CAPITOLUL 4 SUDAREA METALELOR 4.1.Generalităţi

Sudarea este o metodã de îmbinare nedemontabilã a douã corpuri metalice, prin stabilirea unor legãturi între atomii marginali ai celor douã corpuri, în anumite condiţii de temperatura şi presiune.

Avantajele metodei :- faţã de celelalte procedee de asamblare(în special nituirea) se realizeazã o economie de material (nu se suprapun

tablele),se realizeazã etanşeitatea îmbinãrii şi în absenţa gãurilor pentru nituri creşte rezistenţa asamblãrii.- faţã de piesele turnate se obţin construcţii mai suple, consumul de manopera la sudare este mai mic, iar rezistenţa la

rupere a materialelor laminate(care se sudeazã)este mai mare decât a celor turnate.- se pot obţine construcţii mixte formate din mai multe pãrţi fiecare din alt material sau obţinutã prin alt procedeu

tehnologic.- pentru a suda materiale uzuale utilajele necesare sunt accesibile şi simple.Dezavantaje:- nu se pot executa serii de fabricaţie mari - de multe ori dupã sudurã urmeazã tratament termic- procedeele tehnologice de sudare de mare productivitate necesitã utilaje scumpe

4.1.1. Principiul fizic al sudãrii

Pentru crearea unor forţe de legãtura între corpuri este necesar ca atomii dispuşi pe suprafaţa unuia dintre corpuri sa reacţioneze cu atomii celuilalt corp.

Aceasta condiţie se poate realiza prin doua soluţii de baza:1) încãlzirea pãrţilor de îmbinat în poziţie alãturatã2) exercitarea unei presiuni între ele.

Prin încãlzire se mãreşte energia libera a atomilor şi se slãbesc legaturile interatomice. Dacã încãlzirea este mare se realizeazã o baie de metal topit prin solidificarea cãreia se obţine cordonul de sudurã. Fenomenele care au loc în baza de metal topit se supun legilor metalurgiei.

Presiunea exercitatã între pãrţile de îmbinat dã naştere la deformaţii plastice care determinã curgerea materialului de-a lungul suprafeţelor în contact a i. 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 lichidate sau ambele solide.La sudarea în faza lichida stabilirea legãturii începe în baia comuna odatã cu interacţiunea materialelor topite şi se continuã

cu procesul de cristalizare. O mare influenţã au solubilitatea celor douã metale în stare solida şi diferenţa între proprietãţile fizice.La sudarea în stare solida forţele de prindere a unei piese de alta se obţin prin apropierea mecanica a atomilor de pe

suprafeţele în contact. Pentru prinderea totala ar trebui ca distanta dintre atomi celor doua corpuri sa fie de ordinul parametrilor reţelei cristaline.

Practic acest lucru nu se produce datorita existentei unor straturi de oxizi la contactul metalelor. Aceste straturi împiedicã coeziunea moleculara.

În plus microneregularitãţile suprafeţelor de separaţie determina o suprafaţa de contact realã mai micã decât cea aparentã.În concluzie prin presare la rece posibilitatea întâlnirii a douã cristale aparţinând celor douã corpuri este micã şi de aceea

chiar în cazul sudãrii prin presiune când materialele sunt în stare solida este necesara încãlzirea lor, prin încãlzire creşte plasticitatea metalului şi amplitudinea oscilaţiilor termice ale atomilor, creşte numãrul de vacanţe.

1

4.1.2. Structura îmbinãrilor sudate

Prin sudurã se înţelege rezultatul operaţiei de sudare , iar prin cusaturã sudatã se defineşte aceea zonã a îmbinãrii în care au acţionat efectiv forţele de coeziune interatomicã.

Zona îmbinãrii este diferitã de zona materialului de bazã, deosebirea datorându-se şi modului în care s-a realizat cusãtura: prin topire sau prin presiune.

Cordoanele de sudurã obţinute prin topire au o structurã şi o compoziţie chimicã proprie.În cazul obişnuit al sudurii cu adaos de material cusãtura înglobeazã pe lângã acesta şi materialul de bazã. Baia de sudura

astfel rezultatã intrã în reacţii chimice cu elemente din mediul înconjurãtor (O2,H2,N2) şi cu diferite elemente de aliere(Si , Mn, C, Cr).

Oxigenul dã naştere la oxizi, hidrogenul se dizolvã şi uşureazã apariţia fisurilor, iar azotul formeazã nitruri dure care reduc plasticitatea sudurii.

În plus se pot introduce elemente de aliere prin materialul de adaos sau prin materialele menite sã protejeze baia. Trebuie sã ţinem cont de faptul cã unele elemente de aliere se pot pierde prin ardere.

Dupã solidificare la locul îmbinãrii apar patru zone cu structuri caracteristice.

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 baza supraîncãlzit şi format din constituenţi de difuzie reciprocã. Cu cât deosebirea dintre compoziţia chimicã a metalului de adaos şi cea de bazã este mai mare, cu atât aceastã zonã este mai vizibilã.

În metalul netopit din apropierea cusãturii, datorita încãlzirii şi rãcirii rapide, au loc transformãri structurale, fãrã modificarea compoziţiei chimice într-o zonã numitã zonã de influenţã termicã (Z.I.T.) (3). În aceastã zonã au loc recristalizãri şi transformãri de fazã ,difuziuni. Adâncimea ei depinde de regimul termic folosit. În funcţie de viteza de rãcire se obţin în Z.I.T. structuri de cãlire care mãresc duritatea oţelului.

Zona (4) este a materialului de bazã.La sudarea prin presiune absenţa materialului de adaos şi prin încãlzirea la temperaturi mai mici determinã o structurã mai

simplã. Nu apar diferenţe sensibile de compoziţie chimicã şi se obţin structuri cu grãunţi mari care înrãutãţesc proprietãţile mecanice.

4.1.3. Sudabilitatea materialelor metalice

Sudabilitatea este o proprietate tehnologicã care determinã în condiţii de sudare date, capacitatea materialelor de a realiza îmbinãri sudate.

Noţiunea de sudabilitate este condiţionatã atât de proprietãţile metalului cât şi de modul de realizare a sudurii.Pentru aprecierea sudabilitãţii existã prescripţii şi criterii de apreciere specifice fiecãrui material şi fiecãrei ţãri. Metodele

sunt empirice.În România .conform STAS 7194-79 oţelurile se împart , din punct de vedere al sudabilitãţii în trei grupe:

I BunãII PosibilãIII. Necorespunzãtoare

Pentru determinarea sudabilitãţii se fac încercãri de duritate în zona de influenţã termicã Z.I.T. Duritatea este influenţatã de conţinutul de carbon.

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 aliere conţinut de oţel afecteazã duritatea cordonului şi deci sudabilitatea. Pentru a ţine cont şi de acestea se introduce noţiunea de carbon echivalent Ce[%].

Carbonul echivalent este procentul de carbon al unui oţel nealiat care are aceeaşi sudabilitate cu a oţelului aliat utilizat. Conform STAS 7194-79 ce se stabileşte cu formula.

2

Ce=C+Mn+Cr+Ni+Mo+Cu+P+0,0024 g 6 5 15 4 13 2unde “g” este grosimea tablelor care se sudeazã.O sudabilitate buna este asiguratã pânã la 0,4...0,5%. Folosind mãsuri speciale ( supraîncãlzire ) se pot suda oţeluri cu Ce pânã la 1,5 % C .De obicei se prefera utilizarea oţelurilor pânã la 0,25%C.Dintre fonte sunt sudabile numai cele cenuşii, folosindu-se mãsuri speciale( preîncãlzirea, alierea bãii, rãcirea controlatã ).

Cuprul se sudeazã bine dacã nu conţine O2 în procent mai mare de 0,04% şi cu mãsuri speciale pentru a evita pierderile de cãldura datorate conductibilitãţii sale ridicate.

Alama se sudeazã greu din cauza Zn care este usor oxidalul Bronzul se sudeazã greu datorita segregaţiilor puternice.Aluminiul şi aliajele lui se sudeazã greu datorita oxidãrii metalului şi a conductivitãţii sale termice ridicate.

4.1.4. Materiale de adaos la sudareProprietãţile materialelor de adaos

Pentru a fi corespunzãtor materialul de adaos trebuie sa îndeplineascã urmãtoarele condiţii:- sã aibã o compoziţie chimicã apropiatã de cea a materialului de bazã- sã dea suduri cu proprietãţi mecanice apropiate de cele ale metalului de bazã. Din acest punct de vedere proprietatea care

se urmãreşte în primul rând este tenacitatea- prin solidificare sã dea 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 contribuie la alierea sudurii ( învelişuri, fluxuri)

4.1.4.1. Sârme de sudurã

Sârmele de sudurã se prezintã sub forma de colaci sau vergele şi au diametre cuprinse între 0,5 şi 12,5mm.Se utilizeazã la sudarea cu flacãrã sau la sudarea în medii protectoare de gaze. Ele pot fi aliate sau nealiate.

Simbolizarea lor este conform STAS 1126-66S = sârmã sudare- douã cifre = conţinutul maxim de C în 0,01%- litere şi cifre reprezentând principalele elemente de aliere. Dacã elementele de aliere nu depãşesc 1% se înscriu numai

literele. Pentru cele ce depãşesc acest procent dupã simbol se înscrie şi procentul .Ele se scriu în ordine descrescãtoare x = litera ce simbolizeazã un conţinut mai mic de fosfor şi sulf (puritate mai mare)În notarea sârmei dupã simbol se trece diametrul şi eventual lungimea acesteia.Exemplu : S12M2SC 4*450 STAS 1126-66 , S12C2Mo

4.1.4.2. Electrozii înveliţi pentru sudare

Prin electrod se înţelege orice corp metalic legat la unul din polii sursei electrice de sudare, dacã acel corp nu este corpul de sudat.

- nefuzibili - nu participã la realizarea sudurii ci numai la realizarea sursei termice Electrozi

- fuzibili - înveliţi-sudurã manuala cu arc- neînveliţi - sudura în mediu protector

Invelişul este un strat format dintr-un amestec de substanţe aplicat pe exteriorul materialului de adaos.Rolul învelişului constã în : - sã mãreascã stabilitatea arcului asigurând o ionizare uşoarã a spaţiului descãrcãrii

3

- sã se topeascã formând o zgurã suficient de uşoarã care sã se separe la partea superioara a bãii de metal topit acoperind uniform cusãtura. Se protejeazã materialul de adaos de contactul cu atmosfera (O2,,N2,H2)

- sã asigure înlãturarea elementelor nedorite din baia lichida (S,P,O2)- acţiune dezoxidanta- sã realizeze alierea cusãturii( când este cazul )Materialele care intrã în structura învelişului sunt:- ionizate - carburi de calciu- zgurifiante - minereu de Mn, Fe, T- dezoxidanţi-feroaliaje(Şi,Mn)- componente de aliere - feroaliaje, oxizi- fluidifianţi - bioxid de titan- lianţi- plastifianţi – bentonitã , dextrinã- componenţi de adaos - pulberi de fierElectrozii înveliţi sunt cei definiţi prin STAS 1125-64.Ei pot avea diametre cuprinse de : 1,6;2;2,5;3,25;4;5;6;.......12,5 mmŞi lungimi de 200;250;350;450 mmDupã natura învelişului electrozii pot fi :acizi, bazici, celulozici, oxidanţi, titanic, rutilic, special.

- electrozi cu înveliş acid Asigurã 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,

substanţe organice, 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.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 cusãturi cu 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.Existã o simbolizare internaţionalã a electrozilor.Aceasta simbolizare cuprinde patru grupe de semne

Grupa I El = electrod sudare manualaGrupa II 2)rezistenţã 3)alungire 4)rezilienţã

[N/mm2] % N m/cm2

4

Caracteristicile 1 40 14 5mecanice 2 44 18 7ale materialelor 3 48 22 9

4 52 26 11 5 56 30 13

Grupa III AB

Felul învelişului COTR

Grupa IV 1 toate poziţiilePoziţia de 2 toate poziţiile , exclusiv vertical descendentsudare şi 3 orizontal jgheab şi de colt

4 orizontal în jgheab0 numai curent continuu

Felul curentului 1 4 7 - bun la orice pol curent continuu .şi curent alternativ. 2 5 8 - preferabil (-) cu Umin gol = 50, 3 6 9 - preferabil (+) 70,respectiv 90V 50 70 90 V

Exemplu El 232B17In afara simbolizării ISO mai există şi simbolizarea conform STAS 7240-81. Exemplu de simbolizare : E 52 18 9 / R m 1 2Unde :

E – simbol general,52 – rezistenţa la rupere în daN/mm2;18 – alungirea în %;9 rezilienţa materialului de adaos în daJ ;R – tipul învelişului ( rutilic );m – grosimea învelişului (m=D/d, D – diametrul învelişului, d – diametrul vergelei; m= înveliş

mediu, s= înveliş subţire, g= gros, fg= foarte gros);1 – poziţia de sudare (1= toate poziţiile, 2= toate poziţiile exceptând vertical de sus în jos,

3= orizontal în jgheab şi uşor înclinat, 4= orizontal, în jgheab);2 – caracterul curentului ( 1= curent continuu , 2= curent alternativ ).Fluxurile sunt materiale granulate formate din amestecuri de minerale având roluri de

- protecţie a bãii de metal topit - de a contribui cu elemente de aliere şi elemente dezoxidante la formarea sudurii- de a elimina gazele- de a micşora viteza de rãcire a sudurii- în cazul sudãrii cu arc şi rolul de stabilizator al acestuia.

Fluxurile pot fi din punct de vedere al compoziţiei chimice, acide manganoase, acide nemanganoase, bazice, pasive.

4.2. Sudarea prin topire

Existã o multitudine de modalitãţi de materializãri a principiului fizic al sudãrii , din punct de vedere al formei de energie utilizate , al tipului de electrod utilizat şi a altor modalitãţi concrete de realizare a îmbinãrii sudate. Acestea se pot clasifica dupã cum urmeazã :

A. Dupã starea de agregare a metalului de bazã :

I. Prin topire

5

I.1. Cu energie electricãI.1.1. Cu arc electricÌ.1.2. În baie de zgurãI.1.3. Cu plasmã

Ì.2. Cu energie chimicãI.2.1. Cu flacarã de gazeI.2.2. Cu termit

I.3. Cu energie de radiaţiiII. Prin presiune

II.1. La caldII.1.1. Cu încãlzire cu flacãrãII.1.2. Cu încãlzire în cuptorII.1.3. Cu încãlzire electrica

II.2. La receII.2.1. Cu deformare plasticã la receII.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 mediu gazos, la o tensiune relativ micã (de la 10 la câteva sute de volţi ), densitãţi mari de curent (zeci de A/mm2) şi o lungime micã a arcului ( câţiva mm pânã la 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

- cu acţiune directã şi electrod nefuzibil

- cu acţiune directã şi electrod fuzibil

Cel mai frecvent utilizat este arcul electric în curent continuu, cu acţiune 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 şi piesã. Curentul de scurtcircuit încãlzeşte puternic prin efect Joule zona rezistentã provocând o topire localã, dupã care retrãgându-se electrodul are loc amorsarea propriu-zisã a descãrcãrii .

2) Perioada arcului staţionar, în care arcul arde stabil la o tensiune Ua şi un curent de sudare Is, în urma atingerii unui echilibru cvasistaţionar al fenomenelor de ionizãri recombinãri, disocieri-asocieri. Repartiţia tensiunilor pe arc nu este uniformã.Arcul are trei zone : ZK - zona catodicã

6

ZA - zona anodicãCA - coloana arcului

Cãderile de tensiune mari din zona anodicã accelereazã electronii spre anod şi ionii spre catod.Energia cineticã acumulatã de aceste particule este cedatã la impactul cu reţeaua cristalinã a electrozilor formând pe suprafaţa acestora zone calde cu luminozitate şi densitate de curent mare numite pete electrodice. Vom avea deci o patã catodicã şi o patã anodicã .Temperatura petei catodice atinge 25000 K la fier şi 37000K la wolfram. Temperatura petei anodice atinge 26000K la fier şi 42500K la wolfram. Deci temperatura petei anodice este mai mare pentru cã prin intrarea electronilor în anod se restituie aceastã energie piesei. Când se sudeazã cu polaritate inversã, piesa devine catod şi deci 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 =zona anodului , tensiunea şi lungimea ei

CA , Uc , lc =coloana arcului , tensiunea şi lungimea ei.

Arcul electric poate funcţiona stabil la valori diferite ale tensiunii Ua, curentului Is şi lungimii Legãtura între aceste mãrimi se numeşte “caracteristica statica a arcului”, care de obicei se prezintã sub forma unei familii 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 ,creşte tensiunea şi descãrcarea nu mai poate fi întreţinutã.

