Tehnologia Sudarii Prin Topire

469
Teodor MACHEDON PISU Elena MACHEDON PISU TEHNOLOGIA SUDÃRII PRINTOPIRE PROCEDEE DE SUDARE

Transcript of Tehnologia Sudarii Prin Topire

Page 1: Tehnologia Sudarii Prin Topire

55555555555

Teodor MACHEDON PISU Elena MACHEDON PISU

T E H N O L O G IA S U D Ã R II P R IN T O P IR E

PROCEDEE DE SUDARE

Page 2: Tehnologia Sudarii Prin Topire

1

1

Uf peps!NBDIFEPO !!QJTV Fmfob!NBD IFEPO !!QJTV

U F IO P M P HJB!T V E Ã S J JQ S J O!UP Q J S F

QSPDF EFF! EF! TVEBSF

Page 3: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2

Recenzenţi ştiinţifici:

Consilier editorial: Procesare text:

Tehnoredactare: Copertă:

Corectură:

prof.dr.ing. prof.dr.ing. prof.dr.ing.

dr.ing. dr.ing.

Cândea Virgil Florin Andreescu Florin Andreescu AutoriiAndreea RădulescuBogdan AndreescuElena Machedon-Pisu

Descrierea CIP a Bibliotecii Naţionale a RomânieiMACHEDON-PISU, TEODOR

Tehnologia sudării prin topire : procedee de sudare / dr. ing. Teodor Machidon-Pisu, dr. ing. Elena Machedon-Pisu. - Braşov : Lux Libris, 2009

Bibliogr.ISBN 978-973-131-060-2

I. Machedon-Pisu, Elena

621.791

© 2009

Editură recunoscută CNCSIS, cod 201

ISBN 978-973-131-060-2

Page 4: Tehnologia Sudarii Prin Topire

3

CUVÂNT INTRODUCTIV

În mediul nostru natural nu există multe lucruri care să aibă o structură monolitică şi frumuseţea unui cristal. Majoritatea lucrurilor necesare omului sunt compuse din multe părţi individuale şi aceste părţi trebuie îmbinate pentru a forma o singură piesă.

Pentru realizarea unor structuri necesare activităţilor umane contemporane ingineria sudării reprezintă o opţiune importantă pentru omul modern.

Sudura este o îmbinare nedemontabilă dintre două corpuri solide, prin realizarea unor forţe de legătură între atomi marginali ai suprafeţelor de îmbinat, în anumite condiţii de temperatură şi/sau presiune.

Azi a devenit dificil depistarea domeniilor de fabricaţie în care asamblarea prin sudură sau a tehnicilor conexe, să lipsească. Astfel ingineria sudării este capabilă să soluţioneze problemele tehnice de vârf, de la sudarea microprocesoarelor pânâ la sudarea megastructurilor.

Prezenta lucrare se referă la tehnologia de sudare prin topire, cu referire la bazele tehnologiei de sudare şi prezentarea principalelor procedee de sudare prin topire.

Lucrarea este structurată pe 11 capitole şi se ocupă de prezentarea principalelor procedee de sudare prin topire, se acordă un spaţiu important reglementărilor în domeniu şi a standardelor SR ISO, SR EN, SR EN ISO.

Primul capitol abordează bazele tehnologiei de sudare prin topire cu referire la clasificarea şi simbolizarea procedeelor de sudare, reprezentarea, notarea şi cotarea sudurilor, fixarea componentelor pentru sudare, susţinerea băii de sudură, tensiuni şi deformaţii la sudare şi aspecte privind preîncălzirea şi detensionarea la sudare.

Unul din cele mai vechi procedee de sudare prin topire, sudarea cu electrozi înveliţi este prezentat în capitolul doi unde este pe larg analizat modul de stabilire a parametrilor de sudare la sudarea manuală.

Capitolul trei este rezervat prezentării procesului de sudare cu arc electric acoperit si anume sudarea sub strat de flux.

Procedeul de sudare în atmosferă protectoare de gaze este prezentat amănunţit în capitolul patru, fiind procedeul cu cea mai dinamiă dezvoltare si cu un grad ridicat de aplicabilitate industrială.

În următoarele capitole se prezintă sudarea cu plasmă, în baie de zgură, cu flacără de gaze, cu fascicul de electroni.

Page 5: Tehnologia Sudarii Prin Topire

4

Capitolul nouă este dedicat sudării în rost îngust, respectiv: sudarea WIG,

sudarea MIG-MAG. şi sudarea sub flux în rost îngust.Ultimile capitole se ocupă de sudarea cu termi şi hidrogen atomic,

procedee cu o aplicabilitate redusă.

Page 6: Tehnologia Sudarii Prin Topire

5

Lucrarea Tehnologia sudării prin topire (Procedee de sudare) prezintă o sinteză a numeroaselor cunoştinţe şi informaţii în domeniul sudării prin topire, cristalizată în cei peste 30 de ani de experienţă în pregătirea inginerilor sudori la Universitatea Transilvania din Braşov.

Lucrarea este utilă în pregătirea specialiştilor sudori, în documentarea necesară pentru atestarea calificării de inginer sudor European şi Internaţional şi este foarte utilă pregătirii studenţilor la cursurile de licenţă, de masterat sau de doctorat.

Autorii

Page 7: Tehnologia Sudarii Prin Topire

5

CUPRINS

Capitolul 1BAZELE TEHNOLOGIEI SUDĂRII PRIN TOPIRE ........................... 9

1.1. Istoric ................................................................................................. 91.1.1. Descoperirea arcului electric .........................................................

91.1.2. Dezvoltarea sudării .....................................................................

101.2. Sudarea o tehnică de îmbinare nedemontabilă .......................................

121.3. Comportarea la sudare a metalelor şi aliajelor ........................................

131.4. Clasificarea procedeelor de sudare prin topire .....................................

161.5. Simbolizarea procedeelor de sudare şi de lipire a metalelor .......................

171.6. Alegerea procedeului de sudare prin topire la realizarea structurilor sudate ...

191.7. Îmbinări sudate prin topire ....................................................................

221.8. Reprezentarea, notarea şi cotarea sudurilor ..........................................

291.9. Fixarea componentelor pentru sudare ...................................................

361.10. Susţinerea băii de sudură ....................................................................

381.11. Tensiuni şi deformaţii la sudare ...........................................................

411.12. Preîncălzirea şi detensionare la sudare ................................................

44

Capitolul 2SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC ŞI ELECTROZI ÎNVELIŢI .................................................................................................... 47

2.1. Arcul electric ....................................................................................... 472.1.1. Amorsarea şi formarea arcului electric. Părţile componente ale

arcului electric ............................................................................................... 47

2.1.2 Caracteristica statică a arcului electric de curent continuu ...............51

2.1.3.Stabilitatea arcului electric şi a procesului de sudare ......................53

2. 2. Principiul procedeului de sudare ......................................................... 582.3. Electrozi înveliţi .................................................................................... 602.4. Stabilirea parametrilor de sudare la sudarea manuală ..............................

672.5. Moduri practice de sudare cu electrod învelit în diverse poziţii la procedeul

Page 8: Tehnologia Sudarii Prin Topire

6

111 ........................................................................................................ 91

Capitolul 3SUDAREA SUB STRAT DE FLUX .............................................................. 97

3.1. Materiale necesare la sudarea sub strat de flux .........................................99

Page 9: Tehnologia Sudarii Prin Topire

7

3.1.1. Sârme electrod pentru sudare .....................................................

993.1.2. Electrozi lamelari (bandă) pentru sudarea sub strat de flux ............

993.1.3. Fluxuri pentru sudare ...................................................................

1013.1.4. Proprietăţile fluxurilor în funcţie de modul de fabricaţie şi de

compoziţia chimică .............................................................................

1013.2. Tehnologia de sudare sub strat de flux .......................................................

1033.2.1. Forma cusăturii executate sub strat de flux .......................................

1043.2.2. Parametrii regimului de sudare sub strat de flux ................................

1043.2.2.1. Curentul de sudare ..................................................................

1043.2.2.2. Tensiunea arcului .....................................................................

1063.2.2.3. Viteza de sudare ......................................................................

1073.2.2.4. Natura curentului ..................................................................

1073.2.2.5. Diametrul sârmei electrod ....................................................

1093.2.3. Influenţa factorilor tehnologici la sudarea sub strat de flux ..............

1093.2.3.1. Lungime liberă ........................................................................

1093.2.3.2. Granulaţia flux ........................................................................

1103.2.3.3. Înălţimea stratului de flux ..........................................................

1103.2.3.4. Înclinarea sârmei electrod ......................................................

1103.2.3.5. Înclinarea piesei .....................................................................

1113.2.3.6. Susţinerea băii de sudură ........................................................

1133.2.3.7. Circuitul curentului de sudare ....................................................

1163.2.4. Influenţa factorilor constructivi asupra cusăturii ..............................

1163.2.5. Calculul şi alegerea parametrilor regimurilor de sudare sub flux ......

1183.2.6. Variante ale sudării sub flux utilizate în practică ..............................

1203.2.6. 1. Sudarea semiautomată sub flux ................................................

1203.2.6.2. Sudarea simultană cu arce separate .......................................

1223.2.6.3. Sudarea sub flux cu arce independente care formează o baiecomună .......................................................................................

.123

3.2.6.4. Sudarea sub flux cu arce gemene .........................................

1233.2.6.5. Încărcarea prin sudare sub flux ................................................

1253.2.6.6. Variante de sudare sub flux utilizate la depunerea straturilor deîncărcare .....................................................................................

.125

3.2.6.7. Alte aplicaţii ale sudurii de încărcare .......................................

1293.2.6.8. Electronituirea sub flux ...........................................................

1313.2.6.9. Unele realizări în domeniul sudării sub flux ..............................

1323.2.6.10. Consideraţii economice asupra sudării sub flux ......................

133

Capitolul 4SUDAREA IN MEDII DE GAZ PROTECTOR .........................................

4.1. Principiul procedeului

..

..

..

..

Page 10: Tehnologia Sudarii Prin Topire

8

...................................................................135135

Page 11: Tehnologia Sudarii Prin Topire

7

4.2. Sârma electrod ......................................................................................

1374.3. Gazul de protecţie ....................................................................................

1404.4. Transferul de metal la sudarea MIG/MAG ...............................................

1524.5. Parametrii tehnologici ai curentului pulsat ................................................

1614.6. Parametrii tehnologici de sudare ..............................................................

1634.7. Sudarea cu sârmă tubulară – ST ..............................................................

1744.7.1. Principiul procedeului de sudare cu sârmă tubulară ...........................

1744.7.2. Materiale de sudare la ST ............................................................

1764.8. Sudarea WIG ......................................................................................

1794.8.1. Principiul procedeului WIG .........................................................

1794.8.2. Materiale utilizate la sudarea WIG ................................................

1824.8.3. Amorsarea arcului electric la sudarea WIG .......................................

1854.8.4. Stabilirea parametrilor tehnologici la sudarea prin procedeul WIG ...

187

Capitolul 5SUDAREA CU PLASMĂ ...........................................................................

1915.1. Generalităţi privind plasma termică şi utilizarea ei .................................

1915.2. Sudarea cu plasmă .................................................................................

1945.3. Sudarea plasmă - MIG ...........................................................................

107

Capitolul 6SUDAREA ÎN BAIE DE ZGURĂ ..............................................................

1996.1. Principiul sudării în baie de zgură ...........................................................

1996.2. Variante ale sudării în baie de zgură .........................................................

202

Capitolul 7SUDAREA CU FLACĂRĂ DE GAZ ........................................................

2047.1. Combustibilii .......................................................................................

2047.2. Obţinerea, structura şi rolul flăcării de gaze ................................................

2107.3. Tehnologia sudarii prin topire cu flacară ..................................................

2137.3.1. Sudarea tablelor de oţel ..................................................................

2147.3.2. Sudarea semifabricatelor de oţel cu flacără oxigaz ...........................

2187.3.3. Sudarea oxigaz a oţelurilor aliate ...................................................

2197.3.4. Sudarea oxigaz a fontelor ................................................................

2207.3.5. Sudarea metalelor şi aliajelor neferoase cu flacără oxigaz ...............

2217.3.6. Defectele pieselor sudate cu flacără ................................................

2287.3.7. Calculul îmbinărilor sudate cu flacără ................................................

228

Capitolul 8.SUDAREA CU FASCICUL DE ELECTRONI

......

.......

Page 12: Tehnologia Sudarii Prin Topire

8

...............................233

Page 13: Tehnologia Sudarii Prin Topire

SUDAREA ÎN ROST ÎNGUST ...................................................................

2419.1. Sudarea WIG în rost îngust ...................................................................

2419.2. Sudarea MIG-MAG în rost îngust ...........................................................

2439.3. Sudarea sub flux în rost îngust 245

Capitolul 10SUDAREA CU TERMIT ..........................................................................

24710.1. Reacţia aluminotermică ...........................................................................

24710.2. Sudarea cu termit ..............................................................................

247

Capitolul 11SUDAREA CU HIDROGEN ATOMIC ...................................................

249

BIBLIOGRAFIE .......................................................................................

251

8.1. Fascicul de electroni ..............................................................................

2338.2. Sudarea cu fascicul de electroni ...........................................................

2348.4. Tehnologia sudării cu fascicul de electroni .............................................

2358.5. Sudarea cu fascicul de ioni .......................................................................

239

Capitolul 9

Page 14: Tehnologia Sudarii Prin Topire

9

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDĂRII PRIN TOPIRE

Capitolul 1

BAZELE TEHNOLOGIEI SUDĂRII PRIN TOPIRE

1.1. Istoric

1.1.1. Descoperirea arcului electric

Istoria sudării cu arc electric începe cu descoperirea arcului electric de Sir Humphrey Davy în 1801. În timpul experimentelor de electricitate el a descoperit că se poate crea un arc electric de înaltă tensiune prin aducerea a două conductoare în apropiere. Acest arc producea o lumină strălucitoare şi genera o căldură considerabilă, putând fi menţinut după dorinţă, iar durata şi intensitatea puteau fi variate. Davy a demonstrat arcul electric la Institutul Regal al Angliei în 1808, unde descoperirea a stârnit un mare interes.

Oricum mult timp a rămas o jucărie ştiinţifică, deoarece nimeni nu-i găsea o întrebuinţare practică. De fapt, Davy nu a utilizat termenul de arc la descoperirea lui decât 20 de ani mai târziu. Probabil prima încercare de utilizare a căldurii intense a arcului cu electrod de carbon pentru sudare a fost făcută în 1881, când Auguste De Meritens a utilizat un electrod de carbon la sudarea cu arc a plăcuţelor conducătoare a bateriilor. În acest experiment, el a conectat piesa la polul pozitiv al unei surse de curent, şi a legat vergeaua de carbon la polul negativ în aşa fel încât distanţa dintre vergea şi piesă să poată fi controlată. O parte din căldură s-a pierdut în aerul înconjurător, dar în piesă a ajuns suficientă pentru a asigura îmbinarea.

Doi cer cet ători, Ni kola s de Ben ardos şi St ani sla v Olszewski, experimentând procesul British Meritens, în anul 1885 au obţinut un patent britanic pentru procesul de sudare utilizând electrozi de carbon. Bernados era rus şi avea un patent în acest domeniu şi în Rusia. Aplicaţia lui descrie un proces în care piesa este conectată la polul negativ, iar vergeaua de carbon la polul pozitiv al unui circuit de curent continuu. Vergeaua nu era fixată ca în metoda De Meritens, dar era prevăzută cu un mâner izolator astfel încât putea fi manipulat de operator. Astfel, Bernados este în gen- eral creditat cu primul patent în sudura cu arc electric.

În 1889, alt rus N.G. Slavianoff, anunţa un procedeu în care vergeaua

Page 15: Tehnologia Sudarii Prin Topire

9

de metal se topea gradat şi se adăuga ca metal topit la sudură.În acelaşi an Charles Coffin din Statele Unite ale Americi, fără să cunoască

descoperirea lui Slavianoff a obţinut un patent US pentru un procedeu similar de sudură

Page 16: Tehnologia Sudarii Prin Topire

10

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

cu arc de metal. Procedeul descoperit a fost un uriaş pas înainte deoarece electrodul metalic nu numai că alimenta energia de topire, dar adăuga metalul necesar sudurii. În ciuda acestor avantaje, aplicaţiile comerciale au crescut greu în următorii ani deoarece nu erau disponibili electrozi metalici corespunzători.

În perioada de pionerat a sudurii era limpede că factorul limitativ erau electrozii. Primi electrozi erau sârme din fier norvegian sau suedez care produceau suduri slabe, fragile. Arcurile supraîncălzeau metalul de sudat şi electrozii care se fragilizau în contact cu aerul. Într-o încercare de a elimina aceste dificultăţi, cercetătorii au dezvoltat un număr de electrozi care erau uşor acoperiţi cu diferite materiale organice sau minerale.

Oscar Kjellberg din Suedia în 1907 a obţinut primul patent, fiind pionerul electrozilor înveliţi. Învelişurile s-au dezvoltat în acest timp, contribuind mai mult la stabilirea arcului decât la protejarea sau la purificarea metalului pentru sudat.

Abia în 1912, Strohmenger a primit un patent US pentru un electrod gros acoperit, iar industria avea un electrod capabil să producă o îmbinare sudată cu proprietăţi mecanice bune. Datorită preţului ridicat, acest electrod a pătruns greu în producţie. Procesul acoperirii necesită operaţii scumpe, incluzând acoperiri cu azbest, sârme de aluminiu fine şi alte materiale.

În anul 1927, dezvoltarea unui procedeu de extrudare pentru aplicarea unor acoperiri a miezului metalic a micşorat mult costul electrozilor înveliţi. Aceasta fiind una din cele mai importante descoperiri în evoluţia sudării cu arc electric. Procedeul permitea diferite compoziţii ale învelişului care conduceau la obţinerea de caracteristici operaţionale benefice. În acest fel, electrodul învelit a devenit o realitate.

În jurul anului 1935 au apărut sudori specializaţi în curent alternativ. Cu toate acestea, arcurile de c.a. erau greu de menţinut. Din acest motiv, producătorii de electrozi au elaborat învelişuri care ionizau mai mult şi stabilitatea arcului era mai bună. În această perioadă se utilizau mai mult oţelurile inoxidabile care erau greu sudabile, datorită hidrogenului din învelişul electrodului. În acest fel au început să se dezvolte electrozi cu un conţinut mic de hidrogen.

1.1.2. Dezvoltarea sudării.

Un incident dramatic în timpul primului război mondial a făcut posibilă aplicarea pe scară mare a sudării cu arc. Vasele germane staţionau în portul New York la izbucnirea războiului, au fost avariate de echipajele lor, astfel încât vasele să nu poată fi folosite de aliaţi. Paguba era atât de mare încât era clară necesitatea revoluţionării proceselor pentru a repara vasele rapid.

Marina a chemat experţi în sudură de la două companii de căi ferate şi

Page 17: Tehnologia Sudarii Prin Topire

11

aceştia au recomandat ca reparaţiile să se facă prin sudură cu arc electric. Majoritatea vaselor avariate au fost restaurate substanţial prin acest procedeu, după care s-a dezvoltat rapid.

Page 18: Tehnologia Sudarii Prin Topire

212

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDĂRII PRIN TOPIRE

Primele aplicaţii ale sudării cu arc electric în aviaţie s-au făcut tot în timpul primului război mondial. Anthony Fokker, constructor olandez de avioane, a folosit sudarea la fabricarea fuselajelor pentru avioane de luptă germane.

În anii 1930, sudura a căpătat o importanţă crescândă în construcţia de vapoare. Marina US, care a contribuit mult la cercetarea în sudură, a utilizat sudura din motive practice, după tratatul naval de la Londra din 1930. Acest tratat impunea limite în privinţa tonajului brut la navele mari. Marina a găsit sudura ca fiind avantajoasă pentru că minimaliza greutatea şi permitea constructorilor de vase să maximalizeze puterea de foc permisă de restricţiile de tonaj.

Fluxul granular cu sârme cu alimentare continuă a condus la dezvoltarea, în 1935, a procedeului de sudare sub strat de flux care a fost aplicat pentru prima oară în fabricaţia de ţevi şi construcţia de vase. O cisternă a fost fabricată prin acest procedeu în 1936. În jurul anului 1940, procedeul de sudare sub strat de flux a fost acceptat. În jur de 1942, procedeul a fost îmbunătăţit pentru a deveni automat. S-au dezvoltat semiautomate, ce pot fi ţinute în mană, pentru sudarea sub strat de flux, în 1946. La acest procedeu, tensiunea şi intensitatea erau controlate automat, astfel calitatea sudurii era uniformă.

Sudarea cu arcuri multiple a fost introdusă în 1948, iniţial pentru ţevi cu pereţi groşi. Ulterior, îmbunătăţirea sudurii sub strat de flux s-a făcut în special în domeniul fluxurilor şi echipamentelor. Primele procese de protecţie cu gaz a unui electrod de tungsten (wolfram au devenit cunoscute ca procese de sudare cu gaz inert şi tungsten (TIG, WIG).

Iniţial electrodul de tungsten avea tendinţa de a se supraîncălzi şi de a transfera particule de tungsten în sudură. S-au utilizat electrozi legaţila borna negativă, această variantă fiind satisfăcătoare pentru sudarea oţelului inoxidabil, dar nesatisfăcătoare pentru sudarea magneziului şi aluminiu. Pentru aceasta s-a utilizat un curent alternativ de înaltă frecvenţă.

În 1935 procedeul a fost modificat prin dirijarea arcului rezultând procedeul

plasmă – arc.Procedeul de gaz arc – tungsten (GTA) a fost nesatisfăcător pentru

tablele subţiri din materiale cu conductivitate mare. Pentru aceasta electrodul metalic consumabil a fost înlocuit cu electrod tungsten neconsumabil, procedeul devenind în 1938 sudură cu arc şi gaz – metal (GMA) sau MIG. Acest procedeu fiind foarte utilizat la sudarea aluminiului şi pentru alte materiale neferoase. Cum procedeele GMA şi GTA au fost introduse pe scara industrială la începutul anilor 1950, s-a constatat că argonul şi heliul sunt foarte scumpe.

Din acest motiv cercetătorii au utilizat ca gaz de protecţie bioxidul de carbon. John Lincoln a obţinut un patent pe această idee în 1918. Perfecţionările ulterioare a procedeului şi a echipamentului pentru sudarea CO au condus la

Page 19: Tehnologia Sudarii Prin Topire

13

scăderea preţului de cost. Acest procedeu a fost rapid introdus în practică acolo unde sudura nu era excesiv de importantă. O descoperire importantă a fost, în 1958 de Lincon Electric, sârma tubulară cu autoprotecţie. Aceasta a permis folosirea unor procedee automate. Alte

Page 20: Tehnologia Sudarii Prin Topire

PO

PO

S

S

ES

S

OL

PR

N

14

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

date importante privind inventarea procedeelor de sudare sunt:•1951 Paton inventează sudarea în baie de zgură,• inventarea sudării în mediu de bioxid de carbon, 1953•1957 Stohr inventează sudarea cu fascicul de electroni•1961 se inventează sudarea cu plasmă,•1970 se inventează sudarea cu LASER.

1.2. Sudarea o tehnică de îmbinare nedemontabilă

Sudarea prin topire se realizează prin încălzirea locală, până la topire, a pieselor de sudat, fără aplicarea unei forţe, cu sau fără utilizarea unui materia! de adaos. Sudarea metalelor este o metodă de îmbinare nedemontabilă a două sau mai multe componente, pentru a se realiza piese sau ansambluri necesare producţiei de bunuri materiale. În cadrul procesului de producţie sudarea aparţine tehnologiilor de fabricaţie.

Nivelul tehnologic al sudării se poate estima cu ajutorul unor indicatori prezentaţi în continuare:

Indicatorul de pondere I este raportul dintre producţia anuală de structuri

sudate P şi producţia anuală de oţel P

IPO = PS

POL

⋅100% (1)

Pe plan mondial valoarea I

este de circa 27 % şi conformprognozelor Institutului

Internaţional de Sudură (I.I.S.) acest indicator va creşte până la 45 % în anul 2010. La acest calcul s-a ţinut seama numai de producţia de oţel, fără a mai fi considerate şi piesele sudate din metale neferoase, dintre care cele din aluminiu nu sunt lipsite de importanţă.

Indicatorul de productivitate I este raportul dintre producţia anuală de

structuri sudate P

şi numărul de sudori folosiţi la realizarea ei, N .

I = PS

PRS

(tone/sudor an) (2)

În ansamblul producţiei de structuri sudate se estimează o creştere relativ lentă

a indicatorului I

, care în anul 2010 va atinge circa 110 t/sudor an.PR

Indicatorul de folosire a echipamentului de sudare I

este raportul dintre

Page 21: Tehnologia Sudarii Prin Topire

S

S

PI =

ES

15

valoarea echipamentelor de sudare E

şi producţia anuală de structuri sudate P

realizată

cu ele:

ESES (dolari/t.an) (3)

S

Se prevede că până în anul 2010 valoarea indicatorului I

5 dolari/t an.

va scădea la circa

Page 22: Tehnologia Sudarii Prin Topire

EL

L

OL

PI =

EL

MA

A

I

I

OL

PO

S

A

MA

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDĂRII PRIN TOPIRE

Indicatorul de folosire a electrozilor înveliţi I

este raportul dintre cantitatea

de electrozi folosiţi într-un an E

şi producţia anuală de oţel P

ELEL (kg electrozi/t) (4)

OL

În perioada următoare, până în anul 2010 valoarea indicatorului I

tinde să se

uniformizeze, iar pe plan mondial va tinde către valoarea 3 kg/t.

Indicatorul de mecanizare şi automatizare a sudării I

este raportul dintre

metalul depus prin procedee de sudare în decursul unui an, MD.

IMA = MDA ⋅100% MD (5)

Calcululacestuiindicator se poate efectua practicuşor, dar cu erori maimari, luând în consideraţie raportul dintre materialele de adaos utilizate la procedeele de sudare automate şisemiautomate MA

şi totalulmaterialelor de adaos MA, utilizate în aceeaşi perioadă.

' = MAA ⋅100%MA MA (6)

Acelaşi indicator se mai poate calcula cu relaţia:

'' = PA ⋅100%MA P

(7)

În care: P este puterea surselor electrice pentru sudarea automată sisemiautomată, iar P este puterea totală a surselor electrice pentru sudare.

GM.Pentru indicatorul I se mai foloseşte şi denumirea de grad de

mecanizareSe apreciază că indicatorul I ve depăşi 80 % în anul 2010.Considerând valorile prognozelor pentru producţia mondială de oţel P

şi pentru

indicatorul de pondere I, se poate estima producţia mondială de structuri sudate PPS = IPO · POL (7)

Situaţia sudării în ţara noastră privită sub aspectul celor cinci indicatori

amintiţi, arată diferenţe semnificative la indicatorii I

, I , I , I .PR ES EL MA

Page 23: Tehnologia Sudarii Prin Topire

PO

MA

Indicatorul de pondere I

se situează la nivelul mondialavând valoarea peste 40 %.

1.3. Comportarea la sudare a metalelor şi aliajelor

Comportarea la sudare sau sudabilitatea este o noţiune complexă, definită pe seama unui ansamblu de factori tehnologici, constructivi şi de exploatare, prin care se apreciază capacitatea unui metal sau aliaj de a forma îmbinări sudate de bună calitate, în condiţii economice de realizare.

Page 24: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Comportarea la sudare este influenţată de metalul de bază, tehnologia de sudare şi concepţia constructivă a structurii sudate. Între aceşti factori de influenţă se stabileşte legătura prezentată în figura 1.1., rezultând trei noţiuni derivate care completează definiţia sudabilităţii şi anume:

Fig. 1.1. Comportarea la sudare a metalelor şi aliajelor

- sudabilitatea metalurgică, care descrie reacţia metalului supus sudării la acţiunea câmpului termic specific procedeului de sudare aplicat. Sudabilitatea metalurgică este influenţată de factorii care caracterizează metalul de bază, compoziţia chimică, structura metalografică şi însuşirile sale fizice. Cu cât însuşirile proprii metalului supus sudării influenţează mai puţin tehnologia de sudare, cu atât sudabilitatea metalurgică este mai bună.

- Sudabilitatea constructivă, determinată de capacitatea unui material de bază de a realiza o structură sudată care să funcţioneze corespunzător în condiţii date de exploatare. O construcţie sudată poate influenţa în măsură mai mare sau mai mică tehnologia de sudare. Complicaţiile con- structive pot avea urmări asupra soluţiile tehnologice care fac posibilă realizarea îmbinărilor. Sudarea poate genera tensiuni şi fluxul de forţe poate fi influenţat de soluţia constructivă. Intersecţiile de cordoane de sudură, sudarea mai multor elemente într-o singură cusătură, pot complica tehnologia realizării structurii sudate.

- Sudabilitatea tehnologică reprezintă însuşirea metalelor şi aliajelor de a forma îmbinări sudate cu proprietăţi de rezistenţă comparabile cu ale metalului de bază, fără defecte sau reducerea

Page 25: Tehnologia Sudarii Prin Topire

plasticităţii, în condiţiile aplicării unei anumite tehnologii de sudare. Sudabilitatea tehnologică

Page 26: Tehnologia Sudarii Prin Topire

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDĂRII PRIN TOPIRE

depinde de:ο Natura şi proprietăţile metalului de bază şi ale celui de adaosο Materialele de protecţie (învelişuri, fluxuri, gaze) folosite;ο Procedeul şi tehnologia de sudare aplicate;ο Tipul, forma şi dimensiunile structurii sudate;ο Măsuri tehnologice aplicate anterior şi după efectuarea sudării;

Condiţiile de exploatare în care lucrează structura sudată.Aprecierea sudabilităţii se face pe baza unor metodologii care scot în

evidenţă comportarea la sudare a metalelor şi aliajelor din punctul de vedere al unui număr restrâns de factori, cel mai des al unui singur factor.

Metodologiile de testare a sudabilităţii sunt:• Metodologii pentru determinarea rezistenţei la fisurarea la cald;• Metodologii pentru determinarea rezistenţei metalului din zona

influenţată termic la apariţia crăpăturilor la rece;• Metodologii pentru evaluarea rezistenţei metalului de bază

zonei influenţate termic, cordonului de sudură şi îmbinării în ansamblula apariţia fenomenului de fragilizare;

• Metodologii pentru punerea în evidenţă a rezistenţei în condiţiile de exploatare, pentru metalul de bază, zona influenţată termic şiîmbinarea în ansamblu (rezistenţa la coroziune, proprietăţile mecanice, la diferite temperaturi, rezistenţa la uzură etc.)

Fisurile la cald, apar la cordonul de sudură în timpul cristalizării primare a băii de metal topit. Cauza apariţiei fisurilor la cald o constituie tensiunile de întindere care apar la răcire în cusătura sudată. La anumite metale, la care se menţin pelicule lichide la limitele cristalelor, pot apare fisuri sub influenţa tensiunilor proprii de întindere.

Aceste fisuri se produc la temperatură ridicată, în procesul de răcire a cordonului de sudură, de regulă în intervalul de cristalizare.

Temperatura la care se produce fenomenul de fisurare la cald depinde de compoziţia chimică a metalului supus sudării. În cazul oţelului cu conţinut mic şi mediu de carbon, fisurarea la cald apare de regulă în intervalul 1200-1350oC.

Fisurile de cristalizare pot fi longitudinale, transversale şi combinate în raport cu axa de sudură a cordonului. Ele ajung sau nu la suprafaţă. Cele deschise au suprafaţa oxidantă, ca dovadă că s-au produs la temperatură ridicată.

Fisurarea la cald este influenţată de :• Tensiunile interne, care se formează în cordon din cauza

contracţiei termice la răcirea metalului topit,• Compoziţia chimică a băii de metal topit, unde elemente ale

compoziţiei chimice având influenţă negativă asupra plasticităţii

Page 27: Tehnologia Sudarii Prin Topire

cordonului de sudură,în curs de formare şi răcire. Unele elemente formează combinaţii eutectice cu temperatura de topire scăzută, menţinând pelicule lichide la marginile

Page 28: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

cristalelor formate anterior, în procesul de cristalizare. Sulful şi fosforul sunt elementele cele mai dăunătoare, ele se limitează la valori minime pentru a preveni fenomenul de fisurare la cald.

1.4. Clasificarea procedeelor de sudare prin topire

În figura 1.2. este prezentată o clasificare a principalelor procedee de sudare prin topire în funcţie de sursa de energie utilizată pentru încălzire.

Fig. 1.2. Clasificarea generală a procedeelor industriale de sudare prin topire.

În funcţie de modul de execuţie, procedeele de sudare prin topire se pot clasifica în procedee de:

¾ sudare manuală - la care toate operaţiile se realizează manual;¾ sudare semimecanizată - la care o parte din operaţiile de bază se realizează

mecanizat (de exemplu alimentarea cu material de

Page 29: Tehnologia Sudarii Prin Topire

adaos);¾ sudare mecanizată - la care toate operaţiile de bază se realizează

Page 30: Tehnologia Sudarii Prin Topire

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDĂRII PRIN TOPIRE

1.5. Simbolizarea procedeelor de sudare şi de lipire a metalelor

Simbolurile procedeelor de sudare şi lipire se folosesc în mod obişnuit, în desene tehnice de reprezentare şi de notare a îmbinărilor sudate .

În tabelul 1.1. sunt prezentate simbolurile procedeelor de sudare prin topire conform ISO 4063

Tabelul 1.1. Simbolurile procedeelor de sudare prin topire

Proces de sudare SimbolNr.

conformISO 4063

Nr. de ordine

Sudarea cu gaze G 3 4.6.2.3.02Sudarea C2H2 – O2 G 311 -Sudarea cu arc electric - 11 -Sudarea manuală cu arcelectric

E 111 4.6.2.4.08

Sudarea cu arc electric cuelectrozi tubulari(autoprotectori)

MF 114 4.6.2.4.14

Sudarea sub strat de flux UP 12 4.6.2.4.22Sudarea cu gaz protector SG - -Sudarea metal + gaz deprotecţie

MSG 13 -

MAG MAG 135 -MAG cu sârmă tubulară MAG 136 -MIG MIG 131 4.6.2.4.34W + gaz protecţie WSG 14 -WIG WIG 141 4.6.2.4.42W + plasmă WP 15 -Sudarea cu fascicul laser LA 751 4.6.2.5.04Sudarea fascicol deelectroni

EB 76 4.6.2.5.08

Sudarea bolţurilor cu arcelectric

B 781 -

În tabelul 1.2. sunt prezentate principalele abrevieri europene si americane a procedeelor de sudare prin topire

Tabelul 1.2. Abrevierile europene şi americane a procedeelor de sudare prin topire

Simbolizareaconform EN

ISO 4063

Abreviereeuropeană

(E.A.)

Abreviereamercicană

(A.A.)

Denumireaprocedeului

(E.A.)

Denumireaprocedeului

(A.A.)

Denumireaprocedeului

(RO)

111 MMA SMAWManual MetalArc Welding

Shielded MetalArc Welding

Sudarea manuală cu arc electric

Page 31: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Tabelul 1.2. (continuare)Simbolizareaconform EN

ISO 4063

Abreviereeuropeană

(E.A.)

Abreviereamercicană

(A.A.)

Denumireaprocedeului

(E.A.)

Denumireaprocedeului

(A.A.)

Denumireaprocedeului

(RO)

114 FCAW FCAW

Flux-coredwire metal arc welding without gas

shield

Flux-cored arc welding

Sudarea cu sărmă

tubulară in medii de gaz

12 SAW SAWSubmerged

Arc WeldingSubmerged Arc

WeldingSudarea substrat de flux

13 GMAW GMAWGas Shielded

Metal ArcWelding

Gas Metal ArcWelding

Sudarea înmediu de gaz

protector

131 MIG GMAWMetal-arc InertGas Welding

Gas Metal ArcWelding

Sudarea înmediu de

gaze protectoare

inerte

135 MAG GMAWMetal-arc

Active Gas Welding

Gas Metal ArcWelding

Sudarea înmediu de

gaze protectoare

activ

136 FCAW FCAW

Flux-coredwire metal arc welding with active gas shield

Flux-cored arc welding

Sudarea cu sărmă

tubulară cu gaz activ

137 FCAW FCAW-S

Flux-cored wire metal arc welding with

inert gas shield

Flux-cored arc welding

Sudarea cu sărmă

tubulară cu gaz inert

141 TIG GTAWTungsten InertGas Welding

Gas TungstenArc Welding

Sudarea cu electrod

nefuzibil cu arc electric

3 OFW Gas WeldingOxy-fuel Gas

WeldingSudarea oxi-

gaz

311 OAWOxy-acetylene

WeldingOxy-acetylene

WeldingSudarea oxi-acetilenică

81 OFC FlameCutting

Oxyfuel GasCutting

Tăiere cu flacără

86 FlameGouging

ThermalGouging

Tăiere termică

Page 32: Tehnologia Sudarii Prin Topire

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDĂRII PRIN TOPIRE

1.6. Alegerea procedeului de sudare prin topire la realizarea structurilor sudate

Calitatea construcţiilor sudate şi costul acestora sunt în mare măsură influenţate de metoda de sudare aplicată, întrucât aceasta influenţează direct timpul de sudare, consumul de material de adaos şi de energie, productivitatea de topire şi calificarea personalului necesar etc.

La alegerea procedeului de sudare este necesar să se ţină seama de următorii

factori: - calitatea şi dimensiunile metalului de bază;

- dimensiunile şi alcătuirea cusăturii;- condiţiile de solicitare în timpul exploatării;- seria de fabricaţie;- productivitatea impusă şi preţul de cost.

Se constată o tendinţă generală de înlocuire a procedeelor de sudare manuală,

cu procedeele de sudare mecanizate sau automatizate. În continuare sunt prezentate aspectele generale a unor procedee de sudare utilizate în practică.

Sudarea cu flacără, este unul dintre primele procedee de sudare, este scump, neproductiv, iar calitatea cusăturii este inferioară. Chiar în această situaţie sudarea cu flacără mai este utilizată la lucrări de reparaţie, la lucrări pe şantier şi uneori la sudarea tablelor subţiri.

Sudarea cu arc electric şi electrozi înveliţi, este un procedeu deosebit de frecvent utilizat mai ales la produsele fabricate în serie mică sau unicate, având cusături de poziţie greu accesibile sau cu lungimi reduse. Datorită productivităţii sale reduse există tendinţa de a fi înlocuit cu alte procedee.

Sudarea cu arc electric sub strat de flux este un procedeu superior de sudare, atât sub aspect productiv cât şi calitativ. Aplicabilitatea sa este însă limitată la suduri orizontale sau uşor înclinate, având lungimi suficient de mari.

Avantajul esenţial al sudării sub flux este posibilitatea sudării elementelor cu grosime mare cu prelucrare redusă sau chiar fără prelucrarea rostului.

Sudarea MIG/MAG este de asemenea un procedeu de sudare cu o pondere

în continuă creştere la realizarea construcţiilor sudate, datorită pătrunderii mari la sudare, a calităţii excepţionale a metalului depus (conţinut minim de hidrogen în sudură) cât şi datorită productivităţii şi aplicabilităţii deosebit de favorabile.

Sudarea WIG este un procedeu de sudare în urma căruia rezultă o cusătură cu puritate maximă. Datorită productivităţii sale relativ reduse şi a pătrunderii reduse se utilizează numai în cazurile în care nu poate fi aplicat

Page 33: Tehnologia Sudarii Prin Topire

procedeul MIG, la sudarea oţelurilor aliate şi a aliajelor neferoase.Sudarea în baie de zgură este un procedeu de sudare având

aplicabilitate la sudarea materialelor cu secţiune mare, care asigură o răcire relativ redusă a sudurii. La

Page 34: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

acest procedeu este redus şi pericolul formării unor constituenţi duri în zona sudurii, datorită vitezelor reduse de răcire a îmbinărilor.

Sudarea cu plasmă poate fi realizată manual sau automat cu aplicabilitate la toate aliajele utilizate în industrie. Procedeul de sudare cu plasmă este foarte productiv şi datorită factorului de concentrare a puterii sursei, care are valori mari, adâncimea de pătrundere a sudurii este foarte bună.

Avantajele principale ale sudării cu plasmă constau în productivitatea ridicată, calitate superioară a cusăturii şi posibilitatea sudării elementelor cu grosime mare fără prelucrarea rostului, utilizând cantităţi minime de metal de adaos. Costul ridicat al instalaţiilor şi al gazelor plasmogene, limitează deocamdată aplicarea acestui procedeu numai pentru sudarea oţelurilor şi aliajelor speciale.

Sudarea cu fascicul de electroni este un procedeu care asigură pătrunderea maximă, fără a fi necesară utilizarea materialului de adaos şi fără a necesita prelucrarea rostului. Acest procedeu asigură o zonă influenţată termic minimă precum şi o productivitate şi o calitate bună a îmbinărilor. Limitarea procedeului se datorează faptului că sudarea are loc în vid, iar mărimea pieselor care pot fi sudate depinde de mărimea camerei de vid a instalaţiei, care la rândul ei depinde de eficienţa pompelor de vid ale instalaţiei.

Sudarea cu laser este utilizată la sudarea aliajelor speciale şi lucrărilor de mare precizie şi fineţe, întrucât încălzirea este instantanee şi cu o dozare precisă a energiei, la fel ca şi la sudarea cu fascicul de electroni. Avantajul sudării cu laser faţă de sudarea cu fascicul de electroni constă în faptul că nu necesită instalaţia în camera de vid, întrucât sudarea se realizează la presiunea atmosferică.

În tabelul 1.3 sunt prezentate caracteristicile principalelor procedee de sudare prin topire .

Observaţii: I – intensitatea curentului de sudare; U – tensiunea de sudare; v – s a s

Tabelul 1.3. Caracteristicile metodelor de sudare prin topire.

Denumirea metodei

Date tehnologice Materiale sudabile Domeniul de utilizare

0 1 2 3

Page 35: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Sudarea cuflacărăoxiacetilenică

- acetilenă:p = 0,05…0,2 at;Q = 200…2000 l/h;- oxigen:p = 2,5…3,5 at;Q = 250…3000 l/h;- sârmă:φ 1…3,2 mmVs = 70…20 cm/min;

- g = 0,5…12 mm;- oţeluri carbon şi aliate de construcţii, oţeluri înalt aliate, fonte, metale şi aliaje neferoase;

- sudarea tablelor subţiri,la diferite produse metalice, maşini agricole, vehicule, conducte;- reparaţii;

Page 36: Tehnologia Sudarii Prin Topire

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDĂRII PRIN TOPIRE

Tabelul 1.3. (continuare)

0 1 2 3Sudarea cu arcelectric şi electrod învelit

- Is = 50…400 A;- Ua = 15…40 V;- de = 1…6 mm;- vs = 12…8 cm/min;

- g = 2…40 mm;- oţeluri de construcţii, oţeluri slab, mediu şi înalt aliate, fonte;

- sudarea de îmbinare şide încărcare, pentru cusături scurte, curbilinii, în toate domeniile construcţiei de maşini şi utilaje;

Sudarea cu arcelectric în atmosferă de argon, cu electrod de wolfram (WIG)

- Is = 10…300 A;- Ua = 10…30 V;- dw = 0,5…6 mm;- de = 2…6 mm;- QAr = 5…25 l/min;- vs = 30…10 cm/min;

- g = 1…10 mm;- oţeluri aliate şi înalt aliate, Al, Cu, Ni, Ti şi aliajele lor;

- construcţii de aparateşi rezervoare, vagoane, nave, aeronave;- reparaţii;

Sudarea cu arcelectric în atmosferă de CO2, cu electrod fuzibil (MAG)

- Is = 40…500 A;- Ua = 16…35 V;- de = 0,8…2,5 mm;- QCO2 = 10…25 l/min;- vs = 100…30cm/min;

- g = 1…30 mm;- oţeluri carbon şi slab aliate cu Mn, Si;

Construcţia de maşini,vehicule, conducte, rezervoare şi cazane, aparate chimice, construcţii metalice;

Sudarea cu arcelectric în atmosferă de argon cu electrod fuzibil (MIG)

- Is = 120…500 A;- Ua = 20…30 V;- de = 1,2…2,5 mm;- QAr = 10…20 l/min;- vs = 150…20cm/min;

- g = 3…30 mm;- oţeluri aliate şi înalt aliate;- Al, Cu, Ni, Ti ţialiajele lor;

- construcţii de aparateşi rezervoare, vehicule de cale ferată, aeronave;

Sudarea cu arcelectric acoperit sub strat de flux

- Is = 200…2000 A;- Ua = 20…50 V;- de = 1,5…6 mm;- vs = 300…15cm/min;

- g = 2…60 mm;- oţeluri carbon şi slab aliate;- oţeluri de construcţii, de cazane, oţeluri înalt aliate;- Ni şi aliaje;

- sudarea de îmbinare şide încărcare, cusături lungi în linie dreaptă şi circulare;- construcţia de maşini grele, aparate pentru industria chimică, rezervoare, cazane, nave, stâlpi

Sudarea cuplasmă

- Is = 40…400 A;- Ps = 1…15 kW;- Qg = 4…20 l/min;- vs = 0,4…2,5 m/min;

- g = 0,8…25 mm;- oţeluri carbon slab şi înalt aliate;- Cu, Ni, Ti, Zr, Pt şi aliajele lor;

- cusături longitudinaleşi circulare pătrunse;- rezervoare, cazane, ţevi etc;

Sudarea în baiede zgură

- Is = 200…3000 A;- Ua = 25…50 V;- φe = 2…6 mm;- vs = 0,5…1,5 m/h;

- g = 12…600 mm;- oţeluri carbon de uz general, oţeluri refractare;

- sudarea de îmbinare şide încărcare;- aparate pentru industria chimică, batiuri de maşini, nave, instalaţii metalurgice şi siderurgice;

Page 37: Tehnologia Sudarii Prin Topire

e,w,s

s

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Tabelul 1.3. (continuare)

0 1 2 3Sudarea în baiede CO2

- Is = 400…800 A;- Ua = 300…40 V;- φe = 1,5…2,5 mm;- QCO2 = 10…20 l/min;- vs = 15…3 cm/min;

- g = 10…60 mm;- oţeluri carbon şi slab aliate;

- construcţii navale,rezervoare, cazane, cuptoare înalte, reactoare;

Sudarea cu arcelectric rotitor

- Is = 100…1000 A;- Ua = 25…35 V;- gaz protector de CO2,Ar etc;- Q = 5…10 l/min;- narc = 50…300t/min;- magnetismul:1000Aw;- ts = 0,3…10 s;

- g = 0,1…2 mm;- φmax = 300 mm;- oţeluri carbon, înaltaliate;- metale neferoase;

- industria prelucrătoarede table subţiri, rezervoare, aparate, vehicule;

Sudarea cufascicul electronic

- Ua = 15…200 kV;- Pe = 0,5…100kW;- p = 10-5 torr;- vs = 0,2…5 m/min;

- g = 0,01…200 mm;- oţeluri şi aliaje inoxidabile şi refractare;- metale şi aliaje de Ti, Ni, Mo, Zr, Cu etc;

- construcţii de rachete,aeronave, vehicule, organe de maşini, scule etc;

Sudarea cu laser - P1 = 1…20 (60) kW;- laser de CO2;- vs = 0,3…2,5 m/min;

- g = 0,06…20 mm;- oţeluri şi aliaje greu fuzibile, inox, refractare;- Al, Mo, Cu, Ti, Zr, Te, W etc;

- rachete, reactoare,rezervoare, aeronave, scule etc;

Sudareaaluminotermică

Termit format din 25% Al + 75 5 Fe2O3;- timp de reacţie:4…20s;- formă de nisip;

- oţeluri cu Ce 1,2 %;- oţeluri turnate, fonte,aluminiul;- A 200 mm economic;

- sudarea de îmbinare şide încărcare;- montarea şinelor, cilindrilor de laminoare, oţelurilor beton, zalelor de lanţ.

viteza de sudare; d – diametrul electrodului sau a sârmei de sudură; Q – debitul de gaz; P

– puterea sursei; t – timpul de sudare; g – grosimea materialului;A– secţiunea materialului.

.

1.7. Îmbinări sudate prin topire

Clasificarea îmbinărilor sudateÎn funcţie de poziţia relativă a pieselor, îmbinările sudate se împart în:

Page 38: Tehnologia Sudarii Prin Topire

¾ îmbinări sudate cap la cap;¾ îmbinări sudate în colţ;¾ îmbinări sudate prin suprapunere, figura 1.3.

Page 39: Tehnologia Sudarii Prin Topire

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDĂRII PRIN TOPIRE

Îmbinările sudate pot fi realizate în următoarele poziţii de sudare, figura 1.4

(SR-ISO 6947):

Figura 1.3. Tipuri de îmbinări sudate

¾ orizontală şi orizontală în jgheab (simbolizare PA);¾ orizontală cu perete vertical (simbolizare PB);¾ orizontală pe perete vertical (simbolizare PC);¾ orizontală peste cap (simbolizare PD);¾ verticală ascendentă (simbolizare PE)¾ verticală descendentă (simbolizare PF).

Îmbinări cap la cap

Figura 1.4 Poziţii de sudare

Elementele geometrice ale cordonuluiForma cordonului de sudură depinde de mai mulţi factori, în special la

sudarea manuală unde intervine şi calificarea operatorului sudor. Forma

Page 40: Tehnologia Sudarii Prin Topire

cordonului, la îmbinarea

Page 41: Tehnologia Sudarii Prin Topire

max

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

cap la cap, este prezentată în figura 1.5.Pe măsură ce se topeşte

electrodul, se topeşte şi metalul de bază, care participă la formarea cordonului. Cantitatea de metal de bază, ce int ră în fuziune, respectiv adâncimea până la care pătrunde arcul elec-tric, depinde de intensitatea curentului de

Figura 1.5 . Elementele geometriceale îmbinării cap la cap.

sudare. De aceea, la sudarea manuală, care se face cu intensităţi mici, adâncimea de

pătrundere H este limitată. Experimental s-a stabilit, pentru sudarea manuală cap la capfără teşirea marginilor, că adâncimea de pătrundere maximă este de H

= 5mm. Din

aceste motive, tablele cu grosimi mici s < 4mm, pot fi sudate pe o singură parte, iar la grosimi s = (5...8)mm tablele se sudează pe ambele părţi, fără teşirea marginilor. Pentru grosimi mai mari muchiile se teşesc, iar rostul b va fi mai mare. Lăţimea cordonului are valoarea E = (5...15)mm, iar raportulY = E/H ia valori cuprinse între (2...8). raport ce poartă numele de coeficient de formă al cordonului. Cordonul de sudură este caracterizat, în afara mărimilor prezentate mai sus, şi de supraînălţarea h < 0,1 s (valoare recomandată).

Prelucrarea marginilor la îmbinările cap la capForma marginilor pieselor supuse sudării depinde de grosimea

materialului şi de procedeul folosit pentru sudare. în general, la sudarea grosimilor mari apare pericolul scurgerii metalului topit în partea opusă cordonului, datorită cantităţii mari de metal din baia de sudură şi datorită rostului mai mare al îmbinării. în acest caz este necesară adoptarea unor măsuri pentru susţinerea băii de metal topit. Sudarea într-un singur strat, fără prelucrare, necesită măsuri riguroase pentru pregătirea şi poziţionarea tablelor, pentru a asigura un rost cât mai constant. Din acest motiv, în practică, se recurge adesea la sudarea în mai multe straturi, cu prelucrarea marginilor. Pregătirea marginilor se realizează în următoarele şapte moduri (fig. 1.6).

Geometria marginilor asigură condiţiile necesare pentru pătrunderea cordonului la rădăcina cusăturii. În cazul teşirii cu un unghi, prea mic, nu există posibilitatea realizării rădăcinii, după cum se observă în figura 1.7 (cazul a), spre deosebire de cazul b, la care teşirea s-a executat corespunzător.

Principalele tipuri de prelucrare prezentate se pot aplica într-o gamă largă de grosimi ale materialului. Pentru aceeaşi grosime se pot adopta moduri de teşire diferite. Alegerea modului de teşire se va realiza în urma unui studiu

Page 42: Tehnologia Sudarii Prin Topire

asupra economicităţii sudării, în aşa fel încât să se consume o cantitate cât mai mică de metal de adaos, deci şi o cantitate minimă de energie, iar sudura să rezulte cu o penetraţie suficientă.

Dacă se face un calcul al masei de metal de adaos, pentru o gamă de grosimi şi pentru diferite moduri de prelucrare a marginilor, se poate trasa diagrama prezentată în figura 1.8.

Page 43: Tehnologia Sudarii Prin Topire

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDĂRII PRIN TOPIRE

1) 1/2 V; s = (5...25)mm; 2) V; s = (5...25)mm ; 3) K; s = (1 2...40)mm;.α = 50°;b.c = f(s). α = 60°; b,c = f(s). α = 50°; b,c = f(s).

4)1/2U; s = (12...60)mm; 5) X; s = (12...60)mm; 6)U; s = (20...60)mm α = 10°; b,c = f(s) α = 60°; b,c = f(s) α=10°; b,c = f(s).

7)2U;s = (30...60)mm; α=10 ;b,c = f(s).

Figura1.6. Prelucrarea marginilor la îmbinările cap la cap.

a) b)

Figura 1.7. Pătrunderea cordonului în funcţie de unghiul de prelucrare a

marginilor.

Figura 1.8. Consumul de metal de adaos în funcţie de grosimea

tablelor şi de modul de prelucrare a marginilor.

Page 44: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Din analiza acestei diagrame, rezultă că pentru grosimi s < 25mm este mai convenabilă prelucrarea în V decât prelucrarea1/2 V, iar pentru grosimi s > 20mm, cea mai economică este prelucrarea în X, urmând prelucrările în formă de U şi K.

Trebuie subliniat, însă, faptul că prelucrările în V, X şi U trebuie realizate pentru ambele margini, ceea ce conduce la creşterea consumului de manoperă şi energie la prelucrare. Deci, adoptarea modului de prelucrare a marginilor se va face analizând ambii factori.

În ceea ce priveşte sudarea cap la cap a tablelor cu grosimi diferite, tabla mai groasă trebuie teşită pe o anumită lăţime, dacă diferenţa de grosime depăşeşte valoarea admisă (tabelul 1.4).

Tabelul 1.4 Diferenţa de grosime admisibilă de la care este necesară teşirea.

s2[mm] 2...3 4...30 30...40 40...50s1-s2[mm] 1 2 4 6

Teşirea poate fi făcută şi pe ambele părţi, dar în construcţia de nave nu se poate face decât pe partea opusă celei pe care se sudează osatura (fig. 1.9).

Figura 1. 9. Teşirea marginii în cazul diferenţelor mari de

grosime.

În ceea ce priveşte sudarea automată, trebuie menţionat faptul că prelucrarea muchiilor este necesară la grosimi mai mari de 14 mm, deoarece la acest procedeu de sudură adâncimea de pătrundere este mai mare. În acest caz, prelucrările sunt în principiu de aceeaşi formă ca la sudarea manuală, diferind doar unele valori pentru a, b şi c, cât şi gamele de grosimi la care se recomandă fiecare prelucrare.

Ca observaţie generală, trebuie menţionat faptul că unghiul α este mai mic la

toate prelucrările, iar pragul c este mai mare. În ceea ce priveşte rostul b, acesta este îngeneral acelaşi ca la sudarea manuală. Consumul de metal depus va fi în consecinţă mai mic pentru aceeaşi îmbinare sudată automat.

Îmbinări de colţAceste îmbinări sunt alcătuite din elemente aşezate perpendicular,

având marginile teşite sau nu, în funcţie de grosimea materialului, îmbinările de colţ pot fi:

Page 45: Tehnologia Sudarii Prin Topire

¾ continue - unilaterale;-bilaterale. ¾ discontinue -unilaterale;

-în zig-zag;-în pieptene;-în lanţ.

Page 46: Tehnologia Sudarii Prin Topire

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDĂRII PRIN TOPIRE

Îmbinările discontinue (fig. 1.10) sunt caracterizate de lungimea cordonului 1

şi pasul sudurii p.

a) unilaterală discontinua c) în pieptene

b) în zig-zag d) în lanţ

Figura 1.10. Tipuri de îmbinări discontinue.

Îmbinările în găuri constituie un caz particular al îmbinărilor de colţ, caz în care cele două elemente îmbinate sunt suprapuse. Cordonul de sudură are aspectul unui cordon de colţ, fiind depus în orificiile practicate în una din piese. Îmbinările în găuri pot fi cu găuri rotunde sau ovale (fig.1.11).

a) în găuri rotunde b) în găuri ovale

Figura 1.11. Tipuri de îmbinări în găuri.

Îmbinările în găuri sunt caracterizate de următoarele dimensiuni: pasul p şi diametrul d pentru găurile rotunde respectiv de lungimea 1, lăţimea b şi pasul p pentru găurile ovale.

Elementele geometrice ale cordonului

Page 47: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Secþiunea transversalã a cordonului de sudurã este caracterizatã de urmãtoarele elemente geometrice (fig. 1.12):

Page 48: Tehnologia Sudarii Prin Topire

o

Kc

c

v

v o

o

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

• S , S - adâncimea de pătrundere în tabla orizontală şi verticală;• ε - adâncimea de pătrundere;• K , K - cateta orizontală, respectiv verticală;o v

• a - înălţimea cordonului;• f-săgeata cordonului.

Figura 1.12. Elementele geometrice ale cordonului în

cazul îmbinărilor de colţ.

Pentru îmbinările de colţ se constată experimental că S = S

= 0,5...1 mm.

Din acest motiv se consideră că îmbinarea se formează exclusiv din materialul de adaos, deci e = 0. Pentru ca sudura să fie eficace, trebuie ca valorile K şi K să fie egale: K =

= K => F = K*K/2 ⇒ K = 2Fc

v o v

Cordonul de sudură se poate forma astfel încât săgeata f să fie pozitivă sau negativă, înălţimea a luând în acest caz valori cuprinse între (0,7 ...1)K. Trebuie menţionat că nu se acceptă săgeată negativă. Acoperitor, se consideră că relaţia dintre acestea trebuie să fie a = 0,7K. În calcule, secţiunea rezistentă a cordonului este definită de înălţimea acestuia a, neglijându-se supraînălţarea. Din acest motiv, se caută ca sudurile de colţ să aibă săgeata f = 0, valoare pentru care secţiunea F este minimă.

Prelucrarea marginilorLa îmbinarea prin sudare manuală a pieselor groase, pentru a mări

adâncimea de pătrundere a cordonului, şi deci secţiunea acestuia, se prelucrează muchiile adiacente, în conformitate cu unul din cele două desene prezentate în figura 1.13.

Page 49: Tehnologia Sudarii Prin Topire

a) prelucrare în 1/2V b) prelucrare în KFigura 1.13. Prelucrarea marginilor pentru îmbinările de colţ

Page 50: Tehnologia Sudarii Prin Topire

1

1

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDĂRII PRIN TOPIRE

Prelucrarea tip 1/2 V, se practică pentru table cu grosimi cuprinse între valorile S

= (10...24)mm, iar prelucrarea tip K pentru grosimi S = (16 ...40)mm, celelalte dimensiuni luând următoarele valori: α = 50° ± 5°, b = (0...3)mm = f(S

1) şi c =

(0...2)mm = f(S1).

Pentru sudarea automată, unghiul a şi pragul c se aleg mai mari decât la sudarea

manuală, prelucrările utilizate fiind aceleaşi.

1.8. Reprezentarea, notarea şi cotarea sudurilor

În desenul tehnic industrial, sudurile pot fi reprezentate detaliat, respectând regulile generale ale desenului tehnic, sau simplificat prin simboluri şi specificaţii. În gen- eral, asamblările sudate se reprezintă în două proiecţii: o vedere longitudinală şi o secţiune transversală.

Reprezentarea detaliată a sudurilorAceastă reprezentare cuprinde toate formele şi dimensiunile sudurii şi

se utilizează în cazul în care reprezentarea simplificată nu determină univoc forma şi dimensiunile sudurii.

În vedere longitudinală, cordonul de sudură se reprezintă prin linii subţiri curbe şi echidistante. În secţiune, conturul cordonului se trasează cu linie continuă groasă, iar atunci când nu se urmăreşte redarea detaliată a rostului, cordonul se reprezintă înnegrit (fig. 1.14).

Figura 1.14. Reprezentarea cordonului de sudură în vedere şi secţiune.

La reprezentarea detaliată a sudurilor, atât forma rostului, cât şi dimensiunile trebuie să rezulte din desen. În figura 1 15, semnificaţia notaţiilor este următoarea: b - deschiderea rostului; c -rădăcina rostului; s - grosimea piesei; r - raza rostului; a - unghiul rostului; l - lungimea rostului.

În cazul sudurilor intermitente se cotează lungimea utilă a unui element

Page 51: Tehnologia Sudarii Prin Topire

al cordonului şi intervalul dintre ele. Secţiunea sudurii intermitente de colţ nu se înnegreşte (fig. 1.16).

Page 52: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Figura 1.15. Forma şi dimensiunile rostului.

Figura. 1.16. Reprezentarea sudurilor intermitente.

Reprezentarea simplificată a sudurilorÎn vedere longitudinală, frontală şi în secţiune transversală, cordonul de

sudură se reprezintă cu linie continuă groasă, excepţie făcând sudurile în găuri rotunde şi prin puncte care se reprezintă prin axele găurilor/punctelor de sudură şi sudurile în linie care se reprezintă prin axa sudurii (fig. 1.17)

Figura 1.17. Reprezentarea simplificată a sudurilor.

Page 53: Tehnologia Sudarii Prin Topire

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDĂRII PRIN TOPIRE

Cotarea şi notarea sudurilor reprezentate simplificatSudurile reprezentate simplificat se vor nota pe desene cu ajutorul

următoarelor elemente (fig. 1.18):- simboluri principale;- simboluri secundare;- o linie de reper;- două linii de referinţă;- un număr de cote şi indicaţii suplimentare.

Figura 1.18. Cotarea sudurilor.

Simbolurile principale ale sudurilor determină forma sudurii, indiferent de procedeul de sudare folosit. Simbolurile principale se trasează cu linie continuă groasă, cu înălţimea egală cu 1,5xh, unde h reprezintă dimensiunea nominală a cotelor înscrise pe desenul respectiv (tabelul 1.5).

În cazul sudurii simetrice (pe ambele părţi) se pot utiliza combinaţii de simboluri principale (tabelul 1.6).

Simbolurile secundare indică forma suprafeţei exterioare a sudurii. Acestea

se înscriu doar dacă se impun condiţii privind forma exterioară a sudurii (tabelul 1.7).

Linia de reper face cu liniile de referinţă un unghi diferit de 90°, se termină cu o săgeată ce se sprijină fie pe îmbinare, fie pe suprafaţa exterioară a sudurii. Linia de reper se orientează obligatoriu spre piesa prelucrată în cazulsudurilor 1/2V, 1/2U, 1/2Y(fig. 1.18 ); dacă nu sunt piese prelucrate, linia de reper poate avea o poziţie oarecare (fig. 1.19).

Page 54: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Figura 1.18. Linia de reper în cazul pieselor prelucrate

Figura 1.19. Linia de reper în cazul pieselor neprelucrate

Page 55: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Tab

elul

1.5

. S

imb

olur

ile

sud

uri

lor.

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Page 56: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Tab

elul

1.6

. S

imb

olur

ile

sud

uri

lor

sim

etri

ce.

Tab

elul

1.7

. S

imb

olur

ile

secu

nd

are

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDĂRII PRIN TOPIRE

Page 57: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Liniile de referinţă, în număr de două, se trasează paralel cu chenarul formatului. Linia de referinţă 1 se reprezintă cu linie continuă subţire, în capătul liniei de reper. Simbolurile sudurii, faţă de liniile de referinţă, au următoarele poziţii (fig. 1.20):

- deasupra liniei de referinţă 1, dacă suprafaţa exterioară a sudurii se află

pe partea liniei de reper (fig. 1.20, a);- sub linia de referinţă 2, dacă suprafaţa exterioară a sudurii se află în

partea opusă a liniei de reper (fig. 1.20, b);- pe linia de referinţă 1, dacă sudura se află în planul îmbinării

(sudura prin puncte); în acest caz linia de referinţă 2 nu se mai reprezintă.

Figura 1.20. Linia de referinţă

Linia de referinţă 2 are următoarea poziţie faţă de linia de referinţă 1:

- sub linia de referinţă 1, dacă linia de reper se află pe partea îmbinării;- deasupra liniei de referinţă 1, dacă linia de reper se află pe partea opusă

îmbinării;- nu se reprezintă în cazul sudurilor simetrice.

Reprezentarea simplificată trebuie să mai conţină şi un număr de cote care se înscriu, faţă de simbolul principal, astfel (fig. 1.22 şi tabelul 1.8):

- cotele referitoare la dimensiunile secţiunii transversale, în faţa simbolului principal;- cot ele referito are la

Page 58: Tehnologia Sudarii Prin Topire

dimensiunile longitudinale ale sudurii, în dreapta simbolului principal;- cotele referitoare la rosturi, deasupra simbolului principal.

Cotele de poziţionare a sudurii

Figura 1.21. Cotele la reprezentareasimplificată

faţă de marginile piesei trebuie indicate direct pe desen, ca în figura 1.21.

Page 59: Tehnologia Sudarii Prin Topire

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDĂRII PRIN TOPIRE

Figura 1.22. Cotarea sudurilor de montaj.

Tabelul 1.8 Cotarea sudurilor.

în tabel s-a notat cu:s - distanţa minimă de la suprafaţa tablei la rădăcina cordonului; ea

nu poate fi mai mare decât grosimea celei mai subţiri table;a - înălţimea celui mai mare triunghi isoscel înscris în

Page 60: Tehnologia Sudarii Prin Topire

secţiune;

Page 61: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

z - cateta celui mai mare triunghi isoscel înscris în secţiune;l - lungimea sudurii, fără craterele terminale;e - distanţa între două elemente de sudură vecine (pentru poziţiile 4, 5, 6 şi

7 din tabel) sau distanţa dintre axe (pentru poziţiile 8 şi 9 din tabel);

n - numărul elementelor de sudură;c - lăţimea găurilor alungite;d - diametrul găurii sau a punctului de sudură.

Indicaţiile suplimentare se înscriu la capătul liniei de referinţă, între ramurile unei bifurcaţii, în următoarea ordine: procedeul de sudare (printr-un număr ce codifică procedeul de sudare), nivelul de acceptare, poziţia de lucru, materialul de adaos etc.

Sudurile pe contur închis se indică cu ajutorul unui cerculeţ plasat la intersecţia liniei de reper cu linia de referinţă 1. Sudurile efectuate la montaj se simbolizează printr-un steguleţ (fig.1.22). În desenele de ansamblu, sudurile nu se reprezintă, subansamblurile sudate poziţionându-se ca o singură piesă. întocmirea desenului de execuţie al subansamblului sudat este obligatorie.

Fig. 1.22. Cotarea sudurilor de montaj

1.9. Fixarea componentelor pentru sudare

Asigurarea deschiderii constante a rostului şi împiedicarea deplasărilor rela- tive dintre componentele care urmează să fie îmbinate prin sudare se poate realiza prin două metode:

- prindere provizorie cu ajutorul unor cordoane scurte amplasate din loc în loc în lungul rostului (suduri de agrafare)

- fixarea mecanică în dispozitive de sudare, care pot realiza simultan şi

orientarea lor favorabilă în poziţia în care se vor suda.

Prima metodă este preferată dacă zonele de agrafare nu afectează în mod esenţial rezistenţa viitoarei suduri, întrucât aceste suduri scurte care conţin

Page 62: Tehnologia Sudarii Prin Topire

zona de amorsare a arcului, precum si craterul final la distanţe foarte apropiate, pot fi amorse ale viitoarelor ruperi fragile.

Executarea acestor cordoane scurte de agrafare trebuie să se efectueze cu aceeaşi tehnologie si materiale ca şi sudura principală. Este obligatorie curăţirea minuţioasă a cusăturilor de agrafare (de prindere provizorie) şi controlul lor pentru eliminarea eventualelor defecte. Numai după această verificare se va efectua sudarea componentelor defecte. Se recomandă ca lungimea cusăturilor de prindere provizorie să fie de l =20…50 mm, având între ele distanţa L = 300…500 mm .

Page 63: Tehnologia Sudarii Prin Topire

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDĂRII PRIN TOPIRE

La realizarea operaţiei de prindere provizorie prin sudare se au în vedere următoarele reguli generale:

¾ sudurii va fi umplut cu material de adaos prin întoarcerea arcului electric;¾ în cazul pieselor de grosime mare prinderea provizorie se

efectuează în mai multe straturi, de obicei două, alcătuite în trepte;

¾straturile succesive se depun în sensuri opuse pentru a nu concentra craterele de încheiere ale rândurilor la un singur capăt al sudurii, figura 1.23.

Figura 1.23. Realizarea sudurilor de prindere în două straturi

A doua metodă pentru fixare şi poziţionare a componentelor în vederea sudării reprezintă o soluţie superioară celei descrise anterior, întrucât operaţia de sudare provizorie este costisitoare, pretenţioasă si cu posibilităţi de amorsare a ruperilor fragile. Dispozitivele de fixare şi poziţionare reprezintă o investiţie rentabilă care îmbunătăţeşte calitatea sudurilor, uşurează munca sudorilor şi elimină riscurile operaţiei de agrafare prin sudare provizorie.

Plăcuţele tehnologice.Plăcuţele tehnologice sunt adaosuri tehnologice cu ajutorul cărora se elimină

din sudură începutul şi sfârşitul cusăturii.Plăcuţele tehnologice se prevăd deja de la proiectare, ele făcând parte

din elementele pregătite pentru sudare după cum rezultă din fig. 1.24.

Fig. 1.24. Plăcuţe tehnologice pentru eliminarea craterelor de la capetele îmbinărilor sudate cap la cap.

Introducerea plăcuţelor tehnologice este necesară atunci când sunt impuse condiţii deosebite de rezistenţă a îmbinării sudate.

Plăcuţele tehnologice pot fi prelucrate împreună cu rostul de sudare al elementelor

de îmbinat, lungimea lor fiind de 40…50 mm pentru cazul sudării manuale sau semiautomate şi de 100…200 mm pentru sudarea automată sub flux.

Page 64: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Tot ca plăcuţe tehnologice pot fi considerate şi plăcuţele de susţinere a rădăcinii

(fig. 1.24. b) la care numai stratul de rădăcină se începe şi se termină pe acestea.În cazul îmbinărilor de colţ plăcuţele tehnologice au acelaşi rol de a

elimina din sudură locul de amorsare al arcului şicraterul final, respectiv defectele care pot fi introduse în aceste zone. (fig. 1.25).

Page 65: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Fig. 1.25. Posibilităţi de eliminare a craterului final cu plăcuţe tehnologice

(a) sau prin sudare pe contur (b) în cazul îmbinărilor de colţ.

1.10. Susţinerea şi protecţia băii de sudură

În cazul băilor de sudare voluminoase este necesară evitarea scurgerii metalului topit prin deschiderea rostului, sub acţiunea câmpului gravitaţional. Aceasta se poate realiza prin mai multe metode, dintre care cele mai semnificative sunt reprezentate in fig. 1.26.

Suportul din cupru (fig. 1.26.1) se foloseşte mai ales la realizarea cusăturilor rectilinii având lungimea maximă de 2-3 mm la grosimi de tablă de până la 30 mm. Dimensiunile canalului şi a secţiunii suportului din cupru depind de grosimea g a materialului sudat după cum se observă în tabelul 1.5.

Suportul din oţel (fig. 1.26.2) se aplică dacă partea posterioară a cusăturii nu

Fig. 1.26. Posibilităţi de susţinere a mai este accesibilă după sudare şi dacă nubăii metalice de sudură cu

volum mare.este posibilă aplicarea unei alte metode desusţinere. Suportul este o platbandă din oţel

calmat (S235), care se sudează manual în colţ de elementele care trebuie îmbinate şi rămâne prins definitiv în construcţie, cusătura pătrunzând parţial şi în acesta.

Dimensiunile suportului din oţel sunt dependente de grosimea materialului sudat

(g) după cum rezultă din tabelul 1.12.

Tabelul 1.12. Dimensiunile principale ale suportului din cupru pentru sudarea sub strat de flux.

Grosimea materialului g [mm]

2 3 4 5 6 8 10

Page 66: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Deschiderea rostului r[mm]

0,5 2,0 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

Diametrul electrodului de [mm]

2 2 2 3 3 3 4

Adâncimea canaluluiα [mm]

1,0 1,5 1,8 2,0 2,0 2,5 2,5

Lăţimea canalului b[mm]

2 3 4 6 7 8 10

Secţiunea suportuluiAxB [mm]

10 x 60 20 x 80

Page 67: Tehnologia Sudarii Prin Topire

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDĂRII PRIN TOPIRE

Tabelul 1.13.Dimensiunile principale ale suportului din oţel pentru sudarea sub strat de flux.

Grosimea materialului g [mm] 1-3 3-5 5-8 8-12Grosimea suportului A [mm] 1-3 3-4 4-5 5-6Lăţimea suportului B [mm] 10-20 15-25 20-25

Suportul sub formă de pernă de flux (fig. 1.26.3) se aplică la materialele cu grosimea cuprinsă între 2 şi 30 mm. Fluxul are o granulaţie relativ fină (0,6…1,4 mm), iar stratul suport o înălţime de 60 – 80 mm.

Presarea fluxului pe material se face după fixarea materialului de bază pe suportul metalic (fixare magnetică sau mecanică), cu ajutorul aerului comprimat introdus la2 – 3 at. într-un furtun din pânză cauciucată, având diametrul de 50 – 100 mm (în figură este reprezentată secţiunea acestui furtun prin conturul de culoare închisă).

Fig. 1.27. Pernă de flux sprijinită pe o bandă rulantă din cauciuc

profilat folosită la sudareavirolelor.

În cazul sudării recipienţilor, cazanelor sau a conductelor cu secţiuni mari, poate fi aplicată metoda de susţinere cu pernă de flux, presată cu ajutorul unei benzi rulante din cauciuc profilat, după cum se observă în fig. 1.27.

Sudarea manuală a rădăcinii se aplicăînaintea sudării automate utilizându-se de obicei electrozi bazici cu diametrul 3,25 – 4 mm. Se recomandă ca sudarea realizată manual să pătrundă până la cca 1/3 din grosimea materialului.

O soluţie identică de susţinere a băii metalice de sudare se poate aplica şi prin sudarea automată sub flux a rădăcinii cu intensităţi mai reduse de curent, pentru care volumul băii să fie relativ redus. La sudarea cordonului de umplere intensitatea trebuie mărită astfel încât cusătura de rădăcină şi cusătura de umplere să se întrepătrundă pe cca 2…3 mm. Metoda are aplicabilitate la sudarea tablelor cu grosimi de peste 10 mm.

Suport profilat (inser- ţie) pentru rostul dintre tron- soanele conductelor.

O s o lu ţ ie mo der năpentru susţinerea băii de sudare în

Fig. 1.28. Formarea suportului pentru susţinerea băii metalice, prin topirea cu

ajutorul procedeului WIG a unei inserţii profilate, montată în rost.

a) – inserţie profilată montată in rost; b) – stratul de rădăcină

obţinut prin topirea inserţiei cu ajutorul procedeului WIG.

Page 68: Tehnologia Sudarii Prin Topire

cazul sud ăr ii co nd uct elo r o constituie sudarea WIG a stratului de rădăcină, folosindu-se ca ma- terial de adaos un suport profilat dimensionat în funcţie de rost. Schematizarea acestui procedeu de susţinere rezultă din fig. 1.28.

Page 69: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Realizarea stratului de rădăcină prin această metodă are avantajul unui consum minim de energie la sudarea rădăcinii, care este uniformă şi cu dimensiuni riguros exacte. Acest lucru este deosebit de important la asamblarea tronsoanelor de conducte, deoarece accesul in interior nu mai este posibil după sudare, pentru eventualele prelucrări ulterioare.

Prin aceasta zona sudată nu prezintă reduceri bruşte de secţiune, care provoacă turbionarea circulaţiei fluidului din conductă, iar rădăcina sudurii este rezistentă şi fără defecte.

Fig. 1.29. Posibilităţi de protecţie a băii de sudare.

Protejarea metalului topit împotriva acţiunii nefavorabile a mediului ambiant se poate realiza prin diferite metode dintre care cele mai uzuale sunt prezentate în fig. 1.29.

În acest scop se folosesc paravane confecţionate din platbandă îndoită în mod corespunzător şi fixată înaintea sudării pe elementele de îmbinat în aşa fel încât fluxul de sudare sau gazele protectoare să nu se îndepărteze de la locul de sudare (fig.1.29. a, b, c).

La sud ar ea aliajelo rspeciale, a oţelurilor înalt aliate, este necesară protejarea cordonului rămas în urma capului de sudare. Pentru aceasta, prin montarea unui paravan concav în urma capului de sudare (fig. 2.19. d) zona protejată a sudurii se extinde fără a necesita cantităţi exagerate de gaze protectoare. De asemenea sunt situaţii în care în afară de protecţia cordonului de sudură mai este necesară şi protecţia rădăcinii sudurii. În acest caz utilizând suporţi care conţin orificii de acces ale gazului protector (fig. 1.29.d, e, f) poate fi protejată în mod corespunzător partea posterioară a cordonului sudat.

În cazurile în care rădăcina nu poate fi protejată sau atunci când la partea inferioară a sudurii e posibil să apară defecte greu identificabile, se poate

aplica crăiţuirea părţii sudurii care se presupune căare defecte (fig.1.30).

Page 70: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Crăiţuirea se poate realiza mecanic sau termic (de

exemplu arcFig. 1.30. Eliminarea zonelor defecte alesudurilor prin crăiţuire şi prin resudare.

a) – sudare iniţială; b) – întoarcerea şi crăiţuirea rădăcinii ; c) – resudarea rădăcinii.

- aer). Dimensiunile şanţului crăiţuit se adoptă în funcţie de grosimea materialului sudat şi sunt prezentate în tabelul 1.14.

Page 71: Tehnologia Sudarii Prin Topire

?

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDĂRII PRIN TOPIRE

Tabelul 1.14. Dimensiunile canalului crăiţuit.

Grosimeamaterialului g

Lăţimeacanalului [mm]

Adâncimeacanalului H [mm]

≤ 10 6 3> 10 8 4

1.11. Tensiuni şi deformaţii la sudare

Ca urmare a încălzirii locale, în timpul sudării au loc dilatări şi contracţii neuniforme ale sudurii şi materialului de bază adiacent, ceea ce conduce la producerea unor deformaţii.

La sudarea prin topire se produce o încălzire locală a materialului, materialul de bază învecinat creând o constrângere în faţa dilatării sudurii.

În figura 1.31sunt prezentate deformatiile posibile ale unei îmbinări sudatecap la cap.

Fig. 1.31 Deformatii ale unei îmbinări sudate cap la cap

1- deformatii longitudinale; 2- deformatii pe grosime;

3- deformatii transversale; 4- deformatii unghiulare.

În figura 1.32 sunt prezentate deformatiile longitudinale ale unei îmbinări sudate

Page 72: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Fig. 1.32 Deformatii longitudinale ale îmbinărilor sudate.

cap la cap şi a uneia de colţ.În figura 1.33 sunt prezentate deformatiile transversale ale unei îmbinări sudate

Page 73: Tehnologia Sudarii Prin Topire

`̀̀

cap la cap.

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

1.34.Deformaţiile unghiulare ale îmbinărilor sudate de colţ sunt prezentate în figura

Fig. 1.33 Deformatii transversale ale îmbinărilor

sudate cap la cap.Fig. 1.34 Deformatii unghiulare

ale îmbinărilor sudate de colţ

Măsuri tehnologice pentru reducerea deformaţiilor şi tensiunilor la sudare.În general reducerea tensiunilor care apar la sudare se poate realiza

prin admiterea unor deformaţii mari.În cazul în care nu sunt admise, în construcţia sudată apar tensiuni mari,

care pot fi însă eliminate ulterior. În practică este mai utilizată varianta cu deformaţii minime şi cu eliminarea (diminuarea) ulterioară a tensiunilor. Există mai multe măsuri care trebuie luate la realizarea construcţiilor sudate pentru ca tensiunile proprii să aibă valori reduse:

- poziţionarea avantajoasă a elementelor prin aşezarea lor înaintea sudării în poziţie contrara deformaţiilor care vor apare la sudare, după cum se observă în fig. 1.35.

Fig. 1.35. Poziţionarea elementelor în direcţie contrară deformaţiei.

- deformarea elementelor sau pretensionarea acestora cu ajutorul unor dispozitive ca în figura 1.36.

În vederea reducerii tensiunilor produse la sudare trebuie respectate câteva recomandări generale:¾ asigurarea unei libertăţi cât mai mari de mişcare a elementelor ce

Page 74: Tehnologia Sudarii Prin Topire

formează

Fig. 1.36. Poziţionarea elementelor cu ajutorul dispozitivelor.

ansamblul;¾ realizarea sudurii începând cu partea

Page 75: Tehnologia Sudarii Prin Topire

èè

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDĂRII PRIN TOPIRE

mai rigidă a piesei spre partea cu mobilitate mai mare, sudarea la început a cusăturilor mai rigide şi apoi a celor mai mobile (figura 1.37.);

¾ produc deformaţii mari (mai ales, suduri cap la cap), şi apoi a celor care produc deformaţii mai mici (suduri în colţ), nervurile de rigidizare se sudează la sfârşit.

¾ evitarea intersecţiei într-un punct a mai multor suduri (figura 1.37.);¾ sudarea alternativă de o parte şi alta a rostului.

Fig. 1.37. Ordinea de sudare la îmbinările sudate cap la cap şi de colţ.

Alte măsuri care trebuie luate la realizarea structurilor sudate şi care contribuie la reducerea tensiunilor şi deformaţiilor sunt amintite în continuare:

- delimitarea parametrilor tehnologici şi reducerea la minim a secţiunilor transversale ale cusăturilor. Alegerea unor secţiuni transversale cât mai simetrice.

- fixarea rigidă a elementelor ansamblului pe dispozitive sau prin suduri provizorii, dispuse şi executate în mod cât mai simetric şi fiind cât mai îndepărtate unele de altele.

- preîncălzirea la sudare- sudarea pe tronsoane şi sudarea pe ambele părţi (simetrică),

utilizând dispozitive de întoarcere şi de poziţionare- sudarea într-o anumită succesiune favorabilă a sudurilor- aplicarea tratamentelor termice ulterioare sudării- deformarea plastică după sudare urmată sau nu de tratament termic.

Spre exemplu detensionarea sudurilor unui rezervor se poate face prin umplerea

acestuia cu lichid la o presiune astfel calculată încât în suduri să se depăşească

Page 76: Tehnologia Sudarii Prin Topire

limita de curgere şi să se producă deformări în urma cărora se echilibrează tensiunile interne din

Page 77: Tehnologia Sudarii Prin Topire

construcţie.

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

- lovirea sudurii cu ciocanul ce vârful teşit (rotunjit).Se preferă un ciocan pneumatic pentru a se asigura uniformitatea

loviturilor. Loviturile provoacă deformarea plastică a sudurii şi contribuie la compensarea construcţiilor de la răcire.

Această metodă de detensionare se aplică fiecărui strat de sudare, dar are dezavantajul că poate amorsa fisuri. Din acest motiv este preferabilă utilizarea altor metode de detensionare.

1.12. Preîncălzirea şi detensionare la sudare

Preîncălzirea este o operaţie tehnologică necesară în cazul sudării unor materiale de diferite calităţi sau grosimi, pentru reducerea vitezei de răcire a ZIT şi a sudurii, deci de dimensionare a şocului termic. Prin preîncălzire se evită formarea structurilor fragile de călire, diminuarea tensiunilor interne şi este favorizată îndepărtarea gazelor şi a incluziunilor de zgură din sudură.

Preîncălzirea însă ridică costul de fabricaţie şi îngreunează tehnologia de asamblare, sudare şi se aplică numai în cazurile bine justificate.

Practic preîncălzirea se aplică în următoarele situaţii:- la sudarea oţelurilor din grupele de sudabilitate I b, II, III- la sudarea manuală a oţelurilor cu grosime peste 30 mm- la construcţii cu rigiditate mare, unde sunt împiedicate dilatările

şi contracţiile libere- la sudarea în condiţii de temperatură scăzută a mediului ambiant- la sudarea aliajelor şi metalelor cu conductivitate termică mare,

pentru compensarea pierderilor termice mari.Regimurile de preîncălzire se stabilesc în funcţie de condiţiile de sudare impuse. Încălzirea MB în vederea sudării se stabileşte după scopul urmărit şi se poate

efectua în următoarele variante:- preîncălzirea simplă înaintea sudării (fig. 1.38. a)- încălzirea continuă concomitentă (fig. 1.38. b) cu sudarea

Page 78: Tehnologia Sudarii Prin Topire

ÿ

Fig. 1.38. Incalzirea suplimentara MB in vederea sudarii.

Page 79: Tehnologia Sudarii Prin Topire

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDĂRII PRIN TOPIRE

- încălzirea ulterioară sudării (fig. 1.38. c)- încălzirea combinată la care forma ciclului termic variază după

orice combinaţie dorită (fig. 1.38. d)Temperatura de preîncălzire se stabileşte în funcţie de calitatea

materialului de bază, de grosimea şi forma componentelor, de diametrul electrodului etc existând o serie de metode cunoscute pentru stabilirea ei.

Sudarea oţelurilor înalt aliate feritice se face la 150 -2000C după regimul dat în fig. 1.38 b. Încălzirea la temperaturi mai mari de 2500C nu este indicată întrucât favorizează mărirea cristalelor în zona sudurii.

Oţelurile martensitice nu se preîncălzesc, întrucât la răcire rapidă nu apar constituenţi fragili. Este chiar indicată o răcire mai rapidă a zonei sudurii pentru evitarea precipitării fazelor fragile (spre exemplu: a fazei sigma). Aceste oţeluri pot fi uşor preîncălzite (la 40 – 800C), dacă temperatura mediului ambient este sub +50C.

Preîncălzirea fontelor se realizează în funcţie de MB şi de metalul de adaos. Astfel fontele cenuşii cu grafit lamelar sudate cu electrod din oţel se preîncălzesc la580…6200C, iar cele cu grafit nodular la 600 – 7000C.

În cazul folosirii electrozilor monel sau nichel, fontele se pot suda la temperaturi de preîncălzire mai joase (cca 200 – 3000C).

Aluminiul şi aliajele sale se preîncălzesc pentru sudarea cu flacără la 200 -

3000C, iar pentru sudarea WIG la 150 – 2000C.La sudarea cuprului şi a aliajelor de cupru cu conductivitate termică

mare pierderile de căldură se pot compensa prin preîncălzire la 300 – 4500C.

Posibilităţi de preîncălzire sau detensionare termică.În practica industrială sunt utilizate curent diferite metode de încălzire

a materialelor înainte sau după sudare dintre care pot fi amintite:- Încălzirea cu flacără de gaz sau lichide combustibile utilizând

arzătoare de diferite forme sau cuptoare special amenajate în acest scop. Costul acestor operaţii este însă destul de mare, iar controlul temperaturii în cazul încălzirii cu arzătorul este imprecis. De asemenea se poate îmbogăţi suprafaţa cu hidrogen, iar suprafaţa încălzită se poate acoperi cu oxizi.

- Încălzirea exotermă poate fi aplicată la încălzirea diferitelor materiale, prin aplicarea locală pe suprafaţa materialului a unui amestec exoterm, care se aprinde şi degajă căldură. În funcţie de temperatura dorită se pot alege diferite amestecuri exoterme presate sub diferite forme şi dimensiuni.

Nici în acest caz nu este posibilă verificarea precisă a temperaturii, iar

Page 80: Tehnologia Sudarii Prin Topire

fumul degajat la sudarea amestecului exoterm constituie un alt dezavantaj al metodei.

- Încălzirea electrică prin inducţie este o metodă de încălzire destul de eficientă în cazul materialelor cu grosime medie sau mică. Pentru

Page 81: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

materialele cu secţiune mare, sistemul de încălzire prin inducţie devine incomod.

Eficienţa încălzirii prin inducţie scade pe măsură ce lungimea cablurilor de legătură creşte. De asemenea se recomandă ca inductorul să fie cât mai strâns lipit de piesă (grosimea izolaţiei dintre inductor şi piesă să fie cât mai redusă).

Cele mai importante dezavantaje ale încălzirii prin inducţie sunt neuniformitatea temperaturii piesei în lungul inductorului, precum şi factorul de putere redus al instalaţiei (pierderile reactive sunt foarte mari).

De asemenea încălzirea prin inducţie nu este eficientă în cazul materialelor nemagnetice sau atunci când temperatura cerută e mai înaltă decât punctul Curie al materialului.

- Încălzirea prin rezistenţă electrică proprie. Există cazuri în care este posibilă introducerea unor curenţi cu intensitate mare în zona sudată a piesei, prin care temperatura iniţială a acesteia poate atinge câteva zeci sau sute de grade. Menţinerea curentului destinat preîncălzirii se poate face şi în timpul sudării sau chiar după sudare, ceea ce poate realiza oricare ciclu de încălzire-răcire a piesei sudate.

- Încălzirea cu ajutorul rezistenţelor este o metodă care utilizează elemente din sârmă cu rezistivitate electrică mare, învelite într-un material ceramic. Aceste elemente îmbinate între ele pot fi de tip flexibil sau rigid şi pot fi aplicate pe orice suprafeţe plane sau curbate. Alimentarea cu energie electrică a acestor elemente se poate face de la sursele de curent utilizate pentru sudare.

Montarea elementelor de încălzire permite obţinerea unor benzi, covoare, bare etc, cu care pot fi acoperite orice suprafeţe pentru a fi preîncălzite sau tratate termic după sudare.

Page 82: Tehnologia Sudarii Prin Topire

e

2. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC şI ELECTROZI ÎNVELIŢI

Capitolul 2

SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC ŞI ELECTROZI ÎNVELIŢI

Sudarea cu arc electric şi electrozi înveliţi (simbol 111 după EN ISO 4063, MMA – abreviere europeană, SMAW – abreviere americană) este un procedeu cu domeniu larg de aplicare, cu utilizare la toate tipurile de suduri şi la majoritatea metalelor şi aliajelor metalice.

Întrucât acest procedeu se execută de obicei manual, prezintă următoarele dezavantaje:

¾ productivitate redusă (viteză de sudare mică şi o cantitate redusă de metal depus, variind între 0,5 şi 1,5 g/s, precum şi timpi auxiliari mari pentru schimbarea electrozilor şi pentru curăţirea zgurii).

¾ calitatea sudurii depinde şi de unii factori subiectivi (calificarea şi cunoştinţele sudorului, etc).

2.1. Arcul electric

2.1.1. Amorsarea şi formarea arcului electric. Părţile componente ale arcului electric

Etapele amorsării şi formării arcului electric sunt prezentate în figura 2.1. Electrodul, legat la una din bornele sursei (de exemplu la cea negativă), este

adus în contact cu piesa legată la cealaltă bornă (fig. 2.1a). Punctele de contact, ce constituie locuri de ştrangulare a liniilor de curent, se vor încălzi până la temperatura de topire datorită curentului de scurtcircuit foarte mare. Sub influenţa forţei de apăsare F, numărul punctelor de contact creşte continuu, astfel încât în final, zona de contact dintre electrod şi piesă va fi formată dintr-o punte de metal lichid (fig. 2.1b). La ridicarea electrodului de pe piesă (fig. 2.1c), simultan cu alungirea punţii de metal, datorită forţelor electromagnetice F , se va produce şi o ştrangulare a acestei punţi. Ştrangularea punţii metalice determină o creştere a rezistenţei electrice, ceea ce conduce la creşterea temperaturii acestei

Page 83: Tehnologia Sudarii Prin Topire

porţiuni. La atingerea temperaturii de fierbere a metalului are loc ruperea punţii metalice şi formarea vaporilor metalici care, fiind uşor ionizabili, asigură trecerea curentului în continuare, sub forma unei descărcări electrice în arc (fig. 2.1d).

Page 84: Tehnologia Sudarii Prin Topire

a) contact b) încălzire c) retragerea d) aprindereaşi topire electrodului arcului

0 k

0

U

e

Tk

e

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Procesul de formare a arcului electric durează doar câteva fracţiuni de secundă şi se caracterizează prin fenomene fizice complexe: emisie termoelectronică, ionizarea gazului din spaţiul arcului, accelerarea ionilor în câmpul electric, etc.

Fig. 2.1. Amorsarea şi formarea arcului electric.

Trebuie precizat faptul că, datorită transportului de ioni de la anod la catod, anodul va apărea sub forma unui crater, iar catodul sub forma unui con. La întreruperea punţii de metal, temperatura catodului este menţinută şi chiar majorată datorită bombardării cu ioni pozitivi, captaţi din descărcare.

În conformitate cu legile termodinamicii, densitatea curentului de emisie termoelectrică J [A/m2] este dată de formula lui Richardson:

q⋅Ue

unde:

J = J ⋅ T2eK⋅Tk(2.1)

J , - constantă ce depinde de material şi de natura suprafeţei catodului [A/m2K2];

- temperatura suprafeţei catodului [°K];q - sarcina electronului, în valoare absolută [C];

- potenţialul de ieşire [V];K - constanta lui Boltzman [J/°K].

Analizând relaţia (2.1) se observă că densitatea curentului termoelectronic se măreşte odată cu reducerea potenţialului de ieşire U .

În afară de natura şi starea catodului, densitatea de curent termoelectronic

depinde cel mai mult de temperatură.În cazul sudării cu electrod nefuzibil se petrec aceleaşi fenomene, însă

puntea metalică topită se produce numai în contul topirii metalului de bază.Părţile componente ale arcului electric sunt: zona catodică, coloana

Page 85: Tehnologia Sudarii Prin Topire

arcului şi zona anodică. În figura 2.2 s-a reprezentat schematic arcul electric precum şi repartizarea căderilor de tensiune în lungul acestuia.

Page 86: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC şI ELECTROZI ÎNVELIŢI

a) contactb) încălzire şi topire

Delimitările de sp a ţ iu înt r - o de scăr car e

su nt justificate prin aceea că repartizarea tensi- unii este neuniformă, deoarece apar gru- pări ma sive

de sarcini excedentare în jurul celo r doi electrozi.

Fig. 2.2. Părţile componente ale arcului electric.

În arcul e- lectric se pot deose- bi următoarele zone:

1- pata catodică; 2- zona catodică; 3- coloana arcului; 4- zona anodică; 5- pata anodică.

Pata catodică (1) se formează pe suprafaţa catodului şi este locul cel mai cald al catodului, fiind sursa emisiei electronilor. Fără pata catodică, arcul electric nu s- ar putea forma. Acest lucru a fost demonstrat experimental, prin inversarea polarităţii şi deplasarea anodului cu viteze din ce în ce mai mari. S-a observat că, de la o anumită viteză de deplasare a anodului pata catodică (de pe piesa fixă) neputându-se forma, arcul electric se stinge, ceea ce nu se întâmplă la arcul cu polaritate directă.

Zona catodică (2) se întinde pe o lungime foarte mică, având ordinul de mărime de (10-4...10-6)cm, egală cu parcursul liber al electronilor în gazul ce înconjoară catodul. În această zonă, se presupune că electronii nu suferă ciocniri. Câmpul electric accelerează electronii spre anod, iar ionii pozitivi spre catod şi întrucât masa ionilor este considerabil mai mare decât a electronilor, viteza lor de deplasare va fi mult mai redusă.

De aceea, în zona catodică, concentraţia de ioni pozitivi (sarcina spaţială) este cu mult mai mare decât concentraţia de electroni, ceea ce conduce la crearea câmpului deosebit de intens în zona catodică.

Intensitatea câmpului electric este de ordinul (105 – 106 ) V/cm, asigurând astfel o emisie electronică însemnată, iar căderea de tensiune pe

Page 87: Tehnologia Sudarii Prin Topire

această zonă este de (8...20) V.Temperatura petei catodice variază între 1380 °C pentru magneziu şi

3680 °C pentru wolfram. În general, temperatura petei catodice este mai mică decât temperatura de fierbere a metalului respectiv, excepţie făcând magneziu şi aluminiu.

Aceasta se datorează faptului că magneziu şi aluminiul formează oxizi a căror temperatură de topire este mult mai înaltă şi care ridică temperatura petei catodice. Valoarea căderii de tensiune pe zona catodică depinde de potenţialul de ionizare al

Page 88: Tehnologia Sudarii Prin Topire

k= U

an

.

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

gazului sau vaporilor din spaţiul arcului şi se consideră că U

jonizare

Zona anodică (4) se află în vecinătatea anodului şi are o întindere mai mare

decât zona catodică, având ordinul de mărime (10-3...10-4) cm şi o cădere de tensiune mai mică, având valoarea de (2...3) V. În apropierea anodului este preponderentă concentrarea electronilor, creându-se o sarcină spaţială negativă. Spectrografic s-a observat că intensitatea câmpului electric este mai mică decât la catod. Anodul esteputernic încălzit şi temperatura sa T

este mai ridicată decât aceea a catodului deoarece

la anod nu are loc emisie electronică. Emisia de electroni a catodului, în urma consumării lucrului mecanic de ieşire, este însoţită de o scădere a temperaturii.

Coloana arcului (3) este practic egală cu lungimea arcului. Aici au loc ionizări, excitări şi recombinări între particulele gazului. Acest spaţiu este umplut cu gaz ce are temperatura cea mai ridicată şi de aceea, în coloana arcului, o importanţă deosebită o capătă ionizarea termică.

Coloana arcului este neutră, suma sarcinilor particulelor negative este egală cu suma celor pozitive. Ionizarea termică a gazului se produce nu numai datorită ciocnirilor neelastice ale electronilor cu atomii, ci şi ca urmare a ciocnirii atomilor între ei.

Aceasta se explică prin aceea că în gazul ce umple coloana arcului, odată cu ridicarea temperaturii, creşte rapid numărul atomilor ce dispun de energie suficientă pentru ionizarea puternică a gazului prin ciocniri. De aceea, coloana arcului conţine un gaz puternic ionizat, având temperatura în axă foarte ridicată: (6000...8000)°C. În schimb, pe direcţie radială, temperatura în coloana arcului va fi repartizată neuniform, datorită transmiterii căldurii, temperatura fiind maximă în axa coloanei şi minimă la periferie.

Temperatura coloanei arcului creşte odată cu creşterea curentului şi scade cu scăderea potenţialului de ionizare. Curentul total prin coloana arcului reprezintă o sumă între curentul dat de sarcinile pozitive ce se deplasează spre catod şi curentul format de sarcinile negative ce se deplasează spre anod.

Neglijând componenta curentului dată de deplasarea ionilor pozitivi, datorită mobilităţii lor mult mai mici decât a electronilor, se poate considera că, curentul prin arc este datorat numai electronilor.

Conductibilitatea electrică a coloanei arcului este mult mai mare decât a zonei catodice, deoarece numărul de electroni emişi de unitatea de volum este mult mai maredecât a celor emişi în zona catodului. Deci, câmpul electric E va fi mult mai mic: E = c c

(10... 40) V/cm. Experimental se confirmă studiile teoretice conform cărora intensitatea

Page 89: Tehnologia Sudarii Prin Topire

c

U

c

c

c

câmpului electric în coloana arcului pe direcţie axială este constantă:

unde:

E = ∂U c

∂I c

= ct. (2.2)

E - intensitatea câmpului electric [V/cm];- căderea de tensiune în coloana arcului [V];

l - lungimea coloanei arcului.

Page 90: Tehnologia Sudarii Prin Topire

a

k

2. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC şI ELECTROZI ÎNVELIŢI

2.1.2 Caracteristica statică a arcului electric de curent continuu

Distribuţia tensiunii în arc are forma din figura 2.2, tensiunea arcului fiind alcătuită

din căderile de tensiune pe cele trei zone ale sale:Ua = Uk + Uan +Uc (2.3)

Parametrii ce determină comportarea arcului de sudare sunt curentul ce trece

prin arc (I ), tensiunea arcului (U ) şi lungimea arcului(l ). Caracteristica arcului va fi a a a

definită prin relaţia:f(Ua, Ia, la) = 0 (2.4)

şi se numeşte caracteristica statică a arcului electric.Pentru a simplifica reprezentarea şi interpretarea acestei funcţii se păstrează

unul din parametri, fie intensitatea curentului I , fie lungimea arcului l , la valori constante,

a a

obţinându-se caracteristicile:

curbe

Ua = f1(la) la Ia = ct., respectiv (2.5) Ua = f2(Ia) la la = ct. (2.6)

În mod obişnuit, caracteristica arcului se reprezintă sub forma unei familii de

Ua = f(Ia) (2.7)luându-se drept parametru variabil lungimea arcului l .

Deoarece tensiunea are trei componente, pentru a se determina caracteristica arcului, se va considera modul în care variază cu intensitatea curentului fiecare componentă din relaţia (2.3).

Căderea de tensiune pe zona catodică U nu depinde practic de valoareacurentului, într-un domeniu larg de variaţie a curentului, de la 100 Aîn sus. Cercetările au demonstrat că, la curenţi mici, suprafeţele petelor catodice şi anodice cresc proporţional cu intensitatea curentului, densitatea de curent rămânând constantă. Se consideră căintensitatea câmpului electric în zonele electrozilor, precum şi tensiunile U şi U

suntk an

practic independente de valoarea curentului. La valori mari ale curentului, când patacatodică acoperă întreaga suprafaţă transversală a electrodului, căderea de tensiune creşte într-o oarecare măsură, deoarece creşterea curentului se face pe seama creşterii densităţii de curent (cazul sudării automate).

Page 91: Tehnologia Sudarii Prin Topire

k

k

an

Valoarea tensiunii U

depinde de materialul electrodului şi de mediul în care are

loc descărcarea. O importanţă mare o are prezenţa în amestecul de gaze a unor elemente avide de electroni, ce capturează cu uşurinţă electronii, formând ioni negativi. Astfel de elemente sunt halogenii (F , Cl , Br , I ), precum şi oxigenul, azotul, etc. Prezenţa fluorului

2 2 2 2

conduce la absorbirea intensă a electronilor emişi de catod, reducând numărul electronilorliberi din spaţiul catodic şi ridicând căderea de tensiune U cu (8...9)V.

Căderea de tensiune anodică U

nu depinde de valoarea curentului, ci doar în

mică măsură de materialul electrozilor şi de mediul în care are loc descărcarea. Pentru

Page 92: Tehnologia Sudarii Prin Topire

an

ca

c

ca

c

c

S

ca

c

ca

+ Uap

a

c c 2 ][

c c

c

U

ca

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

un arc în vapori de fier: U

= (2...3)V.

unde R

Căderea de tensiune în coloana arcului U poate fi exprimată prin relaţia: Uc =IaRca (2.8)

este rezistenţa echivalentă a coloanei arcului electric. Aşa cum se va arăta

ulterior, R are un caracter neliniar.

arcului:

Deoarece E = ct. (2.2), se poate determina căderea de tensiune în coloana

Uc = Ec.la, (2.9)unde intensitatea câmpului electric E se poate exprima ca fiind egală cu raportul dintredensitatea de curent J şi conductibilitatea electrică a coloanei arcului (λ ):

deci:

c

E = Jc

,λc

unde J = Ia ASc

mm

c

(2.10)

rezultând astfel că:

Uc = Ec

R =

⋅ Ia

Ia

=Ia

Sc ⋅ λc

(2.11)

(2.12)ca ⋅ λ

La valori mici ale curentului, aria secţiunii coloanei arcului S

va depinde de

dimensiunile petelor active. Cu creşterea curentului, creşte suprafaţa petelor active, decişi diametrul coloanei arcului, astfel încât valoarea lui R

va scădea mai rapid decât

creşte I , obţinându-se o diminuare a valorii U . Când una dintre petele active va acoperia c

întreaga secţiune a electrodului, creşterea în continuare a lui S devine imposibilă, căderilede tensiune pe catod şi anod devin aproximativ constante, iar R

va avea o valoare

aproximativ constantă.În aceste condiţii se poate scrie:

k an= a = ct. = U

sau:

şi deci= a + I •R

Page 93: Tehnologia Sudarii Prin Topire

U

ap

a

U = a + E .la c a

(2.13)unde U reprezintă tensiunea de aprindere a

arcului

Fig. 2.3. Caracteristica statică a arcului electric.

şi depinde de diametrul electrodului, natura învelişului şi a gazului în care arde arcul.

Forma generală a caracteristicii statice a arcului electric este prezentată în figura 2.3, în care se observă trei zone distincte:

I – zona curenţilor mici, în care tensiunea

Page 94: Tehnologia Sudarii Prin Topire

c

a

1

1 2

2

2. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC şI ELECTROZI ÎNVELIŢI

în arc scade odată cu creşterea curentului, deoarece creşte secţiunea coloanei arcului. Crescând secţiunea coloanei arcului, precum şi temperatura acesteia, va creşte conductibilitatea l , prin ionizarea mai bună a gazului;

II - zona în care căderile de tensiune U , U

şi U devin practic independentek an c

de variaţia curentului. Caracteristica este practic rigidă, aceasta fiind zona cu largă aplicareîn tehnica sudării;

III - zona în care S şi A devin practic constante, ajungând la valorile maxime, c c

iar U va începe să crească cu curentul, respectând aproximativ legea lui Ohm.Caracteristica statică este

determi- nată prin variaţii lente ale curentului şi tensiunii.Dacă se măreşte rapid curentul de la I

la I

(fig. 2.4) se constată că în locul tensiunii indi- cate de caracteristica statică este necesară o tensiune mai mare (curba 2), datorită inerţiei fenomenelor termice şi de ionizare şi inversdacă se micşorează curentul de la Itensiunea va fi indicată de curba 3.

la I ,

Fig. 2.4. Caracteristica dinamicăa arcului electric.

Bucla care se formează poartă numele de caracteristica dinamică a arcului electric.

2.1.3.Stabilitatea arcului electric şi a procesului de sudare

La sudarea cu arc electric a metalelor, arcul electric şi sursa de sudare formează un sistem energetic reciproc dependent. De proprietăţile acestui sistem sunt legate în mare măsură calitatea sudurii şi posibilităţile de folosire eficientă a utilajului de sudare. În cazul cel mai general, arcul se numeşte stabil când valorile medii ale parametrilor ce îl determină, electrici şi geometrici, rămân neschimbaţi (în cadrul unor limite), pe toată perioada cât se fac observaţiile.

Limitele în care variază parametrii arcului depind de regimul de transport al picăturilor de metal, influenţa câmpului magnetic propriu, felul curentului, tipul sursei de curent, etc.

Aprecierea dacă un arc este stabil sau nu, se face studiind oscilogramele ridicate pentru curent şi tensiune. În consideraţiile făcute până acum s-au prezentat condiţiile de natură fizică şi electrică ale circuitului în care se găseşte

Page 95: Tehnologia Sudarii Prin Topire

arcul, pentru ca acesta să ardă stabil. În continuare, se va studia influenţa proprietăţilor sursei de alimentare asupra stabilităţii arcului.

În arcul electric cu electrod fuzibil se produc variaţii bruşte ale regimului elec- tric în intervale de timp foarte scurte (sutimi de secundă).

Page 96: Tehnologia Sudarii Prin Topire

s

s

s r

a

Ua

s r

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Topirea electrodului şi trecerea metalului sub forma de picături provoacă variaţii bruşte ale lungimii arcului şi scurtcircuitări repetate ale sursei. Caracterul dinamic al sarcinii necesită ca sursa de alimentare să îndeplinească anumite condiţii speciale.

Stabilitatea statică a arcului electric şi caracteristicile externe ale surselor de sudare

Se consideră sistemul format dintr-o sursă de alimentare (S.A.) şi un arc elec- tric (fig. 2.5). Pentru fiecare valoare a curentului debitat I , la bornele sursei va fi o anumită tensiune U . Regimul staţionar al sistemului este determinat de egalitatea tensiunilor şi curenţilor. Prin urmare, la o astfel de stare se poate scrie:

= U = U (2.14)I = I = I

unde U si I reprezintă tensiunea şi curentul în punctul de funcţionare (de regim).r r

Fig. 2.5. Sursa de alimentare şi arcul electric.

Prin caracteristica externă a sursei de sudare se înţelege curba de variaţie a tensiunii la borne în funcţie de intensitatea curentului debitat. Între caracteristica externă a sursei şi caracteristica statică a arcului trebuie să existe o corelaţie care să asigure un

proces de sudare stabil şi uniform.Pentru determinarea

stabilităţii statice a sistemului din figura 2.5, se va analiza comportarea lui la abateri mici de la starea de echilibru.

Cele doua curbe (fig. 2.6), caracteristica externă a sursei (1) şi caracteristica statică a arcului (2), se intersectează în punctele A şi B, ce reprezintă punctele de ardere staţionară a sistemului, puncte în care sunt satisfăcute relaţiile (2.14).

Page 97: Tehnologia Sudarii Prin Topire

În punctul A - dacă va creşteFig. 2.6. Caracteristica statică aarcului; caracteristica externă a

sursei de sudare.

curentul cu DI, tensiunea sursei devine mai mare decât a arcului şi curentul creşte

Page 98: Tehnologia Sudarii Prin Topire

k

k

s

k s

2. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC şI ELECTROZI ÎNVELIŢI

până ajunge în punctul B. Rezultă că punctul A este un punct instabil de funcţionare.

În punctul B - dacă va creşte curentul cu DI, tensiunea sursei devine mai mică decât tensiunea arcului, curentul scade, revenindu-se astfel în punctul B. Punctul B va fi deci un punct stabil de funcţionare.

Caracteristicile externe trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:

1. La mers în gol, sursa trebuie să asigure o tensiune suficientă pentru aprinderea arcului electric;

2. După aprindere, tensiunea sursei trebuie să fie acordată cu aceea a arcului, ceea ce impune caracteristicii sursei să varieze după cum cere caracteristica statică a arcului;

3. Intensitatea curentului de sudare trebuie să fie cât mai constantă la variaţii ale tensiunii în arc, deoarece la sudare lungimea arcului nu se poate menţine riguros exactă;

4. Raportul dintre curentul de scurtcircuit (I ) şi curentul de sudare (I ), k s

trebuie să varieze între anumite limite. Dacă I este prea mare, vor aparestropiri intense, iar dacă I

este mic în raport cu I , apare fenomenul de

lipire a electrodului de piesă. Valorile optime sunt date de intervalul I /I= (1,2...1,4).

În general, o sursă de curent poate avea o caracteristică externă de forma curbelor (1), (2) sau (3) (fig. 2.7a). Analizând stabilitatea sistemului energetic format din sursele cu caracteristicile (1) şi (2) şi arcul electric, se constată că punctele A şi B sunt puncte instabile de funcţionare, deci singurele caracteristici utilizabile sunt cele coborâtoare.

Fig. 2.7.Caracteristica externă a sursei.

Diferitele caracteristici coborâtoare posibile sunt prezentate în figura

Page 99: Tehnologia Sudarii Prin Topire

3

2.7b. Seobservă că în cele trei puncte de funcţionare A , A

şi A , curenţii de sudare au valori1 2 3

apropiate. Ceea ce variază în limite mari, este raportul I /I . Pentru caracteristica (1), k s

raportul I / I este supraunitar, dar apropiat de valoarea 1. În cazul caracteristicilor de k s

tipul (3) se observă că sursa este improprie pentru sudare, punctul A fiind un punct de

Page 100: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

funcţionare în regim instabil.În figura 2.8 sunt reprezentate variaţiile caracteristicilor arcului când

lungimea arcului se modifică.În cazul a două caracteristici coborâtoare de forma (1) şi (2) s-a

reprezentat în figura 2.9, variaţia intensităţii curentului cu lungimea arcului pentru cele două caracteristici externe. În aceasta figură se observă că variaţiile mai mici de curent, la modificarea lungimii arcului, se obţin pentru caracteristici de tipul (1), mai coborâtoare. Rezultă că acest tip de caracteristici sunt convenabile la sudarea manuală, deoarece variaţii mari ale lungimii arcului curentul rămâne aproape constant.

Fig. 2.8. Modificarea caracteristicilor Fig. 2.9. Variaţia intensităţii arcului cu lungimea acestuia. pentru două caracteristici externe.

În concluzie, caracteristicile externe brusc coborâtoare, asigură o limitare a variaţiilor curentului la sudare şi prin urmare un regim de funcţionare constant. Tensiunea de mers în gol trebuie să fie suficient de mare pentru aprinderea arcului, dar nu va depăşi tensiunea periculoasă prescrisă de N.T.S.M. Reglarea curentului de sudare pentru diferite diametre de electrozi şi grosimi de material se realizează prin modificarea formei caracteristicii externe a sursei.

În figura 2.10 sunt prezentate diferite posibilităţi de modificare a caracteristicii externe a surselor.

Page 101: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Fig. 2.10. Variante de modificare a caracteristicii externe.

Page 102: Tehnologia Sudarii Prin Topire

kv kv

2. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC şI ELECTROZI ÎNVELIŢI

În figura 2.10a, sursele au caracteristici convenabile, deoarece tensiunea de mers în gol nu se schimbă la variaţia curentului de sudare. Sursele din figura 2.10b nu corespund, deoarece la curenţi de sudare mici, când ionizarea gazelor din coloana arcului este redusă, tensiunea de mers în gol este coborâtă.

Cazul ideal îl reprezintă sursele având caracteristici de tipul celor din figura

2.10c. În acest caz se observă că la curenţi mici, când ionizarea gazelor din coloana arcului este mai redusă, tensiunile de mers în gol sunt ridicate, asigurând amorsarea şi stabilitatea arcului.

Proprietăţile dinamice ale surselor pentru sudareÎn arcul electric cu electrod fuzibil, fenomenele se complică, deoarece

într-o secundă trec prin arc 20-30 picături şi tot de atâtea ori se scurtcircuitează sursa de alimentare, producându-se o solicitare dinamică a ei. Datorită acestui fapt se produc variaţii rapide ale intensităţii curentului şi tensiunii, astfel încât numai caracteristica externă nu poate fi concludentă pentru aprecierea calităţilor sursei. Variaţiile rapide ale parametrilor electrici, ce se produc în intervale de ordinul sutimilor de secundă, sunt reprezentate în figura 2.11.

Fig. 2.11. Variaţia parametrilor electrici.

În faza a I-a are loc scurcircuitul între electrod şi piesă; intensitatea curentului

variază de la valoarea zero la valoarea maximă (de vârf) I

, în timpul t , apoi curentul

Page 103: Tehnologia Sudarii Prin Topire

k

o k

k

de scurtcircuit scade şi se stabilizează la valoarea de scurtcircuit de durată t . Tensiuneaarcului scade de la valoarea de mers în gol U la valoarea U , egală cu căderea detensiune pe rezistenţa de contact dintre electrod şi piesă. Valoarea t

este timpul necesar

pentru stabilirea curentului de scurtcircuit, deci prima perioadă reprezintă trecerea de la

Page 104: Tehnologia Sudarii Prin Topire

a

a

a

k

r

sc

s

k

R

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

regimul de mers în gol la regimul de scurtcircuit.În faza a II-a, prin îndepărtarea electrodului de piesă, ca urmare a

temperaturii ridicate, respectiv a câmpului electric intens, apare arcul electric. Tensiunea are un salt rapid până la valoarea U , apoi scade la valoarea tensiunii de rezervă U , pentru ca

v r

ulterior să crească la tensiunea arcului U . Toate aceste fenomene se petrec în timpul tde stabilizare a arcului electric. În acest timp, curentul de scurtcircuit se stabilizează la valoarea curentului de sudare I .

În faza a IlI-a, în timpul t , arcul arde normal şi se formează o picătură de metal topit în creştere care, la un moment dat, scurtcircuitează arcul electric pe o durată detimp t (faza 1). După desprinderea picăturii are loc o perioadă de restabilire a

arculuielectric cu durata t (faza 2) şi fenomenele descrise se repetă cu o frecvenţă

ridicată.În urma studierii fenomenelor ce se produc în arcul electric cu electrod

fuzibil, rezultă că sursa trebuie să-şi modifice rapid cei doi parametri (tensiune, intensitatea curentului), manifestând o inerţie minimă. Numai dacă această condiţie este îndeplinită, procesul de sudare va fi constant şi uniform. Sursa de sudare care reacţionează rapid pe parcursul fazelor arătate va avea caracteristici dinamice bune, trecerea de la o stare staţionară la alta făcându-se prin intermediul unor procese tranzitorii, datorită inerţiei electromagnetice a sursei.

Experimental se constată că pentru a reaprinde un arc electric între doi electrozi încălziţi, este necesară o tensiune de aproximativ 25V. Tensiunea sursei trebuie să crească deci, într-un timp cât mai scurt, de la valoarea U ~ 0 la 25 V, acest timp fiind numit timp de restabilire t . Pentru ca sursa să aibă caracteristici dinamice bune, timpul de restabilire trebuie să fie mai mic de 0,03 sec.

2. 2. Principiul procedeului de sudare

În cazul sudării cu electrozi înveliţi este necesară topirea unei zone din metalul de bază MB şi din electrodul E, cu ajutorul energiei termice degajate în arcul electric, arc format între E şi MB. Arcul electric este alimentat prin intermediul unor cabluri conductoare (cablu pentru masă c.m. şi cablu pentru electrod c.e.), cu curent electric provenit de la o sursă specializată cu curent fig. 2.12. a. Sursa de curent are o caracteristică externă coborâtoare pentru ca în cazul scurtcircuitelor frecvente care apar în timpul procesului de sudare (atingerea electrodului de piesă pentru amorsarea arcului, unirea capătului electrodului cu baia metalică prin intermediul picăturilor de metal, în cazul

Page 105: Tehnologia Sudarii Prin Topire

transferului globular, etc), curentul de scurtcircuit să fie limitat la valoarea I . Prin aceasta şi căldura degajată este limitată în cazul scurtcircuitelor şi nu se produc mici explozii cu aruncări de stropi sau arderi intense ale metalului topit.

Pentru sudarea cu electrozi inveliţi arcul electric (7), alimentat de la o sursă de energie electrică (12), este amorsat între un electrod (5) şi piesa metalică (8), care

Page 106: Tehnologia Sudarii Prin Topire

e

s

sc

2. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC şI ELECTROZI ÎNVELIŢI

Fig. 2.12 Principiul sudării manuală cu electrozi înveliţi;

1- picătura MA spre baia metalică, 2- zgura de la suprafaţa băii metalice, 3- baia metalică, 4- metal de bază, MB, 5- electrod învelit, 6- protecţie de gaze în jurul arcului electric, 7- arc electric, 8- piese, 9- cleşte port electrod, 10- 11- cabluri

alimentare energie electrică, 12- sursa de suadre, 13- legare reţea electrică, 14- legare la masă piesă.

urmează să fie sudată sau încărcată prin sudare. În arcul electric se produce o căldură concentrată şi o temperatură suficient de mare care topeşte vergeaua electrodului şi suprafaţa piesei. Se realizează astfel o baie metalică (3), în care se amestecă metalul topit al electroduluişi metalul topit din piesă. Prin solidificarea băii metalice rezultă cusătura, care este acoperită cu un strat de zgură (2), rezultat din topirea învelişului, al electrodului. Pe măsură ce se topeşte electrodul, el trebuie să înainteze în spaţiul arcului electric cu

viteza v astfel încât lungimea arcului l , să rămână constantă. Pentru a realiza cusăturae a

sau depunerea, simultan cu viteza de înintare a electrodului v , arcul electric trebuie săînainteze pe suprafaţa piesei cu viteza v , numită viteză de sudare.

Tot prin limitarea curentului de scurtcircuit I , este protejată atât instalaţia cât

şi circuitul de alimentare, care sunt dimensionate pentru o anumită putere maximă.

Caracteristica externă a sursei este necesar să fie cât mai coborâtoare, întrucât în acest caz, la variaţiile inerente ale tensiunii arcului ?Ua (cauzate de variaţia lungimii arcului), corespund variaţii reduse ale curentului de sudare ?Ia.

În general sursele de sudare au o putere mică, medie (normală) sau mare, în funcţie de natura lucrărilor executate, respectiv de diametrul maxim alelectrodului utilizat, după cum rezultă din tabelul 2.1.

Tabelul 2.1.Puterea posturilor de sudare.

Categoria surseiIntensitatea maximă

Ismaxim [A]Diametrul electrodului

demaxim [mm]

Page 107: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Putere mică (până la 5 kW)Putere normală (până la 10 kW) Putere mare (până la 18 kW)

150300600

3,2558

Conectarea piesei şi a electrodului în cazul sudării cu curent continuu (cc) se poate face în două moduri:

cc- - polaritate directă (electrodul la polul (-))

Page 108: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

cc+ - polaritate inversă (electrodul la polul (+))La sudarea cu polaritate directă (cc-) adâncimea de pătrundere este mai

mare decât la sudarea cu polaritate inversă (cc+).Amorsarea arcului electric se poate realiza în două etape (fig.

2.13.):

Fig. 2.13. Amorsarea arcului electric la sudarea cu electrozi înveliţi.

Electrodul ţinut în plan vertical se loveşte de suprafaţa piesei şi se îndepărtează uşor până la stabilirea arcului. Amorsarea arcului nu se face în locul unde se sudează, ci la o distanţă de acesta şi eventual pe o placă de amorsare alăturată piesei. Arcul electric trebuie amorsat în rost. Locul de amorsare trebuie retopit în timpul sudării (fig. 2.14).

Corect IncorectFig. 2.14. Locul de amorsarea arcului electric la sudarea cu electrozi

înveliţi.

2.3. Electrozi înveliţi

Electrodul de sudare, prin sârma şi învelişul său, trebuie să îndeplinească o serie de cerinţe, după cum urmează:

• să asigure funcţionarea stabilă a arcului de sudare;

Page 109: Tehnologia Sudarii Prin Topire

• să conducă la realizarea unei anumite compoziţii chimice a cordonului;• să realizeze cusături sudate fără defecte;

Page 110: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC şI ELECTROZI ÎNVELIŢI

• să asigure topirea uniformă a sârmei şi a învelişului, progresiv şi corelat;• să conducă la pierderi minime de metal prin ardere şi stropire;• să permită sudarea cu productivitate ridicată;• să permită îndepărtarea cu uşurinţă a stratului de zgură solidificat

pe cor- don;• învelişul să fie rezistent, uniform şi perfect concentric cu sârma

electrod şi să-şi menţină în timp proprietăţile fizice şi chimice;• învelişul să aibă o toxicitate redusă în timpul fabricării şi sudării.

Învelişul electrodului are un rol important în asigurarea cerinţelor enumerate, având în compoziţie o serie de substanţe ce pot fi grupate astfel:

a) substanţe zgurifiante, care formează cea mai mare parte din înveliş. în categoria acestor substanţe avem: caolinul, siliciul, mica, talcul, ilmenitul, marmura, magnezitul, etc. Prin topire, substanţele zgurifiante formează, în cursul procesului de răcire, un strat protector pentru baia de metal;

b) substanţe gazefiante, care se descompun la temperatura arcului, formând o atmosferă protectoare în zona de lucru, separând-o de aerul înconjurător. Din această categorie fac parte: celuloza, amidonul, rumeguşul, dextrina, creta, dolomita;

c) substanţe ionizante, care măresc stabilitatea arcului prin intensificarea procesului de ionizare a mediului dintre electrod şi piesă, în această categorie intră acele substanţe a căror vapori au potenţialul de ionizare scăzut şi anume: sodiu, potasiu, calciu, bariu.

Pe lângă aceste substanţe, în înveliş se pot introduce substanţe dezoxidante (feroaliaje) ce absorb oxigenul din baia de metal şi conduc la îmbogăţirea conţinutului în elemente de aliere.

După felul învelişului sunt standardizate următoarele tipuri de electrozi:

I. Electrozi cu înveliş acid (A). Aceşti electrozi au învelişul de grosime medie şi mare, care conţine: oxid de fier, bioxid de siliciu, oxid de mangan. Acest înveliş formează o zgură fluidă, sudarea făcându-se preponderent în poziţie orizontală. Cusătura se caracterizează prin pătrundere bună şi suprafaţă netedă. Solidificarea zgurii se face lent, cu o structură în fagure care se desprinde uşor de cordon. Coeficientul de depunere este mare: (10 - 1 l)gr/A.h. Se recomandă pentru oţeluri cu conţinut redus de carbon C< (0,2 - 0,25)%.

II. Electrozi cu înveliş bazic (B). Aceşti electrozi au învelişul de grosime medie şi mare, care conţine componente bazice de tipul carbonarilor de calciu (piatră de var, cretă, marmură), clorură de calciu şi feroaliaje. Zgura

Page 111: Tehnologia Sudarii Prin Topire

rezultată se solidifică uşor, are o structură compactă şi se îndepărtează mai greu. Învelişul este higroscopic, fiind necesară uscarea electrozilor înainte de utilizare, pentru a evita pătrunderea hidrogenului în cusătură. îmbinarea realizată cu electrozi bazici este rezistentă la fisurare, electrozii de acest tip fiind utilizaţi pentru sudarea oţelurilor de înaltă rezistenţă. Alimentarea arcului se face în

Page 112: Tehnologia Sudarii Prin Topire

r

r

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

curent continuu, dar există electrozi bazici şi pentru sudarea în curent alternativ.III. Electrozi cu înveliş celulozic (C). Aceşti electrozi conţin cantităţi

mari de substanţe organice ce produc gaze abundente în zona arcului, protejând astfel baia de metal topit. La sudare se produce o cantitate redusă de zgură ce se îndepărtează uşor. Arcul electric este stabil, electrozii putând fi utilizaţi pentru sudarea în poziţii dificile. Pierderile prin stropi sunt relativi mari iar cordonul are aspect neregulat.

IV. Electrozi cu înveliş rutilic (R) şi titanic (T). Electrozii de acest tip conţin

o mare cantitate de rutil (TiO ) şi ilmenit (FeTiO ), având învelişul de grosime medie şi 2 2

mare. Zgura rezultată este densă şi vâscoasă la cei rutilici, şi mai fluidă la cei titanici, sesolidifică repede, are aspect poros şi este uşor de îndepărtat. Arcul electric este foarte stabil, cu pierderi minime. Aceşti electrozi se pot utiliza pentru sudarea în orice poziţie, arcul electric putând fi alimentat cu curent continuu sau curent alternativ.

V. Electrozi cu înveliş oxidant (O). Electrozii cu înveliş oxidant conţin oxizi de fier şi de mangan ce generează un proces de oxidare a băii, datorită afinităţii mari faţă de oxigen a manganului. Metalul cusăturii se caracterizează prin conţinut redus de mangan (care se ridică în zgura sub formă de oxid) şi de carbon, ca urmare a aportului de fier din înveliş. Cu aceşti electrozi se sudează în curent continuu sau curent alternativ, în poziţie orizontală, datorită volumului mare al băii rezultate pe seama căldurii suplimentare obţinute prin arderea manganului. Caracteristicile mecanice ale cusăturii rezultate sunt scăzute, dar aspectul cordonului este foarte convenabil. Electrozii de acest tip se folosesc la îmbinări nerezistente, la care primează aspectul estetic.

În funcţie de destinaţia lor, electrozii se împart în cinci grupe :• electrozi pentru sudarea oţelurilor carbon şi slab aliate, de rezistenţă mică:

a < 540 N/mm2;• electrozi pentru sudarea oţelurilor de înaltă rezistenţă, cu a > 540 N/

mm2;• electrozi pentru sudarea oţelurilor slab aliate, rezistente la

temperaturi până la 600°C;• electrozi pentru sudarea metalelor cu proprietăţi speciale;• electrozi pentru sudarea oţelurilor înalt aliate, inoxidabile ş

refractare. După poziţia de sudare la care se pot utiliza, electrozii sunt destinat pentru :

1. sudarea în toate poziţiile;2. sudarea în toate poziţiile, exceptând sudarea verticală de sus în jos;

Page 113: Tehnologia Sudarii Prin Topire

3. sudarea în poziţie orizontală, orizontală în jgheab şi uşor înclinată;4. sudarea în poziţie orizontală în jgheab.

În funcţie de curentul de sudare, electrozii se clasifică în:1. electrozi pentru sudarea în curent continuu şi curent alternativ;2. electrozi pentru sudarea numai în curent continuu.

Electrozii sunt standardizaţi, simbolizarea lor fiind făcută prin litera E urmată

de o serie de cifre şi litere, după cum urmează:

Page 114: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC şI ELECTROZI ÎNVELIŢI

Condiţii tehnice de calitate.

Tabelul 2.2. Simbolizarea electrozilor după caracterul învelişului.

Tipul învelişului Componentaprincipală în înveliş

Caracteristica generalăSimbol Denumire

A AcidOxid de Fe, Mn, Si şi alţi dezoxidanţi

Electrozi care formează zgură cu caracteracid ce se solidifică sub formă de fagure şi se desprinde uşor. Viteza de topire este ridicată şi pătrunderea la sudare mare. Acest tip de electrod se foloseşte în general la sudarea în poziţie orizontală utilizând „ca” sau „cc”, dar poate fi utilizat şi la altepoziţii. Comportarea la sudare e bună, dar e posibilă fisurarea la cald, în special la sudurile în unghi, în cornişe sau verticale atunci când % C > 0,24

AR Acid rutilicIdem ca la tipul A, cuun conţinut de max 35% de oxid de Ti-TiO2

Caracteristici similare cu tipul A, dar zgurae mai fluidă

Page 115: Tehnologia Sudarii Prin Topire

B BazicCaCO3 carbonaţi de calciu şi alţi carbonaţi bazici, fluorină

Electrozi având zgura cu caracter bazic şifiind densă are dup solidificare un aspect sticlos. Zgura se desprinde uşor şi în general nu produce incluziuni în metalul depus, deoarece se ridică uşor la suprafaţa băii. Acest electrod produce un arc cu pătrundere medie şi poate fi folosit pentru toatepoziţiile de sudare utilizând cc+. Există şi posibilitatea de utilizare a c.a. Metalul depuseste foarte rezistent la fisurare la cald sau la rece. Pentru a evita formarea porilor în metalul depus învelişul trebuie să fie uscat.

Page 116: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Tabelul 2.2. (continuare)

Tipul învelişului Componenta principală în înveliş

Caracteristica generalăSimbol Denumire

C Celulozic Materii organice

Electrozi cu zgură subţire şi cantitativ puţinăcare se desprinde uşor. Cantitate mare de gaze ce se dezvoltă datorită arderii materialelor organice permite sudarea în orice poziţie. Viteza de topire e ridicată, iar pătrunderea în MB adâncă

O OxidantOxid de Fe cu sau fără oxid de Mn

Electrozii formează zgură cu caracteroxidant ce se solidifică sub formă de fagure, fiind groasă şi compactă în mod obişnuit se autodesprinde. Produce o baie de topire fluidă şi e utilizat în special în cazurile când aspectul sudurii e mai important decât rezistenţa.

R

Rutilic(înveliş cu grosime medie)

TiO2 = 35…50 %celuloză = max 15 %

Electrozii de zgură cu caracter acid, car sesolidifică sub formă de fagure.Electrozii cu înveliş rutilic sunt destinaţi în general sudării în poziţie vertical şi pe plafon.Electrozii cu înveliş RR formează o zgurămai densă, care se desprinde mai uşor

RRRutilic(înveliş cu grosimea)

TiO2 = 35…50 %celuloză = max 5 %

S Alte tipuri -

Dimensiunile şi abaterile limită ale electrozilor trebuie să corespundă datelor din tabelul 2.3.

Electrozii se livrează în mod obişnuit cu capătul de prindere dezvelit, cu excepţia

Tabelul 2.3. Dimensiunile electrozilor.

d mm1,6* 2,0 2,5 3,15* 3,25 4,0 5,0 6,0

6,3 8,0

L

(150)200250

(200)250, 300350, 450

250300350,450

350450

350450

230, 450,500, 600,700, 900

Abaterid +0 -0,06 +0 -

0,08L +2,0 -2,0

*) Se livrează numai cu acordul producătorului**) Se pot păstra şi electrozi cu abateri negative păstrând câmpul de toleranţă. Dimensiunile din

paranteze se vor evita.

electrozilor cu 1 = 450 mm şi d = 2,0 şi 2,5 care se livrează dezveliţi la mijloc.

Page 117: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Electrozii

Page 118: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC şI ELECTROZI ÎNVELIŢI

vor fi teşiţi conic la capătul de amorsare.Învelişul electrozilor trebuie să fie aderent, rezistent, compact, omogen

fără defecte care să influenţeze negativ asupra caracteristicilor tehnice de sudare. Se admite o despicare parţială a învelişului pe o lungime totală de 20 mm în urma verificării coaxialităţii. Se admite lipsa învelişului la capătul de amorsare pe o lungime de max 3 mm pe cel mult ˝ din circumferinţă.

Coaxialitatea învelişului cu vergeaua metalică este indicată în funcţie de raportul

D/d. Astfel:- pentru D/d = 1,55 se admite o excentricitate de max 2,5 %;- pentru D/d > 1,55 se admite o excentricitate de max 4,0 %.

Comportarea la sudare se stabileşte în funcţie de amorsarea uşoară şi menţinerea

stabilă a arcului, utilizând curentul, polaritatea, intensitatea şi toate recomandările producătorului, prevăzute în fişele tehnice.

Învelişul electrozilor trebuie să se topească uniform fără formare de peniţă care să împiedice topirea continuă a electrodului. Zgura care se formează la sudare trebuie să nu influenţeze formarea corectă a suprafeţei straturilor, iar după răcire să se îndepărteze uşor (comportarea normală la sudare pentru poziţiile indicate).

Caracteristicile mecanice şi compoziţia chimică va corespunde celor indicate în standardele de tipuri.

Alegerea electrozilor înveliţi pentru sudare.Sub aspectul calităţii învelişului electrozilor se pot face următoarele

precizări: a) Electrozii cu învelişuri acide, titanice sau organice se folosesc la sudarea oţelurilor nealiate cu puţin carbon. Aceşti

electrozi permit o sudare uşoară, arcul fiind stabil, aspectul cusăturii este neted şi uniform. Electrozii cu înveliş titanic se recomandă la sudurile în poziţie verticală, cornişe şi pe plafon, iar cei cu înveliş

organic (celulozic) sunt indicaţi la sudarea ţevilorşi a pieselor cu rostul neuniform, permiţând realizarea rădăcinii cusăturii fără suport în partea inferioară. Electrozii celulozici sunt de asemenea indicaţi la sudarea stratului de rădăcină.

Metalul depus cu electrozii având învelişul acid titanic sau organic nu are o plasticitate prea mare, iar la temperaturi scăzute plasticitatea sa scade şi mai mult.

Datorită stabilităţii mari a arcului, aceste tipuri de electrozi pot fi utilizate atât la sudarea cu curent continuu, cât şi la sudarea cu curent alternativ.

b) Electrozii cu înveliş bazic se folosesc la sudarea oţelurilor slab aliate şi aliate precum şi la sudarea unor metale şi aliaje neferoase. Metalul depus este cu puritate ridicată având conţinut

Page 119: Tehnologia Sudarii Prin Topire

redus de S şi P, precum şi de H difuzibil. Din acest motiv plasticitatea metalului depus este ridicată, chiar şi în cazul temperaturilor coborâte.

Stabilitatea arcului sudării cu electrozi bazici este însă mai redusă şi se impune sudarea în curent continuu cu polaritatea inversă (+ la electrod) şi în unele cazuri (pentru

Page 120: Tehnologia Sudarii Prin Topire

s

e

e

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

anumite tipuri de electrozi) este posibilă sudarea cu curent alternativ. Sudarea cu polaritate inversă diminuează dizolvarea în picăturile de metal topit a hidrogenului, deci cantitatea de hidrogen difuzibil conţinută în cusătură este şi din acest motiv scăzut.

Toate menţiunile referitoare la metalul depus cu electrozii bazici sunt adevărate numai dacă înainte de sudare, electrozii sunt calcinaţi la 200 – 3000C timp de 2 – 3 ori pentru eliminarea apei absorbite din atmosferă în înveliş (învelişurile bazice sunt higroscopice).

Datorită stabilităţii mai reduse a arcului electric în cazul sudării cu electrozi bazici este necesară o acomodare şi o calificare corespunzătoare a sudorilor (lucrărilor vor fi executate cu sudori experimentaţi de înaltă calificare).

c) Electrozii cu înveliş gros (cu pulberi în înveliş) sunt recomandaţi la trecerile de umplere a rostului. Nu se pot utiliza la sudarea rădăcinii, fiindcă învelişul gros îngreunează accesul în spaţii reduse.

aspectul cusăturii este neted şi uniform, ceea ce face ca sudarea ultimelor straturi să fie de obicei recomandată cu aceste tipuri de electrozi.

Calitatea învelişului are o influenţă intensă şi asupra formei suprafeţei cusăturii, după cum se poate vedea din fig. 2.15.

Forma suprafeţei cordonului este influenţată şi de grosimea învelişului electrodului şi de I şi anume cu cât e mai mică grosimea învelişului şi intensitatea curentului de sudare, cu atât cusătura e mai bombată.

Sub aspectul funcţional electrozii se caracterizează prin diametrul electrodului

Fig. 2.15. Influenţa tipului de înveliş asupra secţiunii cusăturii.

d , care este egal cu diametrul vergelei metalice din care este format electrodul. Se produc în mod curent electrozi cu următoarele diametre: 1,6 – 2,0 -2,5 -3,25 -4,0 -5,06,0 mm.

Diametrul electrozilor se alege în funcţie de grosimea materialului, de faza operaţiei de sudare la care este utilizat şi de sensibilitatea materialului de bază la încălzire. Spre exemplu se recomandă utilizarea unui diametru mic al electrodului de rădăcină, precum şi la sudarea materialelor sensibile la încălzire sau a materialelor subţiri. Diametrele mari se recomandă în cazul în care se urmăreşte o productivitatea mare, precum şi atunci când materialul nu este

Page 121: Tehnologia Sudarii Prin Topire

L

e e

e e

sensibil la supraîncălziri. Între diametrul electrozilor d şilungimea lor L există o corelaţie. În mod obişnuit L = 350 mm pentru d < 3,25 mm şi

e

= 450 mm pentru d

e e

= 3,25 mm.

Corelaţia existentă între d

şi L este necesară, pentru preîntâmpinarea

Page 122: Tehnologia Sudarii Prin Topire

s

e

c

2. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC şI ELECTROZI ÎNVELIŢI

supraîncălzirii electrodului în perioada finală de utilizare, care poate produce o degradare a învelişului şi o înrăutăţire a calităţii metalului depus.

Tot din acest motiv se recomandă o limitare a curentului de sudare I în corelaţie cu diametrul electrodului d , care este specificată pe fiecare pachet de electrozi.

Prescrierea calităţii şi tipurilor de electrozi înveliţi se face în funcţie de clasele de execuţie ale sudurilor, precum şi în funcţie de compatibilitatea metalului depus faţă de metalul de bază (compoziţia chimică trebuie să fie asemănătoare sau corespunzătoare). Metalul depus se recomandă să fie pe cât posibil cu proprietăţi mecanice apropiate (superioare), în raport cu metalul de bază. Nu este indicată încă folosirea materialelor de adaos mult mai rezistente decât metalul de bază (mai cu seamă în cazul unor metale de bază cu rezistenţă mare), întrucât creşte pericolul de fisurare.

2.4. Stabilirea parametrilor de sudare la sudarea manuală

La sudarea manuală, elementele ce trebuie adoptate sunt: diametrul electrodului, d ; curentul de sudare, I ; tensiunea arcului electric, U ; viteza de sudare, v ; feIul curentului

e s a s

şi polaritatea acestuia în cazul curentului continuu. Diametrul electrodului se stabileşte înfuncţie de grosimea pieselor,în cazul îmbinărilor cap la cap, sau în funcţie de cateta cordonului, pentru îmbinările de colţ. Valorile recomandate sunt prezentate în tabelul 2.4.

Tabelul 2.4

Grosimea s [mm] 1,5...2 3 4...8 9...12 13...15 16...20 >20de [mm] 1,6...2 3 4 4...5 5 5...6 6...10

Cateta k [mm] 3 4...5 6...9de [mm] 3 4 5

La îmbinarea cap la cap a tablelor cu grosime mare sau la îmbinarea de colţ de calibru mare datorită secţiunii mari a cordonului, aceasta nupoate fi realizată printr-o singură trecere. În acest caz, numărul de treceri se determină în funcţie de secţiunea cordonului realizată cu metal de adaos, F .

În cazul îmbinărilor cap la cap, aria secţiunii cordonului se calculează cunoscând configuraţia geometrică a acestuia, care se stabileşte la rândul său conform standardelor

în vigoare.

De exemplu, în cazul

Page 123: Tehnologia Sudarii Prin Topire

îmbinării cap la cap cu prelucrare în V (fig.2.16), în STAS 8456 în funcţie de grosimea t ablelor, s, se stabileşte mo dul de prelucrare indicându-se: deschiderea b, mărimea neprelucrării c, unghiul de

Fig. 2.16. Îmbinare cap la cap cu prelucrare în V.

prelucrare a supraînălţarea h şi lăţimea Ea cordonului.

Page 124: Tehnologia Sudarii Prin Topire

c

F

π ⋅ d

1 e

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Aria secţiuniicordonului realizată cu metalde adaos (zona haşurată din figura

2.16), poate fi calculată pe baza elementelor geometrice ale îmbinării astfel:

F = b ⋅ s + 2

Eh + (s − c)2 tg

αc

3 2Totodatã, din figurã se observã cã:

E = b + 2 ⋅ (s − c)tg α

2Înlocuind se obþine în final:

F = b ⋅ s + 2 ⋅ b ⋅ h + (s − c)⎜ 4 h + s − c ⎟tg α⎛ ⎞c 3 ⎝ 3 ⎠ 2

În cazul îmbinãrilor de colþ fãrã prelucrare:2

fC = K Y ⋅ K

2 ,

unde k este un coeficient ce ţine seama de supraînălţarea cordonului, k = (1,25...1,05)

y y

pentru catete de calcul ale cordonului k = (7...30)mm.În cazul îmbinărilor de colţ cu prelucrare, aria F a cordonului se calculează

similar, descompunând-o în arii elementare.Secţiunea primului strat se calculează destul de exact cu relaţia:

= (6... 8) . d [mm2],secţiunea straturilor următoare fiind:

F = (8...12).d [mm2].i e

În mod evident, numărul de treceri va putea fi calculat cu relaţia:

n = Fc − F1 +

1Fi

Curentul de sudare se stabileşte în funcţie de diametrul electrodului şi de densitatea admisibilă de curent cu relaţia:

2

I = e ⋅ j[A].s 4

Densitatea admisibilă de curent este indicată de firmele producătoare de electrozi şi are valori ce se încadrează între limitele prezentate în tabelul 2.5, în funcţie de tipul învelişului electrozilor.

Tabelul 2.5

Page 125: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Tipul Densitatea admisibilă j [A/mm2]

Page 126: Tehnologia Sudarii Prin Topire

învelişului de = 3 de = 4 de = 5 de = 6

Acid; rutilic 14...20 11,5...16 10...13,5 9,5...12,5

Bazic 13...18,5 10...14,5 9...12,5 8,5...12

Page 127: Tehnologia Sudarii Prin Topire

a

d

d

d

s c

s

a s [J cm

]

Gd

Gd

s

c

v

2. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC şI ELECTROZI ÎNVELIŢI

Tensiunea arcului variază la sudarea manuală între valorile: U = (20...30) V. De regulă, această valoare este indicată de firma producătoare a electrozilor şi se adoptă la acea valoare.

Viteza de sudare a fiecărui strat se poate stabili pe baza valorii coeficientului

de depunere efectiv a

şi a secţiunii stratului.

Masa de metal depus (G ) poate fi calculată cu relaţia:= a • Is • t,

unde: t - timpul de sudare al stratului [h]. ,

Aceeaşi masă are însă şi expresia:= r • v • F • t.

Egalând cele două expresii, după simplificare, se obţine viteza de sudare:

v = d s

[cm ] sau v = d s

[cm s ]α ⋅ I α ⋅ Iρ ⋅ Fc

h s 3600ρ ⋅ F

În aceste relaţii aria secţiunii F se introduce în cm2, iar coeficientul (α [g/Ah]

c d

este indicat de firma producătoare de electrozi şi ia valori în intervalul: αd =

(1...12) g/Ah.Energia liniară cu care se execută sudarea, q [J/cm], se poate determina pe

baza parametrilor regimului de sudare, care vor permite calculul puterii arcului electric:Astfel:

q qs = s

U I= η ⋅

vs

În această relaţie h, reprezintă randamentul procesului de transmitere a căldurii către piesele sudate şi depinde de procedeul de sudare, în cazul sudării manuale: h =0,65...0,75.

Alegerea diametrului electrozilor.Diametrul electrozilor înveliţi pentru sudare se alege în funcţie de

grosimea materialului de bază şi de pătrunderea care se impune. De asemenea se ţine seama dacă se sudează printr-o singură trecere sau se sudează un strat de rădăcină sau nişte straturi de umplere.

Spre exemplu la sudarea printr-o singură trecere sau pentru grosimi ale MB mai mari de 6 mm, când se sudează prin două treceri, diametrul electrozilor

Page 128: Tehnologia Sudarii Prin Topire

se poate alege în funcţie de grosimea g a piesei sudate după cum rezultă din tabelul 2.6.

Tabelul 2.6. Alegerea diametrului electrodului.

g [mm] 1,0-2,5 3,0 4,0-5,0 6,0-12,0 Peste 12,0de [mm] 1,6-2,5 3,25 3,25-4,0 4,0-5,0 Peste 5,0

Diametrul electrodului mai poate fi ales în funcţie de grosimea piesei sudate . Pentru sudarea straturilor de rădăcină se recomandă utilizarea unor electrozi

cât mai subţiri, care să permită un acces cât mai bun la locul în care se sudează. În

Page 129: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

general diametrul acestor electrozi se recomandă să fie mai mari cu 1 mm faţă de deschiderea rostului.

În cazul sudării orizontale cap la cap dintr-o singură parte fără susţinerea stratului sudat iniţial, diametrul electrozilor se poate alege din tabelul 2.7.

Tabelul 2.7.Alegerea diametrului electrozilor şi a numărului de straturi în cazul sudării orizontale cap la cap dintr-o singură parte fără susţinerea stratului sudat iniţial.

Tabelul 2.7.Alegerea diametrului electrozilor şi a numărului de straturi în cazul sudării orizontale cap la cap dintr-o singură parte fără susţinerea

stratului sudat iniţial.

Grosimea materialului

g [mm]

Sudarea stratului derădăcină

Sudarea straturilor de umplere

Diametrul electrodului de

[mm]

Diametrulelectrodului de

[mm]

Numărul de straturi

1 1,6 - -2 2,0 2 Eventual 13 3,25 2,5 1 sau 24 3,25 3,25 15 3,25 4,0 16 3,25 4,0 27 3,25 4,0 38 3,25 4,0 39 3,25 4,0 3

10 4,0 5,0 212 4,0 5,0 3

Tabelul 2.8.Alegerea diametrului în cazul sudării orizontale cap la cap dintr-o singură parte, cu reluarea sudării pe partea opusă după curăţirea

rădăcinii, electrozi normali.

Grosimea materialului

g [mm]

Diametrulelectrodului de

[mm] Curăţirea rădăcinii

Diametrulelectrodului de

[mm] la resudarea

rădăcinii pe partea opusă

pentrustratul de rădăcină

pentrustratul de umplere

Page 130: Tehnologia Sudarii Prin Topire

6789

101215

3,253,253,253,253,253,254,0

4,04,05,05,05,05,0

5,0-6,3

-x x x x x x

3,253,253,254,04,04,04,0

Page 131: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC şI ELECTROZI ÎNVELIŢI

Tabelul 2.8. (continuare)

Grosimea materialului

g [mm]

Diametrulelectrodului de

[mm] Curăţirea rădăcinii

Diametrulelectrodului de

[mm] la resudarea

rădăcinii pe partea opusă

pentrustratul de rădăcină

pentrustratul de umplere

20253040506080100

4,04,04,04,04,04,04,04,0

5,0-6,35,0-6,35,0-6,3

6,36,3

6,3-8,06,3-8,06,3-8

xx x x x x x x

4,05,05,05,06,36,36,36,3

Idem pentru electrozi cu pulbere de Fe în înveliş

2025

5,05,0

6,36,3

--

5,05,0

Tabelul 2.9.Alegerea diametrului în cazul sudării orizontale cap la cap din două

părţi cu o eventuală curăţire a rădăcinii primului cordon, electrozi normali.

Grosimea materialului g

[mm]

Diametrul electrodului de [mm]

Curăţirea rădăcinii

pentru stratul de rădăcină

pentru stratul de umplere

Page 132: Tehnologia Sudarii Prin Topire

45678910121520253040506080100

3,253,253,253,253,253,253,253,253,254,04,04,04,04,04,04,04,0

3,254,04,04,04,0

4,0-5,04,0-5,04,0-5,04,0-5,04,0-5,0

5,05,0

5,0-6,35,0-6,3

5,0-6,3-8,05,0-6,3-8,05,0-6,3-8,0

------ x x x x x x x x x x x

Page 133: Tehnologia Sudarii Prin Topire

s

s

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Tabelul 2.9.Alegerea diametrului în cazul sudării orizontale cap la cap din două

părţi cu o eventuală curăţire a rădăcinii primului cordon, electrozi normali.

Grosimea materialului g

[mm]

Diametrul electrodului de [mm]

Curăţirea rădăcinii

pentru stratul de rădăcină

pentru stratul de umplere

Idem pentru electrozi cu pulbere de Fe în înveliş

6789

101215

4,0 invers 3,254,0 invers 3,25

5,0 invers 45,0 invers 4,0

3,25 invers 3,253,25 invers 4,04,0 invers 4,0

-------

-------

Alegerea intensităţii curentului de sudare.Curentul de sudare I este dependent de diametrul sârmei electrodului,

care permite o anumită densitate limitată a curentului, pentru a fi evitată supraîncălzirea electrodului.

De asemenea intensitatea curentului de sudare depinde şi de grosimea învelişului electrodului pe care trebuie să îl topească şi care determină în final modul de trecere a picăturilor de metal topit prin spaţiul arcului, ceea ce se observă în tabelul 2.10.

Cu cât craterul din vârful electrodului este mai adânc, cu atât pierderile termice în spaţiul înconjurător vor fi mai reduse şi va rezulta o pătrundere mai mare a cusăturii.

Rezultă că pentru obţinerea unei pătrunderi mari la sudare, se recomandă

utilizarea unor electrozi cu învelişul cât mai gros şi alegerea unor intensităţi cât mai mari de curent (valori situate spre limita maximă indicată pentru tipul de electrod cu care se sudează).

Tabelul 2.10. Influenţa curentului de sudare şi a grosimii învelişului asupra transferului de metal topit spre baie.

Intensitatea curentului de sudare este de obicei indicată pe pachetul de electrozi în funcţie de diametrul acestora. În cazul în care valorile curentului de sudare nu sunt indicate, se pot utiliza diferite relaţii de calcul.

Astfel pentru determinarea valorilor intensităţilor curentului de sudare I în cazul

Page 134: Tehnologia Sudarii Prin Topire

e

s

Is e

electrozilor utilizaţi la îmbinarea pieselor din oţel, poate fi utilizată relaţia:= 50 (d - 1) [A]

în care: d – diametrul vergelei metalice a electrodului [mm]O precizie mai mare de calcul a intensităţii curentului de sudare I , o prezintă

următoarele relaţii:

Page 135: Tehnologia Sudarii Prin Topire

e e

e e

I

I

2. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC şI ELECTROZI ÎNVELIŢI

Tabelul 2.10. Influenţa curentului de sudare şi a grosimii învelişului asupra transferului de metal topit spre baie.

Grosimea învelişului

Curentulmediu Is

[A]

Forma cordonului

Forma craterului

subţire s 130Crater inexistent

mediu m 150Crater mijlociu

gros g 170 Crater adânc

foarte gros f.g

200-220Crater foarte adânc

- pentru electrozii destinaţi sudării oţelurilor nealiate sau slab aliate având diametrul 2,5 ≤ d

e ≤ 7,0 mm

s mediu = 5 · d (d + 5); [A]- pentru electrozii destinaţi sudării oţelurilor aliate având diametrul 1,6 ≤ d

e

≤ 5,0 mm

s mediu = 5 · d (d + 3); [A]Reprezentând grafic aceste relaţii se obţin diagramele de variaţie ale intensităţii

medii a curentului de sudare I [A], în funcţie de diametrul electrozilor d [mm] în cazul s e

sudării oţelurilor carbon şi slab aliate fig. 2.17 a, precum şi în cazul sudării oţeluriloraliate fig. 2.17 b.

Fig. 2.17. Alegerea intensităţii curentului de sudare Is

[A] în funcţie

Page 136: Tehnologia Sudarii Prin Topire

s

de diametrul electrodului de

[mm].

În aceleaşi diagrame se mai observă limitele de variaţie admise pentru I pentru

Page 137: Tehnologia Sudarii Prin Topire

s

D

e

s

D

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

ca procesul tehnologic să decurgă în condiţii optime.După cum rezultă, I depinde de d , iar acesta este dependent la rândul său de s e

grosimea materialului. În continuare este prezentat tabelul 2.11 din care se poate observadependenţa dintre aceşti parametrii.

Astfel în acest tabel sunt indicate intensităţile curentului de sudare I [A] şi

cantităţile de metal depus prin sudare m

[g/ m cordon de rădăcină], în funcţie de grosimea

tablei g [mm] şi diametrul electrodului d [mm].Tabelul 2.11.Intensitatea curentului de sudare I [A] şi cantitatea de metal depus

prin sudare (m ) în stratul de rădăcină.

Tabelul 2.11.Intensitatea curentului de sudare Is

[A] şi cantitatea de metal depus prin sudare (m

D) în stratul de rădăcină.

g[mm]

de = 2[mm]

de = 2,5[mm]

de = 3,25[mm]

de = 4,0[mm]

de = 5,0[mm]

de = 6,3[mm]

Is (mD) Is (mD) Is (mD) Is (mD) Is (mD) Is (mD)

1,5 35 (25)2 45 (35) 50 (40)3 60 (45) 70 (50) 75 (70)4 75 (52) 85 (70) 95 (95) 100 (100)5 95 (78) 110 (110) 120 (120)6 100 (80) 120 (120) 130 (135) 135 (155)8 130 (132) 150 (165) 160 (200) 180 (255)10 135 (136) 160 (185) 190 (260) 245 (370)12 140 (150) 165 (190) 210 (290) 265 (415)15 170 (200) 215 (300) 280 (440)18 170 (200) 215 (300) 285 (450)20 175 (205) 220 (315) 285 (450)22 175 (205) 220 (315) 290 (460)25 220 (315) 290 (460)30 220 (315) 290 (460)35 225 (325) 295 (465)40 225 (325) 295 (465)45 225 (325) 295 (465)50 225 (325) 300 (480)60 300 (480)70 300 (480)80 305 (490)90 305 (490)

100 305 (490)

Se observă că pentru aceeaşi grosime de material pot fi utilizate diferite diametre de electrod, pentru care rezultă diferite cantităţi de metal depus pe

Page 138: Tehnologia Sudarii Prin Topire

metru liniar din stratul de rădăcină.

Stabilirea vitezei de sudare.Viteza de sudare este un parametru determinant asupra calităţii sudurii, întrucât

Page 139: Tehnologia Sudarii Prin Topire

s

l

s

1

2. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC şI ELECTROZI ÎNVELIŢI

în cazul aceloraşi intensităţi de curent, energia liniară El este invers proporţională cu viteza de sudare v . Acest lucru se poate observa din relaţia de

definiţie a energiei liniare:

E = E

1L

[J/m]

E = p ⋅ t

= p

[J/m] în care:vs ⋅ t vs

E – energia liniară [J/m]E – energia degajată de arcul electric [J] pe lungimea L [m] a

cordonului sudatP – puterea arcului electric WT – timpul de sudare [s] a cordonului cu lungimea L V – viteza medie de sudare [m/s]

În cazul energiilor liniare mici pătrunderea cusăturii şi participarea metalului de

bază la formarea cusăturii sunt mai reduse. În acelaşi timp încălzirea metalului de bază şi lăţimea zonei influenţate termic sunt reduse, iar viteza de răcire şi durificarea zonei sudurii sunt mai mari.

Odată cu mărirea energiei liniare toate variaţiile descrise anterior se produc în sens invers.

Viteza de sudare poate fi variată uşor de către sudor prin imprimarea unei

anumite viteze de deplasare a electrodului faşă de piesă sau prin aplicarea unor pendulări ale electrodului în rost, care au ca urmare o mărire a energiei liniare.

În cazul sudării electrice manuale, electrodului i se pot imprima mai multe tipuri de mişcări relative în raport cu piesa, dintre care cele mai frecvent utilizate sunt prezentate în fig. 2.18 şi care influenţează direct viteza de sudare (o micşorează), asigurând pătrunderea şi forma dorită a cordonului sudat.

Fig. 2.18. Mişcări specifice sudării cu electrod învelit si lungimea arcului.

Page 140: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Stabilirea vitezei de sudare se poate face şi în funcţie de valorile parametrilor prezentaţi în tabelul 2.12 cunoscând secţiunea transversală a cordonului sudat.

Page 141: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Tab

elu

l 2.

12.P

aram

etri

i sp

ecif

ici

sud

ării

cu e

lect

rozi

în

veli

ţi.

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Page 142: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC şI ELECTROZI ÎNVELIŢI

Alcătuirea îmbinării sudate.În cazul sudării cap la cap prin topire cu arc electric a oţelurilor,

îmbinarea sudată poate fi alcătuită prin trei metode fundamentale deosebite între ele:

- metoda sudării într-un singur strat;- metoda sudării în staturi multiple late;- metoda sudării în straturi multiple înguste.

Fig. 2.19. Posibilităţi de realizare a îmbinărilor sudate. Repartizarea diferitelor zone în secţiunea transversală a cusăturii.

Schematizarea grafică a îmbinărilor realizate prin aceste metode de sudare se poate observa în fig. 2.19. După cum rezultă din această figură, sudarea în straturi multiple înguste deţine cea mai restrânsă zonă cu structură dendritică de turnare (zona1), întrucât straturile suprapuse tratează straturile depuse anterior, care în acest fel devin mult mai tenace. Tenacitatea ridicată a sudurii se datorează şi coeficientului redus de participare a MB. Sudarea prin această metodă impune utilizarea unor electrozi mai subţiri, a unor intensităţi mai reduse ale curentului de sudare şi conducerea fără pendulări a electrozilor. Productivitatea acestei metode este redusă, dar calitatea sudurii este net

Page 143: Tehnologia Sudarii Prin Topire

superioară faţă de celelalte metode. Din aceste motive, în cazul oţelurilor sensibile la

Page 144: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

fisurare este indicată sudarea în straturi multiple înguste. Tensiunile interne şi deformaţiile produse în cazul acestei metode de sudare sunt cele mai reduse, atât datorită secţiunilor mai mici a cusăturii cât şi datorită detensionărilor succesive pe care le realizează straturile depuse asupra straturilor superioare.

La realizarea sudurilor în straturi multiple înguste trebuie respectată o ordine de depunere a straturilor şi anume să se înceapă sudarea cu rândurile cele mai apropiate de pereţii rostului şi să se continue cu rândurile dispuse spre mijlocul sudurii. Prin aceasta, zona influenţată termic a ultimelor straturi sudate, se găseşte în metalul depus şi nu în metalul de bază, ceea ce favorizează proprietăţile mecanice ale îmbinării.

În cazul sudării într-un singur strat e favorizată transcristalizarea care e cu atât mai periculoasă cu cât pătrunderea este mai mare. în acest caz poate avea loc mai uşor fisurarea la cald la limita celor două fronturi de cristalizare, în care se întâlnesc cristale dispuse aproximativ cap la cap, fără un unghi între direcţiile lor de creştere.

Această metodă se pretează la sudarea oţelurilor carbon sau slab aliate moi, obţinându-se economii importante de metal de adaos şi o productivitate sporită.

În cazul sudării în straturi multiple late (cu straturi concave sau convexe) este necesară pendularea mai amplă a electrozilor de sudură şi folosirea unor electrozi cu diametru mărit, respectiv a unor intensităţi sporite de curent (fig. 2.20)

Fig. 2.20. Orientarea executării straturilor multiple înguste:

a) poziţie

Page 145: Tehnologia Sudarii Prin Topire

orizontală; b) poziţie verticală; c) poziţie cornişă;d) ordine greşită;

Page 146: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC şI ELECTROZI ÎNVELIŢI

e) ordine corectă.La sudarea cu straturi concave există pericolul formării incluziunilor de

zgură la colţurile dintre strat şi peretele rostului. Acest pericol apare şi în cazul extinderii prea mari a lăţimii straturilor (peste 20-50 mm la sudarea în poziţie orizontală şi peste 30-35 mm la sudarea verticală).

Şi această metodă se pretează la sudarea oţelurilor carbon sau slab aliate moi, dar mai ales la sudarea de încheiere, întrucât prezintă un aspect estetic al sudurilor.

În cazul sudării prin to pire a îmbinărilor de colţ, întrucât este mai probabilă apariţia defectelor (nepătrunderi, fisuri etc) este mai favorabilă alcătuirea sudurii din cel puţin două straturi (fig. 2.21).

Pr in sudarea de rădăcină seFig. 2.21. Eliminarea defectelor de asigură pătrunderea corespunzătoare, iar

rădăcină prin sudarea în două straturi.prin sudarea celuilalt strat, se completează

secţiunea necesară îmbinării şi se tratează termic primul strat.În continuare (fig. 2.22) sunt indicate principalele moduri de depunere

a rândurilor de sudură în cazul îmbinărilor de colţ.Sudura în V pentru diferite grosimi de table este prezentată în figura 2.23.

Page 147: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Fig. 2.22. Sudură în colţ pentru diferite grosimi de cusătură.

Poziţia la sudare: a- orizontală; b – în cornişă; c – verticală; d – pe plafon. Grosimea cusăturii: I 2-4 mm, II 6-10 mm, III 10-20 mm, IV 20-

30 mm.

Page 148: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Fig. 2.23. Sudură în ˝ V pentru diferite grosimi de table:a – poziţie orizontală; b – poziţie în cornişă.

Grosimea pieselor: I 4-8 mm, II 9-16 mm, III 14-20 mm, IV 20-40 mm.

Succesiunea de execuţie a sudurilor.Stabilirea succesiunii de execuţie a sudurilor în spaţiu şi timp are o

importanţă deosebită asupra repartizării tensiunilor şi asupra deformărilor sau a eventualelor fisuri care pot apare la sudare.

Prin alegerea corespunzătoare a ordinii de sudare se poate reduce mult volumul oraţiilor ulterioare de îndreptare, ceea ce sub aspect economic prezintă interes.

Succesiunea de sudare se stabileşte încă de la proiectarea construcţiei sudate

şi trebuie indicată în „planul de succesiune a sudurilor”.La stabilirea succesiunii corecte de execuţie a sudurilor pot fi urmărite

următoarele recomandări generale:- realizarea unei pătrunderi cât mai bune a tuturor straturilor şi

rândurilor de sudură- asigurarea unui grad de libertate cât mai mare a elementelor, pentru

evitarea tensiunilor datorate deformaţiilor frânate- cusăturile care produc deformaţiile cele mai mari se execută la început- cusăturile care închid un contur în mod rigid şi nervurile de

rigiditate se execută la urmă- cusăturile se depun alternativ pe o parte şi pe cealaltă parte faţă de

axa de simetrie a construcţiei sudate, pentru echilibrarea deformaţiilor

- la început se sudează îmbinările cap la cap, iar apoi cele de colţ- rosturile simetrice (X, 2Z, 2U, 2K etc) se sudează alternativ pe

ambele feţe- la început se sudează cusăturile care prezintă pericolul maxim de

Page 149: Tehnologia Sudarii Prin Topire

fisurare datorită rigidităţii construcţiei- elementele asimetrice este bine să fie asamblate perechi pentru a

rezulta subansamble simetrice

Page 150: Tehnologia Sudarii Prin Topire

a s [J cm

]

s

s

2. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC şI ELECTROZI ÎNVELIŢI

- sensul de execuţie al sudurii se stabileşte de la partea rigidă la partea liberă pentru a permite contracţiile cusăturii

- sub aspect economic este indicată utilizarea unui număr cât mai mic de întoarceri, precum şi utilizarea dispozitivelor existente.

Se mai recomandă asigurarea accesibilităţii la cusătură, sudarea pe orizontală, aplicarea metodelor automate şi semiautomate etc.

Scheme utilizate la sudarea tablelor de grosime mareRealizarea unei îmbinări sudate în cazul unor piese de grosime mare,

ridică în general probleme deosebite sub aspectul tensiunilor şi deformaţiilor reziduale provocate de sudare.

Aprecierea intensităţii regimului de sudare sub aspectul durităţii efectelor termice ce îl însoţesc se face cu ajutorul valorii energiei termice liniare cu care se execută cordonul:

U Iqs = η

vs

şi care fizic reprezintă cantitatea de energie ce se transmite fiecărui centimetru de îmbinare sudată.

Regimurile de sudare intense, caracterizate de intensităţi mari ale curentului I şi viteze mici de sudare v , permit obţinerea unor secţiuni mari ale cordonului de sudură, dar provoacă tensiuni şi deformaţii reziduale mari, deoarece acestea sunt direct proporţionale cu energia termică liniară. Este evident că din punct de vedere al productivităţii este mai avantajoasă această variantă, dar de cele mai multe ori consumurile suplimentare de energie şi manoperă necesare îndreptării pieselor sudate fac ca această soluţie să devină neeconomică. Adesea, în aceste cazuri, se recurge la cordoane cu secţiune mai mică, executate cu energii liniare mai mici, secţiunea totală a cordonului realizându-se prin mai multe treceri sau straturi. Sudarea prin mai multe treceri diminuează considerabil deformaţiile remanente generale şi locale. Este cunoscut în teoria tensiunilor şi deformaţiilor reziduale faptul că în cazul unor cordoane de sudură situate la distanţe mici şi executate succesiv (decalat în timp, cel de-al doilea după răcirea primului), cel de-al doilea cordon măreşte valoarea deformaţiilor totale numai în măsura în care secţiunea zonei plastice totale devine mai mare. Astfel, la sudarea multistrat, deoarece practic cordoanele se suprapun, deformaţia totală generată de executarea îmbinării sudate depăşeşte cu puţin deformaţia reziduală provocată de executarea primului strat.

O influenţă deosebită asupra valorii tensiunilor şi deformaţiilor reziduale o are configuraţia şi dimensiunile cordonului de sudură. Modul prelucrare a marginilor are o influenţă semnificativă, prin mărirea secţiunii cordonului realizată cu metal de adaos. Acest fapt este evident, deoarece şi

Page 151: Tehnologia Sudarii Prin Topire

energia liniară va fi direct proporţională cu volumul de sudură ce depinde de secţiunea cordonului. Din acest aspect, cea mai avantajoasă situaţie este oferită de îmbinările fără teşirea marginilor, şi cu teşiri ce conduc la secţiuni

Page 152: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

minime ale cordonului.Astfel, se constată că cea mai dezavantajoasă situaţie apare în cazul

teşirii pe o singură parte, în V, deformaţiile fiind mai mici în cazul teşirii X şi semnificativ mai mici în cazul teşirii în dublu U.

În ceea ce priveşte deformaţiile unghiulare, ele vor fi mai mari în cazul sudării pe o singură parte, în special în cazul sudării fără teşire. Deformaţia unghiulară reprezintă un efect datorat neuniformităţii câmpului termic pe grosimea pieselor sudate. În cazul sudării cu teşirea marginilor, sau chiar fără teşire, dar cu deschiderea rostului mare, arcul electric pătrunde până la rădăcina cordonului şi câmpul termic va avea practic un gradi- ent neglijabil pe grosimea pieselor sudate.

Succesiunea depunerii cordoanelor de sudură prezintă o importanţă deosebită pentru reducerea tensiunilor şi deformaţiilor, ordinea şi succesiunea depinzând de grosimea pieselor şi de lungimea cusăturilor (fig. 2.24)

În cazul cusăturilor scurte (până la 300...400mm), sudarea se va efectua de la un capăt spre celălalt (fig. 2.24a).

Figura 2.24. Ordinea de depunerea a cordoanelor de sudură pe lungimea îmbinării.

Dacă lungimea cusăturii este cuprinsă în intervalul 400...1200mm, sudarea se face de la mijloc spre capete (fig. 2.24b) şi este recomandat chiar să se facă simultan, cu doi sudori.

În cazul cordoanelor de lungime mare, se recomandă sudarea în trepte inverse (sau pas de pelerin), fragmentând cordonul în porţiuni de (200...350) mm (fig. 2.24c), şi executându-le în ordinea din figură. În acest fel, sensul general în care se execută îmbinarea va fi diferit de sensul în care se sudează cordoanele elementare, astfel încât tensiunile vor fi mult diminuate.

Dacă sudarea se face în mai multe straturi, două straturi alăturate se sudează în sensuri inverse (fig. 2.25).

Dacă lungimea cusăturii este mai mare de 200...350 mm, se procedează oricum la fragmentarea cordonului la lungimea ce se poate executa cu un singur electrod. În acest caz, sfârşitul a două cordoane alăturate se decalează cu circa 10...15 mm.

Ordinea de depunere a straturilor, la sudarea tablelor groase,

Page 153: Tehnologia Sudarii Prin Topire

influenţeazătensiunile şi deformaţiile remanente. Ordinea depunerii cordoanelor trebuie aleasă astfel

Page 154: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC şI ELECTROZI ÎNVELIŢI

Figura 2.25. Sudarea în mai multe straturi

încât deformaţiile să fie minime (fig. 2.26), respectându-se precizările făcute anterior.

Fig. 2.26. Ordinea de depunere a rândurilor şi straturilor.

În cazul îmbinărilor cap la cap cu teşire pe ambele părţi (fig. 2.26b) este evi- dent că respectarea ordinii depunerii cordoanelor din figură necesită răsturnarea repetată a pieselor îmbinate. Acest lucru este dificil în cazul sudării cap la cap a tablelor de dimensiuni mari, astfel încât se poate proceda ca în fig. 2.26a, realizând pe rând cordonul de pe o parte şi apoi, după răsturnarea panoului, cordonul de pe cealaltă parte.

La executarea cusăturilor multistrat, cu lungime mare, sudarea se face prin depunerea rândurilor următoare peste rândurile anterioare, înainte de răcirea ultimelor straturi sub 150...180°C. Principalele scheme utilizate în acest caz sunt:

• în cascadă (fig. 2.27), la care se depune un rând de sudură cu o lungime de 100...300 mm, după care se reia de la aceeaşi distanţă şi se sudează până la primul rând, după care se continuă sudarea

Page 155: Tehnologia Sudarii Prin Topire

peste acesta până la acoperirea lui când se află încă în stare caldă, etc;

• în cocoaşă (fig. 2.28), la care după depunerea cordonului 2 peste cordonul

Page 156: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

1, se continuă cu 100...300 mm în prelungirea primului rând, după care urmează depunerea cordonului 3 etc. Îmbinarea se extinde treptat de la mijlocul acesteia spre cele 2 capete;

Fig. 2.27. Schema de sudare în cascadă.

Fig. 2.28. Schema de sudare în cocoaşă

• în blocuri (fig. 2.29), care constă în depunerea în straturi groase, pe porţiuni mai ales în cazul operaţiunilor de reparaţii la piesele groase. Lungimea porţiunilor 1, 2, 3, ..., 9, este de80...100 mm, între ele lăsându-se un spaţiu de 30...40 mm, care se sudează în final pentru a nu rigidiza piesa.La această schemă se sudează de regulă cu preîncălzire.

Fig. 2.29. Schema desudare în blocuri.

În general, pentru diminuarea tensiunilor şi evitarea pericolului de fisurare trebuie respectate o serie

de recomandări, după cum urmează:• în cazul cordoanelor simetrice, depunerea straturilor se face

alternativ pentru a echilibra tensiunile şi deformaţiile (fig. 2.24b -2.24c);

• în cazul structurilor complexe, formate din înveliş şi elemente de rigidizare, cusăturile vor fi depuse de asemenea alternativ în raport cu axele de simetrie, iar în cazul în care se execută simultan două cusături, ele vor fi de asemenea simetrice.

Diminuarea tensiunilor şi deformaţiilor remanente se poate realiza folosind metoda preîncălzirii. Preîncălzirea conduce la micşorarea diferenţelor de temperatură între zonele calde şi reci şi conduce la dilatarea termică a construcţiei sudate în ansamblul său. Ca efect, dilatarea termică a zonei în care se execută cordonul se face liber şi nu va mai conduce la acumularea unor contracţii remanente (dilatări termice împiedicate) fapt ce reduce considerabil deformaţiile remanente. Astfel, se apreciază că preîncălzirea la temperatura de 200 C reduce cu 30% tensiunile şi deformaţiile remanente. Teoretic, preîncălzirea la

Page 157: Tehnologia Sudarii Prin Topire

temperaturi de 600...650°C, la care oţelul îşi pierde proprietăţile elastice devenind pur plastic, conduce la eliminarea totală a tensiunilor remanente. Este însă evident că această metodă nu poate fi aplicată în şi cazul construcţiilor sudate complexe cum sunt secţiile corpului navei. În cazul acestora diminuarea deformaţiilor remanente se poate face prin adoptarea unor scheme de sudare cu mai mulţi sudori care să conducă la o încălzire generală şi uniformă a întregii construcţii sudate. Adoptarea unei astfel de

Page 158: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC şI ELECTROZI ÎNVELIŢI

scheme are un efect simi- lar metodei preîncălzirii, şi va fi abordată în con- tinuare.

Fig. 2.30. Ordinea de execuţie a cusăturilor verticale.a- de la mijloc spre capete; b- în cocoaşă

Cusăturile ver- ticale se recomandă să fie executate simultan pe ambele feţe de doi sudori. Sudurile se execută fie de la mijloc spre capete (fig.2.30 a), fie în cocoaşă(fig. 2.30 b).

Sudarea următorului segment se face după sud area completă a segmentului precedent.

Pentru îmbinările de colţ, lungi, se utilizează metodele indicate pentru îmbinările cap la cap, respectiv de la mijloc spre capete, în trepte inverse sau în salturi (fig. 2.31).

Succesiunea de execuţie a cusăturilor în cazul construcţiilor sudate.

Fig. 2.31. Ordinea de execuţie a cusăturilor de colţ :

a) de la centru spre capete; b) în trepte inverse; c) în salturi.

Î n caz u l r ealizăr ii uno r construcţii sudate, succesiunea depunerii cusă t urilo r depinde de fo rma şi complexitatea acestora. În general este recomandabilă defalcarea construcţiei pe subansambluri sudat e care apoi se asamblează între ele tot prin sudare. Subansamblurile sunt îndreptate (dacă este cazul) după sudare şi apoi sunt

supuse sudării pentru asamblarea finală. Defalcarea pe subansamble se

Page 159: Tehnologia Sudarii Prin Topire

efectuează ţinându-se seama de mai mulţi factori printre care pot fi amintiţi:- repartizarea solicitărilor în timpul exploatării- posibilităţi de transport, ridicare şi poziţionare- asigurarea posibilităţilor de contracţie liberă- posibilităţi de redresare a eventualelor deformări- execuţie cât mai simplă

Page 160: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

- sudarea cusăturilor maxim solicitate, înaintea cusăturilor mai puţin solicitate ale construcţiei

- se evită intersectarea cusăturilor care produc tensiuni maxime în punctul de intersecţie.

Astfel, ţinându-se seama de cele expuse se recomandă ca la început să fie sudate cusăturile longitudinale, dispuse pe aceeaşi direcţie cu solicitarea maximă, respectiv, cusăturile simetrice să fie sudate simultan.

Nervurile de rigidizare se sudează la sfârşit după ce au fost executate toate celelalte suduri.

Sudarea foilor mari de tablă se realizează începând cu sudurile cu lungime mai mică după cum rezultă din fig. 2.32.

Se observă că este evitată intersectarea în cruce a cusăturilor.Sudarea profilelor laminate se realizează plecând de la mijlocul

secţiunii spre margine şi păstrând pe cât posibil simetria (fig. 2.33).

Fig. 2.32. Sudarea foilor mari de tablă(ordinea de executare a cusăturilor).

Fig. 2.33. Sudarea profilelor laminate (ordinea de executare a

cusăturilor).

La realizarea roţilor dinţate de dimensiuni mari ordinea de sudare se poate observa în fig. 2.34, iar din fig. 2.35 rezultă ordinea de sudare în cazul cusăturilor circulare.

Fig. 2.34. Ordinea de execuţie a sudurilor în cazul roţilor dinţate sudate.

În cazul roţilor dinţate se sudează întâi sudurile circulare 1, 2, 3, 4 (fig. 2.35). Nervurile se sudează şi în acest caz la urmă.

Indicaţii generale privind ordinea de execuţie a sudurilor.

Page 161: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Reducerea tensiunilor interne din construcţiile sudate şi înlăturarea pericolului

Page 162: Tehnologia Sudarii Prin Topire

ss

2. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC şI ELECTROZI ÎNVELIŢI

Fig. 2.35. Ordinea de sudare a cusăturilor circulare:a) la sudarea ţevilor; b) la sudarea roţilor dinţate.

de fisurare se poate realiza şi prin măsuri constructive respectând unele prescripţii dintre care pot fi amintite următoarele:

- Ordinea în care se execută cordoanele sudate se alege astfel încât, diferitele componente ale ansamblului să aibă posibilităţile maxime de deplasare liberă relativă în timpul dilatărilor şi contracţiilor termică provocate de sudare (fig. 2.36 a şi b)

- Cusăturile care închid un contur pe care îl rigidizează se execută ultimele

(fig. 2.37).

Fig. 2.36. Ordinea de sudare corectă permite deplasare liberă maximă a componentelor.

Fig. 2.37. Cordonul de închidere a unui contur e

executată la sfârşit.

- Direcţia în care se depune cordonul de sudură trebuie orientată de la partea rigidă a piesei către partea liberă pentru a permite contracţia transversală (fig. 2.38).

Fig. 2.38. Sudarea se începe în porţiunile cu rigiditate maximă a piesei şi se continuă spre părţile

libere.A – sudarea unor cordoane cu lungime redusă

Page 163: Tehnologia Sudarii Prin Topire

B – sudarea unor cordoane cu lungime mare.

Page 164: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

- în primul rând se execută sudurile care dau contracţia maximă (cele cu secţiune transversală maximă, sudurile cap la cap faţă de cele de colţ etc).

- cordoanele care fixează proiectarea construcţiilor cu intersecţii multiple de cordoane în anumite puncte sau cu suduri în locuri cu solicitări maxime (fig. 2.39).

Fig. 2.39. Amplasarea cordoanelor de sudură.a) – evitarea intersecţiilor multiple într-un singur punct; b) – evitarea sudării în

colţuri c) – evitarea sudării zonelor cu efort maxim.

- în cazul pieselor simetrice faţă de o axă de simetriei, cusăturile se dispun alternativ de o part e şi de alt a a axei, pentru echilibrarea deformaţiilor (fig. 2.40).- în cazul pieselor asimetrice se recomandăcuplarea multiplă a pieselor în timpul sudării,

Fig. 2.40. Dispunerea cordoanelor la piese simetrice.

Fig. 2.41. Compensarea deformaţiilor pieselor asimetrice prin formare de

montaje în timpul operaţiei de sudare.

Page 165: Tehnologia Sudarii Prin Topire

astfel încât să rezulte un montaj simetric care are deformaţii reduse la sudare (fig.2.41).

- În cazul pieselo r cu ro st simet ric, compensarea deformaţiilor se realizează prin sudarea alternativă în ambele părţi ale rostului (fig. 2.42).

Se va indica ca la sudare să se înceapă cu cordoanele a căror pericol de fisurabilitate datorată rigidităţii este maxim şi după aceea se vor suda celelalte cusături (fig. 2.43).

Page 166: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC şI ELECTROZI ÎNVELIŢI

Fig. 2.42.Compensarea

deformaţiilor prin sudarea alternativă pe

cele două părţi.

Fig. 2.43. Ordinea de sudare prin care se poate evita apariţia fisurilor

(Tendinţa maximă de fisurare o prezintă în acest caz sudurile în cruce, deci cu ele se începe

sudarea);n; n’ – suduri executate concomitent de 2 sudori.

Planul de succesiune a sudurilor.Poziţia sudurilor, împărţirea pe segmenţi a cusăturilor, numărulde

treceri, ordinea de sudare a segmentelor şi cusăturilor, sensul de sudare (indicat prin săgeţi) metoda de sudare, materialele de adaos, numărul sudurilor, dispozitivele necesare, caracteristicile rosturilor sudate, preîncălzirea şi tratamentul termic sunt indicate în planul de succesiune a sudurilor (fig. 2.44).

Page 167: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Fig. 2.44 Planul de succesiune a sudurilor la o tobă executată din elemente sudate.

Page 168: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

În cazul construcţiilor simple este suficientă prezentarea succesiunii sudurilor pe desenele de execuţie cu specificarea tuturor datelor aferente.

În cazul construcţiilor mai complexe este avantajoasă prezentarea unui plan de asamblare – montare în spaţiu (fig. 2.45). Din acest plan rezultă şi succesiunea sudării cusăturilor, care sunt de fapt specificate în planul de operaţii.

Fig. 2.45. Planul de asamblare – sudare a unei construcţii sudate sub formă de coloană.

Fig. 2.46. Modul de asamblare a unei grinzi sudate.

Planul de succesiune a su- durilor este întocmit la pregătire tehnologică. Numai când construcţia trebuie să îndeplinească condiţii speciale de calitate, se face stabilirea succesiunii sudurilor la proiectarea construcţiei.

Modul de asamblare a unei grinzi de 4,5 t cu secţiune închisă, realizată în sistem celular este pre- zentată în fig. 2.46, iar succesiunea operaţiilor de asamblare – sudare, în tabelul 2.13.

Page 169: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC şI ELECTROZI ÎNVELIŢI

Tabelul 2.13. Tehnologia asamblării – sudării unei grinzi cu secţiune închisă în sistem cheson, având lungimea de 6000 mm, lăţime de 900 mm, înălţime

de1300 mm şi greutate de 4,5 t.

Nr. operaţiei

Denumirea operaţiei Forma rostuluiNr. curent al

cusăturiiDispozitive şi

aparate de sudare

1Îmbinarea tălpilor,prelucrarea şi sudarea rădăcinii

1- platou magnetic- redresor- E 47.1.R.R.1.1.

2Îndepărtareaplăcuţelor tehnologice

-Tăiere cu oxigen

3Îndepărtareaelementelor

-Ciocan pneumatic

4Sudarea întăriturilorpe plăcile laterale

2; 3Redresor de sudare

5

Sudarea provizorie aplăcilor şi pereţilor de compartimentare pe talpa inferioară

4; 7

- redresor desudare- platou magnetic- şabloane

6Sudarea definitivă aplăcilor pe talpa inferioară

4- platou magnetic- automat de sudare sub flux

7Sudarea interioară aplăcilor şi pereţilor cu talpa inferioară

4; 7- redresor- E 47.1.R.R.1.1.

8 Rotirea construcţiei - - macara

9Sudarea pereţilor cuuna din plăcile laterale

5- redresor- E 47.1.R.R.1.1.

10 Rotirea construcţiei cu1800 -

- macara

11Sudarea pereţilor deplaca laterală

6- redresor- E 47.1.R.R.1.1.

2.5. Moduri practice de sudare cu electrod învelit în diverse poziţii la procedeul 111 (sunt prezentate în figurile 2.47 - 2.61)

Page 170: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Fig. 2.47. Modul de sudare de încarcare şi înclinare electrodului.

Page 171: Tehnologia Sudarii Prin Topire

����

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Fig. 2.48. Modul de sudare de încarcare rand cu rănd şi înclinare electrodului.

Fig. 2.49. Modul de sudare de colţ cu 3 rănduri în poziţia PB

Fig. 2.50. Modul de sudare de colţ cu 2 rănduri în poziţia PF

Page 172: Tehnologia Sudarii Prin Topire

ÿÿ

2. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC şI ELECTROZI ÎNVELIŢI

Fig. 2.50. Modul de sudare de colţ cu 3 rănduri în poziţia PF

Fig. 2.51. Modul de sudare de colţ cu 3 rănduri în poziţia PD

Fig. 2.52. Modul de sudare de colţ cu un rănd în poziţia PG

Fig. 2.53. Modul de sudare de colţ prin suprapunere cu un 3 rănduri în

Page 173: Tehnologia Sudarii Prin Topire

poziţiaPB

Page 174: Tehnologia Sudarii Prin Topire

��������

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Fig. 2.54. Modul de sudare de colţ prin suprapunere cu un 3 rănduri în poziţia PD

Fig. 2.55. Modul de sudare de colţ cu un rănd în poziţia PB

Fig. 2.56. Modul de sudare cap la cap cu un 3 rănduri în poziţia PA

Page 175: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Fig. 2.57. Modul de sudare cap la cap cu un 3 rănduri în poziţia PF

Page 176: Tehnologia Sudarii Prin Topire

95

2. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC şI ELECTROZI ÎNVELIŢI

Fig. 2.58. Modul de sudare cap la cap cu un 3 rănduri în poziţia PC

Fig. 2.59. Modul de sudare cap la cap cu un 3 rănduri în poziţia PE

Fig. 2.60. Modul de sudare cap la cap a ţevilor în poziţia PD, PF, PB

Page 177: Tehnologia Sudarii Prin Topire

96

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Fig. 2.61. Modul de sudare cap la cap a ţevilor în poziţia PE, PC, PA

Page 178: Tehnologia Sudarii Prin Topire

e

97

3. SUDAREA SUB FLUX

Capitolul 3.

SUDAREA SUB STRAT DE

FLUX

Sudarea sub strat de flux (simbol 12 după EN ISO 4063, SAW – abreviereeuropeană, Submerged Arc Welding, SAW – abreviere americană) este un procedeu de sudare cu productivitate mărită având un domeniu larg de aplicare.

Spre deosebire de sudarea manuală, în cazul sudării sub flux, intensitatea curentului de sudare este mai mare pentru aceleaşi secţiuni

transversale ale electrozilor(j = 100 – 180 A/ mm2).

Acest lucru este posibil pr in aliment ar e cu cur ent a electrodului, cât mai aproape de capătul care se topeşte al acestuia ( lung imea capăt ului liber al electrodului l este de câteva sute de milimetrii), ceea ce se observă din fig. 3.1.

Tot în vederea evităriiîncălzirii prea intense a capătului liber

Fig. 3.1. Lungimea electrozilor străbătutăde curentul de sudare.

a) sudare automată; b) sudare manuală

al electrodului este necesară o înaint ar e cât mai r apidă a electrodului spre piesa care se

sudează, pentru ca porţiunea încălzită a electrodului să fie mereu înlocuită cu porţiunile reci prin care încă nu a trecut curent. Datorită valorilor mari ale intensităţii curentului, cantitatea de metal topit sporită, ceea ce asigură o productivitate şi o adâncime de pătrundere cu valori mari (se pot suda table având grosimea g = 15 mm fără prelucrarea rostului).

Schema de principiu a procedeului de sudare sub flux este prezentată în fig. 4.2. Energia necesară topirii materialelor şi realizării îmbinării este dată de arcul

electric 5, care se formează între electrodul de sârmă 1 şi metalul de bază 4.

Page 179: Tehnologia Sudarii Prin Topire

98

Întrucât electrodul de sârmă nu are înveliş, spaţiul în care se realizează îmbinarea trebuie protejat împotriva acţiunii nefavorabile a mediului înconjurător, cu ajutorul unui strat protector de flux 6, depozitat într-un rezervor 2, prevăzut cu o clapetă.

Există şi instalaţii la care stratul de flux rămas după răcirea cordonului este absorbit cu un sistem de aspiraţie 14 şi recirculat în rezervorul 2. Înălţimea stratului de flux depinde de nivelul ajutajului de ieşire a fluxului, faţă de nivelul piesei.

Baia de sudură 3 se formează prin topirea metalului de bază şi a electrodului

Page 180: Tehnologia Sudarii Prin Topire

e

e

e

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Fig. 3.2. Schema de principiu a sudării mecanizate sub strat de flux

1- contact electric, 2- flux pentru sudare granular, 3- arc electric, 4- baie metalică,

5- transfer MA spre baie sub formă de picătură, 6- cordon de sudură solidificat, 7- buncăr de flux, 8- sistem de avans MA cu role, 9- MA sub forma de colac, 10- pupitru de

comandă,11- reglaj curent tensiune, 12- sursă de curent, 13- legare la masă, 14-aspirator de

flux

sub acţiunea arcului electric, iar prin solidificarea electrozi înveliţi rezultă cusătura 4.

Tot sub acţiunea arcului electric se topeşte o cantitate de flux, care formează o peliculă protectoare lichidă care acoperă cusătura. Prin solidificarea fluxului topit rezultă o crustă de zgură, asemănătoare zgurii de la sudarea cu electrozi înveliţi.

Pentru a se asigura continuitatea procedeului de sudare, sârma electrod este bobinată pe un tambur 9 şi este antrenată cu sistemul de role 8, la care o rolă este de acţionare, iar cealaltă este de strângere. Prin îndepărtarea acestor role avansul sârmei este oprit (v = 0). De obicei rola de antrenare are circumferinţa striată transversal, iar rola de strângere are un canal de ghidare pe circumferinţă.

Există şi instalaţii pentru sudare sub flux la care avansul electrodului este con- stant (v = ct). În acest caz lungimea arcului se stabilizează prin fenomenul de autoreglare.

Există însă şi instalaţii la care viteza de avans a electrodului este variabilă: v = f (parametrii electrici ai arcului) ≠ ct. În acest caz reglarea lungimii arcului şi menţinerea sa la o valoare cât mai constantă se realizează în funcţie de tensiunea arcului sau de intensitatea curentului de sudare.

Contactul electric cu sârma electrod în mişcare, se realizează cu ajutorul

Page 181: Tehnologia Sudarii Prin Topire

s

s

unor piese de contact din cupru 13, care pot fi tubulare (contact alunecător) sau sunt sub formă de role.

Sudarea sub flux se poate executa după două variante, în funcţie de modul de acţionare asupra vitezei de sudare v :

- sudarea automată sub strat de flux (v se realizează prin acţionarea cu ajutorul unui tractor prevăzut cu un motor electric)

Page 182: Tehnologia Sudarii Prin Topire

s

e

e

3. SUDAREA SUB FLUX

- sudarea semiautomată sub strat de flux (v se realizează princonducerea manuală a instalaţiei care are forma unui pistolet).

3.1. Materiale necesare la sudarea sub strat de flux.

Materialele utilizate la sudarea sub flux sunt grupate în două clase:- materiale metalice de adaos- fluxuri de sudare

În cadrul materialelor metalice de adaos sunt cuprinse sârmele electrod fabri- cate prin trefilare din oţeluri carbon sau din oţeluri aliate, sârmele tubulare cu miezuri de pulberi şi benzile metalice, benzile cu pulberi şi benzile sinterizate.

Tot ca materiale metalice de adaos pot fi considerate şi pulberile metalice depuse în rost sub stratul de flux, care se topesc tot cu ajutorul arcului electric format între sârma electrod şi metalul de bază. În această situaţie participarea metalului de bază la cusătură este întrucâtva mai redusă.

Dintre aceste materiale, cele mai utilizate în practică la realizarea îmbinărilor sudate sunt sârmele electrod. În cazul încărcărilor prin sudare pot fi utilizate pe lângă sârmele electrod, sârmele şi benzile cu miez de pulberi, precum şi benzile metalice.

3.1.1. Sârme electrod pentru sudare

Sârmele electrod pentru sudare sunt fabricate prin trefilare în următoarea gamă

de dimensiuni: d = 1,6; 2,0; 2,5; 3,25; 4; 5; 6; 8; 10; 12 mm (în general sârmele cu

diametrul d = 1,6 mm nu mai sunt utilizate la sudarea sub flux, ci la sudarea în atmosferăde gaze protectoare, care a început să înlocuiască în multe situaţii sudarea sub flux ).

Pentru sudarea oţelurilor carbon şi slab aliate sunt utilizate mai des următoarele mărci de sârmă: S10X, S10M1, S12M2, S12M1N1, S12M1MoV, S12Mo, S12MoC, S12C5Mo.

Pentru sudarea oţelurilor înalt aliate cu Cr şi Ni sunt utilizate următoarele mărci de sârmă: SO8C14, S12C17T, S15C25T, SO4Cl9N9, SO6Cl9N9, SO8Cl9N9.

După cum se observă litera „S” reprezintă simbolul sârmei pentru

Page 183: Tehnologia Sudarii Prin Topire

sudare, iar primele două cifre care urmează, indică conţinutul mediu de carbon în sutimi de procent.

Următoarele litere şi cifre reprezintă simbolul elementului chimic schematizat la fel şi în cazul oţelurilor din care rezultă şi conţinutul mediu, spre exemplu: SO4Cl9N9 reprezintă o sârmă pentru sudare având 0,04 % C, 19 % Cr şi 9 % Ni.

În general sârmele electrod pentru sudare se recomandă să fie acoperite prin cuprare cu un strat protector împotriva coroziunii, care mai are şi rolul de a favoriza contactul electric dintre sârmă şi piesele de contact ale intensităţilor de sudare.

Page 184: Tehnologia Sudarii Prin Topire

100

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

3.1.2. Electrozi lamelari (bandă) pentru sudarea sub flux.

Sunt materiale pentru sudare care s-au dezvoltat recent şi au fost extinse datorită

productivităţii ridicate pe care o asigură la încărcarea prin sudare.În funcţie de tehnologia de fabricaţie se împart în:

- Benzi metalice- Benzi cu miez de pulberi- Benzi sinterizate

Benzile cu miez de pulberi pot fi utilizate atât la sudarea sub flux, cât şi la sudarea în gaze protectoare.

Benzile metalice pot fi aliate sau nealiate şi sunt utilizate cu fluxuri neutre, respectiv cu fluxuri ceramice aliate. Sunt utilizate la „placarea” oţelurilor cu straturi având proprietăţi speciale.

În cazul placării cu oţelurilor înalt aliate inoxidabile, de obicei pentru primul strat se utilizează un tip de electrod bandă care formează aşa numitul strat tampon cu plasticitate mare, iar straturile următoare se realizează cu ajutorul altor tipuri de electrozi bandă care asigură proprietăţile dorite ale metalului încărcat. Alegerea compoziţiei chimice a diferitelor tipuri de electrod lamelar se face în concordanţă cu diagrama Schaeffler.

Electrozi bandă cu miez de pulberi.Benzile cu miez de pulberi sunt utilizate în special la încărcarea cu

straturi dure şi sunt alcătuite după cum rezultă din fig. 3.3 dintr-o manta metalică din tablă profilată în interiorul căreia se găsesc pulberile de feroaliaje destinate alierii.

Fig. 3.3. Secţiunea transversală a electrozilor lamelari cu miez de pulberi.

1 – manta din tablă; 2 – miez de pulberi

Productivitatea de depunere este foarte bună obţinându-se până la 30 kg metal depus/ oră.

Electrozi bandă sinterizaţi (ceramici).Benzile sinterizate sunt materiale înalt aliate utilizate la încărcarea

straturilor cu proprietăţi speciale.Spre exemplu pot fi încărcate prin sudare aliaje pe bază de Co şi carburi de W

sau aliaje inoxidabile şi de înaltă refractaritate, având % C < 0,002.Există o corelaţie între compoziţia chimică a stratului depus şi a

Page 185: Tehnologia Sudarii Prin Topire

101

electrodului bandă în funcţie de fluxul de sudare ales, ceea ce impune utilizarea anumitor cupluri flux– electrod.

Page 186: Tehnologia Sudarii Prin Topire

102

3. SUDAREA SUB FLUX

3.1.3. Fluxuri pentru sudare.

Fluxurile întrebuinţate la procesele de sudare cu arc electric acoperit sunt materiale granulare având fracţiunea de bază cuprinsă între 0,5 şi 4 mm.

Funcţiile principale pe care le îndeplinesc fluxurile pentru sudare sunt prezentate în continuare:

- reducerea tensiunilor de ionizare a mediului gazos din spaţiul arcului elec- tric, pentru asigurarea stabilităţii procesului de sudare

- protecţia zonelor în care are loc sudarea împotriva acţiunii dăunătoare a mediului ambiant

- reducerea cantităţilor de impurităţi din baia lichidă de metal- alierea metalului cusăturii cu elemente dorite- eliminarea gazelor produse în timpul sudării- răcirea lentă a băii şi a cusăturii sudate- formarea cusăturii

Pentru realizarea acestor funcţii fluxurile pentru sudare trebuie să îndeplinească

anumite condiţii:- zgura formată trebuie să fie compactă şi suficient de fluidă şi cu

acţiune chimică favorabilă- temperatura de topire şi de solidificare a fluxului respectiv a zgurii să fie

sub temperatura de topire – solidificare a metalelor care se sudează

- densitatea zgurii să fie cât mai mică faţă de densitatea metalului topit- intervalul de solidificare al zgurii să fie cât mai îngust (fluxuri

scurte), pentru ca aspectul sudurii să fie cât mai uniform- să dezvolte cât mai puţine gaze la topire

Clasificarea fluxurilor pentru sudare se poate face după modul de fabricaţie (fluxuri topite, aglomerate sau amestecate), după granulaţie (fine, medii sau cu granulaţie mare) şi după compoziţia chimică (cu oxizi de calciu, magneziu şi siliciu; oxizi de mangan şi siliciu; oxizi de aluminiu şi titan; oxizi de aluminiu şi calciu, magneziu; oxizi de calciu, magneziu, mangan şi fluorură de calciu).

3.1.4. Proprietăţile fluxurilor în funcţie de modul de fabricaţie şi de compoziţia chimică.

Fluxurile topite se folosesc cu precădere pentru sudarea structurilor

Page 187: Tehnologia Sudarii Prin Topire

103

din oţel carbon şi slab aliate cu Mn. Sunt fluxurile cu ponderea cea mai mare de utilizare (cca 95 % din totalul de fluxuri utilizate în România).

Componenţii care se topesc pentru a forma fluxurile topite fac parte dinurmătoarele materiale: Si O , minereu de Mn, Ca CO , Mg CO , Al

O , Ti O , Ca F ,2 3 3 2 3 2 2

Page 188: Tehnologia Sudarii Prin Topire

F2

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Na O, (K O), Na Al F .2 2 3 6

Caracteristica fluxurilor topite este reactivitatea mult mai redusă cu metalul

topit, faţă de reactivitatea componentelor înainte de topire.Fluxurile topitenu pot fi obţinutela o bazicitate mult prea ridicată (maximum2 – 2,3). Bazicitatea unui flux este raportul dintre oxizii bazici şi oxizii acizi pe care îi

conţine dat de coeficientul lui Boniszewski:

B0 =CaO + CaF2

SiO2 + 0,5(Al2O3 + TiO2 + ZrO2 )

A – flux acid, având bazicitatea sub 1,1B – flux bazic, având bazicitatea 1,2 – 2,0BB – flux cu bazicitate ridicată, mai mare de 2

S-a constatat experimental că odată cu creşterea bazicităţii fluxului creşte tenacitatea metalului depus prin sudare (scade temperatura de tranziţie). De asemenea s-a mai observat că odată cu creşterea bazicităţii fluxului şi a conţinutului acestuia în Ca

scade conţinutul de S şi Si în metalul depus.Fluxurile ceramice şi fluxurile sinterizate.Fluxurile ceramice şi fluxurile sinterizate sunt mai des utilizate la sudarea oţelurilor

de înaltă rezistenţă cu limita de curgere ridicată precum şi la sudarea oţelurilor inoxidabileşi refractare.

Spre deosebire de fluxurile topite aceste fluxuri au o reactivitate deosebită asupra metalului topit, întrucât prin amestecarea mecanică a componentelor şi prin aglomerarea lor cu ajutorul unui liant, nu se produc reacţii nedorite, care să diminueze reactivitatea favorabilă a fiecărui component.

Având în vedere reactivitatea ridicată a acestor fluxuri ele se pot adăuga fluxurilor

topite, pentru a le face mai active.Fluxurile ceramice conţin componenţi higroscopici şi din acest motiv

ele trebuie protejate în timpul depozitării împotriva umidităţii atmosferice.În fluxurile ceramice se pot introduce dezoxidanţi şi elemente de aliere, feroaliaje

sau pulberi metalice, care favorizează obţinerea unei cusături cu puritate ridicată şi cu un conţinut dorit de elemente de aliere.

Faţă de fluxurile ceramice, fluxurile sinterizate având o masă mai compactă, sunt mult mai puţin higroscopice şi au o rezistenţă mai mare la sfărâmare.

În continuare sunt prezentate principalele efecte caracteristice unor

Page 189: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2

componente conţinute în fluxurile de sudare:- Si O este un zgurifiant bun, măreşte vâscozitatea zgurii, ceea ce

permite utilizarea unor curenţi mari de sudare. Acţiunea metalurgică este redusă.

- Ca O este de asemenea un zgurifiant bun cu reactivitatea puternică asupra metalului topit. Influenţează pozitiv asupra stabilităţii arcului. Îmbunătăţeşte proprietăţile mecanice ale metalului depus mărindu-i tenacitatea. Este însă higroscopic.

Page 190: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2

2

s

s

2

s

s

2

s

2

s

3 2

2

3. SUDAREA SUB FLUX

- Mg C are efecte asemănătoare ca şi Ca O, dar cu o acţiune mai puţin energică.- Mn O limitează sudarea cu intensităţi mari de curent, dar

favorizează adâncimea de pătrundere şi creşterea vitezei de sudare, micşorând în acelaşi timp sensibilitatea de formare a porilor.

- Ca F fluidizează zgura, favorizează trecerea elementelor nemetalice în

zgură, dar înrăutăţeşte stabilitatea arcului datorită ionilor F.În general se pot face următoarele remarci asupra caracteristicilor

fluxurilor în funcţie de componente:- Fluxuri având Ca O +Mg O +Si O

> 50 % sunt sensibile la ulei, oxizi şi

rugină. Această sensibilitate scade odată cu creşterea conţinutului deSiO . Sunt utilizate la sudarea cu viteză medie de sudare (v ? 0,8 m/ 2 s

min) şi pentru intensităţi mari ale curentului de sudare (I < 2500 A într-un strat)

- Fluxuri având Mn +SiO > 50 % sunt puţin sensibile la impurităţi.Îmbogăţeşte cusătura cu Mn şi măreşte rezistenţa la rupere, sunt utilizate la viteze mai mari de sudare (v > 0,8 m/ min) şi pentru inensităţi reduseale curentului de sudare (I

= 1100 A).

- Fluxuri având Al O + TiO > 45 % utilizate de obicei la relizareaîmbinărilor de colţ cu viteze de sudare relativ mari şi cu intensităţi reduse ale curentului de sudare (I < 900 A).

- Fluxuri având Al O + CaO + MgO > 45 % iar Al O = 20% sunt2 3 2 3

utilizate la îmbinări circulare şi la suduri obişnuite în mai multe straturi,bazicitatea fiind destul de ridicată. Nu este posibilă utilizarea unor intensităţi mari ale curentului de sudare (I = 1000 A).

- Fluxuri având CaO + MgO + MnO +CaF

> 50 % iar SiO < 20 %

având un caracter bazic sunt utilizaţi mai ales atunci când este dorită reducerea conţinutului de Si şi de H din sudură. Curentul de sudare este limitat (I = 800 A).

Cupluri flux – sârmă recomandate la sudarea cu arc electric acoperit. Alegerea cuplului flux – sârmă se realizează în funcţie de materialul care trebuie

Page 191: Tehnologia Sudarii Prin Topire

sudat şi de proprietăţile pe care trebuie să le îndeplinească metalul depus prin sudare.

În continuare în tabelul 4.5 şi 4.6 sunt prezentate unele posibilităţi de alegere a cuplului flux – electrod, pentru sudarea diferitelor tipuri de oţeluri.

3.2. Tehnologia de sudare sub strat de flux.

În cazul sudării sub flux procesul tehnologic este mecanizat, iar parametrii regimului de sudare sunt controlaţi în timpul sudării numai prin intermediul instrumentelor de măsură şi dacă e cazul ei se reglează de la pupitrul de comandă al aparatului.

Page 192: Tehnologia Sudarii Prin Topire

p

0

p

1

s

e e

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Din acest motiv este necesară cunoaşterea influenţei diferiţilor parametrii sau factori care concură la execuţia unei suduri de calitate şi este necesară reglarea iniţială corectă sau ajustarea unor parametrii în faza imediat următoare pornirii operaţiei de sudare.

3.2.1. Forma cusăturii executate sub strat de flux.

Intensitatea mult mai mare a curentului de sudare caracteristică sudării sub flux, determină o formă specifică a cusăturii caracterizată printr-o adâncime

de pătrundere h coeficientul de formă Ψ şi printr-un aşanumitul coeficient de umplere u, care reprezintă raportul dintre suprafaţa S , formată din lăţimea sudurii B, cu adâncimea de pătrundere h şi secţiunea metalului topit S , corespunzătoare participării metalului de bază (fig. 3.4).

Datorită adâncimii mari de pătrundere a sudurii, la

execuţiaîmbinărilor cap la cap, în special la

Fig. 3.4. Caracteristicile geometrice alesudurilor executate sub flux.

sudarea stratului de rădăcină, existăpericolul de străpungere, dacă nu se

reduce distanţa între table şi nu se măreşte înălţimea porţiunii neteşite.Tot datorită adâncimii mari de pătrundere participarea metalului de bază

b are valori ridicate (de la 20 % - 85 %), iar coeficientul de formă Ψ = B/hp

are valori mai reduse (3,1 -1,3), pentru curenţi de 700 A respectiv 1400 A.

3.2.2. Parametrii regimului de sudare sub strat de flux .

Principalii parametrii ai regimului de sudare sub flux sunt: curentul de sudare I , tensiunea arcului U , viteza de sudare v , felul curentului (c.c. sau c.a.), polaritatea şidiametrul d

s

şi viteza v

s

a sârmei electrod. Pe lângă aceştia în timpul sudării intervin o

serie de factori tehnologici cum sunt lungimea liberă a sârmei electrod, granulaţia fluxului, înălţimea stratului de flux şi înclinarea electrodului sau a

Page 193: Tehnologia Sudarii Prin Topire

piesei.

3.2.2.1. Curentul de sudare.Intensitatea curentului de sudare are o influenţă directă asupra cantităţii

de căldură degajată de arcul electric şi ca urmare influenţează cantitatea de metal topit din electrod şi mai cu seamă din metalul de bază. Odată cu creşterea suprafeţei băii metalice creşte şi cantitatea de flux topit.

Page 194: Tehnologia Sudarii Prin Topire

3. SUDAREA SUB FLUX

Fig. 3.5. Influenţa intensităţii curentului de sudare asupra adâncimii de pătrundere.

Odată cu creşterea curentului de sudare creşte şi adâncimea de pătrundere (la o creştere a curentului de 70 A rezultă o creştere de 1 mm). Lăţ imea sud ur ii r ămâne ne schimbat ă la cr e şter ea curentului sau în unele situaţii chiar poate să scadă. Variaţia formei cusăturii şi a adâncimii de pătrundere şi a lăţimii în funcţie de curentul de sudare se poate observa în fig. 3.5 a şi b, în fig.3.6 şi 3.7,

La sudarea cu curenţi

Fig. 3.6. Corelaţia dintre intensitatea curentului de sudare Is

Page 195: Tehnologia Sudarii Prin Topire

şi adâncimea de pătrundere hp

pentru diferite diametre ale electrodului d

e (v

s = 40 m/h)

Page 196: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

mari datorită coeficientului de formă Ψ cu valori mici, poate apărea transcristalizarea (cristale columnare până în mijlocul sudurii) şi formarea fisurilor de cristalizare la locul de întâlnire a celor două fronturi de cristale (în axa mediană a sudurii, fig. 3.5)

3.2.2.2. Tensiunea arcului.Tensiunea arcului este practic direct proporţională cu lungimea arcului.

Tensiunea mică (minimum 22 -24 V) caracterizează un arc scurt şi o ionizare intensă a coloanei arcului datorită substanţelor stabilizatoare aflate în flux.

În acest caz, lăţimea cusăturii şi cantitatea de flux topit este mică. Odată cu creşterea tensiunii arcului, creşte lăţimea cusăturii, scade supraînălţarea, iar adâncimea de pătrundere scade (la o creştere a tensiunii arcului de 1,5 V, are loc o creştere a lăţimii cusăturii de aproximativ 1 mm şi o scădere a adâncimii de pătrundere de aproximativ0,7 mm). Tensiunea maximă cu care se poate suda nu trebuie să depăşească 40 – 45 V.

Tensiunea arcului nu este voie să fie prea redusă, întrucât capătul electrodului poate să ajungă în rost sub nivelul suprafeţei piesei caz în care pot apărea fisuri de cristalizare (la mijlocul cusăturii unde se întâlnesc fronturile de cristalizare).

Variaţia formei cusăturii sub acţiunea tensiunii arcului se poate observa din figurile 3.7, 3.8 şi 3.9

Fig. 3.7. Influenţa tensiunii arcului asupra lăţimii cusăturii şi asupra adâncimii de pătrundere.

Fig. 3.8. Influenţa tensiunii arcului U

a

asupra adâncimii de

Page 197: Tehnologia Sudarii Prin Topire

pătrundere hp

pentru diferite intensităţi alecurentului de sudare.

Page 198: Tehnologia Sudarii Prin Topire

sI

a e

3. SUDAREA SUB FLUX

Fig. 3.9. Influenţa tensiunii arcului U

a asupra lăţimii

cusăturii B pentru polaritatedirectă cc- şi pentru

polaritate inversă cc+.

= 550 A; v = 24 m/h; d

= 5 mm.

3.2.2.3. Viteza de sudare.Viteza de sudare influenţează în mare măsură forma şi dimensiunile

cusăturii sudate. La sudarea cu viteze mici (minim 12 m/h), lăţimea cusăturii este mare, iar adâncimea de pătrundere relativ redusă. Creşterea exagerată a lăţimii sudurii poate conduce la revărsări ale metalului topit şi la reduceri ale adâncimii de pătrundere. Datorită supraîncălzirii băii structura sudurii e necorespunzătoare.

Odată cu creşterea vitezei de sudare scade lăţimea cusăturii şi creşte uşor adâncimea de pătrundere. La viteze peste 50 m/h arcul se înclină puternic (rămâne în urmă), sudura se formează necorespunzător în sensul că se reduce aderenţa dintre baia metalică solidificată şi componentele sudate. La creşterea vitezei de sudare lăţimea, pătrunderea şi netezirea cusăturii se reduc, sudura devine mai bombată şi mai aspră, iar consumul de flux mai mare. datorită solidificării rapide a băii, creşte predispoziţia de formare a porilor. Ca efect favorabil al creşterii vitezei de sudare este reducerea zonei influenţate termic.

Domeniul optimîn care trebuie să se situeze viteza de sudare are limitele 18 -35 m/h. În fig. 3.10 a, b şi în figurile 3.11 şi 3.12 este prezentată influenţa vitezei de

sudare asupra formei cusăturii.

3.2.2.4. Natura curentului.

Page 199: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Curentul utilizat la sudarea sub flux poate fi continuu sau alternativ. Curentul alternativ se utilizează din ce în ce mai puţin, în cazuri speciale.

Page 200: Tehnologia Sudarii Prin Topire

ðð

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Fig. 3.11. Influenţa vitezei de sudare asupra adâncimii de

Fig. 3.10. Influenţa vitezei de sudare pătrundere hp

şi asupra lăţimiiasupra formei cusăturii. cusăturii B.

Fig. 3.12. Influenţa vitezei de sudare pentru diferite densităţi

de curent , asupracoeficientului de participare a

metalului de bază b la sudarea de încărcare.

Actualmente sunt utilizate aproape exclusiv instalaţiile de sudare sub flux cu curent continuu având conectat electrodul la polul + (polaritate inversă).

Se recomandă sudarea cu polaritate inversă întrucât randamentul arcului este

mai bun şi se îmbunătăţeşte totodată forma şi aspectul cusăturii. Fluxurile bazice având proprietăţi ionizante reduse impune folosirea obligatorie a curentului continuu cu polaritate inversă (cc+).

Page 201: Tehnologia Sudarii Prin Topire

3. SUDAREA SUB FLUX

3.2.2.5. Diametrul sârmei electrod.Sârma electrod prin diametrul pe care îl are influenţează într-o oarecare măsură

lăţimea sudurii şi adâncimea de pătrundere.Astfel la diametre reduse ale sârmei electrod, densitatea curentului este

mare şi determină o creştere a adâncimii de pătrundere. Lăţimea cusăturii este şi ea influenţată într-o oarecare măsură de diametrul sârmei electrod şi anume la sudarea cu diametre mici se obţin cusături mai înguste.

Întrucât diametrul sârmei este determinant asupra cantităţii de metal de adaos, este necesară o corelaţie între diametrul sârmei, viteza de înaintare a sârmei şi intensitatea curentului de sudare.

Prin utilizarea unor sârme cu diametrul mai mare, adâncimea de pătrundere este mai mică, dar se obţine o cusătură cu lăţimea mai uniformă şi cu un coeficient de formă mai favorabil (Ř ? 1,3).

În concluzie între diferiţii parametrii care se pot alege la sudare există o corelaţie care determină pentru condiţiile date o anumită formă a cusăturii sudate.

3.2.3. Influenţa factorilor tehnologici la sudarea sub flux.

3.2.3.1. Lungime liberă a sârmei electrodLungime liberă a sârmei electrod este condiţionată de densitatea de

curent şi de viteza de avans a electrodului. (La densităţi mari de curent şi la viteze mici ale vitezei de avans a electrodului lungimea liberă a electrodului trebuie să fie cât mai mică pentru a nu se supraîncălzi).

Încălzirea prin efect Joule a lungimii libere a sârmei electrod, determină o creştere a vitezei de topire a sârmei şi deci influenţează asupra formei cusăturii şi asupra participării b a metalului de bază la cusătură (la creşterea lungimii libere scade b).

În general valorile optime ale lungimii libere sunt cuprinse între 20 mm (pentru sârme cu diametrul φ 2mm) şi 50 mm (pentru sârme cu diametrul φ 5 mm).

În continuare în tabelul 3.1 sunt indicate unele valori recomandate ale lungimii libere a electrodului.

Tabelul 3.1. Lungimea liberă a sârmei electrod recomandatăla sudarea sub flux.

Diametrulelectrodului, mm

1,6 2,0 2,5 3 4 5 6 7 8

Lungimea liberă,mm

25 20 25 35 45 50 65 85 100

Page 202: Tehnologia Sudarii Prin Topire

În cazul sudării în mai multe straturi în rosturi adânci, lungimea liberă, variază

de la un strat la altul şi trebuie controlată pentru a nu fi influenţată forma şi calitatea

Page 203: Tehnologia Sudarii Prin Topire

110

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

diferitelor straturi depuse.În cazul rosturilor foarte adânci este necesară o adaptare a pieselor de

contact astfel încât lungimea liberă a electrodului să se situeze în limitele admise.

3.2.3.2. Granulaţia fluxuluiGranulaţia fluxului influenţează formarea cusăturii, precum şi modul de

evacuare a gazelor degajate în timpul sudării. Alegerea granulaţiei fluxului se face în funcţie de intensitatea curentului de sudare şi de viteza de sudare. În cazul intensităţilor mari de curent baia este voluminoasă, cantitatea de gaze degajate este mare, deci fluxul trebuie să fie permeabil. O granulaţie mare care e permeabilă produce însă asperităţi foarte mari ale sudării, ceea ce creează un aspect neuniform al sudurii şi impune alegerea unei granulaţii mici a fluxului. O compensare asupra uniformităţii suprafeţei cusăturii, atunci când sunt utilizate granulaţii mari de flux, se poate obţine prin creşterea tensiunii arcului (2 – 5 V), care măreşte presiunea arcului asupra băii şi uniformizează asperităţile de pe suprafaţa sudurii.

Şi în cazul sudării cu intensităţi mici, pot fi utilizate granulaţii fine ale fluxului, ceea ce favorizează stabilitatea procesului de sudare şi obţinerea unor suduri plate cu aspect uniform. În general la creşterea intensităţii de curent se recomandă o scădere a granulaţiei fluxului.

3.2.3.3. Înălţimea stratului de fluxÎnălţimea stratului de flux se alege în funcţie de energia liniară de

sudare respectiv în funcţie de intensitatea curentului de sudare.Odată cu creşterea intensităţii curentului de sudare creşte şi presiunea

gazelor din arculelectric, decise impune o mărire a înălţimii stratuluide flux. Prin aceastaeste preîntâmpinată expulzarea granulelor de flux din zona în care se sudează şi se evită stropirea cu metal topit şi este împiedicată pătrunderea gazelor din atmosferă în metalul topit.

În general înălţimea stratului de flux este aproximativ egală cu lungimea liberă a sârmei electrod. Această alegere se face de obicei din consideraţiile de ordin constructiv ale instalaţiilor de sudare.

Creşterea înălţimii stratului de flux duce la îmbunătăţirea aspectului cusăturii (cusătura devine plată) şi este posibilă creşterea curentului de sudare, dar se măreşte şi consumul de flux.

3.2.3.4. Înclinarea sârmei electrodÎnclinarea sârmei electrod influenţează direcţia şi constrângerea arcului

elec- tric de sudură, ceea ce are implicaţii asupra formei şi dimensiunilor cusăturii.

Page 204: Tehnologia Sudarii Prin Topire

111

Sârma electrod se poate înclina cu vârful înainte sau înapoi (fig 3.13 a şi b) faţă de sensul de sudare. La înclinarea cu vârful înainte a sârmei electrod odată cu scăderea unghiului á scade şi adâncimea de pătrundere, dar trecerea stropilor spre baie este

Page 205: Tehnologia Sudarii Prin Topire

te observa în fig. 3.13 c şi d.

112

3. SUDAREA SUB FLUX

uşurată mai ales la vitezele mari de sudare (picăturile nu rămân în urma arcului).Înclinarea sârmei electrod este utilizată cel mai des la sudarea cu arcuri

multi- ple, unde poate favoriza creşterea vitezei de sudare.Influenţa unghiului de înclinare a electrodului asupra adâncimii de pătrundere

se poa

Fig. 3.13. Variaţia adâncimii de pătrundere a cusăturii în funcţie de unghiul de înclinare a electrodului (d

e = 6 mm, I

s = 1000 A, U

a = 34 – 36 V)

3.2.3.5. Înclinarea pieseiÎnclinarea piesei în timpul sudării influenţează asupra formării cusăturii, după

cum rezultă din fig. 3.14.Cele mai caracteristice cazuri din practica la care intervine înclinaţia

pieselor se întâlnesc la sudarea exterioară sau interioară pe circumferinţă a rezervoarelor, având axul longitudinal în poziţie orizontală.

Fig. 3.14. Influenţa poziţiei piesei as formei cusăturii.a) la sudarea ascendentă; b) la sudarea descendentă

Cu cât diametrul circumferinţei este mai mic, cu atât se face mai simţită

Page 206: Tehnologia Sudarii Prin Topire

113

influenţa înclinaţiei piesei asupra formării cusături.

Page 207: Tehnologia Sudarii Prin Topire

114

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Odată cu înclinarea piesei faţă de orizontală, adâncimea de pătrundere şi lăţimea cusăturii variază, iar aderenţa în metalul de bază scade.

Nu este raţională folosirea înclinării piesei pentru creşterea adâncimii de pătrundere, întrucât datorită scăderii lăţimii cusăturii şi a coeficientului de formă, cusătura

poate fisura.În fig. 3.15 este prezent

ată influenţa poziţiei electrodului, respectiv a înclinaţiei faţă de planul orizontal a băii de sudură, asupra formei cusăturii. Din fig.3.15 se observă că odată cu înclinarea suprafeţei pe care se sudează, faţă de planul orizontal, baia are posibilităţi mai mari descurgere şi cusătura rezultată este mai plată

Fig. 3.15. Influenţa poziţiei electroduluiasupra formei cusăturii circulare. având o pătrundere mai mică. La

unghiuri mari de înclinare, zgura având fluiditate

mare poate pătrunde în rost sub cusătură, formând incluziuni de zgură, fig. 3.15 c.În cazulcusăturilor circulare, este necesară o corelaţie între grosimea

tablei, respectiv între intensitatea curentului şi diametrul recipientului care este prezentată în fig. 3.16.

Fig. 3.16. Intensitatea curentului la sudarea cusăturilor circulare.a- cusături circulare cu diametrul sub 500 mm

b- cusături circulare cu diametrul 500 – 1500 mm sudate într-un singur strat

Problemele deosebite ridică execuţia cusăturilor circulare cu diametrul sub 500 mm, datorită condiţiilor dificile de formare a cusăturii şi menţinerii

Page 208: Tehnologia Sudarii Prin Topire

115

stratului de flux. Diametrul sârmelor de electrod este de 1,2 – 2,5 mm pentru cusături cu diametrul 40 -300 şi de 2 –

3,25 mm la diametre cuprinse între 250 – 500 mm. Poziţia sârmei faţă de piesă trebuie să

fie radială deplasată cu un unghi β = 10 -150 în sens contrar sensului de rotire.Pentru a se evita porii în cusătură este necesară o tensiune cu ceva mai ridicată

(30 V, la 250 A). Evitarea fisurilor se poate face prin reducerea diametrului sârmei, prin

Page 209: Tehnologia Sudarii Prin Topire

3. SUDAREA SUB FLUX

mărirea uşoară a tensiunii, iar raportul Mn / Si trebuie să depăşească valoarea de 1,7.

La sudarea cusăturilor circulare mai mari de 500 mm la cusături într-un strat, unghiul de deplasare a sârmei β = 2 – 30 faţă de verticală, în sens invers sensului de rotaţie. În cazul cusăturii în mai multe straturi, la primul strat se deplasează sârma cu circa 10 în sensul de rotaţie, iar la următoarele straturi cu 1 – 20 în sens invers sensului de rotaţie.

La sudarea cusăturilor circulare cu diametrul peste 1500 mm sârma se poate situa pe axul vertical al diametrului piesei cilindrice, admiţându-se abateri de 10 – 20mm de o parte şi de alta. Aceasta nu influenţează calitatea cusăturii întrucât curbura piesei este mai mică şi curgerea băii sau a fluxului sunt minime.

În practică nu se recomandă sudarea urcătoare pe piese cu înclinaţie mai mare de 8 – 100 sau sudarea coborâtoare pe piese cu înclinaţie mai mare de 4 – 70.

3.2.3.6. Susţinerea băii de sudură.Susţinerea băii de sudare este un factor tehnologic important care poate

influenţa calitatea sudurii.La sudarea sub flux datorită volumului mare a băii metalice şi a

adâncimii mari de pentru, sunt necesare unele măsuri pentru împiedicarea scurgerii metalului topit. Susţinerea stabilă a băii de sudură asigură o funcţionare liniştită şi uniformă a instalaţiei de sudare şi favorizează obţinerea unei calităţi corespunzătoare a cusăturii.

În practică sunt utilizate următoarele metode de susţinere a băii metalice:- Susţinerea băii pe suport nefuzibil din cupru (fig. 3.17).

Susţinerea băii pe suport din cupru se foloseşte la diferite tipuri de îmbinări, de obicei la cusături rectilinii cu lungimi până la 2 – 3 m, la grosimi de table de 8 – 10 mm, chiar de 20 – 30 mm. În toate cazurile se impune aşezarea strânsă a pieselor pe garnitura din cupru, a cărei dimensiuni trebuie sa asigure o capacitate suficientă de absorbţie a căldurii, pentru a nu se topi şi cuprul.

La sudarea tablelor mai subţiri, garnitura din cupru se face fără canal, pe când la sudarea tablelor mai groase se recomandă garniturile din cupru prevăzute cu canal. Din tabelul anexat figurii 3.17 rezultă dimensiunile caracteristice ale garniturilor din cupru.

În cazul îmbinărilor de colţ, dacă este utilizată garnitura din cupru, aceasta este teşită, pentru a face contact bun cu piesa şi pentru a permite umplerea cu metal topit a rădăcinii.

În cazul în care garnitura din cupru este suprasolicitată termic aceasta poate fi prevăzută cu un sistem de răcire cu aer sau chiar cu canale prin care trece apă de răcire.

Este absolut necesară o etanşare bună a acestor tipuri de garnituri din

Page 210: Tehnologia Sudarii Prin Topire

cupru pentru ca apa să nu ajungă în zona de sudare, întrucât ar compromite sudura.

În general calitatea cusăturilor este asigurată prin strângerea cât mai bună între garnitură şi piesele sudate prin care transferul termic este uniform, iar umplerea rostului se face fără dificultăţi.

Page 211: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Fig. 3.17. Susţinerea băii metalice cu suport din cupru.

Întrucât cuprul este un material scump, s-au încercat şi variante de garnituri glisante care se deplasează odată cu dispozitivul de sudare. Şi în acest caz strângerea trebuie să fie fără dificultăţi.

Întrucât cuprul este un material scump, s-au încercat şi variante de garnituri glisante care se deplasează odată cu dispozitivul de sudare. Si în acest caz strângerea trebuie să fie cât mai bună.

Înlocuirea cuprului cu aliaje de aluminiu sau cu materiale ceramice nu a dat rezultate mulţumitoare.

- Susţinerea băii pe pernă de flux (fig. 3.18) constă dintr-un strat deflux de 60 – 80 mm grosime care cu ajutorul unui furtun umflat cu aer comprimat, este presat în partea inferioară a rostului sudurii.

Fig. 3.18. Modul de susţinere a sudurii cu pernă de flux.

Pentru protejarea furtunului de cauciuc faţă de acţiunea zgurii topite, se introduc plăci aşezate cap la cap prin intermediul cărora fluxul este presat în sus.

S-a constatat că uneori aspectul rădăcinii se îmbunătăţeşte prin adăugarea unei fâşii de hârtie pe suprafaţa interioară a piesei care se sudează.

Page 212: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Dacă presiunea aerului nu este corespunzătoare, rezultă cusături denivelate (la

Page 213: Tehnologia Sudarii Prin Topire

3. SUDAREA SUB FLUX

presiune mică) sau supraînâlţate şi cu rost neumplut (la presiune mare).În tabelul anexat figurii 3.18 sunt date presiunile optime ale aerului din

furtun, în funcţie de grosimea materialului. Pentru a nu se ridica tablele de pe suport sub acţiunea presiunii din partea inferioară, este necesară strângerea tablelor pe suport (mecanic, electromecanic, cu greutăţi etc).

La sudarea pe pernă de flux nu mai este impusă eliminarea denivelării tablelor, dar în general se impune reducerea rădăcinii.

Întrucât fluxul poate să conţină de multe ori unele impurităţi, la rădăcină se produc pori şi incluziuni nemetalice. Diminuarea acestora se poate face prin utilizarea unui suport de susţinere în care fluxul s-a înlocuit cu cărămidă refractară măcinată şi cernută la granulaţia fluxului. (Se recomandă mai ales cărămizile refractare cu bază de alumină rezultate de la repararea zidăriei cuptoarelor).

- Susţinerea băii prin asigurarea unei pătrunderi parţiale.Aceasta este o altă posibilitate de susţinere a băii metalice prin însăşi

materialul netopit de la rădăcină. Susţinerea băii prin această metodă se poate face la materiale cu grosimea peste 10 mm şi uneori chiar la materialele cu grosime peste 6 mm. Este necesară însă o păsuire perfectă a celor două componente pentru a nu permite pătrunderea metalului topit între marginile nepătrunse ale componentelor.

După executarea primului cordon de sudură şi după întoarcerea materialelor, se execută sudura de completare.

Sudura de completare este aplicată pe partea opusă faţă de prima sudură şi trebuie să se întrepătrundă cu aceasta pe o adâncime de aproximativ 2 – 6 mm (în funcţie de grosimea tablelor).

- Susţinerea băii cu ajutorul garniturii fuzibile.Garnitura fuzibilă se execută de obicei din acelaşi material ca piesele de

sudat sau din orice oţel cu sudabilitate mai bună. La această metodă scurgerea băii este împiedicată de o garnitură care este parţial topită în timpul sudării şi rămâne să facă parte din îmbinare.

Condiţia esenţială pentru asigurarea unei cantităţi corespunzătoare a îmbinării este ca garnitura să fie suficient de groasă pentru a nu fi străpunsă la sudare. De asemenea este necesară o fixare bună a acestei garnituri de ambele piese pentru a se asigura etanşeitatea în partea de jos a rostului, chiar dacă materialele suferă dilatări şi contracţii în timpul sudării. Mai este necesară o curăţire bună a acestei garnituri înainte de montare pentru a nu impurifica baia cu substanţe dăunătoare sudurii (oxizi, substanţe organice etc).

Ca o variantă de garnituri mai pot fi utilizaţi electrozi înveliţi speciali, culcaţi în lungul rostului care se topesc sub acţiunea căldurii degajate la sudarea primului strat.

Page 214: Tehnologia Sudarii Prin Topire

- Susţinerea băii cu ajutorul sudurii executate manual.Cordonul sudat manual poate îndeplini rolul de susţinere a băii

voluminoase care se formează la sudarea automată sub flux. Pentru aceasta componentele care se vor îmbina sunt sudate manual cu electrozi înveliţi pe o grosime redusă. Componentele

Page 215: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

vor fi fixate strâns apropiate între ele pentru ca baia metalică rezultată la sudarea manuală să nu curgă printre componente. După sudarea acestui cordon, materialele se întorc cu un unghi de 1800 şi se sudează pe partea opusă prin procedeul automat de flux.

Pentru obţinerea unei suduri de calitate este necesară o pătrundere certă şi constantă între sudura sub flux şi sudura manuală. Dacă acest lucru nu este asigurat, gazele prinse între sudura manuală şi baia de la sudarea sub flux se dilată şi produc pori. De asemenea locurile nepătrunse de sudura automată sub flux sunt puternici concentratori de tensiuni, care reduc rezistenţa îmbinării.

3.2.3.7. Circuitul curentului de sudare.În cazul sudării sub flux acest factor tehnologic este de multe ori

neglijat şi din acest motiv pot apărea multe defecţiuni ale sudurii.La sudarea cu curenţi mici (500 – 600 A), deci în special al sudarea

semiautomată apar puternice devieri ale arcului sub acţiunea câmpului electromagnetic. Acest lucru se poate manifesta chiar în cazul sudării cu curent alternativ. Datorită acestui fenomen arcul este înclinat în sens contrar locului de intrare a curentului în piesă şi pot rezulta lăţimi şi pătrunderi variabile ale cusăturii.

De aceea se recomandă în special la cusăturile lungi, ca locul de contact cu piesele să se realizeze în mai multe puncte (contact multiplu) sau se impune realizarea unui contact pe garnitura de cupru (atunci când e utilizată).

De asemenea mai prezintă importanţă contactul dintre piesele de contact şi sârma electrod. În cazul contactului defectuos (jocuri sau impurităţi) se produc scânteieri şi rezultă o alimentare neuniformă cu sârmă (la utilajele prevăzute cu sisteme de reglare a vitezei de avans a sârmei în funcţie de parametrii de sudare). În aceste situaţii procesul de sudare decurge defectuos înrăutăţind calitatea îmbinării.

3.2.4. Influenţa factorilor constructivi asupra cusăturii.

Principalii factori constructivi care pot influenţa calitatea îmbinării sudate sunt grosimea pieselor şi configuraţia pieselor, precum şi forma rostului dintre componente.

Natura metalului, caracterizată printr-o anumită variaţie a fluidităţii metalului în stare topită, precum ţi prin anumite proprietăţi termofizice, influenţează forma cusăturii, cristalizarea băii şi transformările structurale din ZIT

Grosimea metalului este de asemenea un factor constructiv care este

Page 216: Tehnologia Sudarii Prin Topire

determi- nant asupra transferului termic din zona sudată, deci asupra calităţii cusăturii.

Aceşti factori pot fi influenţaţi în mai mică măsură de către tehnolog, în schimb

el poate influenţa favorabil calitatea îmbinării, intervenind asupra altor factori, printre care şi asupra pregătirii marginilor pieselor pentru sudare.

Această pregătire influenţează nu numai prin forma ei ci şi prin calitatea execuţiei.

Page 217: Tehnologia Sudarii Prin Topire

H

r

p3> h > h )

3. SUDAREA SUB FLUX

Influenţa pregătirii la sudarea sub flux este mai importantă decât la sudarea manuală, deoarece la sudarea sub flux eventualele variaţii ale dimensiunii şi formei rostului nu pot fi compensate prin modificări simultane a unor parametrii de lucru. Aceste compensări nu pot fi efectuate la sudarea sub flux întrucât locul în care se sudează nu este vizibil, iar parametrii se reglează la începerea operaţiei de sudare şi sunt menţinuţi relativ constanţi până la terminarea stratului de sudură. Şi în cazul sudării sub flux se remarcă o creştere a adâncimii de pătrundere, odată cu creşterea deschiderii rostului. De asemenea adâncimea de pătrundere la sudarea a două table cap la cap este mai mare decât la sudarea de încărcare cu aceeaşi parametrii a unei table de aceeaşi grosime.

Acest lucru se poate explica (fig. 3.19) prin echilibrul care se formează între

presiunea hidrostatică P

a băii de sudare (datorită greutăţii coloanei de metal cu înălţimea

H) şi cu presiunea de refulare a arcului P .La sudarea în rosturi cu deschidere mare, scurgerea de metal topit este

mai intensă, iar înălţimea coloanei de lichid scade micşorând presiunea hidrostatică din partea inferioară a băii. Prin aceasta până la formarea unui nou echilibru, arcul se scufundă maiadânc în material şi pătrunderea creşte, după cum rezultă din fig. 3.19 (h

p2 p1

Fig. 3.19. Influenţa rostului asupra adâncimii de pătrundere a sudurii.

Din acest motiv în cazul neetanşeităţii din partea inferioară a băii, pătrunderea creşte până în momentul opririi scurgerilor de metal. Dacă acest lucru nu se produce poate avea loc o creştere a adâncimii de pătrundere până la străpungerea (perforarea) materialului (chiar în cazul intensităţilor mici de curent).

Pe baza acestui fenomen se bazează şi „crăiţuirea” electrică a metalelor atunci când este necesară înlăturarea unor defecte din piese. Ea se poate deci realiza dacă este asigurată îndepărtarea metalului topit din zona arcului (scurgerea sau îndepărtarea lui cu jet de aer) şi dacă este deci diminuată presiunea hidrostatică locală.

În cazul sudării sub flux se poate considera că adâncimea de pătrundere creşte cu un milimetru pentru fiecare milimetru a deschiderii rostului.

Lăţimea cusăturii B este şi ea influenţată într-o oarecare măsură de deschiderea

Page 218: Tehnologia Sudarii Prin Topire

rostului. Astfel, pentru rosturi de 2 – 3 mm, lăţimea creşte cu 15 – 20 % faţă de

sudareade încărcare (fără rost). Pentru rosturi de 4 – 5 mm lăţimea sudurii este egală cu cea de la sudarea de încărcare, iar pentru rosturi de 6 – 8 mm lăţimea scade cu 15 – 20 %.

Page 219: Tehnologia Sudarii Prin Topire

s

e

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

3.2.5. Calculul şi alegerea parametrilor regimurilor de sudare sub flux.

La sudarea sub flux un calcul exact al parametrilor de sudare este îngreunat datorită condiţiilor extrem de diferite, precum şi datorită diversităţii factorilor care intervin în timpul operaţiei de sudare.

Din acest motiv în practică, unde nu pot fi menţinute condiţiile standard corespunzătoare cu cele preconizate prin calcul, determinarea parametrilor regimului de sudură se face cu aproximaţie, valorile calculate necesitând şi o verificare experimentală.

Parametrii de bază care trebuie prescrişi la sudarea sub flux sunt I , U , d , v

şi numărul de straturi.

s s e s

Prima aproximaţie care se poate face este de a prescrie I = 70 – 80 A pentru fiecare 1 mm grosime a materialului sudat. Intensitatea curentului nu trebuie însă să depăşească valoarea limită admisibilă pentru un anumit diametru al electrodului d , pentrua nu produce supraîncălzirea acestuia.

Alegerea parametrilor de sudare se poate face în funcţie de varianta tehnologică

adoptată, pentru care sunt indicaţi parametrii orientativi în tabele.În general în funcţie de energia liniară aleasă la sudare se poate face o

clasificare convenţională a regimului de lucru adoptat, după cum se observă în tabelul 3.2.

Tabelul 3.2. Regimuri de lucru la sudarea sub flux.

Sudarea îmbinărilor cap la cap la oţeluri cu rezistenţă mărită şi cu granulaţie fină se face numai cu regimuri moi, indiferent de grosimea componentelor. Chiar şi prelucrarea rosturilor la table groase se poate face cu unghiuri cât mai mici, pentru ca volumul metalului topit să fie cât mai redus. În aceste cazuri stratul de la rădăcină se execută manual cu arc electric, iar primele straturi depuse peste sudura manuală se

Page 220: Tehnologia Sudarii Prin Topire

sudează cu regimuri foarte moi (I = 450 A, U

= 26 V, v = 25 – 30 m/h). Prin aceastas a s

desprinderea stratului de zgură se produce singură, ceea ce este deosebit de avantajosatunci când se sudează într-un rost adânc. Sudarea straturilor de umplere se poate apoi executa cu regimurile corespunzătoare calităţii oţelului sudat.

Varianta tehnologică I este aplicată la sudarea tablelor cu rosturi în I având

1 sau 2 straturi sudate.Proprietăţile mecanice ale sudurii sunt destul de scăzute (mai ales rezilienţa),

Page 221: Tehnologia Sudarii Prin Topire

3. SUDAREA SUB FLUX

dar productivitatea este mare şi se obţine şi o economie de material de adaos. Datorită formei cusăturii, tendinţa de formare a fisurilor este mai mare decât la alte tipuri de îmbinări. Nu se aplică la sudarea oţelurilor cu un conţinut de carbon mai mare de 0,22% şi nici într-un caz la sudarea oţelurilor care vor fi exploatate la temperaturi negative.

În tabelul 3.3 sunt date regimurile de sudare recomandate pentru aceastăvariantă.

Tabelul 3.3.Parametrii de sudare pentru îmbinări cap la cap cu rost în I

sudate din două părţi (varianta a I-a).

Varianta tehnologică a II-a aplicată la sudarea cu un număr minim de straturi (tabelul 3.4) cu valori relativ mici ale curentului de sudare (sub 900 A) şi cu un regim cât mai apropiat la diferitele straturi.

Tabelul 3.4.Numărul de rânduri pentru cusăturile care se execută cu varianta tehnologică a II-a.

Page 222: Tehnologia Sudarii Prin Topire

La sudarea tablelor cu grosime mai redusă s-a ţinut seama de acesta şi pentru

Page 223: Tehnologia Sudarii Prin Topire

120

s

s

s

s

e

e

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

primul strat se aleg intensităţi mai reduse ale curentului de sudare I , pentru a nu se

produce străpungerea materialului sudat.Nu se recomandă nici această variantă la sudarea tablelor din oţel

carbon sau din oţel slab aliat, care vor fi exploatate la temperaturi negative.Varianta tehnologică a III-a este aplicată la sudarea oţelurilor carbon

sau slab aliate care urmează să fie exploatate la temperaturi negative precum şi a oţelurilor cu granulaţie fină. La această variantă tehnologică, sudurile sunt executate cu diametremai mari ale sârmei electrod (până la d

= 4 mm) şi cu intensităţi reduse de curent,

urmărindu-se depunerea unui număr sporit de straturi după cum rezultă din tabelul 3.5. Prin aceasta, participarea metalului de bază la cusătură este mai redusă, iar ZIT are o lăţime mai mică. Totodată fiecare strat depus efectuează un tratament termic favorabil al stratului depus anterior.

Viteza de sudare v se calculează în funcţie de formarea băii metalice de sudare, care la rândul ei este dependentă de cantitatea de căldură necesară topirii materialului metalic Q .

Q = A·r·v ·θs s

în care: A – secţiunea transversală a cusăturii cm2 ρ - masa specifică a cusături g/cm3 v– viteza de sudare cm/s θ – 500 cal/g pentru oţel.

3.2.6. Variante ale sudării sub flux utilizate în practică.

Procedeul de sudare sub flux are mai multe variante dintre care pot fi amintite următoarele:

3.2.6.1.Sudarea semiautomată sub flux.Sudarea semiautomată sub flux se foloseşte în special în cazul

cusăturilor de dimensiuni reduse şi în locuri greu accesibile. Datorită lipsei de vizibilitate a rostului care este acoperit cu flux, procedeul este din ce în ce mai mult înlocuit cu procedeele de sudare în atmosferă protectoare.

Caracteristica principală a sudării semiautomate sub flux, precum şi a celorlalte procedee semiautomate este, realizarea mecanizată a vitezei de avans a electrodului şi realizarea vitezei de sudare prin manevrarea manuală a pistoletului de sudare.

Pentru sudare sunt utilizate sârme cu diametrul mic (d = 1,2; 1,63 şi 2 mm) şi intensităţi de curent până la 550 – 600 A, ceea ce diminuează tendinţa de formare a porilor şi a fisurilor în sudură. Prin sudarea semiautomată sub flux se pot realiza cusături cap la cap, de colţ, cusături la table suprapuse etc.

Page 224: Tehnologia Sudarii Prin Topire

121

Faţă de sudarea automată sub flux la care viteza de sudare este uniformă în lungul rostului, la sudarea semiautomată sunt posibile pendulările transversale, ceea ce permite o intervenţie voită asupra lăţimii şi pătrunderii cusăturii.

Page 225: Tehnologia Sudarii Prin Topire

3. SUDAREA SUB FLUX

Întrucât viteza de sudare este menţinută în jurul unei valori prescrise, în funcţie de calificarea sudorului, calitatea sudurii este dependentă şi de factorii subiectivi. În general se recomandă să nu fie utilizate intensităţi mari de curent şi băi metalice prea voluminoase, de către sudori cu calificare inferioară, întrucât pot apărea dificultăţi la sudare.

Un caz particular al sudării semiautomate îl constituie sudarea sub flux mag- netic (metaloceramic) a cărui schemă de principiu se observă în fig. 3.20.

Fig. 3.20. Principiul sudării cu flux magnetic.

Procedeul de sudare sub flux metaloceramic se bazează pe proprietatea fluxului de a se magnetiza şi de a fi atras de sârma neînvelită.

La trecerea curentului electric prin sârma electrod, în jurul sârmei se formează un câmp magnetic circular, datorită căruia granulele de flux se lipesc de sârmă, rezultând un înveliş asemănător cu cel al electrozilor obişnuiţi. Sârma astfel acoperită este împinsă în zona arcului, prin duza de dozare calibrată pentru anumite grosimi ale învelişului de flux (diametrul învelişului d = 6 mm).

Căderea liberă a fluxului în timpul în care nu se sudează este împiedicată cu ajutorul unui magnet permanent din aliaj Al Ni Si (sau cu un electromagnet), având formă inelară.

O funcţionare corectă se obţine numai dacă valoarea intensităţii câmpului mag- netic circular depăşeşte pe cea creată de electromagnet, astfel încât sârma să fie bine învelită cu flux.

La sudarea prin acest procedeu, arcul este descoperit ca şi la sudarea manuală, ceea ce permite supravegherea vizuală a operaţiei de sudare. De asemenea la sudarea cu flux magnetic este posibilă realizarea sudurilor de poziţie fără utilizarea unor dispozitive suplimentare pentru susţinerea fluxului de sudură, iar consumul de flux este redus şi e posibilă executarea cusăturilor cu lungime redusă.

Datorită conţinutului mare de pulbere de fier din flux (aproximativ 20 – 40 % pulbere de fier) şi a participării acestuia la formarea cusăturii, coeficientul de depunere şi productivitatea este mare (productivitatea creşte cu aproximativ

Page 226: Tehnologia Sudarii Prin Topire

35 % faţă de sudarea semiautomată cu flux obişnuit).La sudarea cu curenţi mici împroşcarea cu stropi se reduce, dar la

intensităţi mai mari se măreşte şi ea (este însă mai redusă decât la sudarea manuală cu electrozi înveliţi).

Page 227: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Este posibilă utilizarea unor pulberi magnetice chiar şi la sudarea MIG sau

MAG, după acelaşi principiu ca şi la sudarea cu flux magnetic.Sudarea sub flux magnetic poate fi utilizată atât în varianta automată

dar mai cu seamă în varianta semiautomată. În general însă după extinderea industrială a procedeelor MIG, MAG, sudarea sub flux magnetic este utilizată în mai mică măsură, la fel ca şi sudarea semiautomată sub strat de flux.

3.2.6.2. Sudarea simultană cu arce separate.Sudarea simultană cu arce separate se realizează cu două sau mai multe

capete individuale, care se deplasează pe aceeaşi cusătură. Electrozii capetelor de sudare sunt situaţi la distanţe relativ mari (60 – 200 mm), astfel încât arcele formează băi separate (fig. 3.21).

Fig. 3.21. Schema sudării simultane cu arce separate.

Arcul din spate se găseşte la o distanţă la care solidificarea băii premergătoare este aproape terminată şi prin aceasta cristalizarea acesteia este influenţată favorabil (direcţia de cristalizare se schimbă).

Primul arc necesită un curent cât mai puternic pentru ca pătrunderea să fie cât mai adâncă, iar arcul ulterior necesită o tensiune mai mare, pentru a se obţine o formă a cusăturii mai convenabilă.

Prin această metodă, datorită dozării convenabile în timp şi în spaţiu a energiei totale, se asigură o degazare bună a băii, o reducere a sensibilităţii la fisurare a cusăturii, iar supraîncălzirea metalului de bază este redusă, chiar în cazul energiilor totale de la sudare cu valori mari.

Prin utilizarea unui număr mai mare de capete de sudare se pot suda dintr-o singură parte materiale având grosimi de 140 mm.

Alimentarea arcelor se poate face cu curent continuu (cc+) sau alternativ (ca), cele mai bune rezultate fiind obţinute folosind curent continuu (cc+) pentru primul arc şi curent alternativ pentru următoarele arce.

Page 228: Tehnologia Sudarii Prin Topire

3. SUDAREA SUB FLUX

3.2.6.3. Sudarea sub flux cu arce independente care formează o baie comună.

Sudarea cu două sau mai multe arce care formează o baie comună permite realizarea unor viteze de sudare sporite a cusăturilor lungi. Este varianta de sudare sub flux care asigură cea mai mare viteză de sudare (până la 200 – 250 m/h).

Procedeul poate folosi două sau trei arce, situate la distanţe şi înclinări favorabile, prin care se obţine o baie comună de formă şi dimensiuni convenabile.

În fig. 3.22 este prezentată schema de sudare cu două arce independente în baie comună.

Fig. 3.22. Schema sudării cu arce independente în baie comună.

Primul arc are rolul de a încălzi materialul de bază şi de a asigura pătrunderea. Al doilea arc modelează cusătura asigurându-i o formă favorabilă. Utilizând mai multe arce se poate obţine o extindere a lungimii băii metalice de sudură. Totuşi, extinderea exagerată a băii, poate conduce la formarea incluziunilor de zgură şi de gaze în cusătură.

În construcţia de nave este tot mai răspândită metoda de sudare sub flux cu mai multe sârme electrod, întrucât creşte productivitatea la sudare, iar forma cusăturilor poate fi dirijată în funcţie de cerinţe.

În continuare în fig. 3.23 sunt prezentate variante utilizate în construcţia de nave sau la sudarea cu productivitate mărită a tablelor groase.

3.2.6.4. Sudarea sub flux cu arce gemene.Una dintre cele maiutilizate metode de sudare subfluxcu maimulte arce

este metoda sudării cu arce gemene întrucât necesită utilaje obişnuite la care s-au făcut adaptări minime.

Această metodă foloseşte aceeaşi sursă de curent pentru alimentarea tuturor arcelor, fiind folosit curentul continuu sau curentul alternativ.

Page 229: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Execuţia cusăturii se face cu sârme poziţionate vertical, situate la o anumită distanţă între ele în funcţie de diametrul sârmelor electrod, intensitatea curentului şi poziţia faţă de direcţia de sudare. Viteza de avans este egală pentru ambele sârme electrod.

Principiul procedeului de sudare sub flux cu arce gemene este prezentat în fig. 3.24.

Page 230: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Fig. 3.23. Posibilităţi de sudare sub flux cu mai multe sârme electrod.Poziţia relativă a celor două sârme este determinantă asupra proceselor

care au loc la sudare. Astfel la aşezarea sârmelor în tandem (fig. 3.24 a) adâncimea de pătrundere creşte, ceea ce permite o creştere considerabilă a vitezei

de sudare, în vederea obţinerii unei pătrunderi normale. Prinacest procedeu se pot suda chiar materiale care nu au fost curăţite per- fect întrucât al doilea arc permite eliminarea în bune condiţii a gazelor, ceea ce reduce tendinţa de formare a porilor.

Fig. 3.24. Principiul de sudare sub flux cu arce gemene şi posibilităţile de

aşezare a sârmelor electrod.

La aşezarea combinată a sârmelo r (fig. 3.2 4 c) se o bţ in avantajele ambelor moduri de aşezare, dar efectele rezultate sunt diminuate.

Viteza de avans a celor două sârme trebuie să fie identică, întrucât lipsa sincronismului poate provoca încărcări neuniforme cu curent ale arcelor, ceea ce poate conduce la defecte (neuniformităţi de topire, incluziuni de zgură, pori

Page 231: Tehnologia Sudarii Prin Topire

etc).

Page 232: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2 1

3. SUDAREA SUB FLUX

La sudarea cu arce gemene parametrii de sudare se pot alege în funcţie de diametrul sârmei, ca şi când s-ar suda cu o singura sârmă.

În general primul strat se realizează prin sudarea cu sârmele aşezate paralel pentru a nu se produce străpungeri.

Sudarea pe partea opusă se realizează cu sârmele în tandem sau combinat pentru a se asigura o pătrundere bună şi o formă favorabilă a sudurii.

3.2.6.5. Încărcarea prin sudare sub flux.În cazul încărcării prin sudare se urmăreşte de obicei obţinerea unor

straturi având proprietăţi speciale, pe suporturi metalice cu proprietăţi obişnuite.Din acest motiv, întrucât nu este dorită diluarea băii metalice cu metal

de bază, se recomandă o participare cât mai redusă a metalului de bază la cusătură.

Reducerea participării metalului de bază la cusătură se poate obţine şi în cazul

sudării sub flux, utilizând intensităţi de curent cu valori nu prea mari, tensiuni sporite ale arcului, pulberi metalice suplimentare situate în zona de topire, arc trifazat sau arc indi- rect, sârma electrod cu încălzire suplimentară, electrod lamelar etc.

Încărcarea prin sudare sub flux este deosebit de favorabilă la placarea cu oţeluri inoxidabile sau anticorozive, a oţelurilor obişnuite, având ca destinaţie construcţia de recipiente şi reactoare în industria chimică.

În fig. 3.25 sunt prezentate caracteristicile cordoanelor încărcate prin sudare cu electrod lamelar (a) şi cu electrod sârmă (b).

Un strat încărcat prin sudare este cu atât mai bun cu cât aderenţa sa la metalul de bază este mai bună (nu apar supraîncălziri sau fisuri în ZIT). De asemenea calitatea straturilor încărcate este corespunzătoare atunci cândscade aria A (fig. 3.26), Δh şi α,

Fig. 3.25. Încărcarea prin sudare cuelectrod lamelar (a) şi cu electrod sârmă

(b).A

1 – suprafaţa transversală a supraînălţării

precum şi atunci când creşte A şi B.

3.2.6.6. Variante de sudare

cordonului; A2

pătrunderii cor– suprafaţa transversală a

lui; α – înclinarea fluxului

sub flux utilizate la depunereastraturilor de încărcare.

Page 233: Tehnologia Sudarii Prin Topire

donucordonului; β – înclinarea pătrunderii cordonului; h – supraînălţarea; h –

Pentru încărcarea prin sudare

pot fi utilizate diferite variante dintre

i p

pătrunderea; B – lăţimea cordonului; ΔB –suprapunerea a două cordoane alăturate; Δh –

adâncimea denivelărilor

care cele mai frecvente sunt prezentateîn fig. 3.26.

La sudarea cu adaos de

Page 234: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Fig. 3.26. Variante de încărcare prin sudare sub flux cu electrod sârmă.

a) Sudarea sub flux cu sârmă electrod şi cu strat depulberi metalice aşezat pe suprafaţa care se va

încărca; b) Sudarea sub flux cu arce gemene; c) Sudarea cu arc indirect (între două sârme

electrod); d) Sudarea cu arc trifazat (cele teri faze sunt conectate la materialul de bază şi la cele două

sârme electrod); e) Sudarea sub flux cu sârmăîncălzită.

1- contact la reţeaua de alimentare; 2- sursă de curent; 3- sistemul de antrenare a sârmei; 4-

sârma electrod; 5- piesă de contact; 6- arc electric; 7- materialul de bază;

8- pulbere metalică; 9- flux de sudare; 10- sârmăîncălzită suplimentar; 11- sursă de curent pentru încălzirea suplimentară a sârmei.

pulberi metalice (fig. 3.28 a) se pot obţine structuri încărcate înalt aliate, având proprietăţi speciale (duritate mare, refractaritate termorezistentă etc). Pulberea metalică sub formă de strat, favorizează un coeficient mic de participare a metalului de bază.

La sudarea cu arce gemene (fig. 3.28b) se obţine o sudură cu lăţime suficient de mare cu toate că nu este utilizat electrodul lamelar, deci nu este necesară o instalaţie specializată.

La sudarea cu arc indirect (fig.3.28 c) încălzirea metalului de bază este redusă, iar participarea sa la cusătură este mică (sub 5 %). Lăţimea straturilor depuse poate fi modificată în funcţie de înclinaţia electrozilor (între electrozi se indică un unghi de 25 –450), de distanţa dintre electrozi şi de tensiunea arcului.

La sudarea cu arc trifazat (fig. 3.26 d) pătrunderea poate fi influenţată în mod direct prin variaţia curentului care trece prin faza conectată la metalul de bază. La acest procedeu se formează de fapt trei arce electrice (între cei doi electrozi şi între fiecare electrod şi metalul de bază). În acest caz posibilităţile de reglare a formei stratului încărcat sunt multiple, întrucât există trei posibilităţi de modificare a curentului şi trei posibilităţi de modificare a tensiunii între cele trei faze.

La sudarea cu sârmă încălzită suplimentar (fig. 3.26 c) este posibilă creşterea cantităţii de metal de adaos din baie, prin dirijarea unei sârme din

Page 235: Tehnologia Sudarii Prin Topire

material de adaos spre baia de sudură. Această sârmă suplimentară nu participă la formarea arcului electric dar, prin încălzirea ei intensă prin efect Joule se topeşte şi suplimentează cantitatea de metal de adaos din baie.

Page 236: Tehnologia Sudarii Prin Topire

P

Fig. 3.27. Amplasare sârmelor la sudarea sub flux cu sârmă

încălzită.

3. SUDAREA SUB FLUX

Amplasarea sârmei electrod (1) şi a sârmei încălzite

(2) la sudarea cu sârmă încălzită se poate observa în fig.3.27.

Unul dintre cele mai răspândite procedee de încărcare prin sudare sub flux a pieselor cu suprafeţe mari îl constituie procedeul de sudare cu electrod lamelar (electrod bandă). Sudarea sub flux cu electrod lamelar reprezintă o perfecţionare a sudării cu arce gemene având sârmele aşezate paralel.

În principiu, procedeul (fig. 3.28) se bazează pe folosirea ca electrod a unei benzi de metal 1 (oţel carbon, aliat, austenitic, bronz, nichel etc) propulsată spre baia de sudură cu ajutorul rolelor de antrenare 2. Piesele de contact

3 sunt conectate la polul (+) al sursei de curent 4 (polaritate inversă), ceea ce dă o stabilitate bună arcului electric.

În cazul curenţilor mari (peste

650 A) este po sibilă şi utilizarea polarităţii directe (polul (-) la electrod). Sursa de curent trebuie să asigure o caracteristică rigidă sau uşor cobo- râtoare (pentru menţinerea constantă a tensiunii arcului în timpul sudării şi pentru

Fig. 3.28. Principiul de sudare sub flux cu electrod lamelar.

obţinerea unui cordon sudat uniform şi electrod calitate).

Fluxul de sudură ajunge lalocul în care se sudează cu ajutorul pâlniilor 5, dispuse în ambele părţi ale electrodului lamelar.

Capătul electrodului lamelar în momentul amorsării este tăiat oblic şi atinge punctiform materialul de bază. Forma sa iniţială este prezentată în fig. 3.28 b prin linia întreruptă.

După amorsarea arcului şi începerea operaţiei de sudare, marginea inferioară

a electrodului are un aspect neuniform după cum rezultă din fig. 3.28 b (linia plină).

Acest aspect se datorează deplasării arcului de-a lungul lăţimii benzii pe

Page 237: Tehnologia Sudarii Prin Topire

măsura topirii marginii sale.Lăţimea electrozilor lamelari utilizaţi la acest procedeu pot avea între 20

– 100 mm, iar grosimea benzii poate fi cuprinsă între 0,5 – 1,6 mm. Cele mai uzuale dimensiuni sunt 60 x 0,5.

Lungimea liberă a benzii variază între 20 – 30 mm. O lungime prea mare măreşte participarea benzii la baia de sudură, dar datorită încălzirii puternice se poate îndoi în contact cu fluxul şi poate produce instabilităţi sau întreruperi ale arcului electric.

Fluxurile utilizate sunt în general cele obişnuite având unele particularităţi.

Page 238: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Fluxul care formează o zgură prea fluidă, formează un cordon cu margini ondulate şi cu pericol de fisurare, iar cel care formează o zgură prea vâscoasă poate favoriza apariţia incluziunilor de zgură la marginea sudurii.

Greutatea volumică a fluxului se recomandă să nu fie mică întrucât permite scurgerea necontrolată a zgurii, dar nici valorile mari nu sunt recomandate întrucât pot reduce tasări ale băii şi aspect neuniform. Valorile recomandate sunt de 0,6 – 1,2 kg/l.

Consumul de flux este mai mic decât la sudarea cu sârmă şi atinge valori de

0,3 – 0,9 kg flux/ kg metal depus.

Înălţimea stratului de flux utilizat la sudarea cu electrod lamelar se recomandă

să fie cuprinsă între 25 – 30 mm.

O înălţime prea mare a fluxului nu permite evacuarea uniformă a gazelor, care pot părăsi din acest motiv locul de sudare prin mici explozii, care dăunează uniformităţii sudurii. Totodată la înălţimile mari ale stratului de flux creşte şi consumulspecific al acestuia.

O înălţime insuficientă a stratului de flux permite scurgerea laterală a zgurii şi înrăutăţeşte calitatea sudurii.

Întrucât la încărcarea cu electrod lamelar se urmăreşte o participare cât mai redusă a metalului de bază şi o ardere cât mai redusă a elementelor de aliere, curenţii de sudare au în general valori reduse. În cazul în care nu se poate evita diluarea băii metalice cu metal de bază, se recomandă aplicarea straturilor suprapuse.

La curenţii mari de sudare, creşte şi viteza de topire a benzii, dar creşte şi pătrunderea, precum şi asperităţile sudurii. În această situaţie aspectul cusăturii se înrăutăţeşte devenind neregulat, zgura se scurge sub electrod sau chiar înaintea lui şi întrerupe arcul electric.

Dacă curentul este prea mic (sub 350 A pentru bandă 60 x 0,5), marginile devin discontinue, iar arcul devine instabil sau chiar se întrerupe.

Tensiunea arcului trebuie să depăşească în general 25 V pentru a asigura o stabilitate a arcului şi o uniformitate a sudurii.

La creşterea tensiunii arcului, cusătura devine mai plată şi mai netedă, dar depăşirea tensiunilor optime poate produce o înrăutăţire a aspectului sudurii, care devine aspră şi neuniformă, precum şi o revărsare a zgurii topite.

Viteza de sudare influenţează şi ea în mare măsură forma şi dimensiunile cordonului de sudare la fel ca şi sudarea cu electrod sârmă.

În general pentru banda de 60 x 0,5 viteza de sudare variază între 6 şi 15 m/h. În continuare este dat un exemplu de încărcare prin sudare sub flux

Page 239: Tehnologia Sudarii Prin Topire

s

cu electrodlamelar a reactoarelor din industria chimică (oţel rezistent la coroziune încărcat pe oţel carbon obişnuit).

Din figura 3.29 se observă că recipientul din oţel obişnuit 1 este încărcat prin

sudare cu un oţel rezistent la agenţi chimici 2, cu ajutorul unui electrod lamelar 3, înfăşurat pe un tambur 7 şi a unui strat de flux 4. Admisia fluxului se face cu ajutorul pâlniilor 5, iar reciclarea prin aspiraţie a fluxului neutilizat se face cu dispozitivul 6. viteza de sudare v

Page 240: Tehnologia Sudarii Prin Topire

a

3. SUDAREA SUB FLUX

este asigurată cu standul de role 8 antrenat cu viteză reglabilă. Realizarea încărcării elicoidale este asigurată printr-un avans longitudinal al dispozitivului de sudare cu viteza v corelată cu viteza de sudare cu lăţimea straturilor depuse şi cu ceilalţi parametrii.

Fig. 3.29. Placarea unui recipient din oţel obişnuit cu oţel rezistent la agenţi chimici, prin procedeul de încărcare prin sudare sub flux cu electrod

lamelar.

Principalele avantaje ale procedeului de încărcare prin sudare sub flux cu electrod lamelar sunt următoarele:

- productivitate mare datorită coeficientului ridicat de topire- realizarea uşoară a electrozilor lamelari chiar dacă sunt executaţi

din oţeluri înalt aliate- suprafaţa netedă a straturilor încărcate care permite eliminarea prelucrărilor

ulterioare prin aşchiere- obţinerea unei pătrunderi extrem de reduse (până la 0,5 mm) ceea

ce micşorează diluarea compoziţiei stratului încărcat- obţinerea unor deformaţii reduse ale materialelor sudate- consum redus de flux- instalaţii simple şi ieftine

3.2.6.7. Alte aplicaţii ale sudurii de încărcare.Sudarea de încărcare sub flux mai are multe aplicaţii practice atât la

remanierea unor piese uzate cât şi la construirea unor piese noi având în zonele solicitate straturi cu proprietăţi speciale.

Sudarea de încărcare cu straturi dure se poate realiza în două variante prezentate în continuare:

Page 241: Tehnologia Sudarii Prin Topire

I – sudarea cu material de adaos şi flux obişnuitII – sudarea cu material de adaos şi flux ceramic aliat

Cele mai bune şi economice rezultate au fost obţinute prin metoda a II-a care

Page 242: Tehnologia Sudarii Prin Topire

130

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

permite o dirijare controlată a compoziţiei chimice a materialului depus datorită posibilităţilor mari pe care le are alierea în arcul electric cu ajutorul dozării feroaliajelor din flux ceramic.

În multe situaţii după sudare se aplică un tratament termic de înmuiere (recoacere) şi de omogenizare pentru a fi posibilă prelucrarea mecanică a stratului depus. După prelucrarea mecanică se poate aplica un tratament termic de călire şi revenire pentru obţinerea durităţii necesare.

Compoziţia fluxurilor ceramice pentru încărcare este foarte variată, dar în principiu trebuie să conţină o bază de zgurifiere, ionizare şi dezoxidare precum şi elemente de aliere dozate sub formă de feroaliaje care determină compoziţia chimică din stratul depus.

În continuare sunt prezentate unele exemple de încărcare prin sudare a unor piese solicitate la uzură.

În fig. 3.30 se observă diferitele posibilităţi de încărcare prin sudare a unor roţi de vagonet uzate.

Fig.3.30. Încărcarea prin sudare a roţilor de vagonet uzate.a – sudare pe piesa înclinată; b – sudare pe piesa orizontală

c – sudare pe piesa verticală

În fig. 3.31 se observă posibilităţile de remaniere prin încărcarea bandajelor roţilor de cale ferată.

Fig. 3.31. Încărcarea prin sudare a bandajelor roţilor de cale ferată.

a – încărcarea flancului uzat; b – încărcarea flancului şi a circumferinţei

Page 243: Tehnologia Sudarii Prin Topire

de flux (fig. 3.32).

131

3. SUDAREA SUB FLUX

Aceste economii rezultă prin prelungirea duratei de exploatare a unui bandaj căruia i se pot aplica de la 5 - 10 reprofilări.

3.2.6.8. Electronituirea sub flux.Electronituirea reprezintă un caz particular de sudare sub flux şiconstă

în principiu în topirea locală a materialelor care se îmbină cu ajutorul unui electrod care se topeşte sub strat

Fig. 3.32. Principiul electronituirii sub flux.

Topirea se realizează prin amorsarea uni arc electric cu intensitate mare de curent. La început (fig. 3.32 a) sârma electrod se găseşte în contact direct cu piesa

superioară care se sudează.

După conectarea circuitului de sudare datorită curentului mare de scurtcircuit are loc o topire (o scurtare) a electrodului şi se amorsează arcul electric (fig.3.32 b). Arcul funcţionează până în momentul în care lungimea sa creşte peste valoarea lungimii de stingere corespunzătoare tensiunii de alimentare a arcului şi tipului de flux utilizat (fig. 3.32 c). Ca electrozi se folosesc vergele metalice (sârmă de sudură) cu diametrul 4 – 8 mm.

În timpul topirii sârma rămâne fixă spre deosebire de celelalte procedee de sudare sub flux la care ea avansează.

Procedeul se aplică la sudarea tablelor suprapuse sau la sudarea tablelor şi a diferitelor profile.

În cazul în care este necesară îmbinarea unor table dintre care tabla superioară

este mai groasă decât adâncimea de pătrundere se practică găurirea prin aşchiere a tablei superioare în locul unde se vor electronitui. Topirea electrodului se va face din acest motiv în orificiul practicat şi îmbinarea va fi posibilă.

Indiferent că se sudează cu sau fără orificiu fluxul de protecţie se adaugă după

realizarea contactului dintre sârmă şi

Page 244: Tehnologia Sudarii Prin Topire

132

piesă.Reţinerea fluxului în jurul locului de sudare este asigurată de un ajutaj

din cupru cu care este dotată instalaţia.Scurgerea metalului topit între cele două materiale care poate

compromite sudura este împiedecată prin strângerea componentelor.

Page 245: Tehnologia Sudarii Prin Topire

133

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

În cazul în care este necesară găurirea tablei superioare diametrul găurii este cu 2 – 4 mm mai mare decât diametrul sârmei.

În cazul tablelor subţiri sub un mm pentru a mări secţiunea tablelor în zona de îmbinare se recomandă montarea unor rondele pe table având un diametru de 25 – 30 mm, o gaură de 7 – 8 mm şi grosimea de 2 – 2,3 mm.

Prezenţa îmbinării este determinată de diametrul de forfecare d care la rândul său depinde de forma sudurii caracterizată de diametrul capului Dsupraînălţarea capului h şi înălţimea electronitului h

i e

(fig. 3.33).Fluxul şi sârma folosite la electronituire

sunt cele folosite la sudarea sub flux în mod curent.

Fig. 3.33. Posibilităţi de electronituire sub flux.

3.2.6.9. Unele realizări în domeniul sudării sub flux.

Una din cele mai semnificative realizări în domeniul sudării sub flux o constituie

realizarea la şantierele navale ale ţării a navelor maritime şi fluviale de diferite deplasamente care sunt realizate din tablă sudată. Tot ca o realizare deosebită se poate aminti metoda de fabricare a

ţevilor sudate elicoidal cu ajutorul instalaţiilor tip SRU/5 RE 1200. Cu ajutorul acestor instalaţii

se pot obţine din benzide oţel având lăţimea 900 – 1200 mm şi grosimea 4 – 12 mm ţevi sudate elicoidal cu diametrele 419, 470, 521, 620, 720, 820, 920 şi 1020 mm.

Principiul de realizare a ţevilor sudate se poate observa în fig. 3.34.

La această metodă banda de oţel 1 este împinsă printre rolele 2 şi 3 ale sistemului de ghidare spre matriţa de formare 4 şi iese sub formă de ţeavă 5. După formarea ţevii care are un rost constant de fo rmă elicoidală se realizează sudarea sub flux atât în interior (cu ajutorul capului 6) cât şi în exterior cu ajutorul capului 7.

Page 246: Tehnologia Sudarii Prin Topire

134

Fig.3.34. Realizarea ţevilor sudate elicoidal.

Sudurile sunt verificate integral cu ajutorul unei instalaţii de defectoscopie cu ultrasunete montată pe fluxul tehnologic. În

Page 247: Tehnologia Sudarii Prin Topire

3. SUDAREA SUB FLUX

momentul în care în dreptul palpatoarelor instalaţiei de defectoscopie cu ultrasunete ajunge o porţiune de sudură, care conţine defecte, se declanşează un pulverizator, care marchează locul defect cu vopsea.

Aceste locuri sunt ulterior radiografiate şi după cum este cazul se admit la remaniere sau se rebutează.

Ţevile realizate prin această metodă sunt de calitate şi au o largă utilizare în industria ţării noastre (la transportul prin conducte a gazelor combustibile, a produselor petroliere etc).

3.2.6.10. Consideraţii economice asupra sudării sub flux.În cazul sudării sub flux productivitatea de depunere este mai mare faţă

de toate celelalte procedee de sudare după cum rezultă din fig. 3.35.Aceast a însă nu justifică

alegerea procedeului de sudare sub flux în orice situaţie, întrucât nu întotdeauna este rentabilă.

Ast fel pent ru r ealizar ea cusăturilor de colţ, sudarea sub flux devine mai avantajoasă decât sudarea manuală pentru lungimi ale cusături peste 500 mm şi pentru grosimi ale cusăturii peste 3,5 mm.

În cazul realizării îmbinărilor cap la cap sudura sub flux devineavantajoasă faţă de sudarea manuală

Fig. 3.35. Productivitatea de depunere încazul unor procedee de sudare.

de la grosimi peste 4 mm şi lungimi de cel puţin 300 mm.

După introducerea pe scară industrială a procedeelor MAG, sudarea sub flux este avantajoasă numai pentru lungimi peste 500 mmşi grosimi cu ceva mai mari (tabelul 1.2).

Calculul consumului de flux.Cantitatea de flux consumată la sudarea sub flux este dependentă de

mulţi factori, dar pentru o primă aproximare ea poate fi determinată în raport cu cantitatea de sârmă consumată la sudare.

Astfel raportul consumurilor de sârmă – flux are valori cuprinse între 1: 0,6 şi

1: 1,6.În cazul sudării cu energii liniare mari şi cu lăţimi mari ale sudurii,

Page 248: Tehnologia Sudarii Prin Topire

consu mul deflux este maxim, iar pentru energii liniare mici şi pentru lăţimi mici ale suduri, consumul de flux este minim. Cu toate acestea chiar la aceşti parametrii de sudare cantitatea de flux consumată variază în funcţie de calitatea (tipul) fluxului (de proprietăţile termofizice ale

Page 249: Tehnologia Sudarii Prin Topire

134

acestuia).

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

În general consumul de flux se poate adopta la valoarea de 90 - 30 % din consumul de metal de adaos. La aceasta mai trebuie adăugate pierderile care ating 20 –25 % sau chiar mai mult.

Timpul efectiv de sudare se calculează ţinând seama de puterea de topire a arcului şi cantitatea de metal care trebuie depusă.

La timpul efectiv de topire se adaugă timpii auxiliari legaţi de pregătirea şi

fixarea aparatului de componenţă, curăţirea zgurii, alimentarea cu sârmă şi flux, manipularea pieselor şi a dispozitivelor.

Valoarea acestor timpi auxiliari variază în funcţie de volumul producţiei precum

şi de gradul de organizare a secţiei, atingând 40 – 250 % din timpul efectiv de topire.

.

Page 250: Tehnologia Sudarii Prin Topire

ae

4. SUDAREA ÎN MEDII DE GAZ PROTECTOR

Capitolul 4.

SUDAREA IN MEDII DE GAZ PROTECTOR.

4.1. Principiul procedeului

Procedeul de sudare MIG/MAG face parte din grupa procedeelor de sudare prin topire cu arcul electric în mediu de gaze protectoare. În funcţie de caracterul electrodului această grupă cuprinde două subgrupe mari:

¾ procedee de sudare cu electrod fuzibil;¾ procedee de sudare cu electrod nefuzibil.

Sudarea MIG/MAG este un procedeu de sudare prin topire cu arcul electric cu electrod fuzibil, pentru protecţia arcului şi a băii de metal folosindu-se un gaz de protecţie. În funcţie de caracterul gazului de protecţie se disting două variante ale procedeului:

¾ sudarea MAG (metal-activ-gaz) în cazul unui gaz activ;¾ sudarea MIG (metal-inert-gaz) în cazul unui gaz inert.

Procedeul este întâlnit cel mai frecvent în varianta semimecanizată (viteza de sudare manuală, viteza de avans a sârmei electrod întotdeauna mecanizată), dar procedeul se pretează cu uşurinţă la mecanizare, automatizare şi chiar robotizare, dovadă instalaţiile de sudare tot mai numeroase care pot fi întâlnite în producţia de structuri sudate (în special roboţi de sudare).

Schema de principiu a procedeului de sudare MIG/MAG este prezentată în fig. 4.1. Sudarea MAG (metal-activ-gaz) (simbol 135 după EN ISO 4063, MAG –

abreviere europeană, GMAW – abreviere americană) are ca şi principiul de funcţiona-re cel prezentat în figura 4.2

Arcul electric (1) amorsat între sârma electrod (2) şi componentele (3), pro- duce topirea acestora formând baia de metal (4). Protecţia arcului electric şi a băii de metal topit se realizează cu ajutorul gazului de protecţie (5), adus în zona arcului prin duza de gaz (6) din butelia (7). Sârma electrod este antrenată prin tubul de ghidare(bowden), (13) cu viteză de avans constantă v de către sistemul de avans (8) prin

Page 251: Tehnologia Sudarii Prin Topire

derularea de pe bobina (9). Alimentarea arcului cu energie electrică se face de la sursa de curent continuu (redresor), (10) prin duza de contact (11) şi prin cablul de masă (12). Tubul de gidare a sârmei electrod (13), cablul de alimentare cu curent (14) şi furtunul de gaz (15) sunt montate într-un tub flexibil de cauciuc (16) care împreună cu capul de sudare (17) formează pistoletul de sudare.

Page 252: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Fig. 4.1. Schema de principiu a sudării în mediu de gaz protector activ MAG CO

2

1- duză de gaz, 2- MA sub formă de sârmă, 3- metal de bază, 4- arc electric, 5- transfermetal topit, 6- contact electric MA, 7- atmosferă protectoare CO

2, 8- piese, 9-

pistolet sudare, 10- legatură elctrică la masă, 11- cablu curent +gaz, 12- sistem cu role avans sarmă MA, 13- MA sub formă de bobină, 14- sursă de curent, 15- butelie

CO2, 16-

reductor presiune, 17- manometru, 18- uscător CO2, 19- alimentare

curent.

Av anta jele proced eulu i. Principalele avantaje ale procedeului MIG/MAG sunt productivitatea ridicată şi facilitatea mecanizării, automatizării sau robotizării.

Productivitatea ridicată este asigurată de puterea ridicată de topire a arcului, pătrunderea mare la sudare, posibilitatea sudării cu viteze de sudare mari, respectiv eliminarea unor operaţii auxiliare. Aceste aspecte sunt determi- nate de densităţile mari de curent ce pot fi utilizate: 150-250A/mm2 la sudareaMIG/MAG clasică, respectiv 300-350

Fig. 4.2. Principiu a sudării în mediu degaz protector activ MAG

A/mm2 la sudarea cu sârmă tubulară.Fle xibilit a t ea în d ir ec ţ ia

mecanizării şi robotizării este asigurată în principal de posibilitatea antrenării mecanizate a sârmei electrod (sârme subţiri), de modul de realizare a protecţiei

Page 253: Tehnologia Sudarii Prin Topire

la sudare (cu gaz), de uşurinţa reglării şi controlului parametrilor tehnologici de sudare, de gabaritul relativ mic al capului de sudare, etc.

La aceste avantaje principale, se pot adăuga:

¾ grad înalt de universalitate a procedeului;¾ posibilitatea sudării în orice poziţie;

Page 254: Tehnologia Sudarii Prin Topire

4. SUDAREA ÎN MEDII DE GAZ PROTECTOR

¾ eliminarea operaţiei de curăţire a zgurii;¾ grad înalt de utilizare a materialului de adaos (90-95%);¾ cantitate redusă de fum;¾conducerea şi supravegherea uşoară a procesului de sudare (arculeste vizibil);¾ factor operator superior sudării SE, 60-65%, ca efect a eliminării

operaţiei de schimbare a electrodului şi de curăţire a zgurii de pe cusătura sudată;

¾ t ensiuni şi defo rmaţii mici la sudare (energie liniară mică).Dezavantajele procedeului. Se pot sintetiza

astfel:¾ echipamente de sudare mai scumpe şi mai complicate;¾ flexibilitatea mai redusă decât la sudarea SE: pistoletul de sudare

mai greu şi cu manevrabilitate mai scăzută, cu rază de acţiune limitată în cazul echipamentelor clasice la 3...5m faţă de sursa de sudare, uneori necesită spaţiu de acces mai mare;

¾ pierderi de material de adaos (în anumite condiţii) prin stropi (5- 10%);¾ sensibil la curenţi de aer (evitarea sudării în locuri deschise, cu vânt, etc.);¾ limitat la grosimi, în general, mai mari de 1 mm;¾ riscul unei protecţii necorespunzătoare a arcului electric şi a băii de metal;¾ probabilitatea relativ mare de apariţie a defectelor în îmbinarea

sudată, în principal pori şi lipsă de topire.Performanţele procedeului. În tabelul 4.1 se indică domeniile de valori ale

parametrilor tehnologici de sudare MIG/MAG.

Tabelul 4.1. Performanţele procedeului de sudare MIG/MAG

Nr. crt. Parametrul tehnologic Simbolul U.M.Domeniul de

valori

1 Diametrul sârmei ds mm 0,6...2,42 Curentul de sudare U A 60...5003 Tensiunea arcului Ua V 15...354 Viteza de sudare vs cm/min 15… 150

5 Debitul gazului de protecţie Q l/min 8...20

4.2. Sârma electrod

Page 255: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Sârma electrod se livrează sub formă de bobine, dintre diametrele standardizate cele mai uzuale fiind 0,8; 1,0; 1,2; 1,6 mm. Livrarea în colaci ridică probleme la trans- port şi la bobinarea în secţie. Calitatea bobinării influenţează mult stabilitatea procesului de sudare. Suprafaţa sârmei trebuie să fie curată fără urme de rugină sau grăsimi. De obicei suprafaţa sârmei se cuprează pentru diminuarea pericolului de oxidare, respectiv pentru îmbunătăţirea contactului electric. Se recomandă ca ambalarea sârmei să se facă

Page 256: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

în pungi de polietilenă etanşe (eventual vidate) care să conţină o substanţă higroscopică (granule de silicagel) şi în cutii de carton, mărindu-se astfel durata de păstrare în condiţii corespunzătoare a sârmei de sudare.

Compoziţia chimică a sârmei electrod la sudarea MIG/MAG depinde în prin- cipal de materialul de bază care se sudează (compoziţia chimică) şi de gazul de protecţie utilizat. La sudarea MIG compoziţia chimică a sârmei se alege apropiată de a metalului de bază. În cazul sudării MAG sârma este aliată suplimentar cu elemente dezoxidante ca Mn, Si, Ti. Se recomandă ca raportul concentraţiilor de Mn şi Si să fie cca. 2…2,5.

Compoziţia chimică a sârmelor nealiate pentru sudarea MAG se situează în limitele: 0,07- 0,12% C; 0,6-0,9% Si; 1,2-2,5% Mn; 0,2% Ti; <0,03% S, P. Adaosul de Ti produce o dezoxidare foarte bună cu efecte benefice asupra carac-teristicilor mecanice şi de tenacitate, dar ridică preţul de cost a sârmei. Pentru creşterea tenacităţii la temperaturi negative sârma se aliază suplimentar cu Ni şi/sau Mo.

În SR EN 439 sunt prezentate principalele mărci de sârmă pro-duse la noi în ţară. Caracterizarea acestora din punct de vedere al dome-niului de utilizare, respectiv a compoziţiei chimice este prezentată în tabelul 4.2.

Tabelul 4.2. Domenii de utilizare a sârmelor pline de oţel

Marca sârmei Domenii de utilizare

S12Mn2SiSudare în mediu de gaz protector (CO2) a oţelurilor cu granulaţie fină, cu rezistenţă ridicată la rupere fragilă,exploatate la temperaturi până la -20°C

S07Mn1,4SiSudare în mediu de gaz protector (CO2) a oţelurilor carbon şi slab aliate cu rezistenţă ridicată la ruperefragilă, exploatate la temperaturi până la -20°C

S12SiMoCr1

Încărcarea prin sudare şi sudare în mediu de gaz protectora oţelurilor pentru cazane şi recipiente sub presiune, exploatate la temperaturi până la 450°C

S12Mn1SiNi1TiSudare în mediu de gaz protector a oţelurilor cu granulaţiefină, a oţelurilor pentru construcţii navale, cu limită de curgere ridicată

S10Mn1SiNiCuSudare în mediu de gaz protector a oţelurilor rezistente lacoroziune atmosferică

S10Mn1SiVMoCr1Sudare în mediu de gaz protector a oţelurilortermorezistente

S10Mn1SiMoSudare în mediu de gaz protector a oţelurilortermorezistente

Page 257: Tehnologia Sudarii Prin Topire

S10MnSiMo1Cr2,5Sudare în mediu de gaz protector a oţelurilortermorezistente

Page 258: Tehnologia Sudarii Prin Topire

4. SUDAREA ÎN MEDII DE GAZ PROTECTOR

Tabelul 4.2. (continuare)

S12Mo1Cr17

Sudare în mediu de gaz protector a oţelurilor inoxidabilesolicitate mecanic şi exploatate la temperaturi de450...600°C

S12Cr26Ni20Sudare în mediu de gaz protector a oţelurilor de tip 25/20şi sudarea îmbinărilor eterogene

Clasificarea şi simbolizarea sârmelor electrod şi a materialului depus prin sudare în mediu de gaze protectoare cu electrod fuzibil pentru oţelurile nealiate şi cu granulaţie fină este prezentată în SR EN 440. În tabelul 4.3 sunt prezentate simbolul şi compoziţia chimică a sârmelor pentru oţelurile nealiate şi cu granulaţie fină.

Tabelul 4.3. Simbolizarea sarmei electrod functie de compozitia chimica

(conform SR EN 440/96)

SimbolCompozitia chimica (%)

C Si Mn P S Ni Mo Al Ti si Zr

G0 Orice compozitie chimica convenita, care nu este specificata tn standard

G2Si 0,06-0,14

0,50-0,80

0,90-1,30

0,025 0,025 0,15 0,15 0,02 0,15

G3SM 0,06-0,14

0,70-1,00

1,30-1,60

0,025 0,025 0,15 0,15 0,02 0,15

G4SM 0,06-0,14

0,80-1,20

1,60-1,90

0,025 0,025 0,15 0,15 0,02 0,15

G3Si20,06-0,14

1,00-1,30

1,30-1,60

0,025 0,025 0,15 0,15 0,02 0,15

G2Ti 0,04-0,14

0,40-0,80

0,90-1,40

0,025 0,020 0,15 0,15 0,05-0,20

0,05-0,25

G3Ni10,06-0,14

0,50-0,90

1,00-1,60

0,020 0,020 0,80-1,50

0,15 0,02 0,15

2Ni20,06-0,14

0,40-0,80

0,80-1,40

0,020 0,020 2,10-2,70

0,15 0,02 0,15

G2Mo 0,08-0,12

0,30-0,70

0,90-1,30

0,020 0,025 0,15 0,40-0,60

0,02 0,15

G4Mo 0,06-0,14

0,50-0,80

1,70-2,10

0,025 0,025 0,15 0,40-0,60

0,02 0,15

G2AI0,08-0,12

0,30-0,50

0,90-1,30

0,025 0,025 0,15 0,150,35-0,70

0,15

Page 259: Tehnologia Sudarii Prin Topire

140

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

4.3. Gazul de protecţie

Gazul de protecţie are în principal rolul de a asigura protecţia băii metalice şi a picăturii de metal topit din vârful sârmei electrod sau la trecerea acesteia prin coloana arcului împotriva interacţiunii cu gazele din atmosferă, oxigen, hidrogen, azot, etc. În acelaşi timp însă gazul de protecţie are o mare influenţă asupra desfăşurării procesului de sudare în ansamblul lui, acţionând asupra stabilităţii arcului, parametrilor tehnologici de sudare, transferului picăturii de metal topit prin coloana arcului, reacţiilor metalurgice la nivelul băii şi picăturii de metal, transformărilor structurale, proprietăţilor mecanice şi de tenacitate ale îmbinării, formei şi geometriei cusăturii sudate, stropirilor, productivităţii la sudare, etc.. Aceste influenţe complexe sunt determinate de proprietăţile termo-fizice şi de activitatea chimică a gazelor de protecţie, care diferă mult de la un gaz la altul. Prin urmare pentru alegerea corectă a gazului de protecţie este necesară cunoaşterea acestor proprietăţi şi efectele pe care acestea le au în procesul de sudare.

Principalele proprietăţi termo-fizice şi chimice ale gazelor de protecţie utilizate la sudarea MIG/MAG sunt:

¾ potenţialul de ionizare;¾ energia de disociere-recombinare;¾ conductibilitatea temică;¾ densitatea;¾ activitatea chimică;¾ puritatea.

Acţiunea şi efectele acestor proprietăţi în procesul de sudare sunt prezentate în cele ce urmează.

Potenţialul de ionizare.Acţionează asupr a

condiţiilor de amorsare şi a st abilit ăţii arcului elect ric, respectiv asupra puterii arcului. Un potenţial de ionizare de valoare redusă (argonul) uşurează amorsarea şi creşte stabilitatea arcului re-ducând stropirile, pe când un potenţial de ionizare de valoare ridicată (heliul) măreşte puterea arcului cu

Page 260: Tehnologia Sudarii Prin Topire

141

efecte asupra0 2.000 4.000 6.000 8.000

Temperatura [°C]Figura 4.3 - Conductivitatea termică a

gazelor de protecţie

productivităţii la sudare (creşterea pătrunderii, respectiv a vitezei de sudare).

Page 261: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2

4. SUDAREA ÎN MEDII DE GAZ PROTECTOR

Energia de disociere - recombinare. Este specifică gazelor biatomice CO , H , O . Influenţează în mod favorabil bilanţul termic în coloana arcului electric prin

2 2

îmbunătăţirea transferului de căldură spre componente cu efect asupra geometrieicusăturii, vitezei de sudare, etc.

Variaţia conductibilităţii termice cu temperatura pentru principalele gaze de protecţie folosite la sudare este prezentată în figura 4.3. Se observă că argonul are conductibilitatea termică cea mai scăzută fiind denumit în tehnica sudării gaz cald”, în timp ce dioxidul de carbon are conductibilitatea termică mult mai mare fiind denumitgaz rece”. Cea mai mare conductivitate o are hidrogenul.

Diversitatea influenţei conductibilităţii termice asupra procesului de sudare este

uşor de înţeles dacă analizăm distribuţia gradientului de temperatură în coloana arcului în cazul argonului, respectiv dioxidului de carbon, figura 4.4.

a) b)

Figura 4.4. - Gradientul de temperatură al arcului

electric funcţie de gazul de protecţie

Conductibilitatea termică scăzută a argonului determină un gradient mic de temperatură în arcul electric ceea ce conduce la repartizarea liniilor de curent din arc pe o secţiune mărită a coloanei acestuia (vezi porţiunea înnegrită), figura 4.4.a, având drept consecinţă creşterea conductibilităţii electrice a coloanei arcului electric (conductibilitatea electrică este invers proporţională cu conductibilitatea termică).

Conductibilitatea termică. Este proprietatea fizică cu cele mai cuprinzătoare efecte şi influenţe asupra desfăşurării procesului tehnologic de sudare. Conductibilitatea termică a gazului de protecţie acţionează asupra

Page 262: Tehnologia Sudarii Prin Topire

modului de transfer a picăturii prin coloana arcului (este factorul principal care determină modificarea tipului de transfer, globular sau prin pulverizare), repartiţiei căldurii în coloana arcului şi la suprafaţa componentelor, conductibilităţii electrice a arcului, parametrilor tehnologici de sudare (tensiunea arcului), puteriiarcului (lungimea arcului), stabilităţii arcului, temperaturii maxime

Page 263: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2

2

2

22

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

şi repartiţiei acesteia în coloana arcului, formei şi geometriei cusăturii, stropirilor, etc.

Tabelul 4.4. Caracteristici ale gazelor de protecţie

Gazul de protecţie

Potenţialul de ionizare

Energia de disociere Gazul de

protecţie

Potenţialul de ionizare

Energia de disociere

(V) (eV) (V) (eV)

Ar 15,8 - CO2 14,4 4,3He 24,6 - H2 13,6 4,5

N2 14,5 9,8 O2 13,6 5,1

În cazul dioxidului de carbon miezul coloanei arcului (cel care conduce curentul electric) este foarte îngust ca efect a conductibilităţii termice mari a gazului, respectiv a fenomenului de disociere - recombinare . Pierderea rapidă a căldurii din coloana arcului este echivalentă cu o con-strângere din exterior a zonei centrale a miezului coloanei ceea ce conduce la creşterea densităţii de curent din arc şi prin urmare aşa cum se poate observa, la creşterea temperaturii în axa coloanei arcului la valori mai mari decât cele corespunzătoare arcului în argon.

Conductibilitatea electrică diferită a coloanei arcului în cazul celor două gaze are consecinţe asupra rezistenţei electrice a acestuia. Astfel rezistenţa arcului în argon este mai mică decât în dioxid de carbon. Rezultă o cădere de tensiune mai redusă aarcului în Ar decât în CO

şi prin urmare o valoare mai mică a mărimii tensiunii arcului la

sudarea în Ar comparativ cu sudarea în CO , cu toate că potenţialul de ionizare al Ar este mai mare decât la CO . Într-adevăr la sudarea în Ar sau amestecuri de gaze Ar cuCO tensiunea arcului se reduce cu 2 - 4 V în funcţie de procentul de CO din amestec,desigur luând în considerare aceeaşi valoare a curentului de sudare.

Repartiţia liniilor de curent în cazul celor două gaze explică şi influenţa asupra transferului de metal aşa cum se va demonstra în continuare.

În cazul argonului miezul coloanei arcului face ca arcul electric să „îmbrăţişeze” capătul liber a sârmei electrod, figura 4.4.b, extinzându-se de la vârful ei pe suprafaţa laterală a sârmei, datorită diametrului mic al acesteia. Practic arcul electric înconjoară sârma pe o anumită porţiune a capătului liber ceea ce determină transferul căldurii arcului la electrod atât prin suprafaţa frontală a sârmei cât şi prin suprafaţa laterală a ei, conducând la încălzirea neuniformă şi progresivă a capătului sârmei în zona de acţiune a arcului. Aceasta

Page 264: Tehnologia Sudarii Prin Topire

determină topirea capătului sârmei în toată secţiunea ei, la vârf, şi o topire parţială pe secţiune, de la exterior spre interior, în funcţie de nivelul temperaturii atinse în fiecare punct a secţiunii considerate. Intensitatea gradului de topire scade evident, o dată cu îndepărtarea de vârf. Sub acţiunea conjugată a forţei de tensiune superficială şi a forţei electro-magnetice (pinch) are loc concentrarea metalului topit în vârful sârmei sub forma unei picături sferice, însoţită de efectul de “autoascuţire” a electrodului pe

Page 265: Tehnologia Sudarii Prin Topire

p s

2 2

2

2

2

2

4. SUDAREA ÎN MEDII DE GAZ PROTECTOR

porţiunea în care s-a produs topirea parţială a secţiunii sârmei, în zona de acţiune a arcului electric. Fenomenul de ascuţire a capătului sârmei determină reducerea secţiunii şi în consecinţă creşterea densităţii de curent la interfaţa picătură de metal - sârmă ceea ce conduce la creşterea puternică a temperaturii până la atingerea temperaturii de evaporarea a punţii topite. Sub acţiunea vaporilor de metal picătura este împinsă în baia topită creinduse premisele formării unei noi picături. Acest mecanism de formare şi desprindere a picăturii din vârful sârmei determină formarea unor picături de dimensiunimici (d <= d ), echivalente transferului prin pulverizare.

p s

În cazul dioxidului de carbon miezul foarte îngust al arcului determinăconcentrarea punctiformă a acestuia în vârful sârmei (în pata anodică). Prin urmare transferul de căldură al arcului se face numai prin suprafaţa frontală a sârmei electrod. Totodată datorită temperaturii ridicate a miezuluicoloanei (mai mare ca laAr) şi a densităţii foarte mari a curentului în pata anodică (concentrare punctiformă) are loc creşterea locală a temperaturii petei atingând temperatura de vaporizare a fierului (aprox. 3200°C). Jetul de vapori formaţi acţionează ca o forţă de reacţie împingând în sus şi lateral metalul topit. Sub acţiunea forţei de tensiune superficială şi a forţei de reacţie a vaporilor de metal, metalul topit se acumulează în vârful sârmei sub forma unor picături mari de metal(d > 1,2d ). Picătura creşte în continuare până când sub acţiunea greutăţii proprii sedetaşează şi se transferă în baia metalică sub forma unor picături mari sau globule, aşanumitul transfer globular specific sudării în CO

sau amestecurilor bogate în CO . În

cazul amestecurilor de gaze Ar + CO

fenomenul este insesizabil dacă proporţia de

CO este mai mică de 20%, se manifestă tot mai pregnant dacă procentul depăşeşte20% şi are o comportare similară cu cea a transferului în CO

100% dacă procentul

depăşeşte 30% CO în amestec.În fine, gradientul de temperatură diferit din coloana arcului în cazul

celor două gaze de protecţie influenţează semnificativ şi geometria cusăturii sudate, figura 4.4.c. În cazul argonului valoarea ridicată a temperaturii arcului electric este limitată doar la zona centrală corespunzătoare miezului coloanei după care temperatura scade brusc la valori reduse, ce nu pot produce o încălzire semnificativă a zonelor de incidenţă ale arcului pe componente. Concentrarea puternică a căldurii în miezul coloanei arcului, la argon, pro- duce o încălzire locală a metalului de bază însoţită de o topire adâncă, respectiv o pătrundere

Page 266: Tehnologia Sudarii Prin Topire

„mare, dar limitată la o zonă restrânsă. Aceasta este amplificată suplimentar de disiparea rapidă a căldurii în zonele adiacente (reci) ale metalului de bază fără să producă o încălzire semnificativă la nivelul temperaturii de topire a acestor zone. Efectul

acestor fenomene este formarea unei zone topite înguste şi adânci, aşa numitul

deget

de argon”, specific sudării în argon sau amestecuri bogate în argon, deosebit de defavorabil din punct de vedere tehnologic datorită pericolului de apariţie a defectelor de îmbinare, lipsă de topire sau lipsă de pătrundere, respectiv pericol de fisurare (con- centrator de tensiune).

În cazul dioxidului de carbon temperatura din coloana arcului se menţine încă

Page 267: Tehnologia Sudarii Prin Topire

e

2

2

2

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

la valori ridicate, capabile să producă încălziri semnificative a zonelor de incidenţă, la distanţe mult mai mari faţă de axa coloanei decât în cazul argonului, (vezi repartiţia temperaturii pe raza coloanei arcului, figura 4.4.a). Are loc astfel o încălzire şi topire a metalului de bază pe o zonă mai extinsă atât în adânci m cât mai ales lateral, cu efecte asupra îmbunătăţirii geometriei cusăturii caracterizată printr-o pătrundere uniformă. La această încălzire a metalului de bază contribuie de asemenea şi căldura cedată prin fenomenul de recombinare a gazului ce are loc în zona componentelor, respectiv a băii metalice, ca efect a temperaturii scăzute din această zonă (1800-2000°C), propice reacţiilor de recombinare. Se apreciază că din punct de vedere tehnologic geometriacusăturii la sudarea în CO

este cea mai favorabilă. Prin urmare amestecarea celor două

gaze Ar şi CO

va conduce şi la modificarea geometriei cusăturii sudate. Aceasta este

una din raţiunile principale care stau la baza sudării în amestecuri de gaze, Ar + CO , a oţelurilor nealiate sau slab aliate şi anume obţinerea unei geometrii mai favorabile a cusăturii sudate.

Densitatea. Influenţează nivelul de protecţie a arcului electric şi a băii de metal topit, respectiv producerea fenomenului de microsablare la sudarea în mediu de gaze inerte. În tabelul 4.5 se prezintă caracteristicile gazelor utilizate la sudare.

Tabelul 4.5. Proprietăţi fizico chimice ale gazelor de protecţie utilizate la sudare

Tipul gazuluiSimbolul chimic

Specificată la 0°C şi1,013barr(0,101MPa) Punct de

fierbere la1,013 barr

Activitatea chimicăDensitatea

(ρaer=1,293)Densitatea

(relativă faţă de aer)

(kg/m3) (°C)

Argon Ar 1,784 1,380 -185,9 Inert

Heliu He 0,1784 0,1380 -268,9 Inert

Dioxid de carbon CO2 1977 1,529 -78,5 Oxidant

Oxigen O2 1,429 1,105 -183 Oxidant

Azot N2 1,251 0,968 -195,8 Nereactiv

Hidrogen H2 0,090 0,070 -252,8 Reducător

Densitatea heliului mult mai mică decât a argonului (de ≈ 10 ori), respectiv mai mică decât a aerului determină o protecţie slabă a arcului şi a băii metalice, heliul având tendinţa de ridicare reduce gradul de protecţie la sudare.

Page 268: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Prin urmare pentru a asiguraun nivel de protecţie corespunzător se impune creşterea (dublarea) debitului de heliu în comparaţie cu debitul de argon cu efecte majore asupra costului gazului de protecţie.

Pe de altă parte heliul fiind mult mai uşor decât argonul nu produce fenomenul

Page 269: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2

2

2

2

2

4. SUDAREA ÎN MEDII DE GAZ PROTECTOR

de microsablare (îndepărtarea peliculei de oxizii greu fuzibili de pe suprafaţa metalelor şi aliajelor uşoare), ionii de heliu mult mai uşori decât ionii de argon nu au energie suficient de mare pentru dislocarea peliculei de oxizi.

Activitatea chimică. Prin reacţiile chimice ce au loc în coloana arcului şi la nivelul băii metalice activitatea chimică a gazului de protecţie influenţează comportarea metalurgică. Din acest punct de vedere la sudarea MIG/MAG se disting două categorii de gaze.

Gazele inerte sunt gazele care nu reacţionează chimic cu elementele din coloana arcului şi din baia metalică. Din această grupă fac parte argonul şi heliul.

Gazele active sunt gazele care reacţionează chimic cu elementele din arc şi din baia de metal. Cel mai utilizat gaz din această grupă este dioxidul de carbon, la care se mai adaugă şi oxigenul.

În acest caz în coloana arcului şi la nivelul băii au loc următoatele reacţii chimice:

• disocierea dioxidului de carbon la T > 1600°C (disocierea este completă

la T > 4000°C):CO = CO + O

• reacţiile de oxidare şi reducere:Fe + O = FeO FeO + Mn = MnO + FeSi + 2O = SiO 2FeO + Si = SiO + 2FeMn + O = MnO 2FeO + Ti = TiO + 2FeTi + 2O = TiO FeO + C = CO + Fe

Se constată că prezenţa oxigenului în coloana arcului determină oxidarea sau arderea unor elemente de aliere. Aceasta conduce la pericolul formării oxizilor de fier în cusătură cu efecte nefavorabile asupra reducerii caracteristicilor mecanice şi de rezilienţă. Diminuarea fenomenului se face prin alierea sârmei electrod cu elemente dezoxidante ca Mn, Si, Ti care au aviditate mai mare faţă de oxigen decât fierul, reducând pericolul de oxidare a acestuia. Cel mai puternic dezoxidant este titanul. Oxizii de mangan, siliciu, titan formaţi, fiind insolubili în metalul topit ies la suprafaţa băii şi se regăsesc pe cusătură sub formă de mici „insule” de zgură de culoare brună cu aspect sticlos.

Reacţiile chimice la nivelul băii de metal topit pot conduce de ase-menea la pericolul formării gazelor în baia metalică, ca de exemplu oxidul de carbon, având drept consecinţă pericolul apariţiei porilor în cusătura su-dată.

Evitarea apariţiei porilor în cusătură se poate realiza prin alegerea corectă a cuplului sâmă - gaz de protecţie, corelată şi cu alegerea optimă a parametrilor

tehnologici de sudare, în special tensiunea arcului Prezenţa oxigenului în coloana arcului conduce la oxidarea suprafeţei picăturilor

Page 270: Tehnologia Sudarii Prin Topire

de metal formate la capătul sârmei electrod şi prin urmare la micşorarea tensiunilor superficiale ce acţionează asupra picăturii. Prin urmare desprinderea picăturii din vârful sârmei electrod se face mult mai uşor şi mai rapid. Efectul benefic este finisarea transferului picăturilor de metal, îmbunătăţirea stabilităţii arcului şi reducerea împroşcărilor de metal prin stropi. Se remarcă în acest sens utilizarea oxigenului în proporţie de 1...3 % sau a

Page 271: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

dioxidului de carbon în proporţie de 2...5 % în amestec cu argonul la sudarea oţelurilor inoxidabile. Procente mai mari de gaz oxidant nu sunt recomandate deoarece se pro- duce o oxidare nepermisă a meta-lului cusăturii, respectiv la utilizarea dioxidului de carbon, în plus pericolul alierii cu carbon şi prin urmare pericolul fragilizării cusăturii ca urmare a formării carburilor de crom.

Reacţiile de oxidare la nivelul băii de metal topit, fiind reacţii exoterme, conduc la creşterea temperaturii băii (de la 1800°C la 2200°C) cu consecinţe asupra creşterii fluidităţii acesteia, creşterii pătrunderii sau posibilităţii măririi vitezei de sudare. Corelată cu reducerea tensiunilor superficiale la interfaţa baie topită - metal solid, determină îmbunătăţirea procesului de umectare cu efecte favorabile asupra lăţirii, respectiv redu- cerii supraînălţării cusăturii sudate.

Tot din punctul de vedere al activităţii chimice remarcăm utilizarea hidrogenului

ca şi gaz reducător în amestecurile gazelor de protecţie,

de formare”, folosite la protecţia

rădăcinii pe partea opusă sudării, la sudarea oţelurilor aliate Inox şi nu numai. Amestecul cel mai frecvent utilizat este format din azot plus 5… 10% hidrogen. Hidrogenul reduce eventualele urme de oxigen rămase în zona rădăcinii evitând astfel oxidarea acesteia cu consecinţe asupra scăderii rezistenţei la coroziune. Utilizarea hidrogenului trebuie făcută cu grijă având în vedere pericolul de explozie pentru anumite concentraţii în aer.

Puritatea. Gazele utilizate la sudare trebuie să aibă o puritate foarte înaltă. În tabelul 4.6 se prezintă cerinţele privind puritatea gazelor şi amestecurilor de gaze utilizate la sudare.

Tabelul 4.6. Purităţile şi punctele de rouă ale gazelor şi amestecurilor de gaze

(conform SR EN 439/96)

Tipul gazuluiSimbolul chimic

Specificată la 0°C şi1,013barr(0,101MPa) Punct de

fierbere la1,013 barr

Activitatea chimicăDensitatea

(ρaer=1,293)Densitatea

(relativă faţă de aer)

(kg/m3) (°C)Argon Ar 1,784 1,380 -185,9 Inert

Heliu He 0,1784 0,1380 -268,9 Inert

Dioxid de carbon CO2 1977 1,529 -78,5 Oxidant

Oxigen O2 1,429 1,105 -183 Oxidant

Azot N2 1,251 0,968 -195,8 Nereactiv

Page 272: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Hidrogen H2 0,090 0,070 -252,8 Reducător

Lipsa de puritate a gazelor determină pericolul producerii defectelor în

Page 273: Tehnologia Sudarii Prin Topire

4. SUDAREA ÎN MEDII DE GAZ PROTECTOR

îmbinarea sudată, în special a porilor, creşterea stropirilor şi a pierderilor de material de adaos prin stropi, pericolul fisurării la rece, instabilitatea arcului electric etc.. Prezenţa apei în gazul de protecţie produce pori, stropiri intense sau chiar pericolul „îngheţării” reductorului de presiune cu formarea unui dop de gheaţă pe canalul fin al acestuia cu consecinţe asupra obturării ieşirii gazului din butelie şi a asigurării protecţiei necesare la sudare. Evitarea unor astfel de fenomene ne plăcute se poate face prin purjarea buteliei înainte de utilizare, prin montarea unui deshidrator de gaz pe butelie care conţine o substanţă higroscopică (silicagel) care absoarbe umiditatea, respectiv prin montarea pe butelie a unui preîncălzitor alimentat la o tensiune de 24 V de la sursa de sudare. Ca regulă generală însă nu este recomandată utilizarea la sudare a unor gaze care nu satisfac condiţiile de calitate impuse de norme.

Clasificarea gazelor de protecţie utilizate la sudarea în mediu de gaze protectoare în conformitate cu caracteristicile chimice ale acestora şi care constituie o bază pentru alegerea combinaţiilor sârmă electrod - gaz de protecţie la sudarea diferitelor materiale metalice este prezentată în standardul SR EN 439/96.

În tabelul 4.6 se prezintă principalele gaze de protecţie produse în Romania utilizate la sudarea în mediu de gaze protectoare.

Proprietăţile termofizice ale gazelor de protecţie acţionează asupra procesului

Tabelul 4.6. Gazele de protecţie produse în Romania

Page 274: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Tabelul 4.6. (continuare)

de sudare de o manieră complexă, în funcţie de tipul gazului, respectiv de concentraţia gazelor în amestec. În cele ce urmează se face o prezentare succintă a efectelor produse la sudare de principalele gaze de protecţie utilizate.

Caracterizarea succintă a gazelor de protecţiePrezentarea succintă a gazelor de protecţie utilizate la sudarea

MIG/MAG din punctul de vedere al activităţii chimice şi al proprietăţilor termo-fizice permite înţelegerea facilă a acţiunilor şi efectelor pe care acestea le au în procesul de sudare. Cele mai utilizate gaze de protecţie la sudarea MIG/MAG sunt: argonul, heliul, dioxidul de car- bon, oxigenul, hidro-genul, azotul.

Argon u l (Ar):¾ gaz inert - nu reacţionează cu materialul;¾ mai greu ca aerul - protecţie bună a băii de metal;¾ potenţial de ionizare scăzut - amorsare uşoară a arcului;¾ produce microsablarea suprafeţelor;

Heliul (He):¾ gaz inert, respectiv nu reacţionează cu hidrogenul;¾ mai uşor ca aerul - necesită debite de gaz mai ridicate

pentru protecţia băii metalice;¾ potenţial de ionizare ridicat - amorsare dificilă a

arcului, tensiune mai mare a arcului, aport de căldură mai mare;¾ conductibilitate termică mare - aport de căldură mai ridicat;¾ aport de căldură ridicat - umectare mai bună, pătrundere

adâncă şi lată, suprafaţă mai netedă, viteză de sudare mărită;Dioxidul de carbon (CO ):

¾ gaz activ, cu efect oxidant, reacţionează cu hidrogenul;¾ mai greu ca aerul – protecţie bună a băii topite;¾ conductibilitate termică mare – amorsare mai dificilă, tensiune mai

mare a arcului, transport de căldură îmbunătăţit;¾ disociază în spaţiul arcului CO

2= CO + O – prin creşterea volumului de

Page 275: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2

2

4. SUDAREA ÎN MEDII DE GAZ PROTECTOR

gaz se îmbunătăţeşte protecţia băii reducând sensibilitatea la formarea porilor;

¾ componentă de bază la sudarea în amestecuri de gaze – reduce sensibilitatea la formarea porilor;

¾ recombinarea în zona materialului 2CO + O2

= 2CO2

+ Q – transferintens de căldură, pătrundere mai lată şi mai sigură (fără defecte delegătură);

¾ tensiune de arc mai mare plus tansfer de căldură – pătrundere mare, viteze de sudare ridicate;

¾ tensiunea creşte o dată cu creşterea conţinutului de CO2

- stropire maiintensă, în special la sudarea cu arc lung;

¾ efect oxidant – formează zgură pe suprafaţa cusăturii (oxizi de Mn şi Si)intensificându-se o dată cu creşterea proporţiei de CO ;

2¾ stabilizează arcul electric.

Oxigenul (O ):¾ gaz activ, cu efect puternic oxidant; (de 2-3 ori mai intens ca la CO )

2¾ efect stabilizator al arcului electric;¾ reduce tensiunea superficială a picăturii de metal şi a băii topite: –

trans- fer fin a picăturii, stropire extrem de redusă, suprafaţă lată şi plată;

¾ tensiune superficială redusă – baia metalică curge rapid în faţa arcului la

sudarea vertical descendentă (rezultă defecte de legătură);

¾ gaz foarte sensibil la formarea porilor;¾ potenţial de ionizare scăzut – tensiune redusă a arcului, aport

termic diminuat.Hidrogenul (H ):

¾ gaz activ, cu efect reducător;¾ potenţial de ionizare ridicat şi conductibilitate termică mare - aport

termic extrem de ridicat în metalul de bază;¾ concentrează arcul electric – creşte densitatea energiei arcului;¾ prin disociere şi recombinare - îmbunătăţeşte transferul de căldură

al arcului către componente;¾ aport termic şi arc concentrat – creşterea pătrunderii sau a vitezei

de sudare;¾ riscul formării porilor la oţeluri nealiate în anumite condiţii;¾ creşterea proporţiei de H

2– creşterea riscului de formare a porilor la

Page 276: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2

sudarea oţelurilor inoxidabile austenitice.Azotul (N ):

¾ gaz reactiv – reacţionează cu metalul la temperatură ridicată,¾ inert la temperatură redusă;¾ formează pori în oţeluri;

Page 277: Tehnologia Sudarii Prin Topire

150

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

¾ determină durificarea materialului, în special la oţeluri cu granulaţie fină;¾ stabilizează austenita, reduce proporţia de ferită.

Alegerea gazelor de protecţie la sudarea oţelurilor carbonLa sudarea oţelurilor carbon se utilizează în general amestecurile de

gaze. Utilizarea acestora este justificată de îmbinarea proprietăţilor termo-fizice diferite, pentru obţinerea unor performanţe tehnologice superioare.

În acest sens la sudare se pot întâlni amestecuri de două trei sau mai multe amestecuri de gaze, după cum urmează:

$ArgonulNu se recomandă utilizarea argonului în proporţie de 100% deoarece

pro- duce un arc electric instabil, formarea inevitabilă de pori în cusătură, aspect mai puţin plăcut a îmbinării sudate. Baia metalică este deosebit de vâscoasă ceea ce duce la pori în cusătură, crestături marginale, supraînălţare excesivă, solzi puternic conturaţi.Rezolvarea problemei se realizează prin adaosuri de elemente oxidante, O şi/sau

CO . 2 2

$ Dioxidul de carbonAre marele avantaj al obţinerii unei geometrii deosebit de favorabile a

cusăturii (mai puţin supraînălţarea), al realizării unor îmbinări sudate cu porozitate extrem de redusă, respectiv a unui preţ de cost scăzut. În mod special la sudarea cu arc scurt, respectiv la puteri reduse ale arcului electric aportul termic ridicat al dioxidului de car- bon permite obţinerea unor viteze de sudare superioare. Totodată la puteri reduse stropirea nu este mult mai ridicată comparativ cu sudarea în amestecuri de gaze. Intensitatea stropirii creşte însă semnificativ cu creşterea puterii arcului electric.

Prin oxidarea intensă rezultă o cantitate mărită de zgură pe cusătură, iar supraînălţarea mare şi solzii grobi asigură o estetică mai puţin plăcută a cusăturii.

$ Amestecul Ar + O2

Aceste amestecuri pot fi împărţite în două grupe:

¾ Ar + 4-5% O . Sunt ideale la sudarea tablelor subţiri în poziţie normală

2(PA sau PB). Se caracterizează prin stropire redusă şi sensibilitate mărităla formarea porilor.

¾ Ar + 8-12% O . Creşterea procentului de O2 reduce tendinţa de formare a

2porilor. Sunt recomandate la sudarea tablelor murdare şicu ţunder de laminare.

Page 278: Tehnologia Sudarii Prin Topire

151

2

2

Amestecurile Ar + O au de asemenea o mare capacitate de umplere a rosturilor la sudare, dar şi dezavantajul unei pătrunderi necorespunzătoare la sudarea vertical descendentă, respectiv intensificarea formării zgurii.

$ Amestecul Ar + COEste amestecul cel mai frecvent utilizat la ora actuală la sudarea în

amestecuri de gaze, distingându-se combinaţia 82% Ar + 18% CO , (sau 80% Ar + 20% CO ).

2 2

Page 279: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2

2

2

2

2

2

2 2

2 2

2 2

152

4. SUDAREA ÎN MEDII DE GAZ PROTECTOR

Combină avantajele CO pur cu stropirea redusă a amestecurilor Ar + O . În domeniile2 2

în care stropirea şi cantitatea de zgură sunt critice (ex. industria auto) tendinţa actualăeste reducerea proporţiei de CO

din amestec ceea ce duce la reducerea proporţională

a stropilor. La sudarea tablelor ruginite, cu ţunder sau murdare se recurge la creştereaproporţiei de CO la 10 – 25% în vederea reducerii tendinţei de formare a porilor.

Lasudarea tablelor pasivizate din domeniul construcţiilor navale se utilizează amestecurile cu 40% CO , care asigură formarea unor cusături fără pori (soluţia clasică totuşi înacest domeniu este sudarea în CO

cu sârmă plină sau tubulară.

$ Amestecul Ar + O

+ CO

Dezvoltarea amestecurilor cu 3 componente a urmărit obţinerea unor amestecuri

care să combine stropirea redusă specifică amestecurilor Ar + O

cu avantajele sudării

în CO , îmbinare cu porozitate redusă, viteză de sudare ridicată, pătrundere mare şi sigură. Există 2 tipuri fundamentale de amestecuri de gaze cu 3 componente.

$ Amestecul Ar + He + O

+ CO

S-au dezvoltat pentru sudarea MAG cu rată ridicată de depunere.Cel mai cunoscut este amestecul T.I.M.E., 26,5% He + 8% CO

+ 0,5% O

+ 65% Ar. Avantajelor cunoscute ale O şi CO se adaugă avantajul He de îmbunătăţire 2 2

a capacităţii de umectare a băii metalice, respectiv lăţirea cusăturii. Preţul de cost algazului este relativ ridicat. Cele mai noi dezvoltări în domeniul sudării MAG cu rată ridicată de topire arată posibilă stabilizarea arcului rotitor în amestecuri de Ar + He + O , iar stabilizarea arcului spray în amestecuri de Ar + He + CO , (variantele Rapid Arc

2 2

şi Rapid Melt).În tabelul 4.7 se prezintă sintetic alegerea gazului de protecţie pentru

sudarea diferitelor materiale metalice.

Tabelul 4.7. Alegerea gazului de protecţie în funcţie de metalul de bază

Page 280: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

4.4. Transferul de metal la sudarea MIG/MAG

Transferul de metal la sudarea prin topire cu arcul electric cu electrod fuzibil este un proces complex, guvernat de o diversitate mare de fenomene de natură electrică, electromagnetică, mecanică, chimică, termodinamică, etc., respectiv de intensitatea de manifestare a acestor fenomene în anumite condiţii date de sudare. Aceste fenomene se manifestă prin dezvoltarea în arcul electric a unor forţe, a căror orientare şi mărime determină prin echilibrul realizat la un moment dat desprinderea sau menţinerea picăturii de metal topit în vârful electrodului fuzibil. Prin urmare acţiunea acestor forţe poate fi în sens favorabil desprinderii picăturii sau a împiedicării acestei desprinderi, ruperea echilibrului de forţe prin creşterea ponderii unora în detrimentul celorlalalte producând desprinderea picăturii de metal şi transferul acesteia prin coloana arcului electric în baia metalică.

Modul de transfer a picăturii de metal la sudarea prin topire cu arcul electric cu electrod fuzibil diferă foarte mult de la un procedeu de sudare la altul, iar în cadrul aceluiaşi procedeu depinde de condiţiile tehnologice concrete de sudare. Institutul Internaţional de Sudură I.I.S./I.I.W. a făcut o clasificare a formelor de transfer a picăturii de metal.

În cazul sudării în mediu de gaze protectoare cu electrod fuzibil MIG/MAG, modul de transfer a metalului topit cunoaşte cea mai mare varietate de forme, ceea ce determină creşterea complexităţii procesului tehnologic la sudare.

Practic modul de transfer a metalului topit la sudarea MIG/MAG poate fi considerat un parametru tehnologic nou, specific acestui procedeu, de care trebuie să se ţină cont la elaborarea tehnologiei de sudare, prin implicaţiile tehnologice şi nu numai pe care le are.

Modul de transfer este o caracteristică principală a procedeului de sudare

MIG/MAG.Pentru explicarea şi înţelenează transferul de metal topit prin coloana

arcului este importantă cunoaşterea principalelor tipuri de forţe care acţionează asupra picăturii şi factorii care influenţează mărimea acestora.

De valoarea şi ponderea acestor forţe depinde în anumite condiţii concrete de sudare modul de transfer a picăturii la sudarea MIG/MAG.

Diversitatea fenomenelor din arcul electric determină apariţia următoarelor forţe care acţionează în arc şi asupra picăturii de metal topit, figura 4.5:

1 – forţa electromagnetică Fem (forţa pinch Fp);2 – forţa tensiunii superficiale Fσ;3 – forţa gravitaţională Fg;

Page 281: Tehnologia Sudarii Prin Topire

4 – forţa de reacţie anodică Fan;5 – forţa jetului de plasmă Fj;6 – forţa electrodinamică Fed;

Page 282: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2p

2

2

4. SUDAREA ÎN MEDII DE GAZ PROTECTOR

Forţa electromagneticăForţa electromagnetică

Fem sau forţa pinch Fp aşa cum mai este întâlnită în literatura de specialitate, este generată de interacţiunea liniilor de curent de acelaşi sens care parcurg un conductor electric (sârma electrod şi co lo ana ar c u lui) , int er acţ iune manifestată prin tendinţa de apropiere a acestora. Modulul forţei „pinch” depinde în principal de valoarea curentului de sudare, fiind direct proporţional cu pătratul acestuia. Pentru calculul forţei „pinch” Fp se foloseşte relaţia:

Fig. 4.5. Forţele dezvoltate în arcul F = 2 0 ⋅ μ

⋅ I ⋅ r

4

4

[ N]

sau

electric 8 ⋅ π dp

F = 20 ⋅ μ ⋅

I[N]

unde:

p 4 ⋅ π ⋅ a 2

relaţia:

Is – curentul de sudare (A);μ – permeabilitatea magnetică;r (a) – distanţa punctului de aplicaţie a forţei pinch faţă de axa picăturii

(sârmei);dp – diametrul picăturii;

Pentru calculul aproximativ a forţei Fp, ilustrativ pentru sudare, se poate folosi

I2

F = s [dyn]p 2

Forţa tensiunilor superficiale. Tensiunea superficială ó acţionează cu o forţă Fσ. Această forţă acţionează în toate fazele de transfer a picăturii de metal topit în baia metalică. Tensiunea superficială (ó) este în principal o caracteristică

Page 283: Tehnologia Sudarii Prin Topire

de material. Cunoaşterea ordinului de mărime a acesteia permite înţelegerea mai bună a fenomenelor de transfer la sudarea acestor materiale. Valoarile tensiunii superficiale pentru cele mai importante materiale metalice utilizate la sudare sunt: σ = 1,2 N/m pentru oţel carbonnealiat sau slab aliat; σ = 0,9 N/m pentru cupru; σ = 0,6 N/m la aluminiu; σ = 1,7– 1,9 N/m pentru oţel înalt aliat inoxidabil.

Page 284: Tehnologia Sudarii Prin Topire

σ ⎜ ⎟

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

În cazul picăturilor mari forţa dată de tensiunea superficială are expresia:

F = 2 ⋅ π ⋅ r ⋅ σ ⋅ f ⎛ r ⎞

a⎝ ⎠unde:

• σ – tensiunea superficială a metalului lichid al picăturii;• r – raza sârmei electrod;• f – funcţie complexă ce depinde de raportul (r/a);• a – constanta de capilaritate a materialului lichid.

Importanţa acestei forţe asupra mecanismului de transfer a picăturii de metal se poate observa şi din apariţia recentă a unui nou mod de transfer bazat exclusiv pe acţiunea tensiunilor superficiale, care–i poartă numele şi anume transferul prin tensiune superficială sau S.T.T. (Surface Tension Transfer), care va fi prezentat într-un subcapitol ulterior.

Forţa gravitaţionalăForţa gravitaţională (Fg) acţionează în general ca o forţă care

favorizează desprinderea picăturii, cu excepţia sudării în poziţii dificile (peste cap). Valoarea ei este determinată în principal de mărimea picăturii conform relaţiei:

G = mp ⋅ g

unde:

• mp - masa picăturii;• g - acceleraţia gravitaţională.

Forţa de reacţie anodicăForţa de reacţie anodică (Fan) este generată de presiunea vaporilor de metal

care se degajă ca urmare a temperaturii locale ridicate care apare pe suprafaţa picăturii (în pata anodică) datorită concentrării arcului electric pe o zonă foarte mică aşa cum este extinderea petei anodice, 10-8 – 10-6 m.

Conductibilitatea termică mai ridicată a dioxidului de carbon decât a argonului determină un gradient de temperatură mult mai mare în coloana arcului. Prin urmare miezul coloaneiarcului în acest caz va fi la rândul lui foarte redus. Practic arcul electric este concentrat punctiform pe suprafaţa picăturii ce se formează în vârful sârmei, figura

6 Meca

Page 285: Tehnologia Sudarii Prin Topire

nismul generării forţei de reacţie anodică

4.6.Forţa electrodinamicăForţa electrodinamică Fed

apare ca efect conjugat a două acţiuni. Punctul de aplicaţie a forţei se găseşte pe interfaţa picătură – sârmă în axa sârmei electrod. În prima fază acţiunea de strangulare a picăturii sub efectul forţelor „pinch” determină o reducere puternică a suprafeţei de contact dintre

Page 286: Tehnologia Sudarii Prin Topire

4. SUDAREA ÎN MEDII DE GAZ PROTECTOR

sârmă şi picătură cu formarea unei punţi de metal foarte înguste cu un diametru de ordinul zecimilor de mm.

Forţa electrodinamică are o pondere importantă în cazul transferului prin pulverizare (curenţi mari de sudare), transferului în curent pulsat în perioada timpului de puls şiîn cazul transferului prin scurtcircuit cînd apariţia curentului de scurtcircuit determină creşterea importantă a forţelor pinch, respectiv creşterea densităţii de curent din zona punţii de metal topit la vîrful sîrmei.

Forţa jetului de plasmăForţa jetului de plasmă Fj este determinată de curgerea cu viteză foarte

mare a plasmei generate în coloana arcului ca urmare a temperaturilor foarte mari atinse în miezul coloanei. Acţiunea jetului de plasmă asupra picăturii poate fi comparată cu acţiunea unei vâne de fluid (lichid sau gaz), care se deplasează printr-o conductă, asupra unui corp de formă sferică, aşa cum se consideră că este picătura de metal aflată în interiorul ei.

Forţa care acţionează asupra picăturii de metal desprinse din vârful sârmei electrod

şi aflată în jetul de plasmă deplasat cu o viteză foarte mare se poate calcula cu relaţia:

π 2 2 2

unde:

Fj =

2 ⋅ v ⋅ ρp ⋅ R d ⋅ Cp

unde:

v – viteza de curgere a jetului de plasmă;ρp – densitatea jetului de plasmă; Rd – raza picăturii;Cp– coeficient de curgere a jetului de plasmă, invers proporţional cu numărul Reynolds (Re):

Re = R d ⋅ v

ν

ν- vâscozitatea jetului de plasmă.Tipurile de transfer al picăturii de metal topit la sudarea MIG/MAGDiversitatea modurilor de transfer a materialului de adaos constituie o

caracteristică specifică sudării în mediu de gaze protectoare cu electrod fuzibil MIG/MAG.

Tipul de transfer al picăturii de metal topit din vârful sârmeielectrod este influenţat în principal de doi factori de bază şi anume gazul de protecţie, respectiv valoarea curentului de sudare.

În figura 4.7 se prezintă zonele specifice tipurilor de transer în funcţie de parametrii tehnologici principali de sudare curent de sudare (viteza de avans

Page 287: Tehnologia Sudarii Prin Topire

a sârmei)– tensiunea arcului, pentru toate modurile de transfer întâlnite la sudarea MIG/MAG.

Transferul prin scurtcircuit, cu arc scurt sau „short arc – sha“ se caracterizează prin scurtcircuitarea arcului electric de către picătura de metal topit formată în vîrful sîrmei electrod cu o anumită frecvenţă. Modul de desfăşurare a procesului de transfer în strânsă

Page 288: Tehnologia Sudarii Prin Topire

ˆ̂

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Tabelul 4.8. Tipuri de transfer a picăturii de metal la sudarea MIG/MAG

Fig. 4.7 Influenţa curentului de sudare şi a gazelor de protecţie asupra

Page 289: Tehnologia Sudarii Prin Topire

zonelor de transfer

Page 290: Tehnologia Sudarii Prin Topire

øø

2 2

4. SUDAREA ÎN MEDII DE GAZ PROTECTOR

corelaţie cu modul de variaţie a parametrilor tehnologici principali de sudare – curentul de sudare Is respectiv tensiunea arcului Ua – este prezentat în figura 4.8.

În figura 4. 9 se prezintă corelaţia dintre parametrii tehnologici principali de sudare, curent – tensiune şi frecvenţa de scurtcircuit a arcului electric, respectiv frecvenţapicăturilor la sudarea în CO , folosind o sârmă

SG Transferul prin scurtcircuit se utilizează la:

cu diametrul de 0,8 mm.

Fig. 4.8 - Etapele transferului prin scurtcircuit

Fig. 4. 9 Influenţa parametrilor desudare asupra frecvenţei de scurtcircuit

¾ sudarea tablelor subţiri (s<5 mm);¾ sudarea stratului de rădăcină;¾ sudarea în poziţii dificile (verticală , peste cap).

Aspectul transferului picăturii la sudarea cu transfer prin scurtcircuit, obţinut prin filmarea rapidă a procesului de sudare, este prezentat în figura 4.10.

Transferul prin pulverizare sau

„spray arc“ se caracterizează prin trecerea metalului topit din vârful sârmei electrod spre baia metalică sub forma unui jet de picături foarte fine, „spray“, fără scurtcircuitarea arcului electric. Transferul picăturilor poate fi asemuit cu un „şirag de mărgele“ care leagă vârful sârmei de baia de sudură, fără atingerea

Page 291: Tehnologia Sudarii Prin Topire

picăturilor.Dimensiunea picăturilor depinde

Fig. 4. 10 Aspectul transferuluipicăturii prin scurtcircuit gazul de protecţie, de valoarea curentului

de

Page 292: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

sudare, materialul sârmei (compoziţia chimică), diametrul sârmei, etc.. Pentru obţinerea transferului prin pulverizare este necesar să fie satisfăcute simultan două condiţii importante care se referă la valoarea (mărimea) curentului de sudare respectiv la tipul gazului de protecţie utilizat.

În figura 4.11 este prezentată influenţa curentului asupra mărimi picăturii prin acţiunea forţei „pinch“. Se observă că pentru un curent de sudare de 200 A valoarea redusă a forţelor „pinch“ nu permite strangularea rapidă a picăturii de metal, care sub acţiunea forţelor de tensiune superficială creşte la dimensiuni mari depăşind diametrul sârmei. Creşterea exagerată a picăturii conduce la un transfer globular însoţită chiar de scurtcircuitarea arcului electric.

În tabelul 4.9 sunt prezentate valorile nominale ale curentului de tranziţie.

Fig. 4.11. Influenţa curentului de sudare asupra mărimii picăturii

Tabelul 4.9. Valori ale curentului de tranziţie spray arc

Page 293: Tehnologia Sudarii Prin Topire
Page 294: Tehnologia Sudarii Prin Topire

ît s a î g

p

4. SUDAREA ÎN MEDII DE GAZ PROTECTOR

Modul de transfer al picăturii în funcţie de gazul de protecţie utilizat este prezentat în figura 4.12.

Fig. 4.12 Transferul picăturilor de metal funcţie de gazul de protecţie

Transferul prin pulverizare se utilizează la :¾ sudarea tablelor groase:¾ sudarea în poziţie orizontală sau în jgheab.

Aspectul transferului prin pulverizare este prezentat în figura4.13.

Fig. 4.13 Aspectul transferului picăturii prin pulverizare

Transferul globular, cu ar c lung sa u „lo ng ar c“ se caracterizează prin trecerea metalului topit din vârful sârmei electrod spre baia metalică sub forma unor picături mari de metal numite „globule“ fără scurtcircuitarea arcului electric. De aici şi denumirea de transfer globu-

lar. Când picătura de metal creşte foarte mult pot avea loc scurtcircuite accidentale

nsoţite de stropiri intense. Deoarece ransferul picăturiise realizează exclusiv ub acţiunea forţei gravitaţionale, care re ponderea cea mai mare, mai este ntâlnit şi sub denumirea de „transfer ravitaţional“.

Modul de desfăşurare arocesului de transfer a picăturii este

Fig. 4.14. Etapele transferului globular al

Page 295: Tehnologia Sudarii Prin Topire

picăturii de metal prezentat în figura 4.14.Tr a nsfer ul glo bula r s e

utilizează la : ¾ la sudarea tablelor groase;

¾ la sudarea în poziţie orizontală sau în jgheab;¾ la sudarea oţelurilor nealiate cu puţin carbon şi a unor oţeluri slab aliate

Page 296: Tehnologia Sudarii Prin Topire

160

2

2

2

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Datorită modului de transfer în picături mari şi a pierderilor de material prin stropiri, care necesită de cele mai multe ori o operaţie ulterioară de curăţire a stropilor,sudarea cu arc lung în CO

este tot mai rar folosită în prezent, fiind înlocuită de sudarea

în amestecuri de gaze bogate în argon, care datorită transferului prin pulverizare pe care îl produce elimină dezavantajele transferului globular. Cel mai utilizat amestec la ora actuală utilizat pentru sudarea oţelurilor carbon este amestecul cu 80%Ar + 20%CO(82%Ar +18% CO ), denumit industrial CORGON 18.

Transferul intermediar, cu arc intermediar sau „transition arc“ ocupă zona dintre domeniul transferului prin scurtcircuit (cu arc scurt) şi domeniul

transferului prin pulverizare (respectiv cu arc lung).Se caracterizează prin transferarea picăturilor de metal topit din vârful sârmei electrod prin două moduri şi anume atât prin scurtcircuit cât şi gravitaţional sau globular. Modul de desfăşurare a procesului de trans-

Fig. 4.15. Fazele transferului intermediar al picăturii de metal

fer este prezentat în figura 4.15.Caracterizarea transfe-

rului intermediar:¾ specific puterilor medii de arc: curent de sudare, respectiv tensiune,¾ medii:Is cr sha < Is < Is cr spa¾ productivitate medie la sudare, diminuată însă mult de rată mare

a pierderilor de material prin stropi;¾ energie liniară medie introdusă în componente;¾ forţe dominante în arc: forţa „pinch“, forţa electrodinamică,

forţa gravitaţională;¾ nu este condiţionat de gazul de protecţie utilizat;¾ transferul picăturii: globular şi prin scurtcircuit;

¾ arc instabil;

¾ pierderi mari de material prin stropi mari şi stropiri intense, cuprinse¾ între 5 – 10% se produc cele mai mari pierderi de metal la sudarea MIG/MAG)

Page 297: Tehnologia Sudarii Prin Topire

161

Utilizare:

¾ sudarea tablelor de grosime medie;¾ sudarea în poziţie orizontală sau în jgheab;¾ sudarea oţelurilor carbon nealiate şi a unor oţeluri slab aliate.

Fig. 4.16 Aspctul transferuluiglobular al picăturii de

metal topit

Aspectul transferului intermediar este prezentat în figura 4.16. Se observă dimensiunea mare

Page 298: Tehnologia Sudarii Prin Topire

4. SUDAREA ÎN MEDII DE GAZ PROTECTOR

a picăturii de metal şi formarea laterală a ei la marginea sârmei electrod.Transferul sinergic în curent pulsat, sau în impulsuri se

caracterizează prin transferul dirijat a picăturii de metal prin arcul electric prin modificarea periodică a curentului de sudare.

Deosebirea esenţială dintre sudarea MIG/MAG în impulsuri şi sudarea MIG/ MAG clasică constă în faptul că la acest procedeu, curentul de sudare nu mai este constant în timp, ci variază periodic între o valoare maximă – curent de puls – şi o valoare minimă – curent de bază – cu o anumită frecvenţă, figura 4.17.

În timp ul de puls tp, denumit şi „timp cald“, valoarea ridicată a curentului de puls Ip de t ermină t o pirea rap idă şi desprinderea sub efectul forţelor electromagnetice a picăturii de metal de

dimensiuni mic i fă r ă scurtcircuitarea arcului electric,asemănă tor tr ansfer ulu i pr in

Fig. 4.17. Principiul procedeului desudare în curent pulsat

pulverizare, figura 4.17. În timpul de bază tb, denumit şi „timp rece“,

curentul de bază Ib de valori relativ mici asigură întreţinerea arderii stabile a arculuielectric fără însă să producă topirea sârmei, respectiv transferul picăturii.

4.5. Parametrii tehnologici ai curentului pulsat

Principalii parametri ai curentului pulsat sunt, figura 4.18:• curentul de puls Ip;• curentul de bază Ib;• timpul de puls tp;• timpul de bază tb;• frecvenţa pulsurilor f;• durata ciclului de puls tc;• curentul mediu de sudare Im ;• curentul critic (de tranziţie ) Itr;

Page 299: Tehnologia Sudarii Prin Topire

• curentul efectiv Ief.Acest caz part icular

al sudării MIG/MAG în curent pulsat caracterizat prin transferul unei

Fig. 4.18. Parametrii curentului pulsat

singure picături pe puls poartădenumirea de „sudare sinergică“ şi

Page 300: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2

p p

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

constituie optimul reglării parametrilor tehnologici de sudare, din punct de vedere a stabilităţii arcului electric, a eliminării totale a stropilor, a controlului dimensiunilor picăturilor, respectiv a energiei introduse în componente.

În literatura de specialitate sunt prezentate corelaţii între curentul de puls Ip şi timpul de puls tp pentru asigurarea unui transfer optim. Aceste corelaţii sunt de forma :

In ⋅ t = Dunde, n şi D sunt constante ce depind în mod esenţial de natura metalului de bază, de diametrul sârmei şi de gazul de protecţie; de exemplu, pentru o sârmă de oţel nealiată cu diametrul de 1,2 mm şi utilizând un amestec de gaze Ar + 1,5% O , valorile celor douăconstante sunt : n = 2 şi D = 400 A2s.

În figura 4.19 se prezintă corelaţia dintre curentul de puls Ip şi timpul de puls tp, pentru asigurarea unui transfer optim al picăturii (o picătură pe puls).

Fig.4.19. Corelaţia Ip

cu tp

În tabelul 4.10 se prezintă domeniul de variaţie a principalilor parametri ai curentului pulsat folosiţi frecvent pe instalaţiile de sudare utilizate în practică.

Tabelul 4.10. Domeniul de variaţie a parametrilor curentului pulsat

Page 301: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Observaţie: cel mai dificil de stabilit dintre parametrii de mai sus este durata optimă a curentului de puls tp.

Transferul sinergic în curent pulsant este utilizat:¾ la sudarea oţelului carbon:

Page 302: Tehnologia Sudarii Prin Topire

4. SUDAREA ÎN MEDII DE GAZ PROTECTOR

¾ pentru tehnologii de sudare specifice transferului intermediar;¾ la sudarea stratului de rădăcină;¾ la sudarea în poziţie;¾ transferul (procedeul) ideal la sudare aluminiului şi aliajelor sale

în spe- cial în domeniul transferului prin scurtcircuit şi intermediar; nu este recomandat în domeniul transferului prin pulverizare; pătrundere

¾ asigură la sudare; estetică foarte bună a cusăturii;¾ se pot suda MIG pulsat table subţiri de până la 1 mm (comparabil

cu sudarea WIG);¾ la sudarea oţelurilor înalt aliate: în toate domeniile de transfer;¾ la sudarea cuprului şi aliajelor de cupru: în domeniul specific¾ transferului prin scurtcircuit şi intermediar;¾ este transferul (procedeul) optim pentru toate materiale metalice;

Asp ect u l t r ansfer u lui picăturii la sudarea în curent pulsat obţinut prin filmare rapidă este prezentat în figura 4.20.

Transferul prin tensiune superficială, sau transferul STT (Surface TensionTransfer), reprezintă cel mai nou tip de transfer al picăturii de metal la sudarea MIG/MAG. În co nt inuare îl vo m numi simplutransferul STT aşa cum s-a impus

Fig. 4.20 Aspectul transferului picăturii încurent pulsat (prin filmări

rapide)

deja în literatura de specialitate.Apariţia transferului STT

este indisolubil legată de folosirea invertoarelor în construcţia echipamentelor de sudare MIG/MAG, şi mai exact de dezvoltarea invertoarelor cu viteză foarte mare de răspuns, respectiv timpi de reacţie foarte mici de ordinul microsecundelor. Aceasta presupune ca frecvenţa invertorului să fie = 100 kHz, performanţă pe care doar ultima genetaţie de invertoare o are.

4.6. Parametrii tehnologici de sudare

Elaborarea corectă a unei tehnologii de sudare presupune cunoaşterea parametrilor tehnologici de sudare, a factorilor de influenţă care acţionează

Page 303: Tehnologia Sudarii Prin Topire

asupra acestor parametri, respectiv influenţa pe care parametrii de sudare o au asupra fenomenelor de transfer a picăturii, asupra geometriei cusăturii, asupra calităţii îmbinării sudate în general.

Parametrii tehnologici de sudare specifici procedeului de sudare în mediu de

Page 304: Tehnologia Sudarii Prin Topire

(

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Fig. 4.21. Mecanismul stropirii din baia metalică la sudareaMIG/MAG cu transfer prin scurtcircuit

gaze protectoare MIG/MAG sunt:$ natura şi polaritatea curentului;$ curentul de sudare (viteza de avans a sârmei electrod);$ tensiunea arcului electric;$ viteza de sudare;$ lungimea capătului liber al sârmei electrod;$ distanţa duză de gaz – piesă;$ diametrul sârmei electrod;$ debitul de gaz$ înclinarea sârmei electrod.

Natura şi polaritatea curentului. Sudarea în mediu de gaze protectoare MIG/ MAG se desfăşoară exclusiv în curent continuu, polaritate

inversă. Utilizarea polarităţii inverse asigura următoarele avantaje: stabilitate mai bună a arcului electric, pătrundere mai bună şi maisigură a cusăturii, trans-

fer în picături mai fine cu stropiri mai r edu se, geo metr ie mai favorabilă a cusăturii, transferul prin pulverizare a metaluluitopit în cazul cur enţilo r de sudare mari,favo r izează feno menul de

Page 305: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Fig. 4.22. Influenţa polarităţii curