiţii :

R T N

T N

T N

T f N

f N N

dar f tg

f tg

O O O

O O

0

cos sin

cos sin

- unde este unghiul de frecare;- unde este unghiul de atac;pentru ca laminarea sa fie posibilă este necesar deci ca unghiul de frecare să fiemai mare decât unghiul de atac adica tg tg

Valorile coeficientului de frecare f sunt de : f=0,20 … 0,70 pentru oţellaminat la cald şi f=0,03 … 0,12 pentru oţel laminat la rece.

3.2.4. Avansul şi întârzierea în zona de deformare

Zona de deformare poate fi împărţită în trei părti distincte, din punct devedere al raportului dintre viteza periferică a cilindrilor „vpc” şi vitezasemifabricatului „vsf”:

I. zona de întârziere a vitezei semifabricatului faţă de vitezaperiferică a cilindrilor (vpc > vsf);

II. zona de avans a vitezei semifabricatului faţă de viteza periferică acilindrilor (vpc < vsf);

III. zona neutră sau a vitezelor egale (vpc = vsf);

72

Fig. 3.7. Avansul şi întârzierea în zona de laminare.

3.2.5. Calibrarea cilindrilor de laminor

Calibrul reprezintã ansamblul format din două caneluri opuse executatepe o pereche de cilindri şi care corespunde cu forma produsului pe care dorimsă-l obţinem prin laminare.

Prin calibrare se înţelege calculul şi construcţia formelor secţiunilorsuccesive ale calibrelor astfel ca plecând de la secţiunea iniţială asemifabricatului să se ajungă la produsul finit prin laminãri succesive. Princalibrare se urmăreşte obţinerea unor produse fără defecte şi dintr-un numărminim de treceri.

Tipuri de calibre:1. Calibre de degroşare;2. Calibre de pregătire;3. Calibre de finisare;

Dupa construcţia lor ele pot fi:a) complet deschise;b) parţial închise;c) cu deschideri mixte.

După deschidere:a-deschise; b-închise;

73

a-barã rotundã; b-barã pãtratã; c-cornier cu aripi egale; d-profil „I”; e-profilşinã cale feratã.

I, II-calibre degroşare; III-calibru pregãtitor; IV,V-calibru presinisor; VI-calibru finisor; VII-profil produs finit.

Fig. 3.8 Schema de principiu a unor sisteme de calibrare

74

1-semifabricat; 2,3-cilindri laminori; 4-cadru susţinere; 5-dispozitiv reglare;6-bare cuplare cardanice; 7-dispozitiv reglare turaţie; 8,11- roţi dinţate;9,12-cuplaj; 10-reductor; 13-motor electric asincron.

Fig. 3.9 Schema de principiu a unei caje de laminareMai multe caje alcătuiesc un tren de laminare.

3.26 Tipuri de laminare

Laminoarele se clasificã astfel:1. După metalul sau aliajul prelucrat :

a) Laminor pentru prelucrarea oţelurilor;b) Laminor pentru prelucrarea aliajelor de cupru;c) Laminor pentru prelucrarea aliajelor de zinc.

2. După temperatura de lucru :a) Laminoare pentru prelucrare la cald;b) Laminoare pentru prelucrare la rece.

3. După sensul de rotaţie al cilindrilor :a) Laminoare ireversibile ( într-un singur sens );b) Laminoare reversibile ( în ambele sensuri ).

4. După dispunerea cilindrilor :a) Laminoare orizontale;b) Laminoare verticale;c) Laminoare oblice;

5. După numărul de caje :a) Laminoare cu o cajă;b) Laminoare cu mai multe caje.

75

6. După natura operaţiei:a) Laminoare de degroşare;b) Laminoare de finisare.

3.2.7. Tehnologia laminării

Materialele care se laminează sunt lingouri (de diferite forme şi mărimi)sau alte semifabricate obţinute prin forjare sau prin laminări anterioare.

Etapele procesului de laminare la cald sunt :1. Pregãtirea tehnologicã a fabricaţiei.2. Alegerea şi pregătirea semifabricatului. Lingourile se curăţă de

retasuri, iar celelalte semifabricate se debitează la dimensiunilenecesare.

3. Încălzirea.4. Laminarea propriu-zisă. Calibrele sunt alese astfel încât

semifabricatul să se lamineze la forma finală la o singurăîncălzire, respectând domeniul optim al temperaturii dedeformare (pentru oţel 1100 - 1600 0 K).

5. Tratament termic final;6. După laminare se taie produsul la dimensiunile prescrise şi se

curãţã.7. Control tehnic de calitate.

Figura 3.10 Scheme de laminare.

Etapele laminării la rece sunt:

76

1. Debitarea semifabricatului obţinut prin laminarela cald;

2. Curăţirea suprafeţei;3. Laminarea propriu-zisă;4. Tăiere la dimensiuni;5. Tratament termic;6. Control tehnic de calitate.

Exemple de repere care se obţin prin laminare : piese lungi de secţiune constantă (şine de cale ferată şi orice

alt tip de profil); table; ţevi; axe, roţi, bandaje;

3.2.8. Laminarea ţevilor

Ţevile şi conductele pot fi clasificate în funcţie de metoda de obţinere cafiind fără cusătură sau sudate. În afara procedeului de laminare, ţevile se mai potobţine şi prin sudare fie pe generatoare, fie elicoidal.

Ţevile fără cusătură se produc prin laminare (cel mai economicprocedeu) prin metoda Mannesmann şi reprezintã cea mai productiva metodã deobţinere a acestora.

Obţinerea ţevilor prin laminare are douã etape importante:- obţinerea unor ţevi brute, denumite „eboş”;- prelucrarea prin laminare de finisare a eboşului în vederea

obţinerii produsului finit.Prin laminare al cald se obţin ţevi cu diametrul cuprins între 20 şi

700mm şi grosimea peretelui de 1,5....60mm.Cilindrii au dublă conicitate şi se rotesc în acelaşi sens. Se introduce

semifabricatul Incălzit. Datorităl

hc

m

1 materialul în rotaţie este deformat

numai la suprafaţă, în interior luând naştere un orificiu conic. Pentruuniformizarea găurii şi a pereţilor se folosesc dornuri de netezire.

77

Fig. 3.11 Perforarea la laminorul cu cilindrii bitronconici

1-ţeavã eboş; 2-cilindrii calibraţi; 3-dop; 4-ţeavã laminatã; Vlam-viteza delaminare.

Fig. 3.12 Laminarea ţevilor

78

3.3. TRAGEREA MATERIALELOR METALICE

3.3.1. Principiul tragerii

Tragerea este procedeul de deformare plastică a materialelor subacţiunea unei forţe de tracţiune pentru obţinerea barelor, sârmelor sau a ţevilor ,prin trecerea forţată a unui material ductil printr-o matriţă a cărei secţiune estemai mică decât secţiunea iniţială a materialului.

Procedeul aplicat la tragerea sârmelor se numeşte trefilare, iar matriţa senumeşte filieră. Valoarea reducerii de secţiune este cuprinsă între 10 şi 45%,putând ajunge până la 95 %.

1-semifabricatul; 2-matriţa; 3-suport portsculã; 4-produs tras; 5-dispozitivtragere;

Fig. 3.13 Schema de principiu a tragerii

Procedeul prezintã urmãtoarele avantaje, faţã de alte procedee dedeformare plasticã:

- conduce la obţinerea unor produse cu o preciziedimensionalã şi calitate a suprafeţei deosebitã;

79

- permite obţinerea în condiţii de eficienţã economicã şiprecizie dimensionale a unor produse greu de obţinut prinalte procedee de deformare plasticã.

3.3.2. Bazele teoretice ale tragerii

3.3.2.1. Calculul preliminar

A0, l0, d0 - dimensiunile iniţiale ale semifabricatului;A1, l1, d1 - dimensiunile finale ale produsului rezultat prin tragere;

Reducerea de secţiune absolută se exprimă prin relaţia: a A A 0 1

Reducerea de secţiune relativă se exprimă prin relaţia: rA A

A

0 1

0

Reducerea procentuală de secţiune se exprimă prin relaţia: pA A

A

0 1

0

100

Reducerea absolută este dată de relaţia : a l l 0 1

Reducerea relativă este dată de relaţia : r

l l

l0 1

0

Reducerea procentuală este dată de relaţia : p

l l

l0 1

0

100

Coeficientul de reducere a secţiunii este dat de relaţia: kA

A 1

0

La tragere modificarea secţiunii semifabricatului se produce sub acţiuneaforţelor transversale exercitate de pereţii filierei (matriţei).

Pe măsură ce materialul avansează în filieră întreaga masă asemifabricatului suferă o deformare plastică sub acţiunea forţelor decompresiune care iau naştere prin tragere. La ieşirea din filieră materialul esteîntărit şi va trebui tratat termic (recoacere).

Expresia forţei de tragere este dată de relaţia (determinată experimental)

: F C A A daNm 0 1

unde: - F = forţa de tragere;- m = rezistenţa medie de deformare;- C = constantă în funcţie de coeficientul de frecare între metal şi filieră

şi unghiul deschiderii 2α .

80

3.3.2.2. Calculul numărului de treceri

Se consideră o secţiune într-o filieră în dreptul conului de deformare şise observă două secţiuni:

A1 în care metalul este puternic supus compresiunii şi A2 în care materialul este supus tracţiunii

Fig. 3.14. Secţiune printr-o filierã în dreptul conului deformare

Pe suprafaţa A1 :

F d dC C

4 0

212

Pe suprafaţa A2 :

F dt t

4 1

2

Pentru ca tragerea să fie posibilă este necesar ca:F F

sit C

t C

81

Din condiţia limită se obţine :

4 412

02

12

12

02

12

02

d d d

d d

d

dk

t C

t C C

C

t C

unde k <1, reprezintă coeficientul de tragere.

Cu ajutorul lui k se poate calcula numărul de treceri necesar pentru a seajunge de la diametrul d0 la dn atunci când reducerea totală este mai mare decât45%.

kd

d

d k d

d k d

12

02

12

02

1 0

deci

k

ddn

deci

dknd

aritmam

dkdkd

dkdkd

dkd

n

n

nnn

ln

lnln

lnlnln

log

0

0

01

02

12

01

3.2.3. Factorii care influenţează tragerea

Factorii care influenţează tragerea sunt :

82

1. viteza de tragere (pentru oţeluri este de 90-120 m/min, iarpentru cupru 150-300m/min);

2. materialul sculei;3. caracteristicile de formă ale sculei;4. lubrefiantul folosit;5. gradul de tensionare al materialului semifabricat;6. calitatea suprafeţei semifabricatului;

Prin tragerea la rece se realizează o puternică ecruisare a materialuluicare duce la creşterea rezistenţei la rupere la tracţiune şi la scăderea alungirii larupere şi a gâtuirii Z, iar sudabilitatea materialului scade şi ea.

Cu cât gradul de deformare este mai mare cu atât modificareaproprietăţilor este mai accentuată. Pentru înlăturarea efectelor negative aletragerii se recomandă executarea unui tratament termic de recoacere.

3.3.3 Filiera

Se cunoaşte că principala sculă folosită în procesul de tragere estefiliera, de ea depinzând atât calitatea produsului tras cât şi randamentul maşinii.

Durabilitatea unei filiere depinde de materialul din care esteconfecţionată şi de tehnologia de execuţie a orificiului filierei.

Zonele orificiului filierei sunt:1. conul de prindere ;2. con de ungere;3. con de deformare;4. cilindru de calibrare;5. con de degajare;6. con de ieşire;

La ieşirea din cilindrul de calibrare, materialul suferă o revenire elasticămotiv pentru care se execută conurile de degajare şi ieşire, pentru a împiedicaruperea materialului.

Dacă semifabricatul iniţial este mai mare decât 10 mm atunci sculapentru tragere se numeşte matriţă. Duritatea suprafeţei orificiului de tragere estede 60 … 65 HRC.

83

Fig.3.15. Filiera

Fig. 3.16 Matriţa de tragere

Maşinile de tras se clasifică după următoarele criterii:A. După dimensiunile produselor trase:

Maşini pentru tras - sârmă;- ţevi;- bare;

84

B. După modul de aşezare al tobelor de tras:Maşini de tras - cu tobe orizontale;

- cu tobe verticale;

3.3.4. Tehnologia tragerii

Procesul tehnologic de tragere la rece are următoarele etape:1. Pregãtirea tehnologicã a fabricaţiei (alegerea utilajelor,

sculelor, a parametrilor de lucru);2. Pregătirea materialului (debitarea, înlăturarea oxizilor,

tratament termic iniţial pentru înmuiere);3. Ascuţirea capãtului semifabricatului pentru a permite

intrarea în matriţã sau filierã;4. Incãlzirea;5. Tragerea propriu-zisă;6. Tratament termic de recoacere;7. Debitarea la dimensiuni şi curãţirea;8. Control final.

Sârmele cu peste 0,25% C li se aplică un tratament termic de “patentare”care constă din încălzire pentru austenitizare urmată de o răcire cu o vitezăcontrolata sau de introducere în baie de plumb la 600 K pentru a se forma ostructura perliticã fină.

5.5. Tragerea ţevilor

Ţevile rezultate prin laminare sau alte procedee de prelucrare suntadeseori finisate prin tragere la rece.

Tragerea la rece se utilizează pentru a obţine toleranţe dimensionalestrânse şi o bună calitate a suprafeţelor. De asemenea se obţine o îmbunătăţire aproprietăţilor mecanice prin ecruisare.

Instalaţia de tragere poarta denumirea de banc.Suprafaţa interioară a ţevilor se sprijină pe dorn.

85

3.4. EXTRUDAREA

3.4.1. Bazele teoretice ale extrudarii

Extrudareareprezintă procesul de prelucrare prin deformare plastică careconstă în trecerea forţată a materialului, datorită unei forţe de compresiune,printr-o matriţă a cărei deschidere este profilata şi de secţiune mai mică decât amaterialului semifabricat.

1-semifabricatul iniţial; 2-camera de presare; 3-poanson; 4- matriţã; 5-suportmatriţã; 6-produs extrudat.

Fig. 3.17 Schema de principiu a extrudãrii

Procesul de extrudare are loc în 4 (patru) faze:1. Presarea până la umplerea completă a orificiului matriţei. În

această fază forţa de extrudare creşte de la zero la valoareamaximă.

2. Începutul curgerii prin orificiul matriţei.

86

3. Curgerea metalului prin orificiul matriţei.4. La sfârşitul cursei pistonului semifabricatul este complet

deformat, iar forţa se reduce la zero.Forţa de extrudare este influenţată de :a) rezistenţa la deformare a semifabricatului;b) gradul de reducere;c) valoarea forţelor de frecare;d) tipul extrudării;e) complexitatea piesei;f) forma şi dimensiunile semifabricatului;

Expresia de calcul e dată de relaţia: F=pAunde p - presiunea de deformare a materialelor.

Valorile presiunilor sunt calculate pe baza unor relaţii empirice saudeterminate experimental.

Spre exemplu valorile recomandate ale presiunii la extrudarea oţelului suntcuprinse între 170 şi 280 daN/cm2, iar pentru aluminiu între 40 şi 120 daN/cm2 .

3.4.2. Clasificarea extrudării

I. După temperatura avem extrudare la rece sau la cald.

II. După natura forţelor de deformare avem: extrudare mecanică; extrudare hidraulică; extrudare prin explozie.

III. După sensul de actionare al forţei şi de deplasare al materialului avem: extrudare directă; extrudare inversă; extrudare combinată.

a-extrudare directã; b-extrudare inversã; c-extrudare combinatã.Fig. Scheme de extrudare

IV. După poziţia axei maşinii avem: Maşină de extrudat cu ax orizontal; Maşină de extrudat cu ax vertical; Maşină de extrudat cu ax oblic.

Presele mecanice pentru extrudare pot fi :

87

cu excentric; cu genunchi; cu manivelă.

Caracteristic este viteza mare de lucru exprimată în număr de curseduble pe minut (ncd/min).

Sculele folosite la extrudare sunt formate din matriţă şi poanson.

Matriţa

1=con de deformare; 2=cilindru de calibrare; 3=cilindru de ieşire

Fig. 3.18. Matriţa de extrudare

88

Poansonul

1=zonã de prindere; 2=corp poanson; 3=zona activãFig. 3.19. Poanson

Materialele din care se execută sunt : oţeluri aliate cu Mo cu duritatea de 55 - 66 HRC; carburi metalice;

3.4.3 Tehnologia extrudării

Etapele procesului tehnologic de extrudare sunt:1. Pregãtirea tehnologicã a fabricaţiei (alegerea

semifabricatului, a sculei, a utilajului, a regimurilor de lucru);2. Obţinerea semifabricatului prin debitare;3. Pregătirea pentru extrudare (prerefulare, recoacere, curăţire,

fosfatare, lubrefiere).4. Extrudarea propriu-zisă5. Operaţii de completare (retezare, găurire, calibrare)6. Control tehnic de calitate.

Procesul de extrudare la rece creează deplasări de material cu presiunispecifice foarte mari în timp foarte scurt (10-2 - 10-1 secunde). Prin faptul că

89

materialul semifabricatului freacă pe suprafaţa sculei pot apare fenomene deuzură a sculei şi a utilajului. Practic aceste fenomene au împiedicat multă vremeaplicarea procedeului de extrudare la rece. A fost nevoie să se elaboreze o nouămetodă care utilizează un strat intermediar între sculă şi materialul supusdeformării. Acest strat trebuie să fie legat metalic de materialul supus deformăriişi să fie poros pentru a îngloba lubrefiant. Metoda, astăzi unanim folosită estecea a fosfatării. Ea constă dintr-o transformare chimică superficială amaterialului obţinându-se un strat de fosfaţi compuşi insolubili. Fosfatarea seexecută după decapare.

În cazul extrudării la rece a oţelului, presiunea la suprafaţa de contactsemifabricat-matriţă poate atinge 250 daN/mm2. Lubrefianţii nu trebuie să aderela pereţii matriţei, ci să preia sarcinile. Ca lubrefianţi se folosesc lubrefianţiisolizi, ca de exemplu bisulfura de molibden.Prin extrudare se pot obţine următoarele rugozităţi ale suprafeţelor :

- extrudare la rece : Ra = 0,2 – 1,6 m- extrudare la cald : Ra = 1,6 – 6,3 m

Produse obţinute prin extrudare

Datoritã avantajelor pe care le prezintã, extrudarea este recomandatã înurmãtoarele cazuri:

- bare rotunde sau profilate;- ţevi;- tuburi şi recipienţi pentru produse alimentare şi cosmetice;- elemente pentru schimbãtoare de cãldurã;- elemente pentru radiatoare.

90

a-bare; b-ţevi; c-sârme; d-profile simple; e-profile complexe; f-elemente pentruschimbãtoare de cãldurã; g-radiatoare; h-butelii şi recipienţi; i-recipienţi

bimetalici.Fig. 3.20 Produse obţinute prin extrudare

91

3.5. FORJAREA

3.5.1. Generalităţi

Forjarea - este procedeul de prelucrare prin deformare plastică la caldcare constă în modificarea formei unui semifabricat, datorită forţelor statice saudinamice exercitate de utilaje specifice, forţe care provoacă curgereamaterialului pe diferite direcţii sub acţiunea unor lovituri succesive sau prinpresare.

Forjarea se realizează prin crearea unei stări tensionale în volumulmaterialului, însoţită de curgerea materialului pe diferite direcţii sub acţiuneaunor lovituri succesive sau a unor forţe statice.

Natura forţelor tehnologice:1. statică - presarea;

2. dinamice - lovituri repetate.În funcţie de natura forţelor tehnologice şi de restricţiile de curgere a

materialelor deosebim două procedee tehnologice:1. Forjare liberă, la care curgerea materialului este liberă.2. Forjare în matriţă, la care curgerea materialului este limitată,

deformarea făcându-se într-o cavitate a unei scule numitămatriţă.

Avantaje

se obţin piese complexe, de la câteva grame la câteva tone; prin forjare se îmbunătăţesc proprietăţile mecanice ale pieselor obţinute,

ceea ce face ca procedeul să fie utilizat la prelucrarea pieselor puternicsolicitate cum ar fi arborii cotiţi, supapele,bielele, roţi dinţate, etc.;

se îmbunătăţeşte indicele de utilizare a materialelor; se realizează o orientare favorabilă a fibrelor faţă de axa eforturilor;

Forjabilitatea este o proprietate tehnologică. Prin materiale forjabile seînţeleg acele materiale şi aliaje care pot fi deformate plastic prin forjare. Deexmplu oţelurile “calmate”, aliajele cuprului, aliajele aluminiului, alemagneziului, sunt forjabile. Nu toate materialele sunt forjabile.

Semifabricatele pentru forjare pot fi sub formă de lingouri, laminate,turnate.

92

3.5.2. Forjarea liberă

Forjarea liberã se aplicã în scopul îmbunãtãţirii proprietãtilor mecaniceale metalelor sau al modificãrii formei acestora.

Procesele de forjare liberă sunt foarte variate, dar toate nu reprezintădecât combinarea unor operaţii simple numite operaţii de bază.

La forjarea liberă prelucrarea se face pe verticală, materialul fiindaşezat de regulă pe o piesă fixă numită “nicovală” sau “sabotă” şi fiindpresat sau lovit de un berbec, direct sau prin intermediul unor scule speciale.

Zonele în care sabotul intră în contact cu materialul sunt detaşabile,putând fi utilizate sabote conform necesităţilor. Principalele operaţii (debazã) care se pot realiza prin forjare liberă sunt:

1. Refularea - mărirea dimensiunilor transversale în detrimentul celorlongitudinale (lungimea).

2. Intinderea - inversul refulării (avem intindere simplă la plăci, intindere pedorn ce se face cu scopul măririi lungimii şi micşorării diametruluiexterior, lărgire pe dorn).

3. Găurire.4. Indoire.5. Tăiere.6. Sudare.7. Răsucire.

Forjarea liberã se recomandã în cazul pieselor de dimensiuni mari sau alpieselor complexe, înainte de forjarea în matriţã.

Tehnologia forjării libere

Etapele procesului tehnologic de forjare liberã sunt:

1. Pregãtirea tehnologicã a fabricaţiei (elaborarea desenuluipiesei forjate);

2. Alegerea semifabricatului;3. Stabilirea masei piesei forjate şi debitare semifabricatului;4. Incălzirea;5. Forjarea;6. Tratamentul termic;7. Curăţirea;8. Control tehnic de calitate.

93

3.5.3. Forjarea în matriţă

Procedeu de prelucrare prin deformare plastică la cald prin carematerialul se deformează simultan pe diferite direcţii, iar curgerea estecondiţionată de forma şi dimensiunile cavitătii matriţei.

Prin matriţare semifabricatul este obligat sã ia forma matriţei. Sculaîn care are loc deformarea se numeşte matriţã de forjat. Matriţa propriu -zisãse compune din douã pãrţi numite semimatriţe şi din douã coloane (bolţuri)de centrare. Cavitatea matriţei are forma şi dimensiunile piesei forjate calde.Elementele tehnologice ale unei matriţe de forjat sunt : planul de separaţie ; razele de racordare înclinãrile suprafeţelor frontale ; adaosurile de prelucrare ; adaosurile de contracţie ; canalul de bavurã.

Se observã cã majoritatea elementelor tehnologice ale unei matriţe deforjat sunt similare celor ale modelelor pentru turnare. Canalul pentrubavurã are rolul de a prelua excesul de material, deoarece nu se poate realizaun calcul exact al semifabricatului, între situaţia de subdimensionare avolumului semifabricatului care ar conduce la obţinerea unei piese cuconfiguraţie incompletã datoritã neumplerii cavitãţii matriţei şi cea desupradimensionare, alegîndu-se ultima care conferã garanţia obţinerii uneipiese matriţate bune. Acest surplus de material (practic marja de siguranţãpe care ne-o luãm pentru a obţine o piesã matriţatã cu configuraţiecompleta) este dirijat cãtre aceste canale pentru bavura. Prin crearea uneirezistenţe sporite la umplerea acestui canal de bavura, se dã posibilitatea deumplere completã a cavitãţii matriţei. Bavura este formatã din douã pãrţi : puntiţa bavurii ; magazia bavurii.

94

1 = puntiţa; 2 = magazie; 3 = plan de separaţieFig. 3.21 Canalul de bavurã

Principalele tipuri de bavuri sunt redate în figura de mai jos :

Fig. 3.22 Tipuri de locaşuri pentru bavurã

Matriţa de forjat poate sã aibã o cavitate sau mai multe. O matriţã cumai multe cavitãţi cuprinde : cavitatea de pregãtire (preforjare) ; cavitatea de matriţare propriu-zisã.

Dacã matriţa are o singura cavitate, aceasta se aşeazã în centrul matriţei,care coincide cu axa maşinii. Dacã matriţa are mai multe cavitãţi, acestea sedispun în ordinea de desfãşurare a operaţiilor de matriţare. Matriţa de forjatse confecţioneazã din oţeluri aliate cu crom şi nichel (pentru a -i conferirefractaritate şi o înalta rezistenţa la rupere). Aceste oţeluri sunt oţeluri decementate (pentru a-i conferi rezistenţa la uzurã), partea superficialã fiindcalitã la 55-60 HRC, în timp ce miezul este mai moale pentru a fi mai tenaceşi a prelua şocurile.

95

Bavura rezultatã se îndepãrteazã printr-o operaţie de debavurare carede fapt reprezintã o ştantare. Debavurarea se poate executa la cald sau larece, cu ajutorul unor scule de construcţie specialã numite matriţe dedebavurat. O matriţã de debavurat se compune dintr-o placã de bazã(tãietoare) şi un poanson. Piesa matriţatã cu bavura se dispune pe placatãitoare. În urma decupãrii se obţine piesa matriţatã fãrã bavurã.

Uneori piesa astfel obţinutã este supusa unei ultime operaţii definisare printr-o matriţare de calibrare în matriţã de forjat. Dacã piesamatriţatã este complexã, atunci semifabricatul utilizat în vederea matriţãriieste o piesã preforjatã sau o piesa turnatã.

Fig. 3.23. Schema debavurãrii

Ca avantaje ale forjării enumerăm productivitate ridicată, precizie şiconsum redus de material, iar ca dezavantaje: limitarea greutăţii pieselor forjateşi costul ridicat de realizare a matriţelor.

Finisarea pieselor matriţate constă în: debavurare la cald sau la rece; îndreptare după debavurare; calibrare - operaţie finală care are ca scop creşterea preciziei

dimensionale şi a calităţii suprafeţelor; curăţirea prin sablare.

Forjarea radială se realizează prin reducerea succesivă a secţiunii prinaplicarea unor forţe identice ce acţionează după două, trei, patru direcţiitransversale. Materialul primeşte o mişcare de avans şi o mişcare de rotaţie, iaroperaţia executată este o întindere. Precizie +/- 0,2 %.

96

Fig.3.24 Schema forjãrii radiale

Utilajele folosite sunt :1. Ciocane mecanice pentru forjare liberă sau în matriţă cu simplu saudublu efect;Ciocanele transmit brusc materialului ce se deformează energia cinetică

a masei aflată în mişcare. Acţiunea lor este însoţită de zgomot şi vibraţiimecanice. Timpul de lovire fiind scurt, presiunea de deformare nu are timp să setransmită până în interiorul pieselor.

2. Presele utilizate pot fi:- hidraulice;- cu fricţiune- cu manivelă;- cu arbore cotit.

Tehnologia matriţării

Etapele procesului tehnologic de matriţare sunt:1. Pregãtirea tehnologicã a fabricaţiei (elaborarea desenului

piesei forjate şi proiectarea matriţei de forjare);2. Debitarea semifabricatului;3. Incălzirea;4. Matriţarea;5. Debavurarea;6. Tratamentul termic;7. Curăţirea;8. Controlul tehnic de calitate.

97

Rezistenţele la rupere ale diferitelor oţeluri la diferite temperaturi sunt redate întabelul de mai jos :

Material r la rece[MPa}

r

[MPa]700 C 900 C 1100 C

Oţel carbon moale 400 75 50 25Oţel carbon 600 162 75 37Oţel carbon dur 800 242 110 50Oţel aliat 1000 320 130 60

In funcţie de aceste valori se decide dacă procedeul de prelucrare va fiefectuat la cald sau la rece.

98

3.6. PRELUCRAREA TABLELOR PRIN DEFORMARE PLASTICĂ

3.6.1.Generalităţi

Tablele sunt semifabricate care au una dintre dimensiuni mai mică decâtcelelalte două. Prelucrarea lor prin deformare plastică (la cald sau la rece)asigură obţinerea unor piese apropiate de forma finală, cu adaosuri minime sauchiar zero. Debitarea tablelor ce urmează a fi prelucrate prin deformare plasticăse face la indici de utilizare ridicaţi (peste 90%). Întreg procesul tehnologicpoate fi uşor automatizat.

Piese obţinute prin deformare plastică pot înlocui cu succes pe celeturnate, forjate, laminate sau obţinute prin alte procedee în condiţiile asigurăriiscopului funcţional al piesei, al reducerii consumului de material şi a manoperei.

Perfecţionările aduse în procesul de fabricare al matriţelor au stimulatdezvoltarea tehnologiilor de deformare plastică a tablelor, preţul de cost ridicatal matriţei fiind unul dintre factorii care au frânat implementarea pe scară largă aacestor tehnologii. Dezvoltarea fără precedent a industriei constructoare deautomobile constituie unul din factorii care au accelerat progresul acestorprocedee tehnologice.

Principalele procedee tehnologice de prelucrare a tablelor sunt :1.Îndoirea - procedeu de deformare plastică (la cald sau la rece, în funcţiede forţele necesare deformării şi a calităţii materialului deformat) prin carese schimbă orientarea axei semifabricatului, fără afectarea lungimii lui.

Fig.3.25. Indoirea

2.Profilarea - operaţia de prelucrare prin deformare plastică a tablelor princare se obţin forme diferite prin îndoiri repetate, paralele cu muchiilelongitudinale. Profilul se obţine prin îndoiri succesive, pe utilaje de tipabkant, folosind dispozitive şi scule profilate.

99

Fig. 3.26 Table profilate

3.Curbarea - operaţia de prelucrare prin deformare plastică a tablelor princare se obţin din semifabricate plate piese parţial sau total cilindrice, cu axaparalelă cu muchia semifabricatului. Se execută de obicei pe valţuri prinvălţuire.

4. Răsfrangerea - procedeu de deformare plastică prin care la unsemifabricat plan cu orificii se realizează lărgirea orificiului prin formareaunui guler.

Fig.3.27. Rãsfrângerea

100

5. Fasonarea la strung - metoda de deformare plastică la rece asemifabricatelor pe modele în mişcare de rotaţie.

Se poate executa cu sau fără subţierea materialului. Metoda se aplicăpentru o serie de fabricaţie mică. Viteza de rotaţie a modelului este de 400 …600 rot / min. pentru oţel şi 600 … 1200 rot / min pentru materiale cu plasticitateridicată (Al, Cu).

Fasonarea se poate executa pe strung sau pe utilaje special conceputenumite drukbank. Există o grosime maximă a tablelor ce se pot deforma (la oţel0,75 mm, la alamă 1,50 mm).

Fig. 3.28 Fasonarea pestrung

6. Umflarea - operaţiune de fasonare pentru mărirea dimensiunilortransversale. Operaţia se poate executa cu poanson de cauciuc sauhidraulic.

1 = matriţã; 2 = suport matriţã; 3 = semifabricat4 = poanson cauciuc; 5 = poanson metalic

Fig. 3.29

7. Ambutisarea - procedeu tehnologic de prelucrare prin deformareplastică (la cald sau la rece) prin care se obţine dintr-un semifabricat

101

plan o piesă cavă (concavă sau convexă) cu sau fără modificareagrosimii materialului. Se execută pe utilaje de tipul preselor hidraulicefolosind dispozitive de tipul matriţelor.

1 = poanson; 2 = semifabricat; 3 = matriţã; 4 = aruncãtor.Fig.3.30. Principiul ambutisãrii

Matriţele sunt alcătuite din :a) poanson;b) corpul matriţei;c) aruncător.

3.6.2. Bazele teoretice ale procesului de ambutisare

Considerăm un semifabricat plat cu diametrul “D“ din care prinambutisare (fără subţierea pereţilor) se obţine o piesă cavă cu diametrul “d” şiînălţimea “h”.

În cursul procesului de ambutisare volumul de material excedentardeplasat contribuie la formarea cutelor. Pentru materiale groase, aceste cute suntnetezite de jocul dintre poanson şi matriţă, în timp ce pentru piesele adânci din

102

materiale subţiri, împiedicarea formării cutelor se face cu ajutorul unui inel dereţinere care apasă asupra materialului în timpul deformării.

Întrebuiţarea sau nu a inelului de reţinere se face dacă D - d > 18 s, unde“s” este grosimea materialului.

Definirea coeficientului de ambutisare este dată de relaţia:

md

D

m

f

i

1Uneori pentru piesele care au adâncimi mari, ambutisarea nu se poate

face dintr-o singură operaţie, efectuându-se ambutisari succesive. In acest cazcoeficientul total de ambutisare va fi :

m m m md

D

md

D

md

d

md

d

md

D

t nn

nn

1 2

11

22

1

33

2

Pentru prima ambutisare considerăm m1=0,45 0,60, iar pentruurmătoarele mi=0,65 … 0,80.

Pentru grosimi ale materialului mai mici decât 2 mm se aleg valoriinferioare ale coeficientului de ambutisare.

Pentru evitarea fenomenelor de gripare sau rupere a materialului întimpul ambutisării, între poanson şi matriţă se lasă un joc z=(1,1 … 1,3)s.

Ambutisarea cu subţierea pereţilor se deosebeşte de cea fără subţiereapereţilor prin faptul că jocul “z” se alege mai mic, z=(0,25 … 0,65)s.

Gradul de deformare se determină cu relaţia

s s

sn n

n

1

1

unde sn-1, sn

sunt grosimile pereţilor înainte şi după ambutisare.Pentru prima operaţie ε=0,25, iar pentru celelalte ε i=0,30.

103

3.6.3. Ambutisarea prin explozie

Ambutisarea prin explozie este un procedeu de deformare plastică atablelor cu viteză mare de deformare. Explozivii folosiţi pot fi lenţi (presiunipână la 30 daN/mm2 şi viteze de 300 … 2400 m/s) sau brizanţi (presiuni până la3000 daN/mm2 şi viteze de 1200 … 7500 m/s). Prelucrările se fac în camereînchise special amenajate. Folosind explozivii brizanţi se pot fabrica produse dedimensiuni mari (diametre până la 10 metri şi grosimi de 30 mm).

1 = matriţã; 2 = semifabricat; 3 = sursã explozivã4 = mediu undã şoc; 5 = conductã evacuare aer; 6 = placã fixare

Fig.3.31. Ambutisarea prin explozie

3.6.4. Ambutisare electro-hidraulică

Ambutisarea electro-hidraulică întrebuinţează ca sursă de energiedescărcarea electrică de înaltă tensiune sub forma unor impulsuri de scurtadurata amorsata în medii dielectrice lichide. Undele de presiune generate dedescărcarea în mediu lichid sunt transmise semifabricatului producânddeformarea.

104

1 = sursã alimentare; 2 , 4= contacte; 3 = condensator; 5 = electrozi; 6 =canaldescãrcãri

7 = camerã amorsare; 8 = matriţã; 9 = semifabricat; 10 = canal evacuare; 11=apã

Fig.3.32. Ambutisarea electro-hidraulicã

3.6.5. Ambutisarea electro-magnetică

Se aplică pentru prelucrarea cu viteză mare a semifabricatelor cilindricedin tablă.

Forţa necesară deformării plastice se obţine din interacţiunea unui câmpmagnetic sub forma de impuls de mare intensitate şi curenţii electrici induşi însemifabricat.

3.6.6. Domenii de aplicare şi perspective

Prelucrarea tablelor prin deformare plastica se aplica pentrusemifabricate şi piese finite în domenii ca :

1. Industria automobilelor - la executarea caroseriilor.2. Industria chimică - executarea fundurilor pentru recipienti,

calote semisferice.3. Industria bunurilor de larg consum (obiecte de uz casnic).4. Industria constructoare de maşini (carcase, rezervoare)

Dezvoltarea tehnologiilor spaţiale a necesitat punerea la punct a unorprocedee de deformare plastică a unor materiale dure şi stabile la temperaturiînalte în condiţii de precizie ridicată.

105

3.6.7. Controlul tehnic al pieselor deformate plastic. Defecte. Remedieri

Controlul tehnic se execută pe întreg fluxul.Se executa controlul dimensional, al materialului şi al eventualelor

defecte.El poate fi :

a) distructiv;b) nedistructiv - cu radiaţii gama, ultrasonic, etc.;

Defectele pieselor deformate plastic pot fi :a) defecte de material - retasuri, porozităţi, sufluri, capilarităţi,

segregaţii, incluziuni, compoziţie chimică necorespunzătoare;b) defecte de prelucrare - fisuri, crăpături, suprapuneri,

amprente, loviri;c) defecte de încălzire - decarburări, arderi;

Defectele pot fi remediabile sau neremediabile în care caz ele devinrebuturi.

Remedierea se face conform unor tehnologii speciale după tipuldefectului ce trebuie corectat.

106

CAPITOLUL 4SUDAREA METALELOR

4.1.Generalităţi

Sudarea este o metodã de îmbinare nedemontabilã a douã corpurimetalice, prin stabilirea unor legãturi între atomii marginali ai celor douãcorpuri, în anumite condiţii de temperatura şi presiune.

Peste 42% din producţia mondialã de oţel este utilizatã în construcţiisudate.

Rezultatul sudãrii este cusãtura sudatã sau cordonul de sudurã.

Avantajele metodei

- faţã de celelalte procedee de asamblare (în special nituirea) serealizeazã o economie de material (nu se mai suprapun tablele),se realizeazãetanşietatea îmbinãrii şi în absenţa gãurilor pentru nituri creşte rezistenţaasamblãrii.

- faţã de piesele turnate se obţin construcţii mai suple, consumul demanopera la sudare este mai mic, iar rezistenţa la rupere a materialelorlaminate (care se sudeazã) este mai mare decât al celor turnate;

- se pot obţine construcţii mixte formate din mai multe pãrţi, fiecaredin alt material sau obţinut prin alt procedeu tehnologic;

- pentru a suda materiale uzuale utilajele necesare sunt accesibile şisimple;

- calitate superioarã a îmbinãrii din punct de vedere al rezistenteimecanice;

- permite mecanizarea şi automatizarea completã a proceselor;- se realizeazã o importantã economie de manoperã faţã de alte

procedee;- se pot realiza construcţii mai uşoare, adaosurile de prelucrare fiind

mai mici decât în cazul pieselor turnate sau forjate;

Dezavantaje

- nu se pot executa serii de fabricaţie mari;

107

- procedeele tehnologice de sudare de mare productivitate necesitãutilaje scumpe;

- de cele mai multe ori piesele sudate trebuiesc detensionate printratamente termice, ceea ce conduce la creşterea costurilor, a consumurilorenergetice şi a manoperei;

- majoritatea construcţiilor sudate necesitã un constrol nedestructiv;- este necesarã utilizarea unei forţe de muncã calificate;

4.1.1. Principiul fizic al sudãrii

Pentru crearea unor forţe de legãtura între corpuri este necesar caatomii dispuşi pe suprafaţa unuia dintre corpuri sã reacţioneze cu atom iiceluilalt corp. Aceasta presupune apropierea celor din atomi la o distanţã de10-10m.

Aceasta condiţie se poate realiza prin doua soluţii de bazã:1) încãlzirea pãrţilor de îmbinat în poziţie alãturatã2) exercitarea unei presiuni asupra lor.

Prin încãlzire se mãreşte energia libera a atomilor şi se slãbesclegaturile interatomice şi creşte plasticitatea materialului. Dacã încãlzireaeste mare se realizeazã o baie de metal topit prin solidificarea cãreia seobţine cordonul de sudurã. Fenomenele care au loc în baia de metal topit sesupun legilor metalurgiei.

Presiunea exercitatã între pãrţile de îmbinat dã naştere la deformaţiiplastice care determinã curgerea materialului de-a lungul suprafeţelor încontact astfel încât se obţine apropierea unor straturi interioare de metal.Dacã presiunea este destul de mare, ea singurã poate realiza sudarea la rece.

Mecanismul apariţiei forţelor de legãturã între pãrţile de sudat,depinde în primul rând de starea de agregare în care se gãsesc acestea.

Ele pot fi ambele lichide sau ambele solide.La sudarea în faza lichida stabilirea legãturii începe în baia comuna

odatã cu interacţiunea materialelor topite şi se continuã cu procesul decristalizare. O mare influenţã o au solubilitatea celor douã metale în staresolida şi diferenţa între proprietãţile fizice.

La sudarea în stare solida forţele de prindere a unei piese de alta seobţin prin apropierea mecanica a atomilor de pe suprafeţele în contact.Pentru prinderea totala ar trebui ca distanta dintre atomi celor doua corpurisa fie de ordinul parametrilor reţelei cristaline.

Practic acest lucru nu se produce datorita existentei unor straturi deoxizi la contactul metalelor. Aceste straturi împiedicã coeziunea moleculara.

108

În plus microneregularitãţile suprafeţelor de separaţie determina osuprafaţa de contact realã mai micã decât cea aparentã.

În concluzie prin presare la rece posibilitatea întâlnirii a douã cristaleaparţinând celor douã corpuri este micã şi de aceea chiar în cazul sudãriiprin presiune când materialele sunt în stare solida este necesara încãlzirealor, prin încãlzire creşte plasticitatea metalului şi amplitudinea oscilaţiilortermice ale atomilor, creşte numãrul de vacanţe.

4.1.2. Structura îmbinãrilor sudate prin topire

Prin sudurã se înţelege rezultatul operaţiei de sudare , iar princusaturã sudatã se defineşte aceea zonã a îmbinãrii în care au acţionatefectiv forţele de coeziune interatomicã.

Zona îmbinãrii este diferitã de zona materialului de bazã, deosebireadatorându-se şi modului în care s-a realizat cusãtura: prin topire sau prinpresiune.

Cordoanele de sudurã obţinute prin topire au o structurã şi ocompoziţie chimicã proprie.

În cazul obişnuit al sudurii cu adaos de material cusãtura înglobeazãpe lângã acesta şi materialul de bazã. Baia de sudura astfel rezultatã intrã înreacţii chimice cu elemente din mediul înconjurãtor (O2, H2, N2) şi cudiferite elemente de aliere(Si , Mn, C, Cr).

Oxigenul dã naştere la oxizi, hidrogenul se dizolvã şi favorizeazãapariţia fisurilor, iar azotul formeazã nitruri dure care reduc plasticitateasudurii.

În plus se pot introduce elemente de aliere prin materialul de adaossau prin materialele menite sã protejeze baia. Trebuie sã ţinem cont defaptul cã unele elemente de aliere se pot pierde prin ardere.

Dupã solidificare la locul îmbinãrii apar patru zone cu structuricaracteristice.

Cusãtura (1) are o structura dendridicã tipica metalelor turnate.Intre cusãturã şi metalul de baza se distinge o zona foarte îngustã de

trecere (2) provenitã dintr-un amestec de metal topit şi metal de bazasupraîncãlzit şi format din constituenţi de difuzie reciprocã. Cu câtdeosebirea dintre compoziţia chimicã a metalului de adaos şi cea de bazãeste mai mare, cu atât aceastã zonã este mai vizibilã.

109

Fig.4.1. Structura îmbinãrii sudate prin topire

În metalul netopit din apropierea cusãturii, datorita încãlzirii şi rãciriirapide, au loc transformãri structurale, fãrã modificarea compoziţiei chimiceîntr-o zonã numitã zonã de influenţã termicã (Z.I.T.) (3). În aceastã zonã auloc recristalizãri şi transformãri de fazã, difuziuni. Adâncimea ei depinde deregimul termic folosit. În funcţie de viteza de rãcire se obţin în Z.I.T.structuri de cãlire care mãresc duritatea oţelului.

Zona (4) este cea a materialului de bazã.La sudarea prin presiune, absenţa materialului de adaos şi încãlzirea

la temperaturi mai mici determinã o structurã mai simplã. Nu apar diferenţesensibile de compoziţie chimicã şi se obţin structuri cu grãunţi mari (datoritãvitezelor de rãcire mari) care înrãutãţesc proprietãţile mecanice.

4.1.3. Sudabilitatea materialelor metalice

Sudabilitatea este o proprietate tehnologicã care determinã încondiţii de sudare date, capacitatea materialelor de a realiza îmbinãri sudate.

Cordoanele de sudurã trebuie sã corespundã condiţiilor impuse dinpunct de vedere metalurgic, constructiv şi tehnologic.

Noţiunea de sudabilitate este condiţionatã atât de proprietãţilemetalului cât şi de modul de realizare a sudurii.

Pentru aprecierea sudabilitãţii existã prescripţii şi criterii deapreciere specifice fiecãrui material şi fiecãrei ţãri. Metodele sunt empirice.

110

În România, conform STAS 7194-79 oţelurile se împart, din punctde vedere al sudabilitãţii în trei grupe:

I BunãII PosibilãIII. Necorespunzãtoare

Pentru determinarea sudabilitãţii se fac încercãri de duritate în zonade influenţã termicã Z.I.T. Duritatea este influenţatã de conţinutul decarbon.

Fig.4.2. Diferenţa dintre duritatea materialului de bazã si cea a Z.I.T.

Se observã cã la procente mai mari de 0,30% C duritatea Z.I.T. –ului creşte mult favorizându-se ruperea fragilã. Fiecare element de aliereconţinut de oţel afecteazã duritatea cordonului şi deci sudabilitatea. Pentru aţine cont şi de acestea se introduce noţiunea de carbon echivalent Ce[%].

Carbonul echivalent este procentul de carbon al unui oţel nealiat careare aceeaşi sudabilitate cu a oţelului aliat utilizat. Conform STAS 7194-79carbonul echivalent se stabileşte cu formula.

Ce=C+15136542

iunro NCMCMP +0,0024 g

unde “g” este grosimea tablelor care se sudeazã.

111

1-procedee de sudare cu flacãrã oxigaz; 2-procedee de sudare cu arc electricFig. 4.3 Dependenţa sudabilitãţii oţelurilor în funcţie de conţinutul de

carbon echivalent

De obicei se prefera utilizarea oţelurilor cu pânã la 0,25%C.

Clase de sudabilitate

Distingem urmãtoarele clase de sudabilitate:

I. Sudabilitate bunã necondiţionatã

Din aceastã clasã fac parte oţelurile cu un carbon echivalent mai micde 0,25%, cum ar fi OL37, OLC 10, OLT 32, etc. Se caracterizeazã prin:

112

- nu suferã transformãri structurale în urma sudãrii;- nu sunt sensibile la configuraţia geometricã a

ansamblului sudat şi a sudurilor;- pot fi sudate prin toate procedeele de sudare, fãrã

restricţii speciale.

II. Sudabilitate bunã condiţionatã

Din aceastã clasã fac parte oţelurile cu un carbon echivalent de0,25...0,50%, cum ar fi oţelurile slab aliate şi cele carbon de calitate. Secaracterizeazã prin:

- pot suferi transformãri structurale nefavorabile şidurificãri, fac sudura sensibila la fisurare şi la rupere;

- sunt sensibile la configuraţia geometricã a ansambluluisudat.

III. Sudabilitate sever condiţionatã

Din aceastã clasã fac parte oţelurile cu un carbon echivalent de0,50...0,68%, cum ar fi oţelurile austenitice inoxidabile. Se caracterizeazãprin:- pot fi sudate prin toate procedeele de sudare prin topire cu condiţiarespectãrii unor mãsuri tehnologice (preîncãlzire la 100...200 0C).

IV. Sudabilitate foarte sever condiţionatã

Din aceastã clasã fac parte oţelurile cu un carbon echivalentde 0,68...1,0%, cum ar fi oţelurile inoxidabile feritice şi martensitice. Secaracterizeazã prin:

- suferã întodeauna transformãri structurale nefavorabile şischimbãri ale proprietãţilor fizice şi mecanice;

- sunt sensibile la configuraţia geometricã a ansambluluisudat, conducând la fragilitate, rezsistenţã la obosealãscãzutã;

- pot fi sudate printr-un numãr redus de procedee, cucondiţia respectãrii unor mãsuri tehnologice severe.

V. Sudabilitate necorespunzãtoare

113

Din aceastã clasã fac parte oţelurile cu un carbon echivalent maimare de 1%. Se caracterizeazã prin:

- suferã transformãri fizice, chimice şi mecanice totalnefavorabile:

1-cusãturã sudatã; 2-zonã de supraîncãlzire; 3-zonã de normalizare; 4-zonãde recristalizare parţialã; 5-zonã de recristalizare totalã; 6-metalul de bazã.Fig. 4.4 Transformãrile structurale ale oţelului carbon cu 0,20% C, în timpul

încãlzirii şi rãcirii cauzate de sudurã

4.1.4. Materiale de adaos la sudare

Sudarea se poate efectua fie cu material de adaos, atunci cândcusãtura sudatã se formeazã şi cu material metalic din afara pãrţilorîmbinate, fie fãrã material metalic de adaos.

Proprietãţile materialelor metalice de adaos

Pentru a fi corespunzãtor materialul de adaos trebuie saîndeplineascã urmãtoarele condiţii:

- sã aibã o compoziţie chimicã apropiatã de cea a materialului debazã;

114

- sã conducã la suduri cu proprietãţi mecanice apropiate de cele alemetalului de bazã. Din acest punct de vedere proprietatea care se urmãreşteîn primul rând este tenacitatea

- prin solidificare sã conducã la structuri omogene, cu granulaţie finã- sã corespundã condiţiilor de mediu în care lucreazã piesa- sã fie uşor prelucrabilÎn afara materialului care intrã direct în masa cusãturii (sârme,

electrozi) se considerã drept material de adaos şi materialele care contribuiela alierea sudurii (învelişuri, fluxuri)

4.1.4.1. Sârme de sudurã

Sârmele de sudurã se prezintã sub forma de colaci sau vergele şi audiametre cuprinse între 0,5 şi 12,5mm.

Se utilizeazã la sudarea cu flacãrã, la sudarea sub strat de flux sau lasudarea în medii protectoare de gaze. Ele pot fi aliate sau nealiate.

Din punct de vedere constructiv sârmele pentru sudură se împart îndouă mari categorii:

1. Sârme pline din oţel;2. Sârme tubulare.La rândul lor, sârmele pline din oţel sunt standardizate astfel:

a) Sârme pentru sudare sub strat de flux (SR EN 756:1997);b) Sârme pentru sudare în medii de gaz protector cu electrod

fuzibil (SR EN 440: 1996);c) Sârme pentru sudare WIG (SR EN 1668: 2000);

Sârmele tubulare pentru sudare se folosesc la sudarea cu arc electriccu sau fără gaz de protectie (SR EN 758: 1998).

Sârme pentru sudare sub strat de flux

Simbolizarea acestor sârme-electrod este reglementată prin SR EN756:1997 şi cuprinde 5 grupe:

1. Simbolul produsului şi/sau procedeului identificat (litera S);2. Simbolul rezistenţei la tracţiune, a limitei de curgere şi a alungirii

metalului depus prin sudare pentru tehnica de sudare în mai multestraturi (Tabelul T 4.3), sau rezistemţa la tracţiune şi limita decurgere minimă a metalului de bază, pentru tehnica de sudare îndouă straturi (Tabelul T 4.1);

115

3. Simbolul caracteristicilor de încovoiere prin şoc ale metalului depussau ale îmbinării sudate realizate în vederea clasificării (Tabelul T4.3);

4. Simbolul tipului de flux utilizat (Tabelul 4.2);5. Simbolul compoziţiei chimice a sârmei-electrod utilizate conform

EN 756: 1995 (Tabelul T4.4);

Simbolizarea caracteristicilor la tracţiune pentru tehnica cu douã straturiTabelul 4.1

Simbol Limita de curgere ametalului de bază

Rp0,2 minim

[N/mm2 ]

Rezistenţa la rupere aîmbinării sudate

[N/mm2 ]

2T 275 3703T 355 4704T 420 5205T 500 600

Tabelul 4.2Simbol Constituenţi chimici

caracteristici(1) (2)MS

silico-manganosMnO+SiO2>50%

CaO<15%CS

silico-calcicCaO+MgO+SiO2>55%

CaO+MgO>15%ZS

silico-zirconicZrO2+SiO2+MnO>45%

ZrO2>15%RS

silico-rutilicTiO2+SiO2>50%

TiO2>20%AR

alumino-rutilicAl2O3+CaO+MgO>40%

ABalumino-bazic

Al2O3+CaO+MgO>40%Al2O3>20%CaF2<22%

ASalumino-siliconic

Al2O3 + SiO2 + ZrO2 >40%CaF2 + MgO>30%

116

Zr2O>5%(1) (2)AF

alumino-fluoro-bazicAl2O3 +CaF2 >70%

FBfluoro-bazic

CaO+MgO+CaF2+MnO>50%CaF2 >15%SiO2 <20%

Z Orice altă compoziţie

Tabelul T 4.3Simbolizarea caracteristicilor la

tracţiuneSimbolizarea

caracteristicilor laîncovoiere prin şoc

Sim-bol

Limitade

curgere

Rezistenţala rupere

Rm

Alungirea rupere

[%]

Sim-bol

Energia larupere

KV minim

Tem. deîncercare

oC35 355 440-570 - Z Medie

47Valoareindividuală 32

-

38 380 470-600 20 A +2042 420 500-640 20 0 046 460 530-680 20 2 -2050 500 560-720 18 3 -30

4 -405 -506 -607 -708 -80

Tabelul T4.4Simbol Compoziţie chimică

C Si Mn Mo Ni CrS0 Orice altă compoziţie pusa de acord(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)S1 0,05-0,15 0,15 0,35-0,6 0,15 0,15 0,15S2 0,07-0,15 0,15 0,8-1,3 0,15 0,15 0,15S3 0,07-0,15 0,15 >1,3-1,75 0,15 0,15 0,15S4 0,07-0,15 0,15 >1,75-2,25 0,15 0,15 0,15

S1Si 0,07-0,15 0,15-0,40 0,35-0,6 0,15 0,15 0,15S2Si 0,07-0,15 0,15-0,40 0,8-1,3 0,15 0,15 0,15

117

S2Si2 0,07-0,15 040-0,60 0,8-1,3 0,15 0,15 0,15(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

S3Si 0,07-0,15 0,15-0,40 >1,3-1,85 0,15 0,15 0,15S4Si 0,07-0,15 0,15-0,40 >1,85-2,25 0,15 0,15 0,15

S1Mo 0,07-0,15 0,05-0,25 0,35-0,6 0,45-0,65 0,15 0,15S2Mo 0,07-0,15 0,05-0,25 0,8-1,3 0,45-0,65 0,15 0,15S3Mo 0,07-0,15 0,05-0,25 >1,3-1,75 0,45-0,65 0,15 0,15S4Mo 0,07-0,15 0,05-0,25 >1,75-2,25 0,45-0,65 0,15 0,15S2Ni1 0,07-0,15 0,05-0,25 0,8-1,3 0,15 0,8-1,2 0,15

S2Ni1,5 0,07-0,15 0,05-0,25 0,8-1,3 0,15 >1,2-1,8 0,15S2Ni2 0,07-0,15 0,05-0,25 0,8-1,3 0,15 >1,8-2,4 0,15S2Ni3 0,07-0,15 0,05-0,25 0,8-1,3 0,15 >2,8-3,7 0,15

S2Ni1Mo

0,07-0,15 0,05-0,25 0,8-1,3 0,45-0,65 0,8-1,2 0,20

S3Ni1,5 0,07-0,15 0,05-0,25 >1,3-1,7 0,15 >1,2-1,8 0,20

S3Ni1Mo

0,07-0,15 0,05-0,25 >1,3-1,8 0,45-0,65 0,8-1,2 0,20

S3Ni1,5Mo

0,07-0,15 0,05-0,25 1,2-1,8 0,30-0,50 1,2-1,8 0,20

Exemplu de simbolizare:

Cuplu sârmă-flux pentru sudare cu arc electric sub strat de flux,tehnica în mai multe straturi, prin care se depune un metal având limita decurgere de minimum 460 N/mm2 (46) şi o valoare a energiei de rupere laîncovoiere prin şoc de minimum 47 J la –300C (3), realizat cu flux alumino-bazic (AB) şi o sârmă electrod S2

Cuplu sârmă-flux EN756 – S 46 3 AB S2

Sârme pentru sudare în medii de gaz protector cu electrod fuzibil

Simbolizarea acestor sârme-electrod este reglementată prin SR EN440: 1996 şi cuprinde:

1. Simbolizarea produsului şi/sau procedeului de sudare (literaG=sudare cu electrod fuzibil; litera W=sudare cu electrod nefuzibil);

2. Simbolul rezistenţei şi alungirii metalului depus (vezi standard);

118

3. Simbolul caracteristicilor la încovoierea prin şoc a metalului depus(vezi standard);

4. Simbolul gazului de protecţie utilizat (conform Tabelului T 4.5).

Compoziţia chimică a electrodului este redată în EN 440: 1994.

Tabelul T 4.5Simbol Gaz de protecţie

M Amestecuri de gaze EN 439-M2, dar fărăheliu

C Gaz de protecţie EN 439-C1, dioxid decarbon

Exemplu de simbolizare:

Metalul depus prin sudare cu arc electric în mediu protector de gaz, cuelectrod fuzibil (G), având limita de curgere de minim 460 N/mm2 (46) şivaloarea medie a energiei de rupere de minimum 47 J la –300C(3), obţinutprin sudare în amestec de gaze (M), utilizând o sârmă electrod G3Si 1.

EN 440 – G 46 M G3Si 1

Simbolizarea sârmelor-electrod pentru sudarea WIG estereglementată prin SR EN 1668: 2000 iar simbolizarea sârmelor tubularepentru sudarea cu arc electric cu sau fără gaz de protecţie este reglementatăprin SR EN 758: 1998.

Din punct de vedere constructive sârmele tubulare pot fi cu conturînchis şi cu contur deschis.

Fluxuri pentru sudarea cu arc electric sub strat de flux

Fluxurile sunt materiale granulate formate din amestecuri deminerale având roluri de:- protecţie a bãii de metal topit;- de a contribui cu elemente de aliere şi elemente dezoxidante la formarea

sudurii;

119

- de a elimina gazele;- de a micşora viteza de rãcire a sudurii;- în cazul sudãrii cu arc şi rolul de stabilizator al acestuia.

In afara acestor funcţiuni principale fluxurile mai îndeplinesc şi toatecelelalte funcţiuni pe care le îndeplineşte învelisul electrodului.

După modul de obţinere şi din punct de vedere al compoziţiei lorchimice fluxurile se clasifică în:

1. Fluxuri topite (T) = au în compoziţie mangan, cuarţ, oxizi demagneziu, oxizi de aluminiu, etc. Aceste materiale se topesc şi segranulează prin turnare în apă.Fluxurile turnate au un aspect sticlos.Acest tip de flux se utilizează în special la sudarea oţelurilor carbonşi slab aliate, fiind cele mai utilizate tipuri de fluxuri.

2. Fluxuri ceramice (C) = se obţin prin aglomerare cu silicat desodium şi au în compoziţie: feldspat, oxid de aluminiu, feroaliaje demangan, crom, siliciu, etc. Se utilizează în special la încarcărea prinsudură si la sudarea oţelurilor slab aliate. Sunt higroscopice şiscumpe.

3. Fluxurile sinterizate = se obţin din pulberi metalice sinterizate.Granulele astfel obţinute sunt mai puţin higroscopice decât fluxurileceramice.

4. Fluxuri pasive = se obţin prin înlocuirea oxizilor de siliciu şimangan cu oxizi de aluminiu. Datorită pasivităţii aceste fluxuri nuinteracţionează cu baia de metal topit. Sunt recomandabile la sudareaoţelurilor aliate, pentru a nu influenţa compoziţia chimică a cusăturii.

In funcţie de caracterul lor fluxurile pot fi bazice sau acide. Bazicitateainfluenţează semnificativ tenacitatea cusăturii.

Fluxurile pentru sudarea cu arc electric sub strat de flux sesimbolizeazã conform EN 760: 1996 şi simbolozarea cuprinde şaseelemente:

1. Simbolul produsului şi/sau procedeului (litera S);2. Simbolul metodei de fabricaţie:F – flux topit;A – flux aglomerat;M – flux mixt (amestecat);3. Simbolul tipului de flux, pe baza constituenţilor chimici

caracteristici (Tabelul T 4.2);4. Simbolul referitor la utilizare – clasa fluxului (Tabelul T 4.6);

120

Tabelul T 4.6Clasa defluxuri

Domeniul de utilizare

1 Fluxuri pentru sudarea cu arc electric sub strat de fluxale oţelurilor nealiate şi ale oţelurile pentru construcţii,oţelurile de înaltă rezistenţă şi termorezistente. Ingeneral fluxurile nu conţin elemnte de aliere în afară deMn şi Si.; în consecinţă, compoziţia metalului depuseste influenţată în mod esenţial de compoziţia sârmelorelectrod şi de reacţiile metalurgice. Aceste fluxuri suntadecvate atât pentru executarea îmbinărilor sudate, cătşi pentri încărcarea prin sudare. In cazul sudării deîmbinare, majoritatea acestor fluxuri pot fi utilizate cutehnica în mai multe straturi şi cu tehnica într-un singurstrat şi/sau în două straturi.

2 Fluxuri pentru sudarea şi încărcarea oţelurilorinoxidabile şi a oţelurilor cu Cr şi cu Cr-Ni refractareşi/sau a nichelului şi a aliajelor de nichel.

3 Fluxuri destinate, în special, încărcării prin sudare,conducând la obţinerea unui metal rezistent la uzurãprin transfer al elementelor de aliere din flux, cum suntC, Cr sau Mo.

5. Simbolul referitor la activitatea metalurgică (creşterea şi/sauscăderea conţinutului de elemente de aliere). Există 5 clase deactivitate metalurgică, menţionate în standard

Exemplu de simbolizare

Flux pentru sudare cu arc electric sub strat de flux (S) fabricat printopire (F), de tip silico-calcic (CS) pentru utilizare în clasa I (I), cu 0,2 %creştere pentru siliciu (6) şi 0,5% pentru mangan (7), care poate fi utilizat înc.a. sau în c.c (AC) şi cu care se obţine un metal depus conţinând 8 ml dehidrogen la 100 g metal depus (H10):

Flux pentru sudare EN 760 – S CS 1 67 AC H10

Partea obligatorie a simbolizării este:

121

EN 760 – S CS 1

Granulaţia fluxului nu intră în simbolizarea acestuia, dar esteobligatorie la marcarea ambalajelor, indicându-se fie simbolul pentrudimensiunile minime şi maxime ale granulelor, conform Tabel T 4.7, fiedirect dimensiunile în mm. Exemplu : 2 – 16 sau 0,2 – 1,6.

Tabelul T 4.7Dimensiunile

granulelor[mm]

Simbol

2,5 252,0 201,6 16

1,25 120,8 80,5 5

0,315 30,2 20,1 1

<0,1 D

Alte materiale de adaos

In afara acestor materiale de adaos mai există următoarele materialede adios:

- Electrozi înveliţi pentru sudarea fontelor – ISO 1071: 1983 şi STAS7242-82;

- Electrozi pentru sudarea aluminiului cu electrozi înveliţi STAS8524-70;

- Vergele şi sârme pentru sudarea aluminiului şi a aliajelor dealuminiu STAS 11019-85;

- Electrozi de wolfram pentru sudare WIG şi cu plasmă EN26848:1991 (ISO 6848:1984);

122

Gaze de protecţie

Gazele de protecţie au rolul de a realize o barieră protectoare întrebaia de metal topit şi gazele din atmosferă. Ele pot fi active (CO2) sau inerte(argon, heliu, amestecuri). Gazele de protecţie utilizate la sudarea cu arcelectric sunt standardizate conform SR EN 439: 1996.

Tabelul T 4.8Notare Constituenţi [procente de volum] Aplicaţii Obs.Gr. Nr. Oxidant Inert Redu-

catorNereactiv

CO2 O2 Ar He H2 N2

R 1 Rest >0-15 WIG, sudarecu plasmă

Red2 Rest >15-35

I 1 100 MIG, WIG,sudareplasmă

Inert2 1003 Rest >0-

95M1 1 >0-5 Rest MAG Mai

putinoxid.

2 >0-5 Rest3 >0-3 Rest4 >0-5 >0-3 Rest

M2 1 >5-25

Rest Maimultoxid.2 >3-

10Rest

3 >0-5 >3-10

Rest

4 >5-25

>0-8 Rest

M3 1 >25-50

Rest

2 >10-15

Rest

3 >5-50

>8-15

Rest

C 1 100 Nereactiv2 Rest 0-30

F 1 100 Tăiereplasmă

Reduc.2 >0-50 Rest

123

Standardul mai sus menţionat clasifică gazele astfel:R = amestecuri de gaze reducătoare.I = gaze einerte şi amestecuri inerte.M = amestecuri oxidante, dioxid de carbon saui ambele.C = gaze puternic oxidante şi amestecuri puternic oxidante.F =gaze nereactive sau amestecuri de gaze reducătoare.

Simbolizarea gazelor de protecţie utilizate la sudare se face prinindicarea următoarelor elemente:

- termenul de “gaz de protecţie”;- numărul standardului;- grupa şi numărul de identificare, conform standardului

Exemplu de simbolizare:

Gaz de protecţie EN 439 – I3

Amestec conţinând 30%

4.1.4.2. Electrozii înveliţi pentru sudare

Prin electrod se înţelege orice corp metalic legat la unul din poliisursei electrice de sudare, dacã acel corp nu este corpul de sudat.

- nefuzibili - nu participã la realizarea sudurii ci numai larealizarea sursei termice

Electrozi- fuzibili - înveliţi-sudurã manualã cu arc

- neînveliţi - sudura în mediu protector

Invelişul este un strat format dintr-un amestec de substanţe aplicat peexteriorul materialului de adaos.Invelisul electrodului îndeplineşte urmãtoarele funcţiuni:

1. Funcţia ionizatoare se realizeazã prin introducerea unor substanţecare îmbunãtãtesc stabilitatea funţionãrii arcului electric, prinintensificarea procesului de ionizare a spaţiului dintre electrod şipiesã.

124

2. Funcţia moderatoare se realizeazã prin formarea unei cruste dezgurã deasupra cordonului de sudurã, reducându-se astfel viteza derãcire şi ameliorându-se structura.

3. Funcţia protectoare realizeazã protecţia bãii de metal topitîmpotriva contactului cu gazele din atmosferã.

4. Funcţia de aliere se realizeazã prin introducerea unor elemnte dealiere sub formã de feroaliaje, care modificã proprietãţile cordonuluide sudurã în sensul dorit.

5. Funcţia de curãţire conduce la reducerea conţinutului de sulf şifosfor din cordonul de sudurã, reducând astfel riscul apariţieifisurilor atât la cald cât şi la rece.

6. Funcţia de sprijinire asigurã întãrirea rapidã a zgurii formate prinsolidificarea peliculei de învelis topit.Materialele care intrã în structura învelişului sunt:- ionizate - carburi de calciu;- zgurifiante - minereu de Mn, Fe, T;- dezoxidanţi-feroaliaje(Si, Mn);- componente de aliere - feroaliaje, oxizi;- fluidifianţi - bioxid de titan;- lianţi;- plastifianţi – bentonitã , dextrinã;- componenţi de adaos - pulberi de fier;Electrozii înveliţi sunt cei definiţi prin STAS 1125-64.Ei pot avea diametre cuprinse de : 1,2;1,6;2;2,5;3,25;4;5;6;.......12,5

mm şi lungimi de 300;350;450, 500 mmDupã natura învelişului electrozii pot fi: acizi, bazici, celulozici,

oxidanţi, titanic, rutilic, special.

- electrozi cu înveliş acidAsigurã viteze mari de sudare şi proprietãţi bune ale sudurii

oţelurilor cu maximum 0,20%C.La conţinut mai mare de carbon au tendinţã de fisurare la cald.

Invelişul acid este format din oxizi metalici, silicaţi naturali, substanţeorganice, dezoxidanţi.

- electrozi cu înveliş bazicConţin carbonaţi de calciu, fluoruri, silicaţi şi feroaliaje.Invelişul bazic asigurã o puritate mare a sudurii şi alierea cu Mn. Se

recomandã pentru oţelurile greu sudabile.

125

Dezavantaje:- sunt higroscopici;- nu asigura stabilitatea arcului;- produc o zgurã aderentã;

- electrozi cu înveliş oxidantConţin oxizi metalici şi silicaţi.Arcul este stabil, dar protecţia bãii faţã de O2 şi N2 este slabã. Se

utilizeazã la lucrãri nepretenţioase.

- electrozi cu înveliş titanicAu o compoziţie asemãnãtoare cu a celor acizi, dar au TiO2ca

substanţã dominantã. Sunt cele mai larg utilizate învelişuri. Produc cusãturicu rezistenţã mare şi puţin predispuse la fisurare.

- electrozi cu înveliş celulozicConţin 10% celuloza sau alte substanţe organice care au efect

reducãtor pentru O2 şi N2, dar introduc H2 în cusãturã.

- electrozi cu înveliş rutilicZgura rezultatã este vâscoasã fapt ce îi recomandã pentru sudurile de

poziţie.

- electrozi cu învelişuri specialeSe folosesc la sudarea sub apã (cu înveliş nehigroscopic) sau au

penetraţie adâncã.

Clasificarea şi simbolizarea electrozilor înveliţi pentru sudarea oţelurilor

nealiate şi cu granulaţie fină

Simbolizarea internaţională a electrozilor înveliţi pentru sudareaoţelurilor nealiate şi slab aliate, conform ISO 2560:1973

Standardul internaţional stabileşte un cod de simbolizare in vedereaidentificării electrozilor pentru sudarea manuală a oţelurilor nealiate şi slabaliate, având rezistenţa la rupere nominală cuprinsă între 490 şi 50 N/mm2.

Codificarea cuprinde patru părţi:

126

1. Litera E – simbolul general pentru electrozi înveliţi;2. Un simbol indicând rezistenţa la rupere a metalului depus prin

sudare;3. Un simbol indicând energia la rupere KV;4. Simboluri indicând:

a) tipul învelişului;b) randamentul nominal;c) poziţiile de sudare;d) caracteristicile curentului de sudare;e) conţinutul de hidrogen difuzibil.

Simbolizarea rezistenţei la rupere la tracţiune se face conformdatelor cuprinse în tabelul T 4.9

Tabelul T 4.9

Simbol Rezistenţa larupere

[N/mm2]43 430-51051 510-610

Simbolizarea energiei la rupere KV se face conform datelor cuprinseîn tabelul T 4.10.

Tabelul T 4.10Tipul

electroduluiRezistenţa larupere, Rm

[N/mm2 ]

Alungireaminimă larupere, A5

[%]

Temperatura lacare energia derupereKV=28 J

[0C]E 43 0 430-510 - -E 43 1 430-510 20 +20E 43 2 430-510 22 0E 43 3 430-510 24 -20E 43 4 430-510 24 -30-E 43 5 430-510 24 -40E 51 0 510-610 - -E 51 1 510-610 18 +20E 51 2 510-610 18 0

127

E 51 3 510-610 20 -20E 51 4 510-610 20 -30E 51 5 510-610 20 -40

Energia de rupere se determină ca medie a rezultatelor obţinute peşase epruvete. Dacă media este mai mică decât 16 J, nu sunt îndeplinitecondiţiile. Dacă media este mai mare decât 35 J, sunt îndeplinite condiţiile.Dacă media este cuprinsă între 16 şi 35 J, se încearcă încă 12 epruvete.Pentru a se îndeplini condiţiile, media celor 18 rezultate trebuie să fie egalăcu 28 J.

Simbolizarea învelişurilor se face conform datelor din tabelul T 4.11.

Tabelul T 4.11Simbol Tipul învelişului Observaţii

A Acid Limita între învelişul cugrosime medie şi cel cu grosimemare corespunde aproximativunui raport de 1,5 întrediametrul exterior al învelişuluişi diametrul vergelei.

AR Acid (rutilic)B BazicC CelulozicO OxidantR Rutilicînveliş cu

grosime medieRR Rutilic(înveliş cu

grosime mare)S Alte tipuri

Simbolizarea randamentului nominal se face conform datelor dintabelul T 4.12.

Tabelul T 4.12Simbol Randament

nominal [%]Observaţii

- <105 Randamentul nominal sedetermina conform ISO2401:1972

110 >105 < 115120 >115 < 125130 >125 < 135

128

Simbolizarea poziţiilor de sudare se face conform datelor din tabelulT 4.13.

Tabelul T 4.13Simbol Poziţia de sudare

1 Toate poziţiile2 Toate poziţiile, cu excepţia poziţiei verticale

descendente3 Poziţie orizontală, orizontală în jgheab, orizontală pe

perete vertical4 Poziţie orizontală, orizontală în jgheab5 Poziţie orizontală, orizontală în jgheab, orizontală pe

perete vertical şi vertical descendentă

Simbolizarea caracteristicilor curentului de sudare se face conformdatelor din tabelul T 4.14.

Tabelul T 4.14Simbol Curent continuu

Polaritate recomandatăCurent alternative

Tensiune nominală demers în gol

0 + -1 + sau - 502 - 503 + 504 + sau - 705 - 706 + 707 + sau - 908 - 909 + 90

1) Simbol destinat electrozilor utilizaţi numai în current continuu2)

(+) Polaritate inversă (polul plus la electrod)(–) Polaritate directă (polul minus la electrod)

129

3) Tabelul T 4.14 se aplică numai electrozilor cu diametru de celpuţin 2,5 mm

4) Frecvenţa curentului alternativ este de 50 sau 60 Hz.

Simbolizarea conţinutului de hidrogen difuzibil din metalul depus seface conform datelor din tabelul T 4.15.

Tabelul T 4.15Simbol Conţinutul de hyirogen difuzibilH Numai când nu depăşeşte 15 cm3 la

100g metal depus determinat conformISO 3690: 1977

Simbolizarea cuprinde o parte obligatorie (simbolul E,caracteristicile mecanice şi simbolul tipului învelişului) şi o parte facultativă(celelalte simboluri).

Exemplu de simbolizare:

1) E 43 2R 13 (partea obligatorie este E 432R)

2) E 51 3B 160 20 (H) (partea obligatorie este E 513B)

Simbolizarea europeană a electrozilor înveliţi pentru sudareaoţelurilor nealiate şi cu granulaţie fină, conform EN 499: 1994

EN 499: 1994 prezintă caracteristicile pentru clasificarea electrozilorînveliţi şi a metalului depus, în stare brută după sudare, pentru sudareamanuală cu arc electric a oţelurilor nealiate şi cu granulaţie fină având limitade curgere ce poate atinge o valoare de 500 N/mm2 după sudare.

Simbolizarea se referă la proprietătile metalului depus cu un electrodde 4 mm şi este împărţită în opt părţi:

1) Simbolul produsului/procedeului de sudare – litera E;2) Simbolul limitei de curgere a metalului depus (conform T 4.16);

130

3) Simbolul caracteristicilor determinate la încercarea de încovoiereprin şoc (conform T 4.17);

4) Simbolul compozitiei chimice a materialului depus (conform T4.18);

5) Simbolul tipului de înveliş al electrodului (conform T 4.19);6) Simbolul randamentului si al tipului de curent (conform T 4.20);7) Simbolul poziţiei de sudare (conform T 4.13);8) Simbolul pentru conţinutul de hidrogen difuzibil din metalul depus

(conform T 4.21).

Simbolizarea este împărţită în două părţi:

- partea obligatorie – punctele 1,2,3,4,5;- partea facultativă – punctele 6,7,8.

Exemplu de simbolizare

EN 499 – E 46 3 1Ni B 54 H5

A cărui parte obligatorie este

EN 499 – E 46 3 1Ni B

Simbolizarea limitei de curgere a metalului depus conform T 4.16.

Tabelul 4.16Simbol Limita de

curgere[N/mm2]

Rezistenţa larupere [N/mm2]

Alungirea A5

[%]

35 355 440-570 2248 380 470-600 2042 420 500-640 2046 460 530-680 2050 500 560-720 18

Simbolizarea caracteristicilor determinate la încercarea de încovoiereprin şoc conform T 4.17

131

Tabelul T 4.17Simbol Temperatura medie

corespunzătoare unei energiiminime de rupere în valoare

medie de 47 JZ Nici o condiţieA +200 02 -203 -304 -405 -506 -60

Simbolizarea compozitiei chimice a materialului depus conform T4.18

Tabelul T 4.18Simbolulaliajului

Compoziţia chimică 1) 2) 3)

Mn Mo NiFărăsimbol

2,0 - -

Mo 1,4 0,3-0,6 -Mn Mo >1,4-2,0 0,3-0,6 -

1Ni 1,4 - 0,6-1,22Ni 1,4 - 1,8-2,63Ni 1,4 - >2,6-3,8

Mn1Ni >1,4-2,0 - 0,6-1,21NiMo 1,4 0,3-0,6 0,6-1,2

Z Orice altă compoziţie convenită

1) Dacă nu se specifică, Mo<0,2; Ni<0,2; Cr<0,2; V<0,05; Nb<0,05;Cu<0,3

2) 2) Valorile singulare date în tabele reprezintă valori maxime;3) Rezultatele trebuie să fie rotunjite la acelaşi număr de cifre

semnificative ca şi cel al valorilor specificate, utilizând reguliconform ISO 31-0 anexa B, regula A.

132

Simbolizarea tipului de înveliş al electrodului conform T 4.19

Tabelul T 4.19Simbol Tipul învelisului

A Înveliş acidC Înveliş celulozicR Înveliş rutilic

RR Înveliş rutilic cu grosime mareRC Înveliş rutilic-celulozicRA Înveliş rutilic – acidRB Înveliş rutilic-bazicB Înveliş bazic

Simbolizarea randamentului si al tipului de curent conform T 4.20

Tabelul T4.20Simbol randament Tipul curentului

1) 2)

1 <105 c.a.+c.c.2 <105 c.c.3 >105<125 c.a.+c.c.4 >105<125 c.c.5 >125<160 c.a.+c.c.6 >125<160 c.c.7 >160 c.a.+c.c.8 >160 c.c.

1) pentru a demonstra posibilitatea de utilizare a curentului alternativ,trebuie să fie effectuate încercări cu tensiuni de mers în gol cel multegale cu 65V

2) c.c. = current continuu ; c.a. = current alternative

Simbolizarea pentru conţinutul de hidrogen difuzibil din metalul depusconform T 4.21.

133

Tabelul T 4.21Simbol Conţinut de hidrogen difuzibil,

ml/100g metal topit, max.H 5 5

H 10 10H 15 15

In afara acestui tip de electrozi mai exista standarde pentru:

- sudarea oţelurilor slab aliate de înaltă rezistenţă şi a oţelurilor utilizate latemperature scăzute EN 757: 1992;- sudarea oţelurilor termorezistente ISO 3580: 1975

EN 1599: 1994- sudarea oţelurilor inoxidabile şi refractare ISO 3581: 1976

EN 1600: 1994

4.2. Sudarea prin topire

Existã o multitudine de modalitãţi de materializãri a principiuluifizic al sudãrii , din punct de vedere al formei de energie utilizate, al tipuluide electrod utilizat şi a altor modalitãţi concrete de realizare a îmbinãriisudate. Acestea se pot clasifica dupã cum urmeazã :

A. Dupã starea de agregare a metalului de bazã :

I. Prin topireI.1. Cu energie electricã

I.1.1. Cu arc electric;Ì.1.2. În baie de zgurã;I.1.3. Cu plasma;

Ì.2. Cu energie chimicãI.2.1. Cu flacarã de gaze;I.2.2. Cu termit;

I.3. Cu energie de radiaţii

II. Prin presiuneII.1. La cald

II.1.1. Cu încãlzire cu flacãrã;

134

II.1.2. Cu încãlzire în cuptor;II.1.3. Cu încãlzire electrica;

II.2. La receII.2.1. Cu deformare plasticã la rece;II.2.2. Cu ultrasunete;

4.2.1. Sudarea prin topire cu energie electricã

Energia necesarã topirii poate fi obţinutã prin :- descãrcãri electrice în medii gazoase (arcul electric, arcul şi jetul de

plasmã) ;- efectul Joule dezvoltat în conductori solizi sau lichizi de curenţii

electrici.

4.2.2. Arcul electric la sudare

Arcul pentru sudare este o descãrcare electricã stabilã în mediugazos, la o tensiune relativ micã (de la 10 la câteva sute de volţi ), densitãţimari de curent (zeci de A/mm2) şi o lungime micã a arcului (câţiva mm pânãla 1-2 cm.)

Arcul poate fi alimentat cu un curent continuu sau alternativ.Dupã natura electrozilor arcul electric poate fi:

- cu electrod fuzibil (consumabil);- cu electrod nefuzibil;

Dupã felul polaritãţii :– directã;- inversã;

Dupã felul acţiunii :- cu acţiune indirectã;

135

1 = electrod; 2 = material de adaos; 3 = piesã de sudatFig. 4.5. Arcul electric cu acţiune indirecta

- cu acţiune directã şi electrod nefuzibil;

a-electrod nefuzibil; b-electrod fuzibil.Fig. 4.6. Arcul electric cu acţiune directã

- cu acţiune directã şi electrod fuzibil;

136

Cel mai frecvent utilizat este arcul electric în curent continuu, cuacţiune directã, cu electrod fuzibil.

În funcţionarea arcului electric se succed trei perioade:1) Perioada tranzitorie de amorsare a descãrcãrii (aprinderea

arcului)Aprinderea arcului se realizeazã prin contact metalic între electrodul de sudurã şipiesã. Curentul de scurtcircuit încãlzeşte puternic prin efect Joule zona rezistentãprovocând o topire localã, dupã care retrãgându-se electrodul are loc amorsareapropriu-zisã a descãrcãrii .

2) Perioada arcului staţionar, în care arcul arde stabil la o tensiuneUa şi un curent de sudare Is, în urma atingerii unui echilibru cvasistaţionar alfenomenelor de ionizãri recombinãri, disocieri-asocieri.Repartiţia tensiunilor pe arc nu este uniformã.Arcul are trei zone : ZK - zona catodicã

ZA - zona anodicãCA - coloana arcului

1 = electrod fuzibil; 2 = metal lichid; 3 = piesã de sudatFig.4.7. Amorsarea arcului electric pentru sudare

Cãderile de tensiune mari din zona anodicã accelereazã electroniispre anod şi ionii spre catod.Energia cineticã acumulatã de aceste particule este cedatã la impactul cureţeaua cristalinã a electrozilor formând pe suprafaţa acestora zone calde culuminozitate şi densitate de curent mare numite pete electrodice. Vom aveadeci o patã catodicã şi o patã anodicã. Temperatura petei catodice atinge25000 K la fier şi 37000K la wolfram. Temperatura petei anodice atinge26000K la fier şi 42500K la wolfram. Deci temperatura petei anodice estemai mare pentru cã prin intrarea electronilor în anod se restituie aceastã

137

energie piesei. Când se sudeazã cu polaritate inversã, piesa devine catod şideci încãlzirea ei va fi mai micã producând o deformare mai micã a piesei.

Zk , Uk , lk =zona catodului, tensiunea şi lungimea ei ZA, Ua , la =zonaanodului, tensiunea şi lungimea ei CA , Uc , lc =coloana arcului, tensiunea şi

lungimea ei.Fig.4.8. Repartizarea tensiunii pe lungimea arcului

Arcul electric poate funcţiona stabil la valori diferite ale tensiunii Ua,curentului Is şi lungimii arcului Legãtura între aceste mãrimi se numeşte“caracteristica statica a arcului”, care de obicei se prezintã sub forma uneifamilii de curbe Ua=f(Is),având Is ca parametru.

3) Perioada tranzitorie a stingerii arcului .Stingerea arcului se face prin variaţia lungimii arcului (când “l”

creşte). Conform caracteristicii statice a arcului , la creşterea lungimii creştetensiunea şi descãrcarea nu mai poate fi întreţinutã.

138

1-caracteristica sursei de curent;2-caracteristicile statice ale arcului electric pentru diferite lungimi.

Fig. 4.9. Caracteristica staticã a arcului electric

În curent alternativ condiţiile de întreţinere a descãrcãrii în arc sunt maigrele, deoarece perioadele de aprindere, ardere şi stingere se succed cudublul frecvenţei tensiunii, de câte ori curentul este obligat sã-şi schimbesensul. La sudarea cu arc electric cu electrod fuzibil picãturile metalicerezultate din topirea materialului de adaos, trebuie sã treacã prin spaţiularcului pentru a ajunge în baia de sudurã. Picãturile trec întotdeauna sprepiesã ,chiar şi atunci când sudându-se la poziţie, ele fac acest lucruîmpotriva forţelor gravitaţionale.

Arcul electric poate fi descoperit (în atmosfera) , în mediu protectorde gaz (CO2, Ar, He), sub strat de flux. Pentru fiecare din aceste trei situaţiiexistã tehnologii de sudare.

139

4.2.2.1. Sudarea manualã cu arc electric descoperit

Arcul electric topeşte prin acţiune directa o parte din metalul de bazãşi pe cel de adaos, formând baia comunã de metal lichid, care odatã cudeplasarea electrodului cu viteza vs în direcţia de sudare, se rãceşte formândcusãtura sudatã. Concomitent sub acţiunea arcului învelişul electrodului setopeşte parţial formând o baie de zgurã lichidã protectoare.

Parametrii regimului de sudare manualã cu arc electric sunt:1. - tipul electrodului2. - diametrul electrodului3. - Ua4. - Is5. – Vs - viteza de sudare6. – “n” numãrul de straturi7. – “p” adâncimea de pãtrundere8. - tipul polaritãţii

In cele ce urmeazã vom defini câţiva dintre parametrii regimului desudare cu arc electric.

Tensiunea arcului la sudare (Ua) - este tensiunea stabilită în timpulsudării, tensiune care întreţine arcul electric. Valoarea ei este cuprinsă între16 şi 40 V, la un curent de 1000 A. Valoarea Ua depinde de lungimeaarcului la.

Tensiunea de aprindere a arcului electric (Uap) – este tensiunea lacare se aprinde singur arcul electric la un electrod de diametru stabilit.

Tensiunea de aprindere necesară este :- în curent continuu 35 V;- în curent alternativ 60 – 70 V;

Curentul de scurtcircuit (Isc) – este curentul ce se stabileşte princircuitul de sudură, tensiunea dintre electrod şi piesă devenind Ua = 0.

Curentul de lucru la sudare (Is) – este curentul ce se stabileşte prinarcul electric care arde stabil la o anumită tensiune de lucru Ua şi o anumitălungime a arcului.

Trecerea metalului topit prin arcul electric se face întotdeauna însensul electrod – piesă, indiferent de polaritate.

1.Tipul electrodului se alege în funcţie de materialul de sudat. Compoziţiachimicã a electrodului trebuie sã fie cât mai apropiatã de cea a materialuluide bazã, ca şi caracteristicile mecanice. Tipul învelişului se alege în funcţiede cele menţionate anterior.

140

2.Diametrul electrodului-de se stabileşte în funcţie de grosimea materialuluide sudat S şi de felul îmbinãrii din tabelele existente în literatura despecialitate.De exemplu pentru sudarea cap la cap.S 1,5-2 3 4-8 9-12 13-15de 1,6-2 3 4 4-5 5sau,

de = 1,5 sSudarea primului strat se face cu electrod de diametru mic (sub 4 mm)pentru a putea asigura pãtrunderea în spaţiul îngust al rostului.

3. Tensiunea de alimentare a arcului Ua. [20-30] VDe regula Ua este trecuta în paşaportul electrozilor.

4. Intensitatea curentului de sudare Is reprezintã intensitatea curentului desudare.

Is =K*de , unde k [25,60]k=k(de)de 2 3 4 5 6k 25-30 30-35 35-50 40-55 45-60

5. Viteza de sudare Vs=i

St

F

I

**3600

*

t= coeficient de topire al electrozilor t =8-l2 g/A ora = densitateaFi = secţiunea cordonului depus la o trecere [cm2]

6. Numãrul de treceri n=i

n

F

FF 1+1

Fn = aria cordonului de sudurã;Fi = aria unui strat de sudurã;F1 = (6 - 8) de pentru primul strat;Fi = (8 - l2) de pentru celeleate straturi.

7. Adâncimea de pãtrundere p=( 0,3-0,5)*0,022 Ua IsVs

*

8. Polaritatea. Marea majoritate a tablelor se sudeazã cu polaritate normala(cu masa la piesã).

141

Excepţii - electrozi bazici care au înveliş gros- electrozi din oţel aliat- la sudarea tablelor subţiri

4.2.2.2. Pregãtirea tablelor în vederea sudãrii

Locul unde urmeazã sa fie plasatã sudura trebuie pregãtit ţinându-se contde douã cerinţe:

- îndepãrtarea impuritãţilor- asigurarea spaţiului cusãturiiÎn acest scop marginile pieselor se prelucreazã în funcţie de grosimea

presei şi forma înclinãrii. Piesele pregãtite se prind reciproc printr-un numãrde suduri provizoriu efectuate cu electrozi de diametru mic şi plasate din locîn loc de-a lungul cusãturii. Spaţiul creat între piese se numeşte rost.

Forma şi dimensiunile rostului sunt indicate prin STAS 6662-62.

h= înãlţimea; h1= pãtrunderea; b= lãţimea.Fig.4.10. Forma rostului de sudurã

Capetele tablelor sudate se pregãtesc prin diferite procedee tehnologice(aşchiere, ştanţare, debitare oxiacetilenicã). Forma şi dimensiunile rosturilor sealeg în funcţie de grosimea tablelor şi de natura materialului.

Condiţii bune pentru formarea cusãturii se asigurã atunci cândsecţiunea rostului are 50-60 o

142

Fig. 4.11. Schema rostului

La grosimi mari existã pericolul scurgerii de material topit pe parteaopusã a cordonului, din care cauzã baia trebuie protejatã printr-un cordon desudura pe partea opusã. Acest cordon este tehnologic, are dimensiuni reduseşi va fi înlãturat ulterior.

Pentru grosimi mici ale tablelor se foloseşte forma „I” cu marginilerãsfrânte.

S1>2S2>1e> S1

143

144

Fig. 4.12. Tipuri de rosturi

Fig. 4.13. Sudura de colţ

Fig.4.14. Sudura pe muchie

Fig.4.15 Sudurã pe muchie specialã

145

4.2.3. Tehnologia sudãrii manuale cu arc electric descoperit

Procesul tehnologic al sudãrii manuale cu arc descoperit sedesfãşoarã în urmãtoarele faze:

1. Stabilirea condiţiilor şi a regimului de sudare.În funcţie de formele şi dimensiunile pieselor şi de calitatea materialului

de bazã se aleg tipul şi mãrimea rostului, parametrii tehnologici ai regimuluide sudare, felul electrodului şi al învelişului.

Lãţimea cusãturii creşte cu creşterea tensiunii şi rãmâne practicconstantã la creşterea curentului şi scade mult cu creşterea vitezei de sudare.

Adâncimea de pãtrundere şi supraînãlţarea cresc cu intensitateacurentului şi scad cu tensiunea şiviteza de sudare.

2. Pregãtirea pieselor pentru sudareLocul unde urmeazã sa fie plasatã sudura trebuie pregãtit ţinându-se cont dedouã cerinţe:- îndepãrtarea oxizilor şi impuritãţilor ;- asigurarea spaţiului cusãturii în funcţie de cantitatea de metal topit. În

acest scop marginile pieselor se prelucreazã prin tãiere cu flacãrã sauprin aşchiere. Piesele pregãtite se prind în puncte de sudura („hafturi”).

3. Executarea suduriiRostul de sudura se considerã pregãtit şi sudura se poate executa atunci

când a fost reglatã sursa, regimul de lucru ales şi piesa cuplatã la sursã princleme.

Se amorseazã arcul în vecinãtatea rostului. Electrodul se ţine înclinat înraport cu normala la cusãturã la 15 – 45o în direcţia şi sensul de sudare. Prinunghiul de înclinare se poate acţiona asupra adâncimii de pãtrundere şivitezei de rãcire a bãii.

Arcul se menţine scurt la o lungime egala cu “de”. Mişcarea electroduluieste o combinaţie între :- o mişcare de-a lungul axei electrodului pentru compensarea consumului

electrodului ;- o mişcare în lungul axei sudurii pentru realizarea avansului- o mişcare pendulara perpendiculara pe direcţia sudurii pentru încãlzirea

marginilor rostului.

146

Mişcarea pendularã poate avea diferite traiectorii în funcţie degrosimea piesei, a electrodului, forma rostului, poziţia sudurii.

a = pentru suduri normaleb = pentru încãlzirea suplimentarã a ambelor piese ( grosimi mari )c = pentru încãlzirea suplimentarã a unei piesed = pentru sudarea în cornişãe = pentru sudarea pe plafon

Fig. 4.16. Traiectorii de mişcãri pendulare ale electrodului

O cusãturã poate fi formatã din unul sau mai multe rânduri. Prin rândse înţelege metalul depus la o singura trecere. El nu poate fi mai gros dedublul diametrului electrodului.

Fig.4.17. Ordinea de depunere a rândurilor într-o cusãturã

Modul de execuţie al unui rând este în funcţie de lungimea cusãturii.Pentru evitarea deformaţiilor cusãtura se realizeazã pe segmente.

a - în rând continuub - de la centru la marginic - în pas de pelerin

Din punct de vedere al continuităţii cordoanelor de sudură, acestease clasifică în:

147

- cusături continui, când lungimea cusăturii propriu-ziseeste egală cu cea a îmbinării sudate, neexistânddiscontinuităţi;

- cusături discontinui, îmbinarea realizându-se din maimulte segmente, fiecare dintre acestea având o lungimede câteva ori mai mare decât grosimea pieselorcomponente. Cusăturile discontinui pot fi prin puncte sausegmente.

Condiţia de cusătură continuă sau discontinuă rezultă din cea dedimensionare la rezistenţă a îmbinării sudate.

Straturile se pot depune în mai multe rânduri şi anume:

l) consecutiv şi pe întreaga lungime a cusãturii2) în cascadã3) în trepte

Fig.4.18. Ordinea de depunere a porţiunilor în straturi suprapuse

La sudarea straturilor suprapuse porţiunile sudate succesiv sealterneazã într-un edificiu “zidit” cu sensuri de sudare diferite.

Ordinea de depunere a rândurilor şi a straturilor, ca şi modul deexecutare a sudurilor într-un rând are ca scop reducerea deformaţiilorpieselor sudate datoritã efectului termic. Aceasta conduce la creştereapreciziei de execuţie a construcţiei sudate şi la micşorarea adaosurilor deprelucrare.

148

Fig.4.19. Modul de executare a sudurii într-un rând la diferite lungimi

a = consecutiv şi pe întreaga lungime a cusãturii; b = în cascadã; c = întrepte.

Fig.4.20. Moduri de dispunere a straturilor

4.2.4. Lucrãri de completare la sudurã

Aceste lucrãri constau din :- curãţirea cordonului de stropi şi zgurã- îndepãrtarea supraînãlţãrii prin aşchiere, din motive funcţionale sau

estetice- rectificarea zonei de trecere între metalul de bazã şi faţa sudurii la piesele

supuse la solicitãri de oboselã- detensionarea termicã sau prin vibraţii- control tehnic de calitate - vizual sau nedestructiv.

149

4.2.5. Sudura manualã cu electrozi de cãrbune

Aceastã variantã se practicã cu sau fãrã material de adaos, cu unulsau 2 electrozi de cãrbune.Arcul arde stabil din cauza temperaturii mari a petelor electrodice pe grafit.Electrodul este fuzibil. Lungimea arcului poate atinge 30-50 mm la sudareacu un electrod şi 100-150 mm la sudarea cu doi electrozi. Procedeul seaplicã acolo unde sudarea manualã cu electrod fuzibil este dificilã (metaleuşor fuzibile cu pereţi subţiri) şi la înlãturarea cordoanelor de sudurã sau amaterialului de bazã topit prin suflare cu aer comprimat. În acest cazelectrodul de cãrbune este cuplat cu un jet de aer comprimat.

4.2.6. Consideraţii tehnologice

În tehnica sudãrii manuale cu arc electric şi electrozi înveliţi estefoarte important sã se acorde o mare importanţã mişcãrii electrodului.Aceste mişcãri sunt în funcţie de poziţia de sudare, forma rostului, tipulîmbinãrii, grosimea pieselor. Rândurile pot fi trase sau pendulate. Larândurile trase electrodul executã o mişcare de deplasare în linie dreaptã cuo vitezã constantã. Rândul are lãţimea de 1 - 2 ori diametrul electrodului şi olungime de 0,8...l,5 ori lungimea electrodului. Mişcarea electrodului estecontinua dar se pot realiza şi întoarceri în sens invers direcţiei de sudarepentru a preveni scurgerea bãii de metal topit. Datorita lãţimii mici rânduleste denumit îngust. Cantitatea de metal depusã este micã, solidificarea seface repede şi rãmân gaze dizolvate în cusãturã. Metalul depus are valoriridicate ale rezilienţei. Rândurile astfel depuse la rãdãcinã se înlãturã dupãterminarea sudurii dupã care se sudeazã din nou. Inlãturarea se poate faceprin polizare sau cu arc-aer. Neînlãturarea totala a acestui strat saudepunerea unui strat necorespunzãtor constituie defecte care se pot pune înevidenţã prin gamagrafiere.

La rândurile pendulate se obţin lãţimi de 3...4 ori diametrulelectrodului cu o lungime de 0,3...0,5 ori lungimea electrodului. Mişcarea dependulare are ca scop reducerea vitezei de solidificare a bãii. Cordonul desudurã astfel depus are caracteristici mecanice foarte bune. Unghiul deînclinare al electrodului este de 20 – 45o faţã de planul perpendicular peîmbinare. Inclinarea electrodului în planul cusãturii realizeazã suflareamateriilor arse şi a zgurii la suprafaţã. Sudarea cap la cap într-un strat se

150

executa cu electrozi cu pãtrundere adâncã (pulbere de fier în înveliş) şi cu Is

maxim. Mişcarea de pendulare este indispensabilã.Sudarea orizontalã în plan vertical (în cornişã) se realizeazã în

urmãtoarea succesiune a straturilor.

4.2.7. Sudarea tablelor şi profilelor subţiri

Se considerã subţiri tablele şi profilele cu grosimea mai micã de 3 mm.Pot apãrea strãpungeri şi deformaţii. De aceea la sudarea în curent continuuse recomandã polaritate inversã. Vitezele de sudare trebuie sã fie mari.

Electrozii folosiţi trebuie sã aibã l,6 ; 2 ; 2,5 mm, L= 350 mm şi serecomandã învelişuri rutilice sau celulozice.

Pentru o amorsare uşoarã Vagol = 60 V.La sudura în curent alternativ Uag =75 V.Tablele de grosimi sub l mm se sudeazã prin suprapunerea pe o

garnitura (suport) de cupru sau oţel. Garnitura de oţel rãmâne înglobatã înansamblul realizat. La sudarea tablelor cu margini rãsfrânte se poate suda cuelectrod de cãrbune fãrã material de adaos. Pentru o bunã formare arãdãcinii se folosesc garnituri de cupru. Electrozii folosiţi au înveliş rutilic.

4.2.8. Sudarea tablelor şi profilelor groase

Sudarea tablelor cu o grosime de peste 6 mm se realizeazã în modobligatoriu cu rostul prelucrat. Creşterea grosimii tablelor, privitã ca factorconstructiv influenţeazã negativ sudabilitatea. În general sudarea tablelor cugrosimi pânã la 25 mm nu ridicã probleme deosebite. Grosimile marifavorizeazã o disipare rapidã a cãldurii, de multe ori sudarea lor necesitândpreîncãlzire. Pe mãsura executãrii rândurilor de sudurã temperatura creşte,de unde şi necesitatea opririi sudurii şi rãcirii naturale pânã la 200o C.Cãldura redatã de stratul executat produce o structurã de normalizarestratului anterior solidificat. Forma rostului poate fi X, V, I, U. Rândul de larãdãcinã este tras. Celelalte sunt pendulate şi pentru a preîntâmpinapericolul fisurãrilor se recomandã sudarea orizontala sau în jgheab.Rãdãcina se crãiţuieşte cu arc-aer apoi se resudeazã. Structurile sudate dintable groase sunt rigide, deformaţiile sunt reduse dar câmpul de tensiuniremanente este intens. Sudura în pas de pelerin se aplicã pânã la grosimi del5 mm. Peste l5 mm grosime se foloseşte sudarea în cascade cu primul rândde 100...300 mm şi celelalte decalate.

151

Un rând depus realizeazã preîncãlzirea urmãtorului. Cusãturile fiindlungi se executã de la mijloc cãtre capete cu 2 sudori. La executareasudurilor verticale se lucreazã cu 2 sudori de o parte şi de alta a rostului.Secţiunea rândului de sudura nu va depãşi 3de. Rândurile de suprafaţa potavea o, lãţime de 6de pentru aspect estetic.

Se recomandã utilizarea electrozilor bazici.

Având în vedere sudabilitatea foarte diferitã a gamei foarte largi demateriale, este imposibil de conceput un proces tehnologic cu caractergeneral. De aceea anumite etape prezintã o serie de particularitãţi,corespunzãtor grupei de materiale respective. Astfel, se recomandã:

Pentru oţeluri carbon şi oţeluri slab aliate

- preîncãlzirea şi un tratament termic dacã conţinutul de carbon echivalenteste cuprins între 0,45...0,80 %;- sudarea în curent continuu;- se recomandã utilizarea arcului scurt, pentru a nu permite pãtrundereaazotului în cusãturã.

Pentru fonte

- defectele (rupturi, fisuri) sã se îndepãrteze prin prelucrare mecanicã peminimum 10 mm şi cu capetele rotunjite la minimum 6 mm;- sudarea sã se efectueze cu electrozi de diametre mici şi folosind curenţi desudare mici;- poziţia de sudare cea mai recomandatã este cea orizontalã;- sudarea sã se facã la cald, cu preîncãlzire înaltã (600...8000C) sau joasã(200...5000C);- sã se utilizeze curentul continuu, cu polaritate directã şi o densitate decurent de 70...80 A/m2.

Pentru aluminiu şi aliajele sale

Toate recomandãrile sunt legate de îndepãrtarea pelicului de oxid dealuminiu, care se topeşte la 2.0300C, împiedicând pãtrunderea picãturilor înbaia de metal. De asemeni este necesarã o cantitate de cãldurã mai marepentru a compensa efectele conductibilitãţii termice ridicate.

152

Pentru cupru şi aliajele pe bazã de cupru

Recomandãrile au în vedere marea afinitate a cuprului faţã de oxigencu care formeazã CuO sau Cu2O. Aceşti oxizi formeazã cu cuprul uneutectic „Cu+Cu2O” care se precipitã la marginea grãunţilor cristalini şiconduce la fisurare şi creşterea conductibilitãtii termice. De aceea serecomandã urmãtorul pachet de mãsuri:

- utilizarea unor surse puternice care sã compensezepierderile prin conductibilitate;

- o preîncãlzire la 250...3000C;- electrozii trebuiesc uscaţi, deoarece hidrogenul

reacţioneazã cu oxidul de cupru formând vapori de apã;- bronzurile se sudeazã greu, deoarece la rãcire rezultã

produşi fragili.

4.2.9 Surse de curent pentru sudarea cu arc electric

Dupã cum s-a aratat anterior existã trei parametri importanţi aiarcului electric de sudurã: intensitatea curentului de sudare; tensiunea de alimentare a arcului; lungimea arcului.

Curba caracteristicã este definitã de relaţia f( IS,Ua,la)=0 . Aceasta artrebui sã fie o curbã spaţialã şi de aceea pentru a simplifica reprezentarea e ise traseazã Ua=f(IS) pentru diferite lungimi ale arcului electric.

Arcul electric formeazã împreuna cu sursa de alimentare un sistemenergetic care se caracterizeaza prin anumite proprietati statice şi dinamice.

Proprietatile statice sunt : caracteristica statica a arcului ; caracteristica statica a sursei sau caracteristica exterioara a sursei.

Utilajele de sudat au caracteristici deosebite de ale celorlalte maşinielectrice.

Sursele de curent pentru sudarea cu arc electric sunt :I. Generatoare de sudura electrica.II. Redresoare de sudura.III. Transformatoare pentru sudura.

Generatoarele de sudura pot fi:

153

1. Grupuri convertizoare, care constau dintr-un generator de sudura şi unmotor electric de antrenare;

2. Agregate de sudura la care antrenarea se poate face cu motoare electriceşi cu motoare termice

Generatoarele de curent continuu trebuie sã satisfacã condiţiispeciale impuse de proprietatile arcului: tensiunea în gol pentru amorsare şi stabilitatea arcului este de 45-50 V,

iar pentru electrozi subtiri este de 70 V; curentul de scurtcircuit sa nu depaseasca cu mai mult de 20-40%

curentul de sudura ; la creşterea intensitãţii curentului de sudare, tensiunea scade ; sã aibã inerţie suficient de mare.

Generatoarele pot fi mobile sau fixe, cu un post sau cu mai multe.Generatoarele se construiesc pe diferite marimi : 20-180 A pentru electrozi cu diametrul mai mic de 4 mm ; 50-350 A, pentru electrozi cu diametrul mai mic de 6 mm ; 400, 600, 1000, 1500 A.

4.2.9.1. Transformatoarele de sudura

Transformatoarele de sudura s-au rãspândit odatã cu rãspândireaelectrozilor de sudurã înveliţi, ele fiind aparatele de sudurã cele mai simple,mai ieftine, cu randament mai bun decât generatoarele de sudurã şi uşor deîntreţinut. Dezavantajul lor major constã în faptul cã au factorul de puteremic şi de aceea trebuiesc construite din conductoare de cupru de secţiunemare şi încarcã asimetric fazele reţelei de alimentare. Polaritatea electrozilorse schimbã de 100 de ori pe secundã. Pentru a mãri stabilitatea arcului încircuitul de sudurã trebuie sã existe o inductanţã care sã creeze o defazareîntre curent şi tensiune, iar atunci când curentul are valoarea zero, datoritãdefazarii, tensiunea arcului sã fie suficientã pentru amorsarea arcului.Arderea arcului este susţinutã datoritã forţei electromotoare de inducţie, latrecerea tensiunii prin zero. În funcţie de intensitatea curentului de sudare,tensiunea de mers în gol a transformatorului se stabileşte între 55 şi 80V.Tensiunea se regleazã la valoarea minimã dar suficientã pentru menţinereaarderii stabile a arcului.

4.2.9.2. Redresoare pentru sudurã

154

Redresoarele pentru sudurã pot avea un singur post sau pentru maimulte. Redresoarele cu siliciu sunt superioare redresoarelor cu germaniu. Ele audrept componentã principalã puntea redresoare. Cele mai rãspândite redresoarePentru sudurã sunt cele cu punte monofazicã şi cele cu punte trifazicã.

155

4.3 Sudarea cu arc electric sub strat de fluxGeneralitãţi

Sudarea sub strat de flux este un procedeu tehnologic de sudare cu arcelectric, cu electrod fuzibil, arcul fiind protejat împotriva ciontactului cu gazeleatmosferice prin intermediul unui strat de flux.

pentru sudurã sunt cele cu punte monofazicã şi cele cu punte trifazica.

4.3. Sudarea cu arc electric acoperit sub strat de flux1-buncãr flux; 2-tub flexibil; 3-sârmã de sudurã; 4-contact electric; 5-tijã

conducere (pãstreazã constantã distanţa capului de sudare de piesã); 6-casetãsârmã ; 7-mecanism avans; 8-role de antrenare.

Fig. 4.22. Schema de principiu a sudãrii sub strat de flux

1 = arcul electric; 2 = stratul de flux; 3 = sârma electrod; 4 = piesa de sudat5 = baia de metal topit; 6 = cusãtura sudatã; 7 = cavitate; 8 = zgura lichidã;

9 =zgurã solidã.Fig.4.23. Formarea sudurii sub strat de flux

1

156

4.3.1.1. Principiul metodei

Procedeul de sudare se desfãşoarã complet acoperit. De aceeaprocedeul impune prin esenţa sa un grad de automatizare, cele douã mişcãride avans ale sârmei de sudura şi de deplasare longitudinala a arculuineputându-se realiza manual. Avansul materialului de adaos se faceîntotdeauna automat cu ajutorul unor instalaţii speciale de sudurã careavanseazã sârma prin intermediul unor role de antrenare. Totodatã instalaţiamenţine constantã lungimea arcului de sudare.

Principial aceste mecanisme sunt de douã tipuri:1) Automate cu avans variabil la care sursele de alimentare ale arcului au

caracteristici puternic coborãtoare .Atunci când datoritã imperfecţiunii rostului lungimea arcului variazã

se va modifica şi tensiunea de alimentare. Turaţia motorului de antrenare asârmei electrod este reglatã în funcţie de tensiunea de alimentare.

cu aavans variabil cu avans constanrFig.4.24. Caracteristicile statice ale arcului reglat automat cu avans variabil

Dacã creşte lungimea arcului “l“, atunci creşte şi tensiunea dealimentare Ua, ceea ce conduce la o creştere a turaţiei motorului de antrenarea sârmei şi deci la micşorarea lungimii arcului ”l “.

2) Automate cu arcul reglat cu avans constantÎn acest caz sursele au caracteristici externe cu panta coborâtoare micã.

În acest caz la variaţii mici ale lungimii arcului de sudare corespundvariaţii mari ale curentului de sudare şi variaţii mici ale tensiunii dealimentare. Deci turaţia motorului va fi constantã.

157

Dupã modul în care are loc deplasarea arcului faţã de piesã sudareasub strat de flux poate fi semiautomata (avans manual) sau automata (avansautomat) .

Avantajele sudãrii sub strat de flux sunt :- bunã protecţie faţã de gazele din mediul înconjurãtor- se poate lucra cu densitãţi mari de curent 100 - 200 A / mm2

- pãtrundere buna- vitezã de topire mare- productivitate mare- fum, gaze, noxe puţine- rezistenţa şi esteticã bunã a cordonului de sudurã.

De obicei se folosesc surse de curent continuu cu Inominal = 1000 A.Pentru ca autoreglarea sã se desfãşoare bine trebuie ca diametrulelectrodului sã fie de 2 mm..

4.3.2 Parametrii regimului de sudare sub strat de flux

Fiind un procedeu de sudare cu arc electric , exista un numãr deparametrii ai regimului de sudare sub strat de flux care sunt specifici tuturorprocedeelor de sudare cu arc electric. Nu vom insista asupra acestora decâtpentru a sublinia anumite specificitãţi.

1) Intensitatea regimului de sudare Is este limitat de supraîncãlzireamaterialului şi de tipul de flux folosit. Is se coreleazã şi cu diametrulelectrodului de care aparţine domeniului de [2,12], de optim = 5 - 6 mm

Is min = l62,5 de - l90Is max= 13 de2 + 147 de - 87

Is med = Is min + Is max2

2)Tensiunea arcului (Ua)

Tensiunea micã => lãţimea cordonului micã şi supraînãlţarea mareTensiunea mare => lãţimea creşte şi pãtrunderea scadeUa = a + b * la

a, b constante care depind de felul fluxului şi viteza de înaintare.Dacã tensiunea creşte atunci se manifesta tendinţa de instabilitate a

arcului.La sudarea în curent alternativ Ua este mai micã cu 3...5 V Umin în

curent continuu este 25...26 V

158

3) Viteza de sudare reprezintã viteza de înaintare a arcului de-alungul rostului. Ea influenţeazã forma şi dimensiunile cusãturii sudate.

La viteze mici sub 10 m/h se formeazã o cantitate mare de metal topitcare se supraîncãlzeşte şi structura îmbinãrii este nefavorabila. La vitezecuprinse între 10 şi 20 m/h arcul electric are o acţiune mai intensã şipãtrunderea creşte . În intervalul 20...40 m/h , pãtrunderea tinde sã scadã,dar este compensatã de acţiunea arcului asupra piesei, putându-se consideraca pãtrunderea nu depinde de viteza. Peste 40 m/h pãtrunderea scade,lãţimea cordonului scade şi cordonul de sudurã devine mai bombat.

Legat de parametrii regimului de sudare trebuie sã avem în vedereurmãtoarele aspecte:

1) Natura curentuluiSe preferã sudarea în curent continuu. Polaritatea curentului şi

proprietãţile de stabilizare a fluxului influenţeazã viteza de topire a sârmei.Un flux de buna calitate trebuie sã realizeze acelaşi coeficient de topire şi lapolaritate directã şila polaritate inversã.

2) Calitatea cordonului de sudurã depinde de respectarea regimuluide sudare. Uneori pot apãrea perturbaţii datoritã variaţiei lungimii arcului,variaţiei tensiunii din reţea sau funcţionãrii defectuoase a sursei.

3) Lungimea libera a capãtului sârmei electrod.Lungimea capãtului liber al sârmei trebuie sã fie mult mai micã în raport

cu lungimea electrozilor înveliţi, ceea ce permite lucrul cu densitãţi mari decurent. Mãrirea lungimii capãtului liber produce supraîncãlzirea acestuia cuefecte negative asupra stabilitãţii arcului.

Valorile recomandate variazã de la 20 la 100 mm în funcţie dediametrul sârmei.

4) Grosimea stratului de fluxStratul de flux exercitã o anumitã presiune asupra zonei de ardere a

arcului electric şi a bãii de metal topit. Dacã el este gros nu se mai potevacua corespunzãtor gazele formate , suprafaţa cusãturii devine neregulatã.La grosimi mici, se produc împroşcãri de metal topit, cusãturile suntneuniforme şi uneori poroase. Lãţimea stratului de flux trebuie sã aibã de 2 -3 ori lãţimea zonei topite.

159

4.3.3. Tehnologia sudãrii automate şi semiautomate sub strat deflux

Etapele la sudarea automata sub strat de flux sunt:

I. Pregãtirea marginilor în vederea sudãriiRealizarea rosturilor cu grad ridicat de precizie se face prin

prelucrãri mecanice. În mod curent se foloseşte debitarea cu flacãrãoxiacetilenicã. Zona rostului se curãţã de vopsea şi ulei. Alinierea şicentrarea rosturilor contribuie la uniformitatea cordoanelor realizate,deoarece sudorul nu poate interveni în timpul lucrului, arcul fiind acoperit.Tablele se prind în puncte de sudurã.Pentru amorsarea arcului se prevãd adaosuri.

II. Executarea cusãturii1. Tablele se pot suda şi fãrã prelucrarea rosturilor pentru sudurile

nepretenţioase. Varianta se aplicã pentru oţeluri sub 0,22%C şi structuri carenu se exploateazã la temperaturi negative.Îmbinãrile au o tendinţã mai mare spre formarea fisurilor datorita formeirostului şi a tensiunilor.

2. Sudarea se executã în mai multe straturi. Tehnologic se are învedere sã nu se modifice regimul de sudare între straturi, fapt care arnecesita reglaje la echipamentul de lucru. Is se reduce numai la primul strat.

Stratul de la rãdãcina sudurii este în cazul sudãrii sub strat de flux unstrat”tras”, tehnologic, care are rolul de a susţine baia de metal topit şi de arealiza poziţionarea pieselor în vederea sudãrii. Celelalte straturi suntstraturi tehnologice. Dupã executarea acestora se procedeazã la înlãturareastratului tehnologic tras, fie prin aşchiere (polizare), fie prin“crãiţuire”(suflare cu arc-aer, utilizând electrozi fuzibili de carbune şi un jetde aer comprimat care înlãtura baia de metal topit). Acest strat trebuieînlãturat în intregime, în caz contrar în zona rãdãcinii vor apare defecte desudare.

Folosirea dispozitivelor de susţinere a bãii de metal topit la sudareacap la cap asigurã o rãdãcinã uniformã. Deoarece costurile de producţie semajoreazã aceste dispozitive se folosesc la producţia de serie.

În cazul sudurii semiautomate se remarcã urmãtoarele particularitãţi:- sudurile semiautomate se aplica pentru cusãturi cu lungime micã; secţiunemicã şi acces dificil. Metoda se aplica pentru sudurile de colţ. Capului de sudare

160

i se ataşeazã o pâlnie cu flux şi sudorul realizeazã deplasarea manuala de-alungul cusãturii. Se folosesc sârme de sudare cu diametrul electrodului mai micde 2 mm, pentru a se realiza autoreglarea arcului. Lungimea libera a capãtuluiliber al electrodului este de 20...30 mm. Se sudeazã şi în curent continuu cupolaritate inversã.

161

4.4. Sudarea în medii de gaze protectoare

La sudarea prin topire baia de metal topit trebuie protejatimpotrivacontactului cu gazele din atmosferã. Una dintre modalitãtile prin care serealizeazã acest deziderat ste prin utilizarea unui strat de gaz protector, activsau inert.

Arcul electric se poate realiza atât cu electrod fuzibil, cât şi cuelectrod nefuzibil.

Prezentãm în cele ce urmeazã principalele procedee tehnologice desudare cu arc electric în mediu de gaz protector.

4.4.1. Sudarea prin procedeul WIG

Sudarea prin procedeul WIG este un procedeu de sudare cu arcelectric în mediu de gaz protector inert (argon, heliu, amestecuri) la carearcul arde liber între un electrod de wolfram şi piesã. Pentru realizareacusãturii în spaţiul arcului se introduce din lateral manual sau automat metalde adaos sub formã de sârma. La sudurile pe muchie şi cu margini rãsfrânteprocedeul se aplicã fãrã materiale de adaos cu viteze de sudare de 200 m/h.Procedeul se aplicã la sudarea oţelurilor inoxidabile cu crom, nichelşimolibden, a aluminiuli şi a aliajelor acestuia.

Pentru sudarea oţelurilor se folosesc surse de curent continuu cupolaritate directã, iar pentru sudarea aluminiului şi a aliajelor uşoare,curentul alternativ. Electrodul se confecţioneazã din W deoarece aceste aretemperatura de topire de 3400o C, iar consumarea acestuia în procesul desudare este foarte redusã. Nu se recomandã polaritatea inversã deoarecetemperatura petei anodice este mare şi electrodul ar fi afectat. Dacã totuşiacest procedeu este folosit curenţii de sudare se vor limita la l0 % dinvaloarea polaritãţii directe. Constructiv vârful electrodului are formã conicãla sudarea oţelurilor şi semisfericã la sudarea aluminiului.

162

1 = arc electric; 2 = lectrod nefuzibil; 3 = metal de bazã; 4 = gaz protector5 = ajutaj; 6 = perdea gaz protector; 7 = metal adaos; 8- baie de sudurã; 9-

cusãturã.Fig.4.25. Schema de principiu la sudarea prin procedeul WIG

4.4.2. Parametrii regimului de sudare

Ca şi la sudarea sub strat de flux , sudarea în mediu de gaz protectorfiind un procedeu de sudare cu arc electric , exista un numãr de parametrii airegimului de sudare sub strat de flux care sunt specifici tuturor procedeelorde sudare cu arc electric. Nu vom insista asupra acestora decât pentru asublinia anumite specificitãţi.

1) Diametrul sârmei electrod (de) se alege în funcţie de grosimeapieselor , astfel :

S 0...2 2...5 5...8 8...12 >12de 2 3 4 4-5 5...6

163

2) Intensitatea curentului de sudare (Is)Is se adopta în funcţie de valoarea densitãţii de curent admise de

electrod. Electrodul se încarcã la valori de curent suficient de mari pentru arealiza un arc stabil şi o concentraţie maximã de cãldurã. La sudarea cupolaritate directã se obţine o bunã pãtrundere şi o lãţime micã a cordonului.În cazul polaritãţii inverse pãtrunderea este mai micã şi lãţimea cusãturiimai mare.

Capãtul electrodului trebuie sa aibã o temperatura apropiatã de ceade topire fãrã a o atinge. În caz contrar apare o picãtura de metal topit învârful electrodului.

În scopul îmbunãtãţirii performantelor tehnologice se foloseşte arculpulsat care se obţine prin suprapunerea peste curentul de bazã cu intensitatemica şi caracter permanent a unui curent de impuls cu valoare mare şi frecvenţãvariabilã. Arcul pulsat are rolul de a regla pãtrunderea.

de Is(DC -- ) (DC + )

1,6 60-150 10-202,4 130-230 12-153,2 220-310 20-40

3) Tensiunea arcului (Ua) se poate determina cu ajutorul formulei :Ua = 10+0,04 Is

Tensiunea de amorsare este de 95 V la W pur şi scade la 40…75 V lacei aliaţi cu thoriu.

4) Gazul de protecţieArgonul se produce şi se livreazã comprimat în butelii. Existã

conform STAS 7956-75 cinci tipuri de puritate A,B,C,D,E. El este un gazmai greu decât aerul şi este cel mai eficace gaz la sudarea prin procedeulWIG. In curent alternativ are efect favorabil la deblocarea peliculei de oxidde pe suprafaţa metalului, uşurând reamorsarea la fiecare jumãtate deperioadã.

Heliul este mai uşor decât aerul şi are un potenţial de ionizare maimare dcât argonul. Se utilizeazã numai la sudarea în curent continuu.

164

5) Se poate folosi polaritatea directã, obţinându-se o lãţime micã abãii de metal sudurã şi o pãtrundere mai mare sau polaritatea inversã, cândbaia de sudurã se lãţeşte, iar pãtrunderea scade.

4.4.3. Tehnologia sudãrii dupã procedeul WIG

I. Pregãtirea marginilor în vederea sudãrii.La tablele sub 2mm grosime se foloseşte rãsfrângerea marginilor. Fãrã

prelucrare se pot suda table cu grosimi pânã la 8 mm. Prelucrarea marginilorîn cazul sudãrii cu material de adaos este similarã ca la sudarea prinprocedee obişnuite, dar unghiurile rosturilor sunt mai mici.

II. Asigurarea protecţiei cu gazGazul este suflat spre baia de sudurã, concentric cu electrodul de W.

Realizarea protecţiei rãdãcinii în vederea prevenirii oxidãrii se poate realizacu ajutorul unor dispozitive speciale.

Pentru a preveni oxidarea capãtului electrodului gazul de protecţieeste trimis înainte de amorsare arcului cu 1s şi oprit dupã stingerea arcului.În plus se previne oxidarea bãii de metal topit pânã la solidificare.

III. Tehnica de lucruAmorsarea arcului se face pentru o poziţie perpendicularã a

pistoletului în raport cu piesa. Se efectueazã mişcãri circulare pe loc pentruformarea bãii, dupa care pistoletul se înclinã la 75 o . Materialul de adaos seintroduce intermitent în arc sub un unghi de l5...25 . El se retrage astfelîncât sã se menţinã în zona de protecţie a gazului. Arcul electric trebuiemenţinut scurt pentru a avea o bunã protecţie a bãii.

165

4.4.4. Sudarea prin procedeul MIG

1 = arc electric; 2 = sârmã electrod; 3 = gaz protector; 4 = metal de bazã5 = sudurã; 6 = role avans; 7 = tub ghidare şi contact

Fig.4.26. Schema de principiu la sudarea prin procedeul MIG

Este un procedeu de sudare cu arc electric în mediu de gaz protectorcu electrod fuzibil la care se utilizeazã un gaz inert (argon, heliu). Operaţiade sudare se poate realiza semiautomat sau automat. Metalul de adaos estesub formã de sârma electrod antrenatã mecanic cu role de avans spre zonade îmbinare. Sârma fiind depusã într-o tobã nu se poate curãţa eficient,introducând impuritãţi în baia de sudura. Se foloseşte cel mai frecvent 20%argon - 80% heliu. Sudarea se executa în curent continuu cu polaritateinversã (DC + ). Modul de transfer al metalului de adaos prin arc este funcţiede lungimea liberã a sârmei electrod. Sârma trebuie sã se topeascã cât mairepede prin efect Joule şi al arcului electric. Trecerea metalului de adaosprin coloana arcului se face în urmãtoarele moduri :

166

- transfer în zbor liber (spray - arc);- transfer prin formarea unei punţi (short-arc);- transfer intermediar.

4.4.4.1. Parametrii regimului de sudare prin procedeul MIG

Şi în acest caz vom insista numai asupra specificitãţilor parametrilorregimului de sudare aferent acestui procedeu de sudare.- Diametrul electrodului -de - se alege în funcţie de grosimea pieselor desudat ,de modul de pregãtire al rostului şi de poziţia de sudare. Compoziţiachimica este apropiatã de cea a metalului de baza.- Intensitatea curentului de sudare - Is - se adoptã în funcţie de “de” şi depoziţia de sudare. Modificarea lui Is influenţeazã forma de transfer ametalului de adaos prin arcul electric. Folosirea procedeelor automate desudare permite lucrul cu intensitãţi mari de curent.

De exemplu la sudarea aluminiului în table groase :Is = 650 A pentru de = 3,2 sau 3,6Echipamentele de lucru sunt concepute special pentru lucrul cu

curenţi mari. La creşterea Is transferul metalului prin arc se face sub formãde picãturi fine. La sudurile în poziţie verticalã,şi de plafon, transferul de metal trebuie realizat prin pulverizare.- Lungimea libera a sârmei în afara duzei de contact se adoptã în funcţie

de curentul de sudare.

Le=15-25 mm

167

1-tub ghidare sârmã; 2-ajutaj protecţie; 3-gaz de protecţie; 4-metal de bazã;Fig. 4.27 Lungimea liberã a sârmei electrod

- Gazul de protecţie

Debitele de gaz uzuale variazã între 0,7 şi 2,8 m3/h. Valorile ridicatecorespund folosirii heliului care are greutatea mai micã decât cea a aerului.Debitul de gaz depinde de materialul de bazã. El este influenţat de curenţiide aer , în special la lucrul în spaţii deschise. Pentru lucrãrile executate peşantier se realizeazã camere mobile. La sudarea în argon se realizeazã ooarecare instabilitate a arcului. Stabilitatea arcului se asigurã folosind unamestec de argon cu l...5% oxigen. Procedeul se considera tot MIG deşiatmosfera este uşor oxidantã.

168

4.4.5. Sudarea prin procedeul MAG

1-arc electric; 2-sârmã electrod; 3-role antrenare; 4-metal bazã; 5-perdea gazprotector; 6-curent gaz activ; 7-ajutaj.

Fig. 4.28 Schema de principiu la sudarea MAG

Arcul electric se formeazã între sârma electrod şi piesã într-un mediuprotector de gaz activ. Pe mãsura topirii sârma se deplaseazã în zona delucru prin intermediul unui mecanism de avans cu sole. Gazul utilizat estebioxidul de carbon.

169

1-arc electric; 2-sârmã electrod; 3-metal bazã; 4-sursã curent; 5-roleantrenare(împindere); 6-role antrenare(tragere); 7-butelie gaz; 8-reductor

presiune; 9-debitmetru; 10-cablu; 11-pistolet sudare; 12-bloc comandã; 13-perdea gaz; 14-mecanism conducere sârmã.

Fig. 4.29 Schema de principiu a instalaţiei de sudare MIG şi MAG

Procedeul prezintã urmãtoarele avantaje:- putere ridicatã de topire, ca urmare a lucrului cu densitãţi mari de curent(200...300 A / mm2). Cantitatea de metal depus atinge 3...4 kg/h ;- productivitate mare prin reducerea timpilor auxiliari comparativ cu sudareamanualã ;- deformaţii reduse dupã sudare, datorita vitezelor de lucru ridicate ladensitãţi mari de curent şi polaritãţi inverse;- economicitate - cantitate mare de metal depus în unitate de timp. Unghiulrostului s-a redus la 40o de la 60o datoritã puterii mari de pãtrundere,reducându-se cantitatea de metal depus;- sensibilitate micã faţã de oxizi;- pierderi mici de metal prin stropi 7...8 % .

Transferul de metal adaos prin coloana arcului se poate face :- în regim de scurtcircuit (short-arc)

Ua = 14...20 V, curenţii de sudare sunt reduşi, iar lungimea arculuieste micã. Se foloseşte la sudarea tablelor subţiri şi permite controlulenergiei termice introdusã în procesul de sudare.- în regim de pulverizare (spray-arc), arcul având o lungime mare. Ua =22...25 V.

Curenţii de lucru sunt mari iar stabilitatea arcului bunã. Se folosescla sudarea tablelor cu grosimi peste 5 mm.

170

4.4.5.1. Parametrii regimului de lucru la sudarea MAG

Şi în acest caz vom insista numai asupra elementelor specifice aleparametrilor regimului de sudare prin acest procedeu tehnologic.- Sârma electrod conţine dezoxidanţi şi elemente de aliere. Unele sârmeconţin 0,3% titan care are efecte favorabile asupra caracteristicilor mecanice( c creşte de 1,2 ori, KCU 2,l ori).

de Is min Is max0,8 50 180l,0 80 230

1,2 120 2801,6 200 4002,4 400 600

Pentru compensarea efectelor produse de reacţiile de oxidare se folosescsârme de sudurã aliate cu elemente avide de oxigen, cum ar fi Si (0,8...1,0%), Mn (1,2...1,5%).- Intensitatea curentului de sudare Is se alege în funcţie de grosimea pieseide sudat şi de poziţia de sudare. Ea determina puterea de topire , adâncimeade pãtrundere fiind proporţionalã cu viteza de avans a sârmei electrod. Laaceeaşi curenţi de sudare se pot folosi diferite diametre de sârma. Pentru uncurent dat, alegând o sârma cu diametru minim se obţine o putere de topiremaxima şi creşte adâncimea de pãtrundere. Dacã se urmãreşte un proces deîncãrcare se vor folosi sârme de diametre mari. Sârmele subţiri sunt maiscumpe.

Is se alege din tabele şi nomograme.- tensiunea de alimentare a arcului Ua se determinã cu ajutorul formulei :

Ua = 15+0,05 IsPentru un anumit diametru de sârma electrod, la fiecare intensitate

de sudare exista o singurã tensiune optimã a arcului electric. Creştereatensiunii arcului conduce la mãrirea lãţimii cusãturii şi scã derea pãtrunderii,scãderea coeficientului de depunere. Tensiuni prea mici conduc la realizareaunor cusãturi cu lãţime micã şi adâncime mare.

Ua [18 ; 30] V- Viteza de sudare este limitatã de posibilitãţile de protecţie ale arcului. Laviteza de sudare mare gazul de protecţie rãmâne în urma arcului, eficienţaprotecţiei fiind redusã.- Lungimea libera a sârmei electrod se recomanda a se menţine la valori câtmai constante.

171

Le=7-14 mm, pentru IS=50-150 ALe=15-25 mm, pentru IS=200-500 A

- Distanta dintre duza de gaz şi piesaDistante prea mici conduc la deteriorarea duzei prin stropi de metal

şi radiaţii termice.

- Debitul gazului de protecţieEste influenţat de:

- forma constructivã a îmbinãrii,- intensitatea curentului de sudare (dimensiunea mai mare a bãii necesitândo protecţie adecvatã)- tensiunea arcului- viteza de sudare- mediul de lucru

Valorile curente ale debitelor de gaz sunt în jur de 12 l / min (pentruIs<150 A) şi 20 l / min (pentru Is >150 A)- Polaritatea curentului de sudare

Se sudeazã în curent continuu cu polaritate directã la încãrcare şi inversãla sudare.- Pistoletul se va înclina la 75...80o faţã de piesã.

4.5. Tehnologia sudãrii în baie de zgurã

Sudarea în baiede zgurã este un procedeu tehnologic prin care sesudeazã piese foarte groase (cu grosimi cuprinse între 40 şi 1000 mm).Schema de principiu este redatã în figura 4.29.

În baia de zgura se dezvoltã prin efect Joule o cantitate de caldurãcare menţine baia în stare lichidã şi topeşte în continuare materialul de adaosşi parte din marginile piesei. Baia metalicã se rãceşte în partea inferioarã pemasurã ce se formeazã metal topit la partea superioarã. Cusãturã se dezvoltãde jos în sus. Pentru ca zgura şi metalul lichid sã nu curgã, pe marginilelaterale ale pieselor se aşeaza “patine” din cupru, care închid spaţiul desudare. Ele sunt rãcite cu apã şi culiseazã pe verticalã pe mãsura realizariicordonului de sudurã.

Pentru a se ajunge în faza staţionarã a procesului de sudare estenecesarã o fazã de formare a bãii topite. Arcul electric se amorseazã analogprocedeului de sudare sub strat de flux. Pe mãsura ce se formeazã baia topitã

172

, arcul se stinge şi sursa de caldurã este asiguratã prin efect Joule. Dupãsudare sunt necesare tratamente termice.

Procedeul prezintã urmatoarele avantaje : productivitate de pânã la 300 Kg metal topit / orã, faţã de 2 Kg / orã la

sudarea manualã şi 12 Kg / ora la sudarea sub strat de flux; economie mare de material şi de manoperã; nu necesitã pregãtirea marginilor ;

1-material de adaos; 2-baie de zgura; baie de metal topit; 3-metalde baza; 4-cusatura; 5-patine; 6-material de adios; 7-baie de zgura;8-baie de metal topit; 9-metal de baza; 10-cusatura; 11-patine.

Fig.4.30. Sudarea în baie de zgurã şi variaţia temperaturii în baia de zgurã

173

4.6.Tehnologia sudãrii şi tãierii cu flacãra de gaze

Sudarea cu flacãrã de gaze este un procedeu care utilizeazã energiatermochimicã. În afarã de sudarea propriu-zisa cu flacãrã de gaze serealizeazã şi diverse procedee conexe cum sunt: lipirea tare, încãrcarea prinsudare, tãierea cu oxigen şi gaze, metalizarea, cãlirea superficialã şicurãţirea cu flacãrã.

Materialele utilizate sunt:Metalul de baza. Cele mai utilizate metale pentru sudarea cu flacãrã degaze sunt aliajele fier-carbon de tipul oţelurilor. În mai micã mãsura sesudeazã fontele ,bronzurile şi alama. Procedeul necesitã o sursã de gazeindependentã de reţeaua electricã. Prin acest procedeu se realizeazã lucrãriîn condiţii de şantier. Oţelurile folosite pentru sudarea cu flacãrã de gazesunt cele realizate cu conţinut scãzut de carbon (C < 0,20 %) şi elemente dealiere nedepãşind 5%.

Efectele nedorite realizate de sulf (fragilitate la cald) şi fosfor(fragilitate la rece) au impus limitarea lor la valori de ordinul sutimilor deprocent. Compoziţia chimicã a metalului de bazã trebuie corelatã cuaspectele fizice şi metalurgice posibile în flacãra de gaze folositã în vederearealizãrii unei tehnologii adecvate. Cel mai frecvent se sudeazã oţelurilepentru cazane şi recipienţii sub presiune, oţelurile pentru ţevi, oţeluri cugranulaţie finã pentru construcţii metalice oţeluri turnate în piese pentruarmãturi.Metalul de adaos se prezintã sub formã de vergele metalice. Acesta trebuiesã aibã o compoziţie chimicã şi caracteristici mecanice asemãnãtoaremetalului de bazã.

Compoziţia chimica pentru diverse tipuri de sârme este reprezentatãîn STAS ll26-80.

Specific procedeului de sudare cu flacãrã de gaze sunt fluxuriledezoxidante (decapante). Ele au rolul de a dizolva oxizii metalici formaţi şi de a-i transforma într-o zgura uşor fuzibilã. Fluxurile nu au caracter universal fiindfolosite în raport cu particularitãţile de sudare. Fluxurile se introduc în zona desudare prin imersia periodica a vergelei.

174

1 = flacãrã de gaze; 2 = sârmã de sudurã; 3 = metal de bazã4 = baie de metal topit; 5 = metal depus

Fig.4.31 Schema de principiu a sudãrii cu flacãrã

Flacara de sudare constituie sursa termicã care asigurã cãldura necesarãtopirii metalului de bazã şi a celor de adaos. Ea se obţine prin ardereaacetilenei în oxigen la ieşirea din arzãtor. La o flacãrã de gaze pentru sudarese disting mai multe zone.

1)Nucleul luminos2)Flacãra primarã3) Flacãra secundarã

1 = zona rece(amestec de gaze neaprinse)2 = nucleul luminos; 3 = flacãra primarã4 = flacãra secundarã; a = flacãra carburantãa= flacãrã carburantã; b = flacãrã oxidantã

Fig. 4.32. Flacãra de sudurã la sudarea cu gaze

175

În nucleul 1 are loc disocierea acetilenei dupã reacţia C2H2+O2 2C+2H+O2 şi începutul arderii elementelor de disociere (C+H). Zonaconţine carbon liber incandescent care produce o luminã de un alb orbitor.De aceea se numeşte şi con luminos.În zona 2 are loc reacţia de ardere primarã a carbonului şi formarea oxiduluide carbon. Arderea primarã se produce cu degajarea unei cantitãţi mari decãldura, astfel încât aici se dezvoltã temperatura maximã a flãcãrii.

2C+2H+O2 2CO+H2+450000[KJ / kmol]Prezenta carbonului şi hidrogenului dau un caracter reducãtor acestei zone.Zona primarã este denumitã şi zona reducãtoare. Temperatura maximã estede 30000C şi se dezvoltã la o distanţã de 2...5mm de conul luminos. Pieselecare se sudeazã se dispun la o distanţã de 2...5mm de conul luminos. Flacãraprimarã înconjoãrã nucleul luminos şi este transparentã.

1-nucleu luminos; 2-flacãrã primarã; 3-falacãrã secundarã; 4-metale desudat; 5-arzãtor.

Fig. 4.33 Temperatura diferitelor zone ale flãcãrii oxiacetilenice

În flacãra secundarã, denumitã şi de împrãştiere are loc arderea completã acompuşilor formaţi din zona primarã. Structura şi forma flãcãriioxiacetilenice depind de compoziţia amestecului gazos.

176

22

2

HC

O=1,1.....1,2 amestec normal, flacãra neutra

PC2H2max=1,5*105MPa;PO2max=5*105MPaFlacãra arde liniştit şi zonele sunt perfect delimitate

22

2

HC

O=1,2...1,5 flacãra este oxidantã

O2 este în cantitate mare. Flacãra este violetã şi arde cu zgomot puternic.Zonele flãcãrii sunt mai reduse ca dimensiuni. Oxigenul conduce la procesede oxidare sau ardere a elementelor materialului de baza.Se foloseşte în special la sudarea alamelor.

22

2

HC

O=0,7...0,9 flacãra are un exces de C2H2si este carburantã.

Conul luminos se lungeşte.O parte din carbon nu se arde şi apare sub forma de funingine.Pentru sudarea materialelor feroase se foloseşte flacãra neutrã saureducãtoare.

Gaze folosite la sudare

- Oxigenul utilizat la sudarea cu flacãrã de gaze are puritãţi diferite , dupãcum urmeazã :

97%(tip 97)98%(tip 98)99%(tip 99)

Se livreazã în butelii de culoare albastrã la o presiune de 150*105Pa şi avândcapacitatea de 40dm3 .- Acetilena se îmbuteliazã la maximum 60*105Pa în butelii de culoare

brunã sau se produce în generatoare sau staţii centrale.

Utilajul folosit la sudarea cu flacãrã de gaze

Utilajele necesare realizãrii unui cordon de sudurã cu flacãrã de gazesunt:- Generator de acetilenãcu supapã de siguranţã sau butelie de acetilenã;- Filtru chimic;- Butelir de oxigen cu filtru chimic;- Trusã de sudare;

177

- Furtune pentru conducerea gazelor (roşu pentru acetilenã şi albastrupentru oxigen);

- Accesorii diverse.

Generatorulde acetilenã preparã acetilena urmare a reacţieicarbidului cu apa.

Arzãtorul pentru sudare se mai numeşte şi suflai şi este un aparat în careare loc amestecul gazos şi arderea lui la un capãt. El poate regla debitele degaz pentru a realiza flacãra doritã.

1-conductã oxigen; 2-conductã acetilenã;3-ajutaj conic; 4-secţiunea spaţiului inelar deabsorbţie a acetilenei; 5-camera de amestec;6-ajutaj ieşire.

Fig. 4.34. Schema de principiu a arzãtorului

Dupã principiul de construcţie se deosebesc arzãtoare fãrã injector(alimentate cu gaze la presiuni aproape egale)şi arzãtoare cu injector(alimentate la presiuni diferite). La sudarea cu flacãrã oxiacetilenicã sefolosesc arzãtoare cu injector, datoritã presiunilor diferite ale celor douãgaze. Datoritã presiunii mai mari a oxigenului se produce un efect deaspiraţie a acetilenei prin spaţiul inelar 4.Trusele de sudare şi tãiere sunt standardizate conform STAS 4137-70 .Pentru a mãri puterea de încãlzire şi o utilizare mai eficienta a cãlduriidezvoltate se folosesc arzãtoare cu flãcãri multiple. La arzãtoarele simple seface preîncãlzirea materialului cu flacãra secundarã, iar topirea se face cucea primarã, procesul fiind mai puţin eficient.La arzãtorul cu douã flãcãri, prima flacãrã realizeazã preîncãlzirea ,iar adoua topirea.

4.6.1. Tehnologia sudãrii cu flacãrã de gaze şi oxigen

La sudarea cu gaze stabilirea regimului de sudare constã în alegereaputerii arzãtorului, a metalului de adaos, a formei şi a structurii flãcãrii.

178

Caracteristic pentru o anumitã putere a arzãtorului este debitul de amestecgazos care realizeazã o flacãrã cu o anumitã putere caloricã.

Pentru a realiza operaţia de sudare în timp minim cu un consumminim de gaze la alegerea puterii arzãtorului vom avea în vedere grosimeamaterialului de bazã şi proprietãţile sale termice (temperatura de topire,conductivitate termica).Pentru acetilenã debitul volumetric specific (dm3 /ora) este funcţie de naturamaterialului ce se sudeazã

-oţel 100-150-fonta 175-250-alama şi bronz 75-100

Funcţie de grosime se determinã debitul orar de acetilenã. Cu aceastãvaloare se alege mãrimea becului necesar din tabel. Corelat cu mãrimeabecului în trusa se afla tija respectivã şi injectorul .Becurile sunt în numãr de 8, numerotate de la 0 la 7 şi corespund în ordineacreşterii diametrului gãurii prin care iese amestecul de gaze.

Numãr bec 0 ,1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7.Diametrul gãurii becului [mm]Diametrul gãurii injectorului [mm]Grosimea metalului sudatConsumul de acetilena [l / h]Consumul de O2[l / h]Lungimea nucleului luminosPresiunea O2

Presiunea C2H2

Diametrul metalului de adaos este în funcţie de grosimea materialului debaza.

d 1,5 2,5 3-4 4-5 5-6 6-7s <1,5 1,5-3 3-5 5-7 7-10 >10

Natura flãcãrii Oţel =1,1-1,2 normalãFontã =0,9-1,0 carburantãAlamã =1,3-1,5 oxidantã

4.6.2. Pregãtirea rostului

179

Pentru sudarea manualã cu flacãrã de gaze forma şi dimensiunearostului sunt conform STAS 6672-74Pentru grosimi ale tablelor de sudat s<2 , marginile se rãsfrângPentru grosimi ale tablelor de sudat s<4 , rostulse prelucreazã în formã de“I”.

Tehnica sudãrii utilizeazã douã metode : spre stãnga şi spre dreapta.Sudarea spre stânga se aplica la table de oţel cu grosimi s<5m. Deplasareaarzãtorului se face de la dreapta spre stânga, iar metalul de adaos se dispuneînaintea flãcãrii. Suflaiul şi sârma se înclinã la 450 .Sudarea spre dreapta se aplica pentru tablele cu grosimi s>5mm. Arzãtorulse înclinã la 700 şi electrodul la 450. Metoda este dificilã, necesita experienţãşi este indicatã la sudarea oţelurilor slab aliate. La aprinderea flãcãrii sedeschide întâi oxigenul iar la terminarea sudãrii se opreşte mai întâiacetilena.

180

Sudarea prin topire cu termit

Sudarea prin topire cu termit este un procedeu tehnologic de sudareaprin topire care are la baza energia termo-chimicã degajatã urmare a uneireacţii de înlocuire a unui metal din oxizii sãi cu un alt metal maielectronegativ. Cea mai frecvent utilizatã reacţie chimicã este cea deînlocuire a fierului din oxidul de fier cu aluminiu sau magneziu. Acestereacţii se deruleazã într-un interval de timp extrem de scurt (10...15secunde). Urmare a cantitãtilor mari de energie care se degajã, temperaturilepot atinge 3300oK.

Schema de principiu a sudãrii cu termit, care se mai nu,meşte şisudarea prin turnare, este redatã în figura de mai jos.

Amestecul de oxid, aluminiu şi pulbere de magneziu pentruaprindere se introduce în creuzetul 1 şi se aprinde, rezultând topitura. Sescoate dopul 5 si topitura curge în rostul îmbinãrii sudate 7. De obicei sefolosesc forme de grafit care fac corp comun cu creuzetul.

Cea mai importantã aplicaţie este sidarea şinelor de cale feratã şitramvai, dar procedeul se mai poate aplica şi în cazul reparãrii unor piesedin oţel de gabarit mare.

1-creuzet; 2-oxid de fier şi pulbere de aluminiu; 3-pudrã de aprindere; 4-capac; 5-dop; 6-topiturã; 7-rost; 8,9-piese de sudat; 10-amestec de formareobişnuit; 11-pâlnie de turnare; 12-piciorul pâlniei; 13-canal de alimentare;

14-rãsuflãtori; 15-cusãturã sudatã; maselotã.Fig. 4.35 Schema de principiu as sudãrii cu termit

181

4.8.Sudarea prin presiune

In cadrul procedeelor tehnologice de sudare prin presiune, legãturileinteratomice dintre atomii marginali ai pieselor de asamblat se formeazãurmare a curgerii materialului de asamblat sub acţiunea unor forţe decompresiune şi a cãldurii. Datoritã curgerii materialului atomii marginali seapropie şi pot forma legãturile interatomice. Deoarece plasticitateamaterialelor creşte odatã cu creşterea temperaturii piesele de asamblat vor fiîncãlzite înainte de aplicarea forţelor de compresiune.

Dupã temperatura maximã ce se atinge în timpul sudãrii prinpresiune distingem:- sudare prin presiune la rece - temperatura de încãlzire este mai micã

decât cea de recristalizare;- sudare prin presiune la cald în stare solidã - temperatura de încãlzire

este mai mare decât cea de recristalizare;- sudare prin presiune la cald cu topire – se atinge temperatura de topire.

Sudarea prin presiune la cald se face în stare solida când Tr < Ts <Tt sau cu topire când Ts < Tt , undeTr = temperatura de recristalizareTs = temperatura de sudareTt = temperatura de topire

Sursele de încãlzire pot fi indirecte (reacţii chimice exoterme) saudirecte (efect termic al curentului electric sau frecare uscata).

În funcţie de sursele de încãlzire sudarea prin presiune poate fi :-cu energie electricã;

- cu rezistenţã de contact;- prin inducţie;

- cu energie mecanicã;- în puncte;- în linie.

- cu energie chimicã.- cu flacãrã de gaze;- cu termit.

4.8.1. Sudarea prin presiune cu încãlzire electricã

Sudarea prin presiune prin rezistenţã în puncte-se realizeazã înprincipiu la trecerea unui curent electric printr-un contact, încãlzirea

182

acestuia la temperaturi înalte, presarea şi rãcirea sub presiune. Se pot sudasimultan unul sau mai multe puncte.

Dupã modul cum se realizeazã circuitul electric se disting douãvariante principale:- sudarea în puncte din douã pãrţi- sudarea în puncte dintr-o parte.

Sudarea în puncte din douã pãrţi se face prin presarea a douã piese1si 2, între electrozii 3 şi 4, acţionaţi cu o forţã F de pe ambele pãrţi şiconectaţi la secundarul unui transformator de sudare.

1 , 2 = piese de sudat; 3, 4 = electrozi; 5 = sursã de curentFig. 4.36 Sudarea in puncte.

Tehnologia sudãrii în puncte presupune corelarea parametrilorprincipali ai produsului: curentul de sudare, durata de conectare, forţa deapãsare, diametrul electrozilor.Fazele sudãrii sunt:

- pregãtirea tehnologicã a fabricaţiei;- aşezarea pieselor;- presarea;- conectarea curentului;- deconectarea şi rãcirea sub presiune;- desfacerea electrozilor;- controlul tehnic final.

183

Presiunea exercitatã de electrozi este de 7...12 daN/mm2 , densitateade curent este de 80..160A/mm2 pentru oţeluri moi şi 120...360A/mm2

pentru oţeluri rezistente.Is=6500 [A]P=(50...250)sts=(0,1...0,2)s, pentru regimuri durets=(0,8...1)s, pentru regimuri moide=2s+3, pentru s<3 mmde=5s, pentru s>3mmD=1,5 de

unde,- „s” este grosimea pieselor de sudat;- Is - intensitatea curentului de sudare;- P - forţa de apãsare;- ts - timpul de sudare;- de - diametrul vârfului electrodului;- D-diametrul electrodului.

Pentru îmbunãtãţirea proprietãţilor mecanice ale punctelor de sudurãse mãreşte forţa de apãsare spre sfârşitul procesului de sudare.

Procesul se aplicã la îmbinarea tablelor şi profilelor subţiri,confecţionate din oţel carbon, alamã, cupru, bronz, oţel inoxidabil.

Diametrul punctului sudat variazã în funcţie de regim şi de grosimeatablelor între 3 şi 12mm, fiind aproximativ egal cu diametrul electrozilor.

Dacã piesele au grosimi diferite, procesul termic este asimetric(pãtrundere inegalã), ceea ce se compenseazã prin dimensiuni diferite aleelectrozilor.

Sudarea prin presiune prin rezistenţã în linie este un procedeutehnoogic de sudare sudare care se realizeazã în acelaşi mod ca sudarea înpuncte cu deosebirea cã punctele sunt atât de dese încât se pot suprapuneparţial, formând o cusãtura etanşã. Electrozii sunt înlocuiţi cu role. Cel puţinuna din role este antrenatã mecanic. Amândouã sunt rãcite cu apã. Prinfrecare rolele antreneazã tablele într-o mişcare de avans cu viteza de sudarevs.Sudarea în linie se poate realiza din douã pãrţi sau dintr-o parte.Succesiunea fazelor de sudare este urmãtoarea:

- pregãtirea tehnologicã a fabricaţiei;

184

- aşezarea pieselor;- presarea;- antrenarea rolelor;- conectarea sursei;- deconectare sursei şi desfacerea role;- controlul tehnic final.

Factorii de baza care determina tehnologia sunt:- Intensitatea curentului de sudare Is, care este de 1,5...2,0 ori mai mare ca

la sudarea în puncte, pentru acelaşi material şi aceeaşi grosime.- Forţa de apãsare F, se alege cu 10...30% mai mare decât la sudarea în

puncte.- Viteza de sudare vs

- Diametrul rolelor este cuprins între 150...300 mm;- Lãţimea zonei active a rolelor „da”

da=2s+2

a = sudarea din douã pãrţi (o cusãturã );b = sudarea dintr-o parte ( douã cusãturi )

1 = role contact; 2, 3 = piese de sudat; 4 = transformator sudurã; 5 = placãajutãtoare de cupru

Fig. 4.37. Sudarea în linie

Sudarea prin presiune cu încãlzire la flacãra

Spre deosebire de sudarea prin topire cu flacãrã la care sudura serealizeazã treptat, prin topirea succesivã a marginilor pieselor la sudarea

185

prin presiune se încãlzeşte simultan întreaga zona cu ajutorul unei flãcãrimultiple.

Temperatura de sudare este in jur de 1470-15200K, iar presiunea200-400 daN/cm2.

Procedeul se aplica la sudarea ţevilor de diametre mari(300...600mm), şinelor de cale feratã, etc.

4.8.2. Sudarea prin presiune cu încãlzire prin frecare

Face parte din familia procedeelor tehnologice de sudare prinpresiune la cald. Încălzirea pieselor de sudat se realizează în acest caz prinfrecare. La frecarea unui corp de altul în straturile vecine cu suprafaţa decontact se transmite cãldura rezultata din transformarea energiei mecanice(datorita forţelor de frecare) .

Piesele de sudat se montează pe maşini speciale, una dintre elerămănând fixă, iar cealaltă având două grade de libertate: rotaţie şi deplasareaxială sau aflându-se ambele în mişcare de rotaţie dar în sens contrar.Mişcarea de rotaţie se opreşte odată cu atingerea temperaturii de plastifiere.Parametrii tehnologici sunt forţa de apăsare şi timpul cât piesele sunt încontact. Procedeul se aplică pieselor cu secţiune circulară sau inelară, cugrosimi de până la 50 mm. Se pot suda şi materiale diferite. Exemplul celmai elocvent îl constituie sudarea cozilor sculelor aşchietoare tip burghiusau freză, în care corpul sculei se confecţionează din Rp3, iar coada dinOLC45.Se pot folosi urmãtoarele scheme de încãlzire:- rotirea uneia dintre piese şi presare;- rotirea ambelor piese şi presarea;- rotirea unei piese intermediare şi presarea;- deplasarea alternativa a unei piese şi presare.

4.9. Defectele, controlul si remedierea îmbinãrilor sudate

Având in vedere multitudinea factorilor care influenţeaza procesul desudare posibilitatea apariţiei defectelor este mai mare la sudarea metalelor decâtla alte metode tehnologice.

Defectele de sudura sunt descrise in STAS 7084-1964. Dintre toatedefectele cele mai complexe probleme le ridica apariţia fisurilor. Dupãtemperatura la care apare fisura poate fi :

186

la cald - apare in timpul cristalizãrii primare a baii;(elementele ce favorizeazã apariţia fisurii sunt C, P,S, iar celeatenuatoare Mn, Cr, Mo, V);

la rece sub 200 C şi este determinata de mãrimea tensiunilorremanente.

STAS-ul prevede urmãtoarele grupe de defecte : abateri dimensionale (lãţime neuniformã, supraînãlţare,

concavitate, mãrimea neuniformã a catetelor); defecte exterioare ale sudurii (arderea metalelor, pori, fisuri,

cratere nesudate, şanţuri marginale, suduri incomplete); defecte interioare ale sudurii (incluziuni de gaze, zgurã, lipsa

de pãtrundere, lipsã de topire, defect de structura, defecte larãdãcinã);

Controlul sudurilor se poate face: vizual; cu lichide penetrante; cu ultrasunete; prin gamagrafiere;

In general este bine sã se cunoãscã cauzele care au generat defectul, pentru aputea fi remediat şi evitat în viitor. Producerea defectelor este rezultatul unorgreşeli de proiectare sau execuţie.

Defectele îmbinãrilor sudate pot fi remediabile sau neremediabile(rebuturi). Remedierea defectelor îmbinãrilor sudate se facei în baza uneitehnologii de remediere special elaboratã.

Controlul sudurilor se poate face:1. vizual;2. prim petode destructive;

- încercãri re rezistenţã (rezistenţa la tracţiune a îmbinãrilor sudate, mãsurarearezilienţei, determinarea duritãtii, etc);

- încercãri tehnologice (încercarea la îndoire);3. prin metode nedestructive.

- cu lichide penetrante;- cu ultrasunete;- prin gamagrafiere;

Cele mai frecvent întâlnite defecte de sudurã sunt prezentate succint maijos:

187

1. Fisurile – sunt defecte care se manifestã sub forma unor discontinuitãţi.Atunci când sunt vizibile cu ochiul liber ele se numesc crãpãturi. Fisurilepot apãrea la cald sau la rece.

2. Porii şi suflurile – sunt cavitãţi umplute cu gaze având suprafaţa de celemai multe ori sfericã. Porii apar dacã viteza de evacuare a gazelor estemai mica decât viteza de înaintare a frontului de cristalizare.

3. Incluziunile – sunt defecte de compoziţie chimicã diferitã de cea acusãturii sudate. Ele pot fi metalice sau nemetalice. Cele mai frecventeincluziuni sunt oxizii, nitrurile şi sulfurile.

4. Lipsa de pãtrundere – se manifestã prin apariţia unuiinterstiţiu întremetalul de bazã şi cel depus. Lipsa de pãtrundere micşoreazã rezistenţamecanicã a îmbinãrii. Ea are ca principala cauzã încalzirea incorectã aelectrodului sau a materialului de bazã.

5. Lipsa de topire – reprezintã o legãturã incomplete între materialul debazã sic el depus.

6. Supraîncãlzirea – constã în creşterea granulaţiei grãunţilor.7. Arderea – se produce atunci când se depãşeşte temperature de topire.8. Defectele de formã – sunt date de abatewrile de la forma şi dimensiunile

prescrise ale îmbinãrii sudate. Cele mai frecvente defecte de formã sunt:- lãţimea neuniformã – se datoreazã vitezei de sudare neuniforme, schimbãrii

poziţiei electrodului, variaţiei tensiunii de alimentare a arcului.- suprãînãlţarea – apare datoritã vitezei de sudare mici saua acurentului de

sudare mic.- abaterile poziţiei relative a pieselor de sudat – se datoreazã poziţionarii

incorecte a pieselor de sudat sau manifestãrii tensiunilor interne.- craterul final – apare al întreruperea cordonului de sudurã, mai ales la

capãtul cordonului de sudurã.- rãdãcina nesudatã – are forma unei retasuri.- scobiturile – apar datoritã tpirii excesive.- scrugerile – se datoreazã folosirii unui currnt de sudare prea mare- crestãturile – se materializeazã sub forma unui şanţ pe o parte sau întreaga

lungime a cordonului de sudurã. Apar datorita curentului de sudare preamare sau a mişcãrii rapide a electrodului.

- stropii – reprezintã particule de metal topit solidificate pe materialul debazã.

188

a-lãţime neuniformã; b -supraînãlţare; c-convexitate excesivã; d-abatere deunghi; e-lipsã de coaxialitate; f-rãdãcina nesudatã; g-scobiturã la o sudurã cap la

cap; h-scobiturã la o sudurã prin suprapunere; i-scurrgere într-o sudurã cap lacap; j-scurgere al o sudurã de colţ; k-crestãturã pe toatã lungimea la o sudurã cap

la cap; l- crestãturã pe toatã lungimea la o sudurã de colţ.Fig. 4.38 Defecte de formã

189

4.10 Tratamentele termice ale îmbinãrilor sudate

Pentru a preîntâmpina apariţia unor defecte de tipul fisurilor şicrãpãturilor, precum şi pentru a obţine anumite propiretãţi funcţionale, dupãexecutarea tratamentelor termice trebuiesc executate anumite tratamentetermice. Cele mai frecvent utilizate sunt:

Recoacerea de omogenizare are ca scop înlãturarea neomogenitãţilorcare apar în timpul rãcirii. Acest lucru se realizaezã prin difuzie în stare solidã.

Recoacerea de normalizare se aplicã în scopul finisãrii structuriimatelografice şi a înlãturãrii unor constituenţi cu duritate mare. Se aplicã acolounde prin sudare s-a realizat supraîncãlzirea materialului.

Recoacerea de detensionare urmãreşte eliminarea tensiunilor internecare apar în timpul sudãrii. Tratamentul constã în încalzire lentã şi menţinere(2…3 minute pentru fiecare milimetru de grosime al pereţilor piesei).Rãcireatrebuie sã se facã cu vitezã mica.

Revenirea se aplicã oţelurile care manifestã tendinţa de cãlire în timpulsolidificãrii şi rãcirii. Tratamentul constã în încãlzirea sub punctual detransformare şi rãcirea în aer liber. Se obţin structuri cu duritate mai mica.

MIHAEL CHIRCORREMUS ZAGANGRETI CHIŢU

ELEMENTE FUNDAMENTALEDE

TEHNOLOGIA MATERIALELOR

EDITURA EX PONTOCONSTANŢA 2005

3

PREFAŢĂ

Lucrarea de faţã se adreseazã în special studenţilor Facultãţii deInginerie Mecanicã a Universitãţii Ovidius Constanţa ca şi altor studenţi de lasecţiile similare ale altor universitãţi.

În cadrul fiecãrei metode si procedeu tehnologic au fost luate îndiscuţie urmãtoarele aspecte :

bazele teroretice (fenomenele care stau la baza tehnologieirespective, legi specifice, interpretarea teoreticã a fenomenelor silegilor);

dimensiunea materialã (utilaje, dispozitive, scule necesareobţinerii produsului finit prin procedeul tehnologic respectiv);

dimensiunea normativã (succesiunea operaţiilor, reţetelor defabricaţie, parametrii optimi).

Autorii au avut intenţia de a da lucrãrii, care s-a vrut a avea unpronunţat caracter didactic, mai mult un caracter formativ decât informativ. Nuam urmãrit originaliatea, ci coerenţa şi calitatea, motiv pentru care amconsultata cele mai reprezentative lucrãri în domeniu, preluând din acestea totceea ce ni s-a pãrut mai valoros. De aceea din lucrare lipsesc o seamã deinformaţii, de genul tabelelor de parametrii, nomograme, care se pot gãsi cuusurinţã în orice alt manual de specialitate.

Cu toate acestea lucrarea se adreaseazã în egalã masurã si inginerilorsau altor cadre tehnice care lucreazã în producţie sau proiectare.

AUTORII