În curent alternativ condiţiile de întreţinere a descãrcãrii în arc sunt mai grele, deoarece perioadele de aprindere, ardere şi stingere se succed cu dublul frecvenţei tensiunii, de câte ori curentul este obligat sã-şi schimbe sensul. La sudarea cu arc electric cu electrod fuzibil picãturile metalice rezultate din topirea materialului de adaos, trebuie sã treacã prin spaţiul arcului pentru a ajunge în baia de sudurã. Picãturile trec întotdeauna spre piesã ,chiar şi atunci când sudându-se la poziţie, ele fac acest lucru împotriva forţelor gravitaţionale.

Arcul electric poate fi descoperit (în atmosfera) , în mediu protector de gaz (CO 2,Ar,He), sub strat de flux. Pentru fiecare din aceste trei situaţii existã tehnologii de sudare.

4.2.2.1. Sudarea cu arc electric descoperit

Arcul electric topeşte prin acţiune directa o parte din metalul de bazã şi pe cel de adaos, formând baia comunã de metal lichid, care odatã cu deplasarea electrodului cu viteza vs în direcţia de sudare, se rãceşte formând cusãtura sudatã. Concomitent sub acţiunea arcului învelişul electrodului se topeşte 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 de sudare cu arc electric.

7

Tensiunea arcului la sudare (Ua) - este tensiunea stabilită în timpul sudării, tensiune care întreţine arcul electric. Valoarea ei este cuprinsă între 16 şi 40 V, la un curent de 1000 A. Valoarea Ua depinde de lungimea arcului la.

Tensiunea de aprindere a arcului electric (Uap) – este tensiunea la care 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 prin circuitul de sudură, tensiunea dintre electrod şi piesă devenind Ua = 0.

Curentul de lucru la sudare (Is) – este curentul ce se stabileşte prin arcul electric care arde stabil la o anumită tensiune de lucru Ua şi o anumită lungime a arcului.

Trecerea metalului topit prin arcul electric se face întotdeauna în sensul electrod – piesă, indiferent de polaritate.

1.Tipul electrodului se alege în funcţie de materialul de sudat. Compoziţia chimicã a electrodului trebuie sã fie cât mai apropiatã de cea a materialului de bazã ,ca şi caracteristicile mecanice. Tipul învelişului se alege în funcţie de cele menţionate anterior.2.Diametrul electrodului-de se stabileşte în funcţie de grosimea materialului de sudat S şi de felul îmbinãrii din tabelele existente în literatura de specialitate.De exemplu pentru sudarea cap la cap.S 1,5-2 3 4-8 9-12 13-15 16-20de 1,6-2 3 4 4-5 5 5-6Sudarea primului strat se face cu electrod de diametru mic (sub 4 mm) pentru a putea asigura pãtrunderea în spaţiul îngust al rostului.

3. Ua. [2o-3o] V De regula Ua este trecuta în paşaportul electrozilor.

4. Is reprezintã intensitatea curentului de sudare. Is =K*de , unde k [25,6o] k=k(de) de 2 3 4 5 6 k 25-30 30-35 35-50 40-55 45-60

5. Viteza de sudare Vs=

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= +1

Fn = aria cordonului de sudurã Fi = aria unui strat de sudurã FA = (6 - 8)de Fi = (8 - l2) de

7. Adâncimea de pãtrundere p=( 0,3-0,5)*0,022

8. Marea majoritate a tablelor se sudeazã cu polaritate normala(cu masa la piesã). Excepţii - electrozi bazici care au înveliş gros - electrozi din oţel aliat - la sudarea tablelor subţiri

8

4.2.2.. Pregãtirea tablelor în vederea sudãrii

Locul unde urmeazã sa fie plasatã sudura trebuie pregãtit ţinându-se cont de douã cerinţe: - îndepãrtarea impuritãţilor - asigurarea spaţiului cusãturii În acest scop marginile pieselor se prelucreazã în funcţie de grosimea presei şi forma înclinãrii. Piesele pregãtite se prind reciproc printr-un numãr de suduri provizoriu efectuate cu electrozi de diametru mic şi plasate din loc în loc de-a lungul cusãturii. Spaţiul creat între piese se numeşte rost. Forma şi dimensiunile rostului sunt indicate prin STAS 6662-62.

Capetele tablelor sudate se pregãtesc prin diferite procedee tehnologice ( aşchiere, ştanţare, debitare oxiacetilenicã ). Forma şi dimensiunile rosturilor se aleg în funcţie de grosimea tablelor şi de natura materialului.

Condiţii bune pentru formarea cusãturii se asigurã atunci când secţiunea rostului are 50-60 o

La grosimi mari existã pericolul scurgerii de material topit pe partea opusã a cordonului, dincare cauzã baia trebuie protejatã printr-un cordon de sudura pe partea opusã. Acest cordon estetehnologic , are dimensiuni reduse şi va fi înlãturat ulterior.

Pentru grosimi mici ale tablelor se foloseşte forma I cu marginile rãsfrânte. S1>2 S2>1 e > S1

4.2.3. Tehnologia sudãrii manuale cu arc electric descoperit

Procesul tehnologic al sudãrii manuale cu arc descoperit se desfãşoarã 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 regimului de sudare, felul electrodului şi al învelişului. Lãţimea cusãturii creşte cu creşterea tensiunii şi rãmâne practic constantã la creşterea curentului şi scade mult cu creşterea vitezei de sudare.

Adâncimea de pãtrundere şi supraînãlţarea cresc cu intensitatea curentului şi scad cu tensiunea şi viteza de sudare.

2. Pregãtirea pieselor pentru sudareLocul unde urmeazã sa fie plasatã sudura trebuie pregãtit ţinându-se cont de douã 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 sau prin aşchiere. Piesele pregãtite se prind în puncte de sudura ( hafturi ).

3. Executarea sudurii Rostul 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 prin cleme. Se amorseazã arcul în vecinãtatea rostului. Electrodul se ţine înclinat în raport cu normala la cusãturã la 15 – 30 o în direcţia şi sensul de sudare. Prin unghiul de înclinare se poate acţiona asupra adâncimii de pãtrundere şi vitezei de rãcire a bãii. Arcul se menţine scurt la o lungime egala cu “de”. Mişcarea electrodului este 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.

9

Mişcarea pendularã poate avea diferite traiectorii în funcţie de grosimea 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. 4.15. Traiectorii de mişcãri pendulare ale electrodului

O cusãturã poate fi formatã din unul sau mai multe rânduri. Prin rând se înţelege metalul depus la o singura trecere. El nu poate fi mai gros de dublul diametrului electrodului.

Modul de execuţie al unui rând este în funcţie de lungimea cusãturii. Pentru evitarea deformaţiilor cusãtura se realizeazã pe segmente. a - în rând continuu b - de la centru la margini c - în pas de pelerin

Din punct de vedere al continuităţii cordoanelor de sudură, acestea se clasifică în:- cusături continui, când lungimea cusăturii propriu-zise este egală cu cea a îmbinării sudate, neexistând

discontinuităţi;- cusături discontinui, îmbinarea realizându-se din mai multe segmente, fiecare dintre acestea având o lungime

de câteva ori mai mare decât grosimea pieselor componente. Cusăturile discontinui pot fi prin puncte sau segmente.

Condiţia de cusătură continuă sau discontinuă rezultă din cea de dimensionare 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

La sudarea straturilor suprapuse porţiunile sudate succesiv se alterneazã într-un edificiu “zidit” cu sensuri de sudare diferite.

Ordinea de depunere a rândurilor şi a straturilor, ca şi modul de executare a sudurilor într-un rând are ca scop reducerea deformaţiilor pieselor sudate datoritã efectului termic. Aceasta conduce la creşterea preciziei de execuţie a construcţiei sudate şi la micşorarea adaosurilor de prelucrare.

a = consecutiv şi pe întreaga lungime a cusãturii; b = în cascadã; c = în trepte.Fig.4.19. 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

10

4.2.5. Sudura manualã cu electrozi de cãrbune

Aceastã variantã se practicã cu sau fãrã material de adaos, cu unul sau 2 electrozi de cãrbune.Arcul arde stabil din cauza temperaturii mari a petelor electrodice pe grafit. Electrodul este fuzibil. Lungimea arcului poate atinge 3o-5o mm la sudarea cu un electrod şi 100-150 mm la sudarea cu doi electrozi. Procedeul se aplicã acolo unde sudarea manualã cu electrod fuzibil este dificilã (metale uşor fuzibile cu pereţi subţiri) şi la înlãturarea cordoanelor de sudurã sau a materialului de bazã topit prin suflare cu aer comprimat. În acest caz electrodul 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 este foarte important sã se acorde o mare importanţã mişcãrii electrodului. Aceste mişcãri sunt în funcţie de poziţia de sudare, forma rostului, tipul îmbinãrii, grosimea pieselor. Rândurile pot fi trase sau pendulate. La rândurile trase electrodul executã o mişcare de deplasare în linie dreaptã cu o vitezã constantã. Rândul are lãţimea de 1 - 2 ori diametrul electrodului şi o lungime de 0,8...l,5 ori lungimea electrodului.

Mişcarea electrodului este continua dar se pot realiza şi întoarceri în sens invers direcţiei de sudare pentru a preveni scurgerea bãii de metal topit. Datorita lãţimii mici rândul este denumit îngust. Electrodul se înclinã cu un unghi de 60...70 faţã de planul cusãturii şi spre direcţia de sudare. Cantitatea de metal depusã este micã, solidificarea se face repede şi rãmân gaze dizolvate în cusãturã. Metalul depus are valori ridicate ale rezilienţei. Rândurile astfel depuse la rãdãcinã se înlãturã dupã terminarea sudurii dupã care se sudeazã din nou. Inlãturarea se poate face prin polizare sau cu arc-aer. Neînlãturarea totala a acestui strat sau depunerea unui strat necorespunzãtor constituie defecte care se pot pune în evidenţã prin gamagrafiere.

La rândurile pendulate se obţin lãţimi de 3...4 ori diametrul electrodului cu o lungime de 0,3...0,5 ori lungimea electrodului. Mişcarea de pendulare are ca scop reducerea vitezei de solidificare a bãii. Cordonul de sudurã astfel depus are caracteristici mecanice foarte bune. Unghiul de înclinare al electrodului este de 20 – 45o faţã de planul perpendicular pe îmbinare. Inclinarea electrodului în planul cusãturii realizeazã suflarea materiilor arse şi a zgurii la suprafaţã. Sudarea cap la cap într-un strat se 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 continuu se recomandã polaritate inversã. Vitezele de sudare trebuie sã fie mari.

Electrozii folosiţi au l,6 ; 2 ; 2,5 mm şi L= 350 mm.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 în ansamblul realizat. La sudarea tablelor cu margini rãsfrânte se poate suda cu electrod de cãrbune fãrã material de adaos. Pentru o bunã formare a rãdãcinii 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 mod obligatoriu cu rostul prelucrat. Creşterea grosimii tablelor, privitã ca factor constructiv influenţeazã negativ sudabilitatea. În general sudarea tablelor cu grosimi pânã la 25 mm nu ridicã probleme deosebite. Grosimile mari favorizeazã o disipare rapidã a cãldurii, de multe ori sudarea lor necesitând preîncãlzire. Pe mãsura executãrii rândurilor de sudurã temperatura creşte, de unde şi necesitatea opririi sudurii şi rãcirii naturale pânã la 200 o C. Cãldura redatã de stratul executat produce o structurã de normalizare stratului anterior solidificat. Forma rostului poate fi X, V, I, U. Rândul de la rãdãcinã este tras. Celelalte sunt pendulate şi pentru a preîntâmpina pericolul fisurãrilor se recomandã sudarea orizontala sau în jgheab. Rãdãcina se crãiţuieşte cu arc-aer apoi se resudeazã. Structurile sudate din table groase sunt rigide, deformaţiile sunt reduse dar câmpul de tensiuni remanente este intens. Sudura în pas de pelerin se aplicã pânã la grosimi de l5 mm. Peste l5 mm grosime se foloseşte sudarea în cascade cu primul rând de 100...300 mm şi celelalte decalate.

11

Un rând depus realizeazã preîncãlzirea urmãtorului. Cusãturile fiind lungi se executã de la mijloc cãtre capete cu 2 sudori. La executarea sudurilor verticale se lucreazã cu 2 sudori de o parte şi de alta a rostului. Secţiunea rândului de sudura nu va depãşi 3 de. Rândurile de suprafaţa pot avea o , lãţime de 6 de pentru aspect estetic.

4.3. Sudarea cu arc electric acoperit sub strat de flux4.3.1. Generalitãţi

1 = arcul electric2 = stratul de flux3 = sârma electrod4 = piesa de sudat5 = baia de metal topit6 = cusãtura sudatã7 = cavitate8 = zgura lichidã9 =zgurã solidã

4.3.1.1. Principiul metodei

Procedeul de sudare se desfãşoarã complet acoperit. De aceea procedeul impune prin esenţa sa un grad de automatizare, cele douã mişcãri de avans ale sârmei de sudura şi de deplasare longitudinala a arcului neputându-se realiza manual. Avansul materialului de adaos se face întotdeauna automat cu ajutorul unor instalaţii speciale de sudurã care avanseazã sârma prin intermediul unor role de antrenare. Totodatã instalaţia menţine 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 a sârmei electrod este reglatã în funcţie de tensiunea de alimentare.

Dacã creşte lungimea arcului “l “, atunci creşte şi tensiunea de alimentare Ua , ceea ce conduce ;a o creştere a turaţiei motorului de antrenare a sârmei şi deci la micşorarea lungimii arcului ”l “. 2) Automate cu arcul reglat cu avans constant În acest caz sursele au caracteristici externe cu panta coborâtoare micã.

În acest caz la variaţii mici ale lungimii arcului de sudare corespund variaţii mari ale curentului de sudare şi variaţii mici ale tensiunii de alimentare. Deci turaţia motorului va fi constantã.

Dupã modul în care are loc deplasarea arcului faţã de piesã sudarea sub strat de flux poate fi semiautomata (avans manual) sau automata (avans automat) . Avantajele sudãrii sub strat de flux sunt :

12

- 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 I nominal = 1000 A. Pentru ca autoreglarea sã se desfãşoare bine trebuie ca diametrul electrodului sã ia valori 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 de parametrii ai regimului de sudare sub strat de flux care sunt specifici tuturor procedeelor de sudare cu arc electric. Nu vom insista asupra acestora decât pentru a sublinia anumite specificitãţi.

1) Intensitatea regimului de sudare Is este limitat de supraîncãlzirea materialului şi de tipul de flux folosit. Is se coreleazã şi cu diametrul electrodului de care aparţine domeniului de [2,12], de optim = 5 - 6 mm Is min = l62,5 de - l90 Is max= 13 de2 + 147 de - 87Is med = Is min + Is max 2

2) Tensiunea arcului Ua Umic = lãţimea cordonului micã şi supraînãlţarea mare U = lãţimea creşte şi pãtrunderea scade Ua = a + b * la a, b constante care depind de felul fluxului şi viteza de înaintare. Daca U 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

3) Viteza de sudare reprezintã viteza de înaintare a arcului de-a lungul rostului. Ea influenţeazã forma şi dimensiunile cusãturii sudate. La viteze mici sub 10 m / h se formeazã o cantitate mare de metal topit care se supraîncãlzeşte şi structura îmbinãrii este nefavorabila. La viteze cuprinse între 10 şi 20 m / h arcul electric are o acţiune mai intensã şi pãtrunderea creşte . În intervalul 20...40 m / h , pãtrunderea tinde sã scadã, dar este compensatã de acţiunea arcului asupra piesei, putându-se considera ca 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 vedere urmãtoarele 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 la polaritate directã şila polaritate inversã.2) Calitatea cordonului de sudurã depinde de respectarea regimului de 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 de curent. Mãrirea lungimii capãtului liber produce supraîncãlzirea acestuia cu efecte negative asupra stabilitãţii arcului.

Valorile recomandate variazã de la 20 la 100 mm în funcţie de diametrul 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 pot evacua corespunzãtor gazele formate , suprafaţa cusãturii devine neregulatã. La grosimi mici, se produc împroşcãri de metal topit, cusãturile sunt neuniforme şi uneori poroase. Lãţimea stratului de flux trebuie sã aibã de 2 - 3 ori lãţimea zonei topite.

13

4.3.3. Tehnologia sudãrii automate şi semiautomate sub strat de flux

Etapele la sudarea automata sunt :

I. Pregãtirea marginilor în vederea sudãrii Realizarea rosturilor cu grad ridicat de precizie se face prin prelucrãri mecanice. În mod curent se foloseşte debitarea cu flacãrã oxiacetilenicã. Zona rostului se curãţã de vopsea şi ulei. Alinierea şi centrarea 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 care nu se exploateazã la temperaturi negative.Îmbinãrile au o tendinţã mai mare spre formarea fisurilor datorita formei rostului şi a tensiunilor.

2. Sudarea se executã în mai multe straturi. Tehnologic se are în vedere sã nu se modifice regimul de sudare între straturi, fapt care ar necesita 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 un strat”tras”, tehnologic , care are rolul de a susţine baia de metal topit şi de a realiza poziţionarea pieselor în vederea sudãrii. Celelalte straturi sunt straturi tehnologice . Dupã executarea acestora se procedeazã la înlãturarea stratului tehnologic tras , fie prin aşchiere ( polizare ) , fie prin “crãiţuire”( suflare cu arc-aer, utilizând electrozi fuzibili de carbune şi un jet de aer comprimat care înlãtura baia de metal topit. Acest strat trebuie înlãturat în intregime , în caz contrar în zona rãdãcinii vor apare defecte de sudare. Folosirea dispozitivelor de susţinere a bãii de metal topit la sudarea cap la cap asigurã o rãdãcinã uniformã. Deoarece costurile de producţie se majoreazã 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; secţiune micã şi acces dificil. Metoda se aplica pentru sudurile de colţ. Capului de sudare i se ataşeazã o pâlnie cu flux şi sudorul realizeazã deplasarea manuala de-a lungul cusãturii. Se folosesc sârme de sudare cu diametrul electrodului mai mic de 2 mm, pentru a se realiza autoreglarea arcului. Lungimea libera a capãtului liber al electrodului este de 20...3o mm. Se sudeazã şi curent continuu cu polaritate inversã.

4.4. Sudarea în medii de gaze protectoare 4.4.1. Generalitãţi

Sudarea în medii de gaze protectoare este un procedeu de sudare cu arc electric în mediu de gaz protector inert (argon , heliu , amestecuri) la care arcul arde liber între un electrod de wolfram şi piesã. În practicã se foloseşte curent denumirea WIG. Pentru realizarea cusãturii în spaţiul arcului se introduce din lateral manual sau automat metal de adaos sub formã de sârma. La sudurile pe muchie şi cu margini rãsfrânte procedeul se aplicã fãrã materiale de adaos cu viteze de sudare de 2oo m / h. Pentru sudarea oţelurilor se folosesc surse de curent continuu cu polaritate directã, iar pentru sudarea aluminiului şi a aliajelor uşoare, curentul alternativ. Electrodul se confecţioneazã din W deoarece aceste are temperatura de topire de 341 o C, iar consumarea acestuia în procesul de sudare este foarte redusã. Nu se recomandã polaritatea inversã deoarece temperatura petei anodice este mare şi electrodul ar fi afectat. Dacã totuşi acest procedeu este folosit curenţii de sudare se vor limita la l0 % din valoarea polaritãţii directe. Constructiv vârful electrodului are formã conicã la sudarea oţelurilor şi semisfericã la sudarea aluminiului.

1 = arc electric2 = sârmã electrod3 = gaz protector4 = metal de bazã5 = sudurã6 = role avans

14

7 = tub ghidare şi contact

Fig.4.24. Schema de principiu la sudarea în mediu de gaz protector

4.4.2. Parametrii regimului de sudare

Ca şi la sudarea sub strat de flux , sudarea în mediu de gaz protector fiind un procedeu de sudare cu arc electric , exista un numãr de parametrii ai regimului de sudare sub strat de flux care sunt specifici tuturor procedeelor de sudare cu arc electric. Nu vom insista asupra acestora decât pentru a sublinia anumite specificitãţi.

1) Diametrul sârmei electrod (de) se alege în funcţie de grosimea pieselor , astfel : S 0...2 2...5 5...8 8...12 >12 de 2 3 4 4-5 5...6

2) Intensitatea curentului de sudare ( Is ) Is se adopta în funcţie de valoarea densitãţii de curent admise de electrod. Electrodul seîncarcã la valori de curent suficient de mari pentru a realiza un arc stabil şi o concentraţie maximã de cãldurã. La sudarea cu polaritate directã se obţine o bunã pãtrundere şi o lãţime micã a cordonului. În cazul polaritãţii inverse pãtrunderea este mai micã şi lãţimea cusãturii mai mare.

Capãtul electrodului trebuie sa aibã o temperatura apropiatã de cea de topire fãrã a o atinge. În caz contrar apare o picãtura de metal topit în vârful electrodului. În scopul îmbunãtãţirii performantelor tehnologice se foloseşte arcul pulsat care se obţine prin suprapunerea peste curentul de bazã cu intensitate mica şi caracter permanent a unui curent de impuls cu valoare mare şi frecvenţã variabilã. Arcul pulsat are rolul de a regla pãtrunderea.

de Is (DC -- ) (DC + ) 1,6 60-150 10-20 2,4 13o-23o 12-15 3,2 22o-310 20-40

3) Tensiunea arcului (Ua) se poate determina cu ajutorul formulei : Ua = 10+0,04 Is Tensiunea de amorsare este de95 V la W pur şi scade la 40…75 V la cei aliaţi cu thoriu. 4) Gazul de protecţie Argonul se produce şi se livreazã comprimat în butelii. Existã conform STAS 7956-75 cinci tipuri de puritate A,B,C,D,E.

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 marginilor în cazul sudãrii cu material de adaos este similarã ca la sudarea prin procedee obişnuite, dar unghiurile rosturilor sunt mai mici.

15

II. Asigurarea protecţiei cu gaz Gazul este suflat spre baia de sudurã, concentric cu electrodul de W. Realizarea protecţiei rãdãcinii în vederea prevenirii oxidãrii se poate realiza cu ajutorul unor dispozitive speciale.

Pentru a preveni oxidarea capãtului electrodului gazul de protecţie este trimis înainte deamorsare arcului cu 1s şi oprit dupã stingerea arcului. În plus se previne oxidarea bãii de metal topit pânã la solidificare.

III. Tehnica de lucru Amorsarea arcului se face pentru o poziţie perpendicularã a pistoletului în raport cu piesa. Se efectueazã mişcãri circulare pe loc pentru formarea bãii, dupa care pistoletul se înclinã la 75 o . Materialul de adaos se introduce intermitent în arc sub un unghi de l5...25 . El se retrage astfel încât sã se menţinã în zona de protecţie a gazului. Arcul electric trebuie menţinut scurt pentru a avea o bunã protecţie a bãii.

4.4.4. Sudarea prin procedeul MIG

Este un procedeu de sudare cu arc electric în mediu de gaz protector cu electrod fuzibil la care se utilizeazã un gaz inert (argon, heliu). Operaţia de sudare se poate realiza semiautomat sau automat. Metalul de adaos este sub formã de sârma electrod antrenatã mecanic cu role de avans spre zona de 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 polaritate inversã (DC + ). Modul de transfer al metalului de adaos prin arc este funcţie de lungimea liberã a sârmei electrod. Sârma trebuie sã se topeascã cât mai repede prin efect Joule şi al arcului electric. Trecerea metalului de adaos prin coloana arcului se face în urmãtoarele moduri : - 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 parametrilor regimului de sudare aferent acestui procedeu de sudare. - Diametrul electrodului -de - se alege în funcţie de grosimea pieselor de sudat ,de modul de pregãtire al rostului şi de poziţia de sudare. Compoziţia chimica este apropiatã de cea a metalului de baza. - Intensitatea curentului de sudare - Is - se adoptã în funcţie de “de” şi de poziţia de sudare. Modificarea lui Is influenţeazã forma de transfer a metalului de adaos prin arcul electric. Folosirea procedeelor automate de sudare permite lucrul cu intensitãţi mari de curent. De exemplu la sudarea aluminiului în table groase : Is = 650 A pentru de = 3,2 sau 3,6 Echipamentele de lucru sunt concepute special pentru lucrul cu curenţi mari. La creşterea Is transferul metalului prin arc se face sub formã de 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. Is 50 100 150 200 250 300 350 400

l 5 6 8 10 12 14 17 20

- Gazul de protecţie Debitele de gaz uzuale variazã între 0,7 şi 2,8 m3/h. Valorile ridicate corespund folosirii heliului care are greutatea mai micã decât cea a aerului. Debitul de gaz depinde de materialul de bazã. El este influenţat de curenţii de aer , în special la lucrul în spaţii deschise. Pentru lucrãrile executate pe şantier se realizeazã camere mobile. La sudarea în argon se realizeazã o oarecare instabilitate a arcului. Stabilitatea arcului se asigurã folosind un amestec de argon cu l...5% oxigen. Procedeul se considera tot MIG deşi atmosfera este uşor oxidantã.

4.4.5. Sudarea prin procedeul MAG

16

Arcul electric se formeazã între sârma electrod şi piesã într-un mediu protector de gaz activ. Pe mãsura topirii sârma se deplaseazã în zona de lucru prin intermediul unui mecanism de avans cu sole. Gazul utilizat este bioxidul de carbon. 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 sudarea manualã ;- deformaţii reduse dupã sudare , datorita vitezelor de lucru ridicate la densitãţi mari de curent ;- economicitate - cantitate mare de metal depus în unitate de timp. Unghiul rostului s-a redus la 40 o 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 arcului este micã. Se foloseşte la sudarea tablelor subţiri şi permite controlul energiei 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 folosesc la sudarea tablelor cu grosimi peste 5 mm.

4.4.5.1. Parametrii regimului de lucru la sudarea MAG

Şi în acest caz vom insista numai asupra elementelor specifice ale parametrilor regimului de sudare prin acest procedeu tehnologic.- Sârma electrod conţine dezoxidanţi şi elemente de aliere. Unele sârme conţin 0,3% titan careare efecte favorabile asupra caracteristicilor mecanice ( c creşte de 1,2 ori, KCU 2,l ori) de Is min Is max 0,8 50 180 l 80 230 1,2 120 280 1,6 200 400 2,4 400 600- Intensitatea curentului de sudare Is se alege în funcţie de grosimea piesei de sudat şi de poziţia de sudare. Ea determina puterea de topire , adâncimea de pãtrundere fiind proporţionalã cu viteza de avans a sârmei electrod. La aceeaşi curenţi de sudare se pot folosi diferite diametre de sârma. Pentru un curent dat, alegând o sârma cu diametru minim se obţine o putere de topire maxima şi creşte adâncimea de pãtrundere. Dacã se urmãreşte un proces de încãrcare se vor folosi sârme de diametre mari. Sârmele subţiri sunt mai scumpe. Is se alege din tabele şi nomograme. - tensiunea de alimentare a arcului Ua se determinã cu ajutorul formulei : Ua = 15+o,o5 Is Pentru un anumit diametru de sârma electrod, la fiecare intensitate de sudare exista o singurã tensiune optimã a arcului electric. Creşterea tensiunii arcului conduce la mãrirea lãţimii cusãturii şi scãderea pãtrunderii, scãderea coeficientului de depunere. Tensiuni prea mici conduc la realizarea unor cusãturi cu lãţime micã şi adâncime mare. Ua [18 ; 30] V- Viteza de sudare este limitatã de posibilitãţile de protecţie ale arcului. La viteza de sudare mare gazul de protecţie rãmâne în urma arcului, eficienţa protecţiei fiind redusã.- Lungimea libera a sârmei electrod se recomanda a se menţine la valori cât mai constante- Distanta dintre duza de gaz şi piesa

Distante prea mici conduc la deteriorarea duzei prin stropi de metal şi radiaţii termice.

- Debitul gazului de protecţie Este influenţat de : - forma constructivã a îmbinãrii,

17

- intensitatea curentului de sudare (dimensiunea mai mare a bãii necesitând o protecţie adecvatã)- tensiunea arcului (U = 0 l = 0 Q )- viteza de sudare- mediul de lucru Valorile curente ale debitelor de gaz sunt în jur de 12 l / min (pentru Is<150 A) şi 20 l / min (pentru Is >15o A)- Polaritatea curentului de sudare Se sudeazã în curent continuu cu polaritate directã la încãrcare şi inversã la sudare.

- Pistoletul se va înclina la 75...80o faţã de piesã.

4.5. Surse de curent pentru sudarea cu arc electric

Dupã cum s-a aratat anterior existã trei parametri importanţi ai arcului 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 ar trebui sã fie o curbã spaţialã şi de aceea pentru a simplifica reprezentarea ei se traseazã Ua=f(IS) pentru diferite lungimi ale arcului electric.

Arcul electric formeazã împreuna cu sursa de alimentare un sistem energetic 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 masini electrice.Sursele de curent pentru sudarea cu arc electric sunt :

I. Generatoare de sudura electricaII. Redresoare de suduraIII. Transformatoare pentru sudura

Generatoarele de sudura pot fi :1. Grupuri convertizoare , care constau dintr-un generator de sudura şi un motor electric de antrenare;2. Agregate de sudura la care antrenarea se poate face cu motoare electrice şi cu motoare termice

Generatoarele de curent continuu trebuie sa satisfaca conditii speciale 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 cresterea intensitatii curentului de sudare , tensiunea scade ; sa aiba inertie 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.

4.5.1. Transformatoarele de sudura

Transformatoarele de sudura s-au raspindit odata cu raspindirea electrozilor de sudura inveliti , ele fiind aparatele de sudura cele mai simple , mai ieftine , cu randament mai bun decit generatoarele de sudurã şi uşor de întreţinut.. Dezavantajul lor major constã în faptul cã au factorul de putere mic şi de aceea trebuiesc construite din conductoare de cupru de secţiune mare şi încarcã asimetric fazele reţelei de alimentare. Polaritatea electrozilor se schimbã de 100 de ori pe secundã. Pentru a mãri stabilitatea arcului în circuitul de sudurã trebuie sã existe o inductanţã care sã creeze o defazare între curent şi tensiune , iar atunci când curentul are valoarea zero , datoritã defazarii , tensiunea arcului sã fie suficientã pentru amorsarea arcului. Arderea arcului este

18

susţinutã datoritã forţei electromotoare de inducţie , la trecerea 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 menţinerea arderii stabile a arcului.

4.5.2. Redresoare pentru sudurã

Redresoarele pentru sudurã pot fi avea un singur post sau pentru mai multe. Redresoarele cu siliciu sunt superioare redresoarelor cu germaniu. Ele au drept componentã principalã puntea redresoare. Cele mai rãspândite redresoare pentru sudurã sunt cele cu punte monofazicã şi cele cu punte trifazica.

4.6. Tehnologia sudãrii în baie de zgurã

Sudarea în baiede zgurã este un procedeu tehnologic prin care se sudeazã piese foarte groase ( cu grosimi cuprinse între 40 şi 1000 mm ). Schema de principiu este redatã în figura de mai jos :

În baia de zgura se dezvoltã prin efect Joule o cantitate de caldurã care menţine baia în stare lichidã şi topeşte în continuare materialul de adaos şi parte din marginile piesei. Baia metalicã se rãceşte în partea inferioarã pe masurã ce se formeazã metal topit la partea superioarã. Cusãturã se dezvoltã de jos în sus. Pentru ca zgura şi metalul lichid sã nu curgã , pe marginile laterale ale pieselor se aşeaza “patine” din cupru , care închid spaţiul de sudare. Ele sunt rãcite cu apã şi culiseazã pe verticalã pe mãsura realizarii cordonului de sudurã.

Pentru a se ajunge în faza staţionarã a procesului de sudare este necesarã o fazã de formare a bãii topite. Arcul electric se amorseazã analog procedeului de sudare sub strat de flux. Pe mãsura ce se formeazã baia topitã , arcul se stinge şi sursa de caldurã este asiguratã prin efect Joule. Dupã sudare 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 adaos2) baie de zgura3) baie de metal topit4) metal de baza5) cusatura6) patine7) material de adaos8) baie de zgura9) baie de metal topit10) metal de baza11) cusatura12) patine

Fig.4.26. Sudarea în baie de zgurã şi variaţia temperaturii în baia de zgurã

4.7.Tehnologia sudãrii şi tãierii cu flacãra de gaze

Sudarea cu flacãrã de gaze este un procedeu care utilizeazã energia termochimicã. În afarã de sudarea propriu-zisa cu flacãrã de gaze se realizeazã şi diverse procedee conexe cum sunt: lipirea tare, încãrcarea prin sudare, tãierea cu oxigen şi gaze, metalizarea, cãlirea superficialã şi curãţirea cu flacãrã.

Materialele utilizate sunt :

19

Metalul de baza. Cele mai utilizate metale pentru sudarea cu flacãrã de gaze sunt aliajele fier-carbon de tipul oţelurilor. În mai micã mãsura se sudeazã fontele ,bronzurile şi alama. Procedeul necesitã o sursã de gaze independentã de reţeaua electricã. Prin acest procedeu se realizeazã lucrãri în condiţii de şantier. Oţelurile folosite pentru sudarea cu flacãrã de gaze sunt cele realizate cu conţinut scãzut de carbon (C < 0,20 %) şi elemente de aliere nedepãşind 5%.

Efectele nedorite realizate de sulf (fragilitate la cald) şi fosfor (fragilitate la rece) au impus limitarea lor la valori de ordinul sutimilor de procent. Compoziţia chimicã a metalului de bazã trebuie corelatã cu aspectele fizice şi metalurgice posibile în flacãra de gaze folositã în vederea realizãrii unei tehnologii adecvate. Cel mai frecvent se sudeazã oţelurile pentru cazane şi recipienţii sub presiune, oţelurile pentru ţevi, oţeluri cu granulaţie finã pentru construcţii metalice oţeluri turnate în piese pentru armãturi.Metalul de adaos se prezintã sub formã de vergele metalice. Acesta trebuie sã aibã o compoziţie chimicã şi caracteristici mecanice asemãnãtoare metalului de bazã. Compoziţia chimica pentru diverse tipuri de sârme este reprezentatã în STAS ll26-80.Specific procedeului de sudare cu flacãrã de gaze sunt fluxurile dezoxidante(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 fiind folosite în raport cu particularitãţile de sudare. Fluxurile se introduc în zona de sudare prin imersia periodica a vergelei.

1 = flacãrã de gaze

2 = sârmã de sudurã

3 = metal de bazã

4 = baie de metal topit

5 = metal depus

Fig.4.27. Schema de principiu a sudãrii cu flacãrã

Flacara de sudare constituie sursa termicã care asigurã cãldura necesarã topirii metalului de bazã şi a celor de adaos. Ea se obţine prin arderea acetilenei în oxigen la ieşirea din arzãtor. La o flacãrã de gaze pentru sudare se disting mai multe zone.

1)Nucleul luminos2)Flacãra primarã3) Flacãra secundarã

1 = zona rece ( amestec de gaze neaprinse )2 = nucleul luminos3 = flacãra primarã4 = flacãra secundarãa = flacãra carburantãb = flacãrã oxidantã

20

Fig. 4.28. Flacãra de sudurã la sudarea cu gaze

În nucleul 1 are loc disocierea acetilenei dupã reacţia C2H2+O2 2C+2H+O2 şi începutul arderii elementelor de disociere (C+H). Zona conţine 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 oxidului de carbon. Arderea primarã se produce cu degajarea unei cantitãţi mari de cãldura, 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 este de 30000C şi se dezvoltã la o distanţã de 2...5mm de conul luminos. Piesele care se sudeazã se dispun la o distanţã de 2...5mm de conul luminos. Flacãra primarã înconjoãrã nucleul luminos şi este transparentã.În flacãra secundarã, denumitã şi de împrãştiere are loc arderea completã a compuşilor formaţi din zona primarã. Structura şi forma flãcãrii oxiacetilenice depind de compoziţia amestecului gazos.

O2 =1,1.....1,2 amestec normal , flacãra neutraC2H2

PC2H2max=1,5*105MPa;PO2max=5*105MPaFlacãra arde liniştit şi zonele sunt perfect delimitate

O2 =1,2...1,5flacãra este oxidantãC2H2

O2este în cantitate mare. Flacãra este violetã şi arde cu zgomot puternic. Zonele flãcãrii sunt mai reduse ca dimensiuni. Oxigenul conduce la procese de oxidare sau ardere a elementelor materialului de baza.Se foloseşte în special la sudarea alamelor.O2 =0,7...0,9 flacãra are un exces de C2H2si este carburantã. Conul luminos se lungeşte.C2H2

O parte din carbon nu se arde şi apare sub forma de funingine.Pentru sudarea materialelor feroase se foloseşte flacãra neutrã sau reducãtoare.

Gaze folosite la sudare

- Oxigenul utilizat la sudarea cu flacãrã de gaze are puritãţi diferite , dupã cum urmeazã :97%(tip 97)98%(tip 98)99%(tip 99)

Se livreazã în butelii de culoare albastrã la o presiune de 150*105Pa şi având capacitatea de 40dm3 .- Acetilena se îmbuteliazã la maximum 60*105Pa în butelii de culoare brunã sau se produce în generatoare sau staţii centrale.

Arzãtorul pentru sudare se mai numeşte şi suflai şi este un aparat în care are loc amestecul gazos şi arderea lui la un capãt. El poate regla debitele de gaz pentru a realiza flacãra doritã.

1 conductã oxigen2 conductã acetilenã3 ajutaj conic4 secţiunea spaţiului inelar de absorbţie a acetilenei5 camera de amestec6 ajutaj ieşire

Fig. 4.29. 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 se folosesc arzãtoare cu injector, datoritã

21

presiunilor diferite ale celor douã gaze. Datoritã presiunii mai mari a oxigenului se produce un efect de aspiraţie 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 cãldurii dezvoltate se folosesc arzãtoare cu flãcãri multiple. La arzãtoarele simple se face preîncãlzirea materialului cu flacãra secundarã, iar topirea se face cu cea primarã, procesul fiind mai puţin eficient.La arzãtorul cu douã flãcãri, prima flacãrã realizeazã preîncãlzirea ,iar a doua topirea.

4.7.1. Tehnologia sudãrii cu flacãrã de gaze şi oxigen

La sudarea cu gaze stabilirea regimului de sudare constã în alegerea puterii arzãtorului, a metalului de adaos, a formei şi a structurii flãcãrii. Caracteristic pentru o anumitã putere a arzãtorului este debitul de amestec gazos care realizeazã o flacãrã cu o anumitã putere caloricã.

Pentru a realiza operaţia de sudare în timp minim cu un consum minim de gaze la alegerea puterii arzãtorului vom avea în vedere grosimea materialului de bazã şi proprietãţile sale termice (temperatura de topire, conductivitate termica).Pentru acetilenã debitul volumetric specific (dm3 / ora) este funcţie de natura materialului ce se sudeazã

-oţel 100-150-fonta 175-250-alama şi bronz 75-100

Funcţie de grosime se determinã debitul orar de acetilenã. Cu aceastã valoare se alege mãrimea becului necesar din tabel. Corelat cu mãrimea becului în trusa se afla tija respectivã şi injectorul .Becurile sunt în numãr de 8, numerotate de la 0 la 7 şi corespund în ordinea creşterii diametrului gãurii prin care iese amestecul de gaze.

Numãr bec 0 ,1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 .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 de baza.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 normalã Fontã =0,9-1,0 carburantãAlamã =1,3-1,5 oxidantã

4.7.2. Pregãtirea rostului

Pentru sudarea manualã cu flacãrã de gaze forma şi dimensiunea rostului 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. Deplasarea arzãtorului se face de la dreapta spre stânga, iar metalul de adaos se dispune înaintea flãcãrii. Suflaiul şi sârma se înclinã la 450 .

22

Sudarea spre dreapta se aplica pentru tablele cu grosimi s>5mm. Arzãtorul se înclinã la 700 şi electrodul la 450. Metoda este dificilã, necesita experienţã şi este indicatã la sudarea oţelurilor slab aliate. La aprinderea flãcãrii se deschide întâi oxigenul iar la terminarea sudãrii se opreşte mai întâi acetilena.

4.8.Sudarea prin presiuneDupã temperatura maximã ce se atinge în timpul sudãrii sub presiune se considera sudare la rece toate procedeele la care

nu se depãşeşte temperatura de recristalizare.Sudarea prin presiune la cald se face în stare solida când Tr < Ts < Tt sau cu topire când Ts < Tt , unde

Tr = temperatura de recristalizareTs = temperatura de sudareTt = temperatura de topire

Sursele de încãlzire pot fi indirecte (reacţii chimice exoterme) sau directe (efect termic al curentului electric sau frecare uscata).

În funcţie de sursele de încãlzire sudarea prin presiune poate fi : cu încãlzire la flacãrã, cu încãlzire în cuptoare electrice de contact, cu încãlzire prin inducţie, cu încãlzire prin frecare.

4.8.1. Sudarea prin presiune cu încãlzire la flacãra

Spre deosebire de sudarea prin topire cu flacãrã la care sudura se realizeazã treptat, prin topirea succesivã a marginilor pieselor la cea prin presiune se încãlzeşte simultan întreaga zona cu ajutorul unei flãcãri multiple.Temperatura de sudare este in jur de 1470-15200K , iar presiunea 200-400 daN/cm2.

Procedeul se aplica la sudarea ţevilor de diametre mari (300...600mm), şinelor de cale feratã, etc.

4.8.1.1. Sudarea prin presiune cu încãlzire electricã

Sudarea în puncte-se realizeazã în principiu la trecerea unui curent electric printr-un contact, încãlzirea acestuia la temperaturi înalte, presarea şi rãcirea sub presiune. Se pot suda simultan unul sau mai multe puncte.Dupã modul cum se realizeazã circuitul electric se disting douã variante 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 piese 1si 2, între electrozii 3 şi 4,acţionaţi cu o forţã F de pe ambele pãrţi şi conectaţi la secundarul unui transformator de sudare.

1 , 2 = piese de sudat3 , 4 = electrozi5 = sursã de curent

Fig. 4.30 Sudarea in puncte.

Tehnologia sudãrii în puncte presupune corelarea parametrilor principali ai produsului :curentul de sudare, durata de conectare, forţa de apãsare, diametrul electrozilor.Fazele sudãrii sunt :- aşezarea pieselor- presarea

23

- conectarea curentului- deconectarea şi rãcirea sub presiune- desfacerea electrozilor

Presiunea exercitatã de electrozi este de 7...12 daN/mm2 , densitatea de curent este de 80..160A/mm2 pentru oţeluri moi şi 120...360A/mm2 pentru oţeluri dure.

Diametrul punctului sudat variazã în funcţie de regim şi de grosimea tablelor 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 ale electrozilor.Sudarea în linie este o sudare care se realizeazã în acelaşi mod ca sudarea în puncte cu deosebirea cã punctele sunt atât de dese încât se pot suprapune parţial, formând o cusãtura etanşã. Electrozii sunt înlocuiţi cu role. Cel puţin una din role este antrenatã mecanic. Amândouã sunt rãcite cu apã. Prin frecare rolele antreneazã tablele într-o mişcare de avans cu viteza de sudare vs.Succesiunea fazelor de sudare este urmãtoarea:

- aşezarea pieselor- presarea- antrenarea rolelor- conectarea sursei- deconectare şi desfacere role

Factorii de baza care determina tehnologia sunt: - Intensitatea curentului de sudare Is ; - Forţa de apãsare F ;- Viteza de sudare vs

a = sudarea din douã pãrţi (o cusãturã )b = sudarea dintr-o parte ( douã cusãturi )1 = role contact2 , 3 = piese de sudat4 = transformator sudurã5 = placã ajutãtoare de cupru

Fig. 4.31. Sudarea în linie

4.8.2. Sudarea prin presiune cu încãlzire prin frecare

La frecarea unui corp de altul în straturile vecine cu suprafaţa de contact se transmite cãldura rezultata din transformarea energiei mecanice(datorita forţelor de frecare) .

Ea se aplicã la sudarea majoritãţii metalelor feroase şi neferoase, putându-se suda între ele şi metale diferite. Ea se preteazã mai ales la sudarea pieselor cu secţiune circularã. Procedeul este foarte productiv, cu consum de putere redus, însã nu poate fi aplicat decât la piesele cu o anumita geometrie şi cu gabarit redus(scule).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.

Sudarea prin frecare

Face parte din familia procedeelor tehnologice de sudare prin presiune la cald. Încălzirea pieselor de sudat se realizează în acest caz prin frecare. Piesele de sudat se montează pe maşini speciale, una dintre ele rămănând fixă, iar cealaltă având două grade de libertate: rotaţie şi deplasare axială 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 în

24

contact. Procedeul se aplică pieselor cu secţiune circulară sau inelară, cu grosimi de până la 50 mm. Se pot suda şi materiale diferite. Exemplul cel mai elocvent îl constituie sudarea cozilor sculelor aşchietoare tip burghiu sau freză, în care corpul sculei se confecţionează din Rp3, iar coada din OLC45.

4.10. . Defectele , controlul si remedierea îmbinãrilor sudate

Având in vedere multitudinea factorilor care influenţeaza procesul de sudare posibilitatea apariţiei defectelor este mai mare la sudarea metalelor decât la alte metode tehnologice.

Defectele de sudura sunt descrise in STAS 7084-1964. Dintre toate defectele cele mai complexe probleme le ridica apariţia fisurilor. Dupã temperatura la care apare fisura poate fi :

la cald - apare in timpul cristalizãrii primare a baii; (elementele ce favorizeazã apariţia fisurii sunt C, P,S, iar cele atenuatoare Mn, Cr, Mo, V);

la rece sub 200 C şi este determinata de mãrimea tensiunilor remanente.

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 la rãdãcinã);

Controlul sudurilor se poate face:

vizual;

cu lichide penetrante;

cu ultrasunete;

prin gamagrafiere;

CAPITOLUL 5 . ÎMBINAREA PRIN LIPIRE

5.1. Noţiuni introductive

Lipirea este o metodã tehnologicã de îmbinare a douã piese metalice aflate în stare solidã, cu ajutorul unui metal de adaos topit, numit aliaj pentru lipit.

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

În timpul lipirii se produce o dizolvare şi difuziune reciprocã între metalele de bazã şi aliajul de lipit care trebuie sã dizolve bine metalele de bazã, 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 bună capacitate de aderenţă la materialul de bază. Această aderenţă (capacitate de umectare)

25

depinde de compoziţia materialului de adaos, de calitatea şi curăţirea suprafeţelor de îmbinat. Aceste considerente au condus la diversificarea aliajelor de lipit.

Aliajele de lipit trebuie să posede în afară de capacitatea de umectare şi alte proprietăţi, cum ar fi :- fluiditate bună pentru a putea pătrunde în interstiţiile cele mai fine;- în contact cu metalul de bază să nu formeze compuşi corozivi;- coeficientul său de dilatare să nu difere mult de cel al materialului de bază;

Aliajul pentru lipit este constituit din materiale neferoase, având uneori o compoziţie complicatã.

Contactul dintre aliajul pentru lipit în stare lichidã şi metalul de bazã în stare solida se poate realiza numai prin completa curãţire a suprafeţelor de îmbinat. Se folosesc fluxuri care au rolul de a dizolva şi îndepãrta oxizii şi de a le proteja împotriva oxidãrii, de a îmbunãtãţii aderarea şi intinderea metalului de lipit pe suprafaţa metalului de bazã. În general nu se poate executa lipirea fãrã flux. Fluxurile pentru lipire trebuie sã se topeasca complet şi sã aiba o acţiune chimicã şi fizicã la temperaturi relativ joase ale lipirii.

Avantajele lipirii sunt :

nu necesitã topirea ci doar încãlzirea neînsemnata a metalului de bazã;

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

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

evitã tensiunile interne şi pãstreazã forma pieselor;

productivitate mare;

procedeu simplu, ieftin, utilizând personal cu calificare redusã;

Principalul dezavantajconstã înaceea cã îmbinãrile prinlipire nu pot fi solicitate la temperaturi înalte ( mai mari decât punctul de topire al aliajului de lipit ).

Lipirea poate fi utilizatã pentru toate calitatile de oţeluri carbon şi aliate, fonte cenusii, aluminiu , nichel, etc. .

Procedeele actuale de lipire pot fi împãrţite în doua categorii principale:

1. Lipirea moale.

2. Lipirea tare (Brazura).

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

Lipirea moale Lipirea tare

Temperatura aliajului pentru lipit 673 K > 773 K

Rezistenţa la rupere a aliajului de lipit 5 - 7 daN/mm2 50 daN/mm2

5.2. Lipirea moaleSe aplicã acolo unde piesele nu au de suportat solicitari mari cum sunt la lucrãrile de tinichigerie casnicã, la cutiile de conserve,

instalaţii sanitare. Piesele lipite trebuie ferite de caldurã.

26

Cele mai rãspândite aliaje pentru lipirea moale sunt aliajele de staniu şi plumb. 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 bazã pentru cã au acţiune corozivã.

Lipirea moale se face cu ciocanul de lipit, cu lampa de lipit, cu suflaiul.

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

Tehnologia lipirii moi

Prima etapã o reprezintã curãţirea suprafeţei de lipit (mecanic sau chimic).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 a

fi lipitã. Baia de aliaj de topit este protejatã printr-un strat de flux. Rocedeul se foloseşte la producţia de serie.

5.3. Lipirea tare (brazura)

Se executa atunci când este necesara o rezistenţã la rupere mare a îmbinãrii (pânã la 50 daN/mm2).Aliajele pentru lipirea tare au temperatura de topire peste 823 K. Lipirea se 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 pentru lipirea tare sunt Ag-Cu-Zn, la care temperatura de topire scade pe mãsurã ce cantitatea procentualã de argint creşte.

În comparaţie cu alamele, aliajele de argint au o rezisteţã mecanicã mare. Ca flux se utilizeazã boraxul.La lipirea tare, în afarã de borax, se mai utilizeazã ca fluxuri acidul boric, fluoruri, cloruri, etc.

Tehnologia lipirii tari

Etapele procesului tehnologic de lipire tare sunt : - Suprafaţa de îmbinat se curãţã de impuritãţi . - La 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.

CAPITOLUL 6. ACOPERIRI CU MATERIALE METALICE

6.1. Generalitãţi

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

27

Acoperirea unui obiect se poate face cu materiale metalice sau nemetalice.

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 de pregãtire a suprafeţei în scopul obţinerii unei aderenţe bune. Acestea pot fi mecanice (sablare, polizare) sau chimice (decapare).

Procedeele de metalizare sunt:1. Pulverizare.2. Placare.3. Cufundare în metale topite.4. Amalgamarea.5. Spoirea.6. Electro-chimica.7. Electro-frecare.

6.2. Metalizarea prin pulverizare

Metalizarea prin pulverizare se efectueazã proiectând metale sau aliaje topite, ori pulverizate din stare topitã pe suprafeţe metalice cu ajutorul unui pistol de metalizat.

Prin solidificare particulele proiectate pe suprafaţa de metalizat se sudeazã între ele formând o peliculã aderentã datoritã în special tensiunii superficiale.

Un aparat de metalizat trebuie sã conţinã trei categorii de subansambluri care sã asigure realizarea urmãtoarelor operaţii:1. Topirea metalului de aport.2. Pulverizarea metalului topit.3. Antrenarea particulelor formate de cãtre un curentul de aer comprimat cãtre suprafaţa de metalizat.

Avantajele metalizarii prin pulverizare piesa metalizatã nu se încãlzeşte peste 400 ° K şi deci nu se produc 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;

28

6.3. Placarea metalelor

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

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

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

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

Se cunosc mai multe procedee de placare :1) Prin turnare.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 de placat 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 despãarţitor care se scoate

la momentul oportun.2. Turnarea oţelului lichid peste plãci din oţelul de placare introduse în prealabil în lingotiera. Aderenţa obţinutã nu este

suficientã şi se îmbunãtãţeşte prin presare sau laminare.

Fig.6.1. Schema placãrii prin turnare

6.3.2. Placarea prin deformare plastica

29

Se realizeazã prin presarea suprafeţelor de placat. În timpul presãrii se produce o deformare plasticã a pãrţilor componente. În mod obisnuit se realizeazã 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 placaje din oţel - oţel; oţel - aluminiu; oţel - nichel; cupru - alamã; oţel - aluminiu - oţel.

6.3.2.2. Placarea prin extruziune

1 = corp extruder2 = matriţã3 = mandrinã4 = matel de bazã5 = material de placat6 = strat placat7 = presiune necesarã extrudãrii8 = sensul extrudãrii

Fig. 6.3. Schema placãrii prin extruziune

Deformarea cea mai importantã este cea a metalului placat. Acest procedeu tehnologic 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 trage obţinãndu-se o ţeavã placatã.

a = placare prin tragere îngolb = placare prin tragere pe dorn1 = matriţã2 = dorn3 = ţeavã de bazã4 = ţeavã de placat5 = ţeavã placatã

Fig. 6.4. Placarea ţevilor prin tragere la rece

6.3.3. Placarea prin sudare

Se aplica produselor bimetalice de dimensiuni mari. Metalul de placat se depune printr-un procedeu oarecare de sudare: manual, sub strat de flux, în baie 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;

30

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

a , b= table placate unilateralc = materiale placate multistrat d,e,f = bimetale cu placãri parţiale g = benzi pentru contacte electriceh…n = placãri prin sudurão…s = bare şi sârme bimetalice t…x = bare şi benzi placate interior şi exterior , pentru instalaţii

Fig.6.7. 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.

Influenţa legãturilor metalice -aderenţa - se datoreşte apariţiei legãturilor metalice între suprafeţe. Dacã apropiem douã suprafeţe metalice între ele apar întotdeauna 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 de interacţiune depind de orientarea axelor cristalografice în cazul monocristalelor.

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

31

Influenta presiunii -presiunea este mijlocul principal de a aduce în contact doua suprafete pentru realizarea difuziunii. Rezistenta imbinarii este în functie de deformare. În afara de presiunea totala, aderenta depinde şi de regimul de presiune aplicat.

Influenta temperaturii - cu cat temperatura creste cu atat difuziunea şi aderenta cresc.Influenta structurii zonei de aderenta - tablele din oţel au o aderenta cu atat mai puternica cu cat decarburarea este mai mare.

CAPITOLUL 7.

PRELUCRAREA PRIN AGREGARE DE PULBERI METALICE

7.1.Noţiuni introductive

Prelucrarea prin agregare de pulbere este un procedeu de prelucrare metalurgicã care spre deosebire de metalurgia clasicã, bazatã pe topire şi turnare, constã în obţinerea şi utilizarea pulberilor metalice ca atare sau sub formã de produse sinterizate.

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;

Principiul metodei constã în amestecul pulberilor metalice, presarea lui la forme dorite în matriţe şi un tratament termic adecvat numit sinterizare.

Pulberea este un material format din particule de metale pure, de aliaje, de compuşi intermetalici sau de compuşi chimici ale cãror dimensiuni pot varia intre 0,1 şi 1000 micrometri. Mãrimea granulelor utilizate pe scarã industrialã variazã între limite mai restranse1 - 400 micrometri.

Pulberile metalice se caracterizeazã printr-o serie de proprietãţi fizice şi chimice care determinã în mare mãsurã proprieãţile finale ale produselor obţinute prin agregare de pulberi. Dintre proprietãţile fizice mai importante enumerãm:

1. formarea particulelor: fibroase, lamelare, echiaxiale;2. calitatea suprafeţei: particule cu suprafaţã netedãa şi regulatã şi particule cu suprafaţa neregulatã (sunt mai frecvente

şi au tendinţa 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 pulberi metalice o constitue operaţiile de formare şi de sinterizare, care determinã apariţia, mãrirea şi stabilizarea suprafeţelor de contact, deci apariţia legãturilor coezive, interatomice între particule.

Formarea acestor legãturi de consolidare a particulelor de pulbere se realizeaza prin urmatoarele faze:1. Formarea legãturilor punct cu punct.2. Creşterea legãturilor tip punct şi formarea suprafeţelor de contact.3. Creşterea cristalelor noi, sferoidizarea şi disparitia porilor.

Formarea legãturilor punct cu punct apare în masa de pulberi metalice sub forma primelor puncte de contact dintre particule. Prin tasarea pulberilor suprafeţele de contact se maresc, insa în majoritatea cazurilor aceste suprafeţe raman tot instabile. În cazul formarii cu presare realizarea acestor legãturi este determinata de compactizarea pulberii prin redistribuirea şi alunecarea particulelor, imprimând asfel semifabricatului o formã stabilã de dimensiunile matritei.

Creşterea legãturilor tip “punct” şi formarea suprafeţelor de contact se produce în timpul sinterizarii, fiind favorizate de creşterea mobilitatii atomilor odata cu creşterea temperaturii. Asfel “punctele” realizate în faza anterioarã cresc lateral, iar nucleele de cristalizare se dezvoltã peste graniţele retelelor cristaline iniţiale.

În continuare datoritã procesului de difuziune şi de curgere plasticã, noii grãunţi se dezvoltã, porii dintre particulese micşoreazã. Creşterea legãturilor tip punct şi formarea suprafeţelor de contact se considerã terminata, atunci când porii sunt izolaţi între ei.

Creşterea cristalelor noi, sferoidizarea şi dispariţia porilor reprezintã ultima fazã în obţinerea produselor prin agregare de pulberi. Creşterea granularã se accentueazã , porii sunt micşoraţi şi eliminaţi treptat.

Recristalizarea se realizeazã în trei stadii, în functie 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;

32

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

obţinute sunt fine şi pure.5. Metoda electroliticã.

7.2. Procesul tehnologic de fabricare a produselor prin agregare de pulberi

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

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

Presiunile maxime ating 2 106 daN/cm2. Secţiunile maxime prestabilite sunt limitate la 100 - 200 cm2.Sinterizarea - se realizeazã prin încãlzirea semifabricatelor, obţinute în urma formãrii, la o temperaturã ce trebuie sa fie cel puţin cât

cea de recristalizare (0,75 - 0,8)Tt .Structura poroasa a produselor sinterizate variazã între 1 şi 30% în funcţie de porozitatea obţinutã la operaţia de formare, precum şi

de temperatura şi durata de sinterizare.Dupã obţinerea pieselor finite ele suportã operaţii suplimentare ca:

calibrarea - folositã pentru creşterea preciziei dimensionale; compactizarea - mãrirea densitãţii şi îmbunãtãţirea proprietatilor 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 netru, oxidant, reducător sau carburant (se preferă mediile gazoase);

a = formarea legãturilor “punct cu punct “b = creşterea legãturilor “punct cu punct “ şi formarea suprafeţelor de contactc = dezvoltarea noilor grãunţi cristalinid = creşterea noilor cristale , sferoidizarea , dispariţia porilor

Fig.7.1. Mecanismul sinterizãrii pulberilor metalice cu un singur constituent

33

Domenii de aplicare sunt :

S-au obţinut materiale metalice care nu puteau fi elaborate prin topire, cum ar fi: metale refractare pure - W, Mo, Ta, cu punct de topire foarte ridicat şi turnare practic imposibilã; materiale dure cu structurã omogena WC-Co, TiC-Co, care constau din combinarea unui produs dur refractar

nedescompus (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);

CAPITOLUL 8. TÃIEREA CU TÃIŞURI ASOCIATE

8.1. Generalitati

Tãierea cu tãişuri asociate este o metoda tehnologica de prelucrare dimensionalã prin care se realizeazã în obiectul supus prelucrãrii suprafeţe de rupere 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 aplicã metoda tehnologicã sunt :1. Tãierea cu foarfecele.2. Stanţarea.

Funcţie de caracteristicile materialelor metalice tãierea sau ştanţarea se fac la cald sau la rece (functie şi de grosimea materialului taiat).

Fata de tãierea prin aschiere sau prin eroziune, tãierea cu tãişuri asociate prezintã urmãtoarele avantaje: se executã piese de configuraţie complexã prin mişcãri simple; precizie dimensionala mare; coeficient de utilizare a materialului foarte mare; 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 de larg consum.Principial procesul de tãiere cu tãişuri asociate este analog pentru procedee de forfecare şi ştanţare, prezentând caracteristici numai

din punct de vedere al utilajelor şi sculelor.

Faze tãierii cu tãişuri asociate sunt :1) Faza deformãrii elestice - care începe imediat dupã atingerea tablei de cãtre elementele active ale sculei şi în timpul cãreia se

produce comprimarea elastica a tablei.2) Faza deformãrii plastice - care începe odatã cu depãşirea limitei de curgere şi în timpul cãreia are loc pãtrunderea elementelor

active în metal, îndoirea (la forfecare) sau extrudarea (la ştanţare) a metalului cu o puternicã incovoiere şi intindere a fibrelor. În timpul deformãrilor plastice elementele active pãtrund în metal pe o adâncime de h=(0,1…0,4)g. La sfârşitul etapei tensiunile de forfecare din apropierea muchiilor tãietoare ajung la valorile lor maxime.

34

3) Faza de forfecare (separare) - începe la muchiile tãietoare odatã cu producerea microfisurilor de-a lungul suprafetelor de lunecare. Forfecarea materialului se închei 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%.

8.2. Tãierea cu foarfecele

Operaţiile de debitare a tablelor, benzilor şi a diferitelor profile se executã prin tãiere cu foarfecele de diferite tipuri.Dupã forma conturului de tãiere, forfecarea poate fi dreaptã sau curbilinie, cu contur deschis sau închis.Procesul de tãiere cu foarfecele este caracterizat de o particularitate importantã. La tãierea cu foarfece cu muchii tãietoare paralele,

la pãtrunderea lamelor 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 şi sã intre între cuţite, dând nastere la o forta T, de diştanţare a cuţitelor, care solicitã suplimentar utilajul şi mareşte jocul faţã de cel optim. Pentru a reduce valoarea unghiului de la 10 …20o la 4…5o se procedeazã la strângerea tablei prelucrate cu o forta S.

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

8.2.1. Utilaje pentru forfecare

Diversitatea mare a pieselor tãiate determinã o diversitate mare a utilajelor necesare.Elementele active ale foarfecelor pot fi :

lame cu mişcare de translaţie sau rotaţie, drepte sau profilate, cu muchii paralele sau înclinate; discuri cu mişcare de rotaţie, cu axe paralele sau concurente, orizontale sau verticale.

Dupã tipul acţionãrii foarfecele pot fi manuale sau mecanizate (cu acţionare mecanicã sau hidraulicã ).Forţa necesarã la forfecare se calculeazã cu urmãtoarele formule:

pentru foarfece cu lame paralele drepte

F=kAt r

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

F=kAt r

Geometria cuţitului este redatã în figura de mai jos .

35

Fig.8.3. Geometria cuţitului

Uopt=(0,01…0,15)g - pentru foarfece cu lame paralele drepte Uopt=(0,02…0,2)g - pentru foarfece cu lame drepte înclinate =0…3 g=5…15 pentru materiale dure; g =20…25 pentru materiale moi;

unde , g este grosimea tablei de tãiat , iar U eset 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 dispozitive de strângere, opritoare pentru poziţionarea semifabricatului faţă de tăişuri.

Foarfecele cu discuri paralele simple sau multiple se utilizează pentru realizarea de tăieturi drepte de lungime oricât de mare, vitezele de tăiere 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 functie 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

Benzile, fâsiile şi formatele tãiate cu foarfecele sunt în general semifabricate 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, ambele sau cel puţin unul dintre ele fiind prevãzute cu muchii tãietoare. În general ştanţa este acţionatã de o piesã, unul din elementele active (placa de tãiere) fiind fixat pe masa presei, iar celãlalt (poansonul) fiind fixat pe berbecul presei.

1 = placa tãietoare2 = poansonul3 = piesa de prelucrat

Fig.8.3. Schema de principiu a ştanţei cu douã elemente active tãietoare

Prin ştanţare se efectueazã urmãtoarele operaţii:

Retezarea – tăierea după un contur deschis, pentru separarea completă a extremităţii obiectului semifabricat.Decuparea – tăierea după un contur închis pentru separarea completă a unei piese din interiorul obiectului semifabricat,

partea rămasă constituind deşul.Perforarea – tăierea după un contur închis pentru separarea completăsub formă de deşeu a unei părţi din interiorul

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

36

Şliţuirea – tăierea după un contur deschis, pentru separarea completă sub formă de deşeu a unei părţi de la marginea obiectului prelucrării.

Debavurarea reprezintã operaţia de înlãturare a bavurilor reyultate în urma forjãrii în matriţã;Tãierea marginilor (tundere) - tãierea dupa un contur închis pentru separarea completã a marginilor neuniforme sau în surplus;Calibrarea prin tãiere - tãierea dupa un contur închis, pentru separare completã sub formã de deşeu a surplusului de material în

scopul mãririi preciziei de prelucrare;

8.3.1. Particularitãţi ale procesului de tãiere la ştanţare

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

Particularitãţati ştanţãrii sunt : obiectul supus prelucrãrii nu poate fi rãsturnat ci eventual încovoiat; deformaţiile elãstice ale porţiunii separate din obiectul prelucrãrii determinã fixarea prin strângere ale acestora în

deschiderea plãcii;

Procesul de ştanţare este influentat de urmãtoarele elemente : materialul prelucrat (natura, gradul de ecruisare prealabilã, forma şi dimensiunile conturului ştanţat); ştanţa (mãrimea şi uniformitatea jocurilor, forma profilului transversal); tipul operaţei; lubrefiantul folosit; viteza de lucru;

Dintre toţi factorii , cel mai important este jocul bilateral dintre placa de tãiere 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]

Moale Tare CalitC1 0,008 0,010 0,03C2 0,040 0,080 0,20

Jocul se micşoreazã la perforarea orificiilor cu pereţi netezi şi se mãreşte la decuparea pe prese rapide (peste 200 curse/min). În procesul exploatãrii ştanţei, muchiile tãietoare ale elementelor active sunt supuse uzurii, ceea ce conduce 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 se utilizeazã ştanţe cu muchii tãietoare înclinate =1…8.Forţa nominalã a presei trebuie sã fie cu 2 - 15% mai mare decât forţa necesarã pentru ştanţare.

Clasificarea ştanţelor.

37

Având în vedere marea diversitate a ştanţelor urilizate în practicã se impune 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 singurã cursã; cu acţiune succesivã - operaţile se executã succesiv la câteva curse ale presei;

1) Dupa gradul de universalitate (specializare):2)

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

modificãri;

Elementele constructive ale unei ştanţe sunt date în figura 8.4 .Poansoanele şi plăcile de tăiere se execută din oţeluri carbon de scule (OSC) sau oţeluri aliate de scule (C120) tratate termic

la 55-60HRC pentru ştanţarea la rece şi 45-55HRC pentru ştanţarea la cald.Desfăşurarea operaţiilor de ştanţare, construcţia ştanţei şi a dispozitivelor necesare este determinată în principal de croirea

semifabricatului.Prin croire se înţelege determinarea dimensiunilor obiectului semifabricat (fâşie, bandă, tablă) şi amplasarea în cadrul

acestuia a produselor cu formă şi dimensiuni determinate, în vederea tăierii.Etapele tehnologice ale procesului tehnologic de ştanţare sunt :

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

Etapele croirii sunt :1) Croirea fâşiei ( a benzii), care constă în amplasarea pieselor în fâşie, stabilirea necesităţii puntiţei şi a mărimii ei

şi se încheie cu stabilirea lăţimii şi lungimii fâşiei. Necesitatea şi mărimea puntiţei este recomandată tabelar în literatura de specialitate.

2) Croirea tablei constă în amplasarea fâşiilor şi alegerea unor dimensiuni ale tablei, astfel încât din formatul respectiv să rezulte un număr maxim de piese şi deşeu minim.

3) Stabilirea utilizării deşeurilor rezultate la croirile anterioare, pentru stanţarea altor piese.La croirea optimă nu se ia în considerare numai coeficientul de utilizare al materialului, ci toţi factorii care determină costul

minim al piesei ştanţate.

CAPITOLUL 9. TAIEREA ŞI DEBITAREA METALELOR

38

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

Operaţia de taiere din laminate a semifabricatelor se numeşte debitare 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 profil transversal constant a unor piese cu lungimi relativ precise. Suprafeţele rezultate din debitare sunt relativ netede şi sunt plane. Debitarea prin aşchiere se face pe ferestrãu alternativ, circular, cu bandã sau prin strunjire.

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

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

În ambele cazuri semifabricatul se fixeazã în menghina cu fãlci, iar scula 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 au grosime micã. Prin aceste procedee se pot debita orice semifabricat în afara tablelor.Semifabricatele de dimensiuni mici se debiteazã pe ferestrãu alternativ, iar cele de dimensiuni mai mari (peste 150 mm) pe

ferestrãu circular.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 axului principal).Se folosesc cuţite de strung standardizate sau profilate din oţel rapid sau carburi metalice, cu grosimi intre 2 şi 8 mm .

Viteza de aşchiere este de max. 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 prin aşchiere, caracterizat prin aceea cã scula folositã este un disc abraziv îngust care se roteşte cu o viteza de 50 … 80 m / s.

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

Metoda este foarte productiva, accesibila, nu necesita utilaje complexe şi se foloseşte în special la debitarea barelor şi a ţevilor de dimensiune micã. Procedeul se aplica şi la retezarea reţelelor de turnare la piesele turnate în special din aliaje neferoase.

9.3. Tãierea prin forfecare

Acest procedeu utilizeazã pentru retezare doua tãişuri asociate care solicitã semifabricatul la forfecare. Este un procedeu de tãiere cu tãişuri asociate.

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

9.4. Debitarea prin fricţiune

39

În acest caz se foloseşte ca sculã un disc sau o banda metalicã fãrã danturã ce realizeaza viteze principale mari 80 - 150 m / s, fapt ce permite realizarea unor forţe de frecare mari între sculã şi semifabricat, chiar la forţe de apãsare mici. Din aceastã cauzã materialul semifabricatului se încãlzeşte în zona de contact pânã în domeniul plastic sau chiar de topire, fiind strãpuns de disc. O micã cantitate de material se pierde prin ardere. Sculele folosite (discurile) se confecţioneazã din oţel refractar. Productivitatea este foarte mare, iar procedeul se foloseşte mai ales la debitarea pieselor subţiri.

9.5. Tãierea termica a metalelor

Separarea semifabricatelor se face pe seama arderii unei cantitãţi de metal 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. Preyentãm mai jos diferite variante ale acestui procedeu tehnologic :

1. Tãierea cu oxi-gaz

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

1) temperatura de ardere să fie mai mică decât temperatura de 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 aliajelor de cupru. La acest procedeu, în jetul de O2 care intră în arzătorul oxigaz este antrenat un flux pulverizat care arde în O2 cu degajarea unei cantităţi de căldură suplimentară. Fluxul este alcătuit din pulbere de fier şi fondanţi ca silicaţi şi carbonaţi de calciu.

b) Tăierea cu plasmă

Se utilizează din ce în ce mai larg datorită avantajelor pe care le prezintă faţă de celelalte procedee de tăiere termică a metalelor, datorită următoarelor 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 foloseşte pentru tăierea aliajelor metalice cu grosimi până la 8-10 mm, iar la grosimi mai mari se foloseşte arcul de plasmă. Vitezele de tăiere sunt de 250-1250 mm/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 a oricăror materiale metalice sau nemetalice în scopul îndepărtării unor cantităţi foarte mici de material sau al tăierii.

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

40

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 relativă faţă 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 de amorsare a arderii se foloseşte arcul electric de sudură.Arcul electric se obţine între un electrod consumabil tubular şi piesa de tăiat. Prin electrodul tubular se insuflă oxigen.

Electrozii se confecţionează din oţel cu conţinut scăzut de carbon şi au diametrul interior de 2 – 4 mm, iar grosimea peretelui de 3-5 mm. Nu se poate evita o concentraţie mai mare de căldură în zonă şi deci topirea parţială a muchiilor superioare ale tăieturii.

9.8. Tăierea termică sub apă

Datorită faptului că atât flacăra oxi-acetilenică cât şi arcul electric ard sub apă, ambele metode se pot utiliza la tăierea sub apă. Arzătoarele utilizate sunt speciale prin ele insuflându-se şi aer, care va forma o bulă pentru protejarea flăcării. Flacăra se aprinde deasupra apei, după care se dă drumul aerului comprimat. Materialul se încălzeşte până la temperatura de amorsare a arderii, după care se începe insuflarea oxigenului şi deplasarea arzătorului de–a lungul tăieturii.

Încălzirea materialului, produsă de acţiunea combinată a sursei exterioare şi a căldurii degajate de procesul de oxidare conduce la formarea unei zone de influenţă termică în care apar inevitabil structuri de supraîncălzire şi călire, care modifică proprietăţile locale îndeosebi pe cele de călire. În cazul în care modificările sunt dăunătoare piesei se înlătură aproximativ 2 mm din piesă prin aşchiere.

CAPITOLUL 11 TEHNOLOGII NECONVENTIONALE

11.1.Noţiuni introductive privind prelucrarea prin eroziune

Există situaţii când metodele de prelucrare prin aşchiere, deformare plastică sau turnare devin nesatisfăcătoare din punct de vedere economic sau chiar 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 de prelucrare dimensională bazată pe utilizarea proceselor de eroziune.

Ritmul înalt de dezvoltare economicã este indisolubil legat de perfecţionarea tehnologiilor de fabricaţie. Acest lucru nu presupune însã renunţarea totalã la tehnologiile convenţionale în favoarea celor neconvenţionale , ci utilizarea fiecãreia în domeniul în care conduce la o eficienţã maximã. In figura 11.1. se prezintã variaţia productivitãţii funcţie de prelucrabilitatea în cazul celor douã tipuri de tehnologii :

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

Piesele cu prelucrabilitate dificilã se definesc ca fiind acelea executate din materiale cu duritate mare. Având în vedere aceastã reprezentare se preconizeazã pentru viitorii ani o pondere a tehnologiilor neconvenţionale de 100 %

pentru materialele cu prelucrabilitate foarte dificilã , 90% în cazul pieselor cu prelucrabilitate dificilã şi numai 30 în cazul pieselor cu prelucrabilitate normalã.

Procesele de eroziune sunt definite ca procese de distrugere a integrităţii straturilor de suprafaţă ale obiectului supus eroziunii.Energia conţinută de agentul coroziv poate fi de natură electrică, electromagnetică, electrochimică, chimică sau termică.

41

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

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

1.1.1. Clasificarea procedeelor de prelucrare prin eroziune

Dupa natura agentului eroziv acestea se clasificã în : 1. Prelucrare prin eroziune electrica - se bazeaza pe efectul eroziv polarizat al unor descãrcãrii electrice prin

impuls, amorsate în mod succesiv între un electrod şi piesã.2. Prelucrarea prin eroziune electrochimicã - are loc prin dizolvarea electrochimicã (anodicã) a substanţei piesei

în procese caracteristice de schimb de sarcini electrice.3. Prelucrarea prin eroziune chimicã - prin dizolvare chimicã.4. Prelucrarea prin eroziune complex electrochimicã şi electricã.5. Prelucrarea prin eroziune cu radiaţii - are loc prin intermediul efectului eroziv al acţiunii unui fascicul de

radiaţii electromagnetice sau corpusculare focalizate asupra piesei.6. Prelucrarea prin eroziune complexa abrazivã şi cavitaţionalã - se bazeazã pe acţiunea unor procese de

eroziune abrazivã sau cavitaţionalã, respectiv complexã prin dezvoltarea simultanã a ambelor procese localizate.

Caracteristici comune ale diferitelor procedee de prelucrare prin eroziune sunt : caracteristicile mecanice ale materialului prelucrat sunt de ordin secundar; cinematica generãrii unor suprafeţe complexe este simplã (o singurã mişcare de avans); posibilitate de automatizare.

11.2. Prelucrarea dimensionala prin eroziune electrica

Se bazeazã pe efectele erozive complexe, discontinui şi localizate ale unor descãrcãri electrice prin impuls, amorsate în mod repetat între electrod şi piesã.

Pentru ca prelucrarea dimensionala prin eroziune electricã sã fie posibilã, trebuiesc respectate urmãtoarele condiţii : introducerea directã a energiei electrice la suprafaţa obiectului de prelucrat. Din aceastã cauzã se impune

folosirea unor materiale electroconductoare atât pentru electrod cât şi pentru piesa de prelucrat; dozarea temporarã în impuls a energiei electrice în zona de interacţiune electrod-agent-obiect. În acest mod

se preleveazã materialul, pentru cã la dozarea continuã a energiei electrice, efectul termic al descãrcãrii se propagã treptat în întreg volumul şi prelevarea nu se mai poate localiza. Durata descãrcãrii este de 10-1s.

asigurarea unui caracter polarizat al descãrcãrii electrice în impuls. Sub acţiunea efectului termic al descãrcãrii electrice în impuls se va preleva material atât de la obiect cât şi de la electrod. Scopul urmãrit este ca prelevarea de la obiect sã fie mult mai mare. Fenomenul se poate dirija prin conectarea obiectului şi a electrodului la polaritãţile corespunzãtoare, utilizarea la electrod a unor materiale cu rezistenţe erozive mari şi formarea pe acesta a unor pelicule protectoare.

restabilirea continuã a stãrii iniţiale în intervalul eroziv. Aceasta pentru cã descãrcãrile sã se poatã repeta în condiţii identice. Pentru aceasta trebuie evacuate produsele eroziunii şi restabilitã distanţa de amorsare a descãrcãrii.

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 secţiune micã şi a fantelor se folosesc aliaje metaloceramice W-Cu, W-Ag.

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

42

D = d +2 = + z

unde :D - suprafaţa generatã;d - diametrul electrodului; - mãrimea interstiţiului de lucru;z - adaos de prelucrare pentru îmbunãtãţirea preciziei de prelucrare şi a calitãţii suprafeţei prelucrate;

1 = partea activã2 = partea auxiliarã3 = ştift de centrare4 = garniturã etanşare5 = şurub asamblare6 = ajutaj circulaţie forţatã lichid dielectric7 = coadã prindere

Fig.11.2. Construcţia caracteristicã a electrozilor

1 = partea de degroşare2 = partea de semifinisare3 = partea de finisare

Fig. 11.3. Construcţia electrozilor utilizaţi pentru executarea orificiilor strãpunse

11.2.1. Maşini de prelucrat prin electro-eroziune

Maşinile de prelucrat prin electro-eroziune au urmãtoarele pãrţi componente pãrţi componente : 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 şi piesã. Aceasta impune ca maşina să fie prevăzută cu minimum trei posibilităţi 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 realiza prelucrarea optimă. Deplasarea fizică a motorului se face cu ajutorul unui servomecanism. Servomecanismul are un bloc de analiză, comparare şi comandă.

Lichidul dielectric are o contribuţie esenţială la desfăşurarea procesului de eroziune electrică şi la stabilitatea acestuia. Prin fenomenele care au loc în lichidul dielectric acesta determină atât existenţa descărcărilor care provoacă prelevarea, evacuarea particulelor prelevate din interstiţiu, cât şi evacuarea acestora în baia de dielectric. Înterstiţiul trebuie în permanenţă alimentat cu lichid dielectric. Lichidul se încălzeşte în timpul funcţionării şi trebuie răcit.

43

În timpul procesului eroziv temperaturile ridicate ale descărcării provoacă modificări structurale ale stratului de suprafaţă. Se constată existenţa a trei zone.

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

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

Al treilea strat este cel de bază (SB).

Precizia dimensională a prelucrării prin electro-eroziune este influenţată de :- utilaj;- operatorul uman;- factorii de proces;

Cel mai dificil de stăpânit sunt factorii de proces care impun o anumită subdimensionarea electrozilor, şi folosirea mai multor electrozi pentru aceeaşi cavitate.

11.3. Prelucrarea prin eroziune cu electrod filiform

Între obiectul prelucrat şi electrodul filiform se asigură o mişcare relativă după axele x şi y, în aşa fel încât în dreptul electrodului să se realizeze conturul de prelucrat. Electrodul filiform execută o mişcare rectilinie verticală cu o anumită viteză “v”. Lichidul dielectric se introduce în interstiţiu prin ajustajul AJ.

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

- subansamblul de tensionare şi deplasare al electrodului filiform;- sistem de reglare automată a avansului după coordonate şi sistem de urmărire a conturului.

Ca material pentru electrodul filiform se utilizează sârmă de cupru neizolată de diametre 0,02 … 0,30 mm. Se decupează materiale cu grosimi până la 100 mm.

Tehnologia de lucru pentru prelucrarea prin eroziune electrică cu electrod filiform este identică cu tehnologia de prelucrare prin eroziune electrică normală având ca parametrii suplimentari viteza de derulare a firuluişi forţa de tensionare.

CAPITOLUL 12. MATERIALE COMPOZITE

12.1. Generalitãţi

Materialele compozite sunt materiale diferite de materialele macroscopice omogene şi care se obţin prin înglobarea - continuã sau nu - a unui material rezistent (armãtura) într-un alt material numit matrice şi ale cãrui caracteristici mecanice sunt mult inferioare primului. Matricea conservã dispunerea geometricã a armãturii cãreia îi transmite solicitãrile la care este supusã piesa.

Ele nu reprezintã o noutate fiind cunoscute încã din antichitate. Iatã câteva exemple :1. Arcul mongol - partea comprimata era din corn, iar cea întinsã din lemn;2. Sãbiile arabe sau japoneze erau confecţionate din oţel şi fier moale. Zona din oţel era stratificatã ca un foietaj, orientând

retasurile şi impuritãţile în lungime, dupã care fibra se îndoia în forma de U. În interiorul U - ului se aflã fier moale. Sabia rezistã atunci la flexiuni şi şocuri.

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

F18 - SUA 10,3% din masa corespunzãtor unei suprafeţe de 50% a aparatului este din materiale compozite. Caroseria F1 - Ferrari.Calculul structurilor compozite este diferit de cel al materialelor omogene, dar metodologia de calcul a acestora este pusa la punct.

12.1.1. Armãtura şi matricea

44

Legãtura între armaturã şi matrice se creazã în timpul fazei de elaborare a materialului compozit. Ea are o influenţã determinantã asupra proprietãţilor mecanice ale materialului compozit.

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

Diametrele mici ale fibrelor permit raze de curbura de 0,5 mm. Excepţie face 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 : unidimensionala : constituita din fibre; unidimensionale ( cu foarte mic), orientate dupã o anumita direcţie în spaţiu; bidimensionale : suprafeţe ca de exemplu ţesãturile; tridimensionale : fibre orientate dupã mai multe direcţii sau bile;

Inainte de constituirea armaturii fibrele suporta un tratament de suprafaţa în scopul micşorãrii rugozitãţii suprafeţelor şi de a favoriza adeziunea lor la matrice.

12.2 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 : fibra ceramica 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

hexagonale de atomi de carbon. Modulul de elasticitate ridicat se obţine prin tragere la cald.Bor : filamentele de tungsten (= 12m) servesc de catalizator reacţiei dintre 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 al borului.

Redãm pe scurt anumite proprietãţi fizico-mecanice ale fibrelor ( a se vedea tabelul anexa).

12.3. Matricile

Cele mai importante matrice sunt :1. Matricele rãşinoase : raşini termoplastice.2. Matrici minerale : carburã de siliciu şi bor (permit atingerea unor temperaturi înalte).3. Matrici metalice : aliaje din aluminiu.

12.3 Domenii de utilizare

1. 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.

45

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 de cost).

Rezervor 65 m3 pentru industria chimica 53% din preţ fata de varianta clasicaCos fum pentru industria chimica 51% din preţ fata de varianta clasicaSpãlãtor de vapori de acid azotic 33% din preţ fata de varianta clasicaRotor helicopter 40% din preţ şi 80% din masa

fata de varianta clasicaCap robot sudura 50% din masa fata de varianta clasica

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 ca, fumul emis de anumite matrici poate fi toxic);

12.4 Tehnologia fabricãrii produselor din materiale compozite

Amestecul armaturã - rãşinã nu capãtã proprietãţile materialelor compozite decât în ultima faza de fabricare : durificarea matricei. Dupã durificare proprietãţile materialelor compozite nu se mai pot modifica ulterior ca în cazul aliajelor metalice prin tratamente termice. În cazul materialelor compozite cu matrice rãşinoasã acesta polimerizeazã ( exemplu rãşina poliesterica).

Ea trece din stare lichida în stare solida prin copolimerizare cu un monomer. Acest fenomen conduce la durificare şi se poate activa folosind un accelerator 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 materialelor compozite.

12.4.1. Formarea manualã

Se aplicã în cazul materialelor compozite constituite din fibre sau pãturi de sticlã în proporţie volumicã de 30 % şi materiale termoplastice sau termoreactive sub formã de de soluţii în amestec cu ingredienţi şi acceleratori chimici. Tehnologia se utilizeazã pentru realizarea unicatelor sau a loturilor , ca şi pentru reparaţii. Formarea manualã prin contact se realizeazã în urmãtoarele etape :- 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.

Formarea manualã prin contact poate fi fãcutã pe modele pozitive sau negative , executate din lemn , metal sau alte materiale.Desãvârşirea polimerizãrii se poate face prin încãlzirea 60…80o C.

12.4.2. Formarea manualã prin turnare

Formarea prin turnare a produselor din materiale compozite cu matrice din mase plastice necesitã pregãtirea amestecului de formare din fibre de sticlã sau altã armãturã. Amestecul este turnat în forme închise sau deschise , încãlzite la 60…80 o C pentru a grãbi procesul de întãrire.

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

46

a = formã închisãb = formã deschisã1 = rãşinã2 = catalizator3 = accelerator4 = fibre 5 = alţi componenţi

Fig. 12.2. Schema formãrii prin turnareSe mai poate presa lichidul în curs de solidificare , ca în schema de mai jos.

1 = suport metalic2 = cavitate3 = fibre de armare4 = strat de aliaj5 = autoclav6 = autoclav

Fig. 12.3. Schema de formare cu presare la cald.

12.4.3 Formarea prin presare

Formarea prin presare se poate executa la cald sau la rece.Etapele acestui procedeu sunt :

1. Pregãtirea armaturii 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, matriţele se pot confecţiona din : lemn, metal, rãşini, etc. .Matriţa poate fi deschisa ca în cazul de mai sus, compactarea în vederea eliminãrii aerului fãcându-se manual. Se pot obţine astfel

piese de dimensiuni mari.Precizie mai bunã se obţine folosind matriţele cu poanson. Productivitatea este mai mare, dar metoda se recomanda pentru piese

de dimensiuni mici.Amestecul matrice-armatura se introduce în matriţa. Poansonul se preseazã mecanic la 1-2 bari. Polimerizarea se poate face la cald

sau la rece. Se foloseşte în industria automobilelor şi în aeronauticã.

1 = placã de bazã2 = cavitate formare3 = poanson6 = piesã

47

Fig.12.4. Formarea prin presare la rece

12.4.4. Formarea sub vid

Acest procedeu foloseşte o matriţa deschisa în care se introduce amestecul de matrice şi armaturã.Peste aceasta se aplicã o folie suplã de plastic şi se realizeazã etanşarea perimetrului piesei, se cupleazã matriţa la o pompa de vid şi

se realizeazã compactarea, eliminându-se aerul.Excedentul de matrice este absorbit de pompa de vid. Ansamblul este apoi supus polimerizãrii în etuvã sau în autoclave la 7 bar. Işi

gãseşte aplicabilitate în aeronauticã.

1 = masã2 = pompã vid3 = cavitate matriţã4 = membranã5 = ramã6 = jug7 = şurub

Fig.12.5. Schema formãrii prin vidare

Matricea şi armãtura se introduc sub membrana 4 , dupã care se face legãtura cu pompa de vid.

12.4.4. Formarea prin injecţie

Armãtura se introduce între matriţã şi poanson şi se injecteazã matricea. Presiunea de injecţie este micã.

1 = cilindru2 = şurub-melc3 = piston4 = tijã5 = piston6 = cilindru7 , 8 = rezistenţe9 = amestec10 = material plastic14 = buncãr13 = fibrã17 = duzã18 = cavitate formare

48

19,20 = plãci matriţã21,22 = pistoane23,24 = cilindrii

Fig.12.6. Schema formãrii prin injecţie

Amestecul format din fibrã şi material plastic este injectat în cavitatea matriţei care este menţinutã închisã de cãtre cilindrii 23 şi 24. Ciclul de injecţie este identic cu cel al injecţiei materialelor plastice.

12.5. Caracteristici ale amestecului armatura-matrice

Putem întâlni armãturi unidimensionale, bidimensionale sau tridimensionale sau 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 mai jos valorile acestor rapoarte pentru materiale compozite obţinute prin anumite procedee tehnologice

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 %

CAPITOLUL 13. PRELUCREAREA PIESELOR DIN CAUCIUC SI MASE PLASTICE

13.1. Prelucrarea pieselor din mase plastice

Masele plastice se pot prelucra printr-o multitudine de procedee tehnologice. Nu vom insista asupra unor procedee de prelucrare a maselor plastice care au un grad mare de generalitate şi sunt aplicabile atât metalelor cât şi aliajelor metalice , cum ar

49

fi : presarea , calandrarea , turnarea , tragerea în fire , prelucrarea prin aşchiere , sudarea. Pe lângã acestea existã şi procedee tehnologice specifice prelucrãrii maselor plastice , cum ar fi : turnarea sub presiune extrudarea

13.1.1. Turnarea sub presiune a maselor plastice

Turnarea sub presiune ( prin injecţie ) a maselor plastice se aplicã la prelucrarea 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 cavitãţi multiple.

Utilajul folosit este o maşinã de injecţie care este o maşinã acţionatã hidraulic , din familia preselor ( orizontale sau verticale ) , semiautomate sau automate.

1 = matriţã2 = piesã3 = ajutaj ( duzã )4 = rezistenţe electrice5 = deflector6 = cilindru de lucru7 = piston8 = buncãr9 = dozator

Fig.13.1. Schema de principiu a maşinii de injectat mase plastice

Materialul plastic dozat trece în camera de lucru , unde prin încãlzire la 450-550 o K este adus în stare de topire vâscoasã. Pistonul 7 dezvoltã presiuni de 350-2000 daN/cm2 . Materialul plastic este forţat sã treacã prin duza 3 şi sã umple cavitatea matriţei. Deflectorul 5 asigurã uniformizarea temperaturii şi a fluiditãţii la injecţia materialului plaastic. Matriţa are o temperaturã relativ scãazutã , menţinutãa prin circulaţia continuã a apei de rãcire prin canale practicate în plãci , pentru a micşora timpii de solidificare.

Calitatea pieselor turnate sub presiune depinde de o multitudine de factori : temperatura matriţei temperatura materialului injectat presiunea de injecţie durata de solidificare corecta dimensionare a reţelei de alimentare a matriţei.

Procedeul este asemãnãtor atât principial , cât şi din punct de vedere al utilajului cu turnarea sub presiune a metalelor , deosebirea constând în faptul ca în primul caz se introduc în cilindru granule solide de material plastic , în timp ce în cel de al doilea se introduce metal topit.

Extrudarea continuã se aseamãnã în principiu cu turnarea sub presiune a maselor plastice , cu deosebirea cã în locul matriţei se monteazã un cap de extrudare ( o filiera ) care permite desfãşurarea continuã a procesului de fabricatie. Prin acest procedeu se pot fabrica produse cu profiluri variate , de lungimi nelimitate ( bare , tevi , etc. ). Pentru fiecare profil fabricat este nevoie de un alt cap de extrudare.

1 = cilindru2 = piston - melc3 = placã perforatã4 = filierã5 = pâlnie alimentare

50

6 = corp maşinã7 = rezistenţã electricã

Fig.13.2. Schema de principiu a extruderului pentru mase plastice

13.2. Procedee tehnologice de obţinere a pieselor din cauciuc

În tehnică se folosesc numeroase repere din cauciuc datorită unor proprietăţi, cum sunt : elasticitatea foarte mare, rezistenţa la substanţe chimice, la vibraţii, etc. După provenienţe aceste repere pot fi din cauciuc natural sau sintetic.

Cauciucul crud se trece printre cilindrii pentru a-l face plastic. Apoi se amestecă în malaxoare sau între cilindrii cu componenţi sub formă de pulberi, obţinându-se cauciucul brut. Pentru îmbunătăţirea caracteristicilor fizice şi mecanice ale cauciucului brut, acestuia i se aplică operaţia de vulcanizare, obţinându-se cauciucul industrial. Prin vulcanizare cauciucul trece din starea plastică în cea elastică, în urma modificărilor pe care le suportă prin adăugarea de sulf 2 – 12%, alungirea crescând cu 800%. În cazul în care cantitatea de sulf creşte la 25 – 32% se obţine ebonita. Vulcanizarea se poate face la cald sau la rece. În afară de cauciuc brut şi sulf se mai adaugă şi alte substanţe, cum ar fi :

a) acceleratori ai vulcanizării, care coboară temperatura de vulcanizare şi îi reduc durata;b) substanţe de întărire, care îi măresc rezistenţa la rupere şi la uzură;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 prin mai multe procedee.Calandrarea este operaţia de trecere a cauciucului brut printre cilindrii unui utilaj numit calandru pentru a fi îndesat şi

modelat. Se obţin astfel benzi sau alte profile. Înainte de calandrare se cauciucul se încălzeşte. Semifabricatul obţinut prin calandrare se prelucrează direct în produse sau se 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 trece printr-un cap de extrudare cu un anumit profil.

Presarea este operaţia de realizare a produselor în forme. Formarea se face sub presiune în forme metalice în care amestecul de cauciuc este îndesat şi în acelaşi timp vulcanizat.

Formele de presare se fac din oţel sau din fontă, cromate în interior pentru a se obţine o suprafaţă netedă şi curată. Se pot realiza garnituri de etanşare, amortizoare, anvelope, etc.

Turnarea sub presiune constă în introducerea forţată a cauciucului brut în forma metalică. Vulcanizarea produsului se poate executa în aceeaşi formă, prin tratament termic corespunzător. Procedeul se aplică la prelucrarea pieselor de configuraţie complicată.

Impregnarea ţesăturilor cu cauciuc, se face pe maşini speciale cu ajutorul unor cleiuri pe bază de cauciuc. Vulcanizarea se face în prese hidraulice.

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);

1- placă superioară2- placă inferioară3- coloană de ghidare4- piesă5- locaş surplus

51

6- plan separaţie

Fig. 13.3. Prelucrarea prin presare a cauciucului

CAPITOLUL 14 COROZIUNE. PROTECŢIE ANTICOROZIVĂ

14.1. Generalitãţi.

Prin coroziune se înţelege fenomenul complex de distrugere a materialelor, datorită reacţiilor chimice sau electrochimice cu diferite substanţe prezente în mediul înconjurător.

Atacul chimic direct este posibil la toate materialele folosite, în timp ce atacul electrochimic este posibil numai la metale, deoarece numai ele posedă electroni liberi. Materialele sintetice nu posedă această structură, ele fiind 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 sarcini electrice.Coroziunea electrochimică caracterizatã prin aceea cã în timpul reacţiei cu mediul coroziv apare un transport de

sarcini electrice.

Ca efect al coroziunii se pierd permanent din economia mondială cantităţi importante de materiale. De exemplu, din producţia mondială de oţel din ultimii 50 de ani, aproximativ 20 miliarde de tone, se apreciază că circa 44% s-au pierdut datorită coroziunii.

Aceasta justifică pe deplin necesitatea luării de măsuri de protecţie a metalelor împotriva agenţilor corozivi şi de aprofundare a studierii fenomenelor coroziunii.

14.2. Coroziunea chimicã

Se poate produce din cauza afinităţii dintre metale şi unele gaze uscate (O2, SO2, HCl, H2, CO, H2S etc.) sau lichide rău conducătoare de electricitate (alcooli, benzina, benzen) provocând modificări ale materialului care 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 metalelor o 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 de permeabilitatea lor pentru substanţele cu care reacţionează.

14.3. Coroziunea electrochimicã

Pentru apariţia coroziunii elctrochimice este necesar să existe un anod, un catod, un electrolit şi un conductor. Prin înlăturarea uneia dintre aceste condiţii, coroziunea electrochimică nu se produce.

Deoarece în practica industrială, metalele şi aliajele sunt heterogene se pot considera ca fiind alcătuite din electrozi electrici scurtcircuitaţi prin însăşi corpul metalului respectiv. Prin introducerea metalului în apă sau într-un mediu cu proprietăţi electrolitice,

52

pe suprafaţa metalului apar elemente galvanice în care impurităţile din metal funcţionează ca microcatozi, în timp ce metalul funcţionând ca anod se dizolvă.

Exemple tipice de coroziune electrochimică se întâlnesc în cazul oţelului expus coroziunii atmosferice (ruginirea fierului), precum şi a coroziunii provocate de curenţii electrici de dispersie din sol, numiţi şi curenţi vagabonzi.

Foarte importantă este viteza de coroziune “v” care se măsoară în cantitatea de metal distrusă pe unitatea de suprafaţă în unitatea de timp [g/m2h].

Cunoaşterea acestor indicii permite alegerea corespunzătoare a materialului în funcţie de natura mediului.

14.4. Metode de protecţie anticorozivă a metalelorMetodele de protecţie anticorozivã se împart în :

I. Metode de prevenire a coroziunii.II. Utilizarea metalelor şi aliajelor rezistente la coroziune.III. Metoda de acţionare asupra mediului corozivIV. Metode de acoperire a suprafeţelor metalice.

14.4.1. Metode de prevenire a coroziunii

Coroziunea poate fi prevenită prin:- alegerea corectă a materialelor utilizate în construcţia de maşini;- evitarea punerii în contact a unui metal cu altul mai electronegativ decât el;- prelucrarea îngrijită a suprafeţelor metalice, deoarece adânciturile favorizează şi accelerează coroziunea;

14.4.2. Utilizarea metalelor şi aliajelor rezistente la coroziune

Întrucât metalele şi aliajele rezistente la coroziune sunt rare şi scumpe, în practică se utilizează metale şi aliaje autoprotectoare, care în timpul coroziunii iniţiale se acoperă cu o peliculă pasivizată sau se utilizează oţeluri anticorozive cu Ni, Cr.

14.4..3. Metoda de acţionare asupra mediului coroziv

Uneori se poate acţiona asupra mediului prin :

- modificarea ph-ului, adică reglarea lui la o valoare convenabilă pentru metalul protejat;- îndepărtarea gazelor (O2, CO2) care măresc viteza de coroziune;- utilizarea inhibitorilor sau a pasivitorilor care micşorează sau reduc viteza de coroziune;- protecţia catodică (electroapărarea) care constă în placarea suprafeţei de protejat cu anozi metalici auxiliari,

care se corodează în locul metalului protejat;

14.4.4. Metode de acoperire a suprafeţelor metalice

Protecţia prin învelişuri anticorozive se realizează prin acoperirea metalului cu un strat subţire de material protector. Stratul protector trebuie să 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 metalice se realizează pe cale galvanică sau termică prin imersie, pulverizare, placare, etc.

Straturile protectoare nemetalice pot fi organice sau anorganice folosind : lacuri, vopsele, emailuri sau folii de masă plastică.

Depunerile metalice se execută în două variante :

53

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 mai ieftin 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 asigura aceste condiţii suprafeţele se curăţă de oxizi (decapare) şi se conferă o anumită rugozitate suprafeţei pentru a obţine o bună aderenţă a primului strat depus.

Aceste depuneri se realizează prin pulverizare simplă sau în câmp electrostatic.

14.5. Procedee de acoperiri metalice

1. Zincare – se aplică la protejarea oţelurilor. Etapele zincãrii sunt :

- degresare în solvent organic;- decapare pentru îndepărtarea oxizilor metalici;- depunere cianurică electrolitică;- pasivizare pentru a realiza prin stratul superficial de Zn o bună rezistenţă anticorozivă (se face o spălare-

activare şi neutralizare minuţioasă);2. Cadmiere este similară zincării din punct de vedere al etapelor tehnologice.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. Aluminizare este operaţia de protejare şi asigurare a suprafeţei reflectorizante de la oglinzile farurilor şi lămpilor auto.6. Metalizare prin pulverizare7. Placarea se poate efectua prin prin :

- turnare;- deformare plastică (laminare);- sudare;- sinterizare;

14.6. Acoperiri nemetalice

1. Grunduire electroforetică. Reperele fosfatate se introduc în baie şi sunt legate de anod. Particulele de vopsea, polarizate cu ajutorul curentului electric de la catod se depun şi formează un strat compact aderent. Etape :

- degresare alcalină;- fosfatare cristalină;- spălare cu apă dezionizată;

54

- grunduire electroforetică;- uscare la 180C;

2. Vopsire electrostatică - se aplică peste stratul de grund depus electroforetic. Piesa metalică se leagă la “pământ”, iar emailul special, polarizat cu ajutorul câmpului electrostatic de 10 kV, se dirijează pe suprafeţele de vopsit.

3. Vopsire cu aer comprimat – se face cu ajutorul pistolului de pulverizat. Acest procedeu are un randament de 60%. E necesară o 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;

14.7. Coroziunea intercristalinã

Pericolul de coroziune intercristalină la oţelurile Cr-Ni, rezultă ca urmare a regimurilor de tratament utilizate şi a regimului termic al sudurii când materialele se încălzesc la 720-1120 K.

Coroziunea intercristalină a aliajelor în electroliţi se datoreşte funcţionării micropilelor galvanice ce apar pe suprafaţa aliajului ca rezultat al heterogenităţii structurale. În cadrul oţelurilor Cr-Ni acest proces este favorizat de prezenţa compuşilor intermetalici la marginea grăunţilor cristalini. Aceşti compuşi formează o zonă intercristalină de tranziţie cu reţele deformate de sute de Å.

În acestă zonă există o localizare a excesului de energie potenţială. Regimul de încălzire aplicat urmat de o răcire lentă are ca efect distribuirea uniformă a elementelor de aliere în interiorul cristalului şi în zona intercristalină, excesul de energie scade şi deci şi tendinţa de coroziune.

Menţinerea la temperaturi înalte urmată de răciri rapide conduce la obţinerea unor zone eterofazice datorită concentraţiei unor elemente de aliere în zona intercristalină. Datorită răcirii rapide aceste elemente nu au difuzat în interiorul cristalului. Ca urmare a aplicării acestui regim termic creşte excesul de energie potenţială în zona intercristalină şi deci şi tendinţa de coroziune.

Există diferite teorii care încearcă să explice cauzele coroziunii intercristaline, cum ar fi :- Teoria sărăcirii limitei granulei în crom;- Teoria privind apariţia tensiunilor la limita cristalelor. Conform acestei teorii precipitarea fazelor în exces

produce tensiuni care produc o diferenţă de potenţial de câteva zecimi de volţi

Factorii principali care influenţează coroziunea intercristalină :- compoziţia chimică;- temperatura de încălzire;

55

14.8. Metode de protecţie anticorozivă a materialelor metalice

Cele mai importante metode de protecţie anticorozivă sunt :1. Alegerea raţională a materialului.2. Alegerea raţională a tipului de construcţie şi a condiţiilor de exploatare a utilajelor. Acest lucru se face ţinând seama

de protecţia contactelor între materialele metalice (metalele cu potenţiale electrice diferite ajung în contact şi cel cu potenţial mai electronegativ se corodează).

Gruparea metalelor şi aliajelor compatibile

GRUPA I Mg şi aliajele luiGRUPA II Cd, Zn, AlGRUPA III Fe, Pb, SnGRUPA IV Cu, Cr, Ni, Ag, Au, Ti, oţel inoxidabil

Se recomandă limitarea contactului metalelor incompatibile, coroziunea îmbinărilor sudate.Coroziunea apare :

- în zonele puternic tensionate aflate în contact cu altele netensionate;- în spaţii înguste şi fisuri;- în porţiuni de stagnare a lichidelor;

3. Aplicarea depunerilor şi a peliculelor protectoare - depuneri metalice;- pelicule anorganice;- straturi de silicaţi;

4. Prelucrarea mediului coroziv- dezaerarea;- dezoxigenarea;- adăugarea de inhibitori de coroziune;

5. Aplicarea metodelor electrochimice de protecţie- protecţie anodică;- protecţie catodică;

14.9. Aplicarea depunerilor şi a peliculelor protectoare

Protecţia suprafeţelor metalice se realizează prin depunerea unui strat metalic sau nemetalic care constituie o barieră între suprafaţa de protejat şi mediul agresiv. Depunerile trebuie să fie continui, fără pori şi aderenţe.

Protecţie anticorozivă prin acoperiri metalice

Straturile de acoperiri metalice se aplică pe matale, dar şi pe nemetale (plastic, hârtie). După acţiunea de apărare, în raport cu metalul de bază, învelişurile se împart în catodice şi anodice.

Învelişurile catodice au un potenţial electrodic mai puţin negativ decât al matalului apărat.În cazul deteriorării peliculei de protecţie coroziunea va acţiona asupra metalului de bază. Exemplu : Cu, Ni, Cr aplicate pe

oţeluri.Potenţialul electrodic al învelişurilor anodice este mai negativ decât al metalului de apărat. La distrugerea integrităţii lui,

învelişul anodic se distruge singur şi apără metalul de bază. Exmplu : Zn.

Acoperiri prin scufundare în metal topit

56

Suprafeţele ce urmează a fi protejate se curăţă şi se decapează. Se introduc în baia de metal topit şi se răcesc în bazine speciale. La contactul topiturii cu materialul de bază are loc difuzia atomilor de metal topit în reţeaua ce trebuie protejată. Se formează astfel un aliaj care asigură aderenţa stratului depus.

În cazul în care cele două metale nu se aliază se adaugă în topitură elemente intermediare. De exemplu la acoperirea fierului cu Pb se adaugă 5% Sn.

Prin acest procedeu se obţin tabla şi sârma zincată şi tabla cositorită pentru confecţionarea cutiilor de conservă.

Acoperiri prin galvanizare

Cea mai răspândită metodă, realizându-se straturi unice sau succesive. Învelişul galvanic se realizează prin electroliză în baia de electrolit ce conţine ioni ai metalului ce se depune. La catodul sursei se va lega piesa de acoperit, anodul fiind format din plăci de metal ce se depune (anodul solubil) sau din grafit (anodul insolubil). Se depun pe piese din oţel Zn, Cd, Sn, Cu, Cr, Ag.

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. De acoperit Uşoare Medii Grele Foarte greleZn 5 10 15 25

Cd 6 8 10 12Cu-Ni-Cr 10 20 40 50

Metalizarea Scopul metalizării nu este numai de protecţie anticorozivă, ci şi de modificare a aspectului exterior şi a proprietăţilor stratului de suprafaţă (duritate, rezistenţă la uzare, durabilitate, etc.). Dintre procedeele de metalizare, cel mai frecvent se aplică metelizarea prin pulverizare şi prin placare.

Metalizarea prin pulverizare. Se efectuează proiectând metale sau aliaje topite, ori pulverizate din stare topită, pe suprafeţele metalice sau nemetalice cu ajutorul unui pistol de metalizat. Prin solidificare, particulele proiectate pe suprafeţele de metalizat se sudează între ele, formând o peliculă aderentă, datorită în special, tensiunii superficiale dintre cele două suprafeţe în contact (suprafaţa de metalizat şi pelicula metalică). Aparatul de metalizat trebuie să realizeze: topirea metalului topit şi antrenarea particulelor formate către suprafaţa de metalizat.

Topirea materialului metalic ce se va pulveriza se realizează fie din pulbere metalică, fie din sârmă. Utilizarea pulberii sau sârmei metalice este condiţionată de caracteristicile metalurgice ale acestora şi proprietăţile tehnologice 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 intermediul energiei electrice sau prin jet de plasmă. Pulverizarea şi antrenarea particulelor pulverizate spre suprafaţa de metalizat se face obişnuit cu ajutorul unui curent de aer sub presiune. În cazuri speciale, în loc de aer se poate 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;- posibilitatea realizării unor straturi cu excelente calităţi de 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 de

protecţia muncii;

Protecţia anticorozivă prin acoperiri nemetalice

Peliculele nemetalice de protecţie se împart în 3 grupe:

57

1. Pelicule anorganice obţinute prin oxidare;2. Pelicule organice formate din unsori, vopsele, lacuri;3. Emailurile;

Oxidarea constă în îngroşarea artificială a peliculelor de oxizi pe cale chimică sau electrochimică.Brunarea se realizează prin scufundarea piesei degresate şi decapate în soluţie de NaOH 650-700 g/l la 410 K.Fosfatarea constă în formarea pe suprafaţa materialului metalic a unui strat de fosfaţi insolubili şi se aplică pentru

protejarea fontei, a oţelurilor nealiate. Pelicula de fosfaţi e poroasă, aderentă, absorbantă şi se foloseşte ca înlocuitor al grundurilor pentru acoperirea cu vopsele în construcţiile navale

Prelucrarea mediului coroziv

Sunt multe cazuri în care se poate acţiona asupra mediului coroziv pentru scăderea evidentă a vitezei de coroziune. Există mai multe posibilităţi, dintre care se amintesc :

- modificarea pH-ului, ceea ce înseamnă reglarea lui la o valoare convenabilă pentru metalul care trebuie protejat. Aceasta înseamnă eliminarea componentelor periculoase din mediul de coroziune prin metode fizice, chimice sau mecanice;

- îndepărtarea gazelor (O2, CO2) care măresc viteza de coroziune a mediilor corozive, mai ales a apei;- folosirea inhibitorilor sau pasivitorilor, ce sunt substanţe organice sau anorganice care, introduse în mediul

coroziv, în cantităţi minime, micşorează sau reduc la zero viteza de coroziune a metalului;

Metode electrochimice de protecţie

Constau în reducerea vitezei de coroziune a construcţiilor metalice prin polarizarea lor. Corespunzător domeniilor de pasivitate un metal poate fi protejat electrochimic fie prin deplasarea potenţialului la valori suficient de negative (cazul protecţiei catodice) fie prin deplasarea potenţialului la valori 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.

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 de polarizare.

1 = conductã de protejat2 = placã anodicã3 = punct de drenaj4 = cablu electric

Fig. 14.1. Schema de principiu a protecţiei anodice cu sursã de curent exterior

Pentru a se putea aplica metoda de protecţie trebuie să fie îndeplinite următoarele condiţii:- în jurul suprafeţei de protejat să existe un mediu bun conducător de electricitate (apă de mare, sol umed)

pentru a permite închiderea curentului electric;- construcţia să aibă o configuraţie simplă pentru ca sistemul de anozi să fie simplu şi să nu apară ecranarea

electrică;- curentii folosiţi să nu pericliteze siguranţa personalului şi a instalaţiei;

58

Protecţia catodică cu anozi solubili (activi)

Constă în aplicarea pe construcţia metalică de protejat a unui număr de plăci de metal cu potenţial mai electronegativ decât al metalului construcţiei (anozi). Materialele folosite în mod curent sunt Zn, Mg, Al.

Se apreciază că protecţia a fost efectivă dacă după un timp se constată dizolvarea anozilor.Metoda are avantajul că se poate folosi acolo unde nu există sursă de curent. Necesită înlocuirea periodică a anozilor.

Protecţia anodică

Este o metodă relativ nouă. Se bazează pe trecerea metalului de protejat din stare activă în stare pasivă prin deplasarea potenţialului prin polarizare anodică cu sursă exterioară de curent.

Schema de principiu a instalaţiei de protecţie anodică este redatã în figura de mai jos.

1. electrod de referinţă2. material de protejat anod3. catod insolubil (platină)4. soluţie corozivă5. potenţiometru

Fig.14.2. Schema de principiu a instalaţiei de protecţie anodicãValoarea potenţialului de protecţie se stabileşte pentru fiecare situaţie în parte (30 – 50 mV). Electrodul de referinţă

serveşte la măsurarea potenţialului care este menţinut constant prin reglarea curentului de protecţie.

Vopsele, lacuri, grunduri, chituri, emailuri

Se folosesc în scopuri decorative sau de protecţie anticorozivă. Componentele principale din care se compun materialele prin vopsire sunt :

- lianţi;- solvenţi;- pigmenţi;

Lianţii – sunt amestecuri de compuşi organici dizolvaţi într-un solvent, care după uscare formează pelicule continui. Cei mai utilizaţi sunt uleiurile 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 imprimă culoare, măresc rezistenţa şi diminuează procesul îmbătrânirii vopselei. Mai există şi alţi constituenţi secundari : antioxidanţi, diluanţi, ş.a. .

Vopselele materiale de acoperire care pe lângă pelicula depusă mai dau şi culoare pieselor, datorită pigmenţilor. Cele mai răspândite sunt cele pe bază de ulei. Ele conţin dispersii fine ale pigmenţilor minerali şi organici în ulei.

După culoarea pigmenţilor avem :- albe (oxid de Pb, Zn, praf de Al);- galbene (galben de Zn, Pb);- roşii (miniu de Pb, Fe);

59

- 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 :

- decapare chimică;- spălare, uscare;- sablare;- grunduire;- vopsire;

Lacurile sunt materiale peliculogene care nu conţin pigmenţi (sunt incolore sau slab colorate). Unele lacuri după uscare se pot şlefui.

Emailurile sunt suspensii de pigmenţi minerali şi organici în diferite lacuri. După uscare emailurile formează pelicule dure dar cu aspect neted şi lucios.

Grundurile sunt substanţe peliculogene, protectoare, sub formă de suspensie de pulbere fină metalică de Zn sau Pb. Cu ajutorul lor se realizează protecţia anticorozivă.

Chiturile se utilizează pentru umplerea golurilor şi netezirea suprafeţelor. Se îmbunătăţeşte aspectul exterior, dar nu şi rezistenţa mecanică. Se înrăutăţesc proprietăţile anticorozive.

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) sau organice (pe bază de răşini);2. Acoperiri groase, cu folii (peste 1mm) . Se fac cu folii din cauciuc sau pe bază de materiale plastice.3. Acoperiri complexe. Se face prin placare şi chituire sau prin vopsele armate cu fibră de sticlă sau

ţesături de policlorură de vinil.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 realizează în atmosferă reducătoare sau neutră la o temperatură mai coborâtă decât punctul de topire, dar mai ridicată decât cea de recristalizare a metalului de acoperit. Se formează un strat protector la suprafaţă din metal pur, iar pe măsura îndepărtării de la suprafaţă conţinutul metalului depus scade. Se acoperă fierul cu Zn şi Al. LA acoperirea fierului cu Al, se formează o soluţie solidă de Al în Fe 20-30% Al, iar adâncimea stratului este de 0,3-0,8 mm.

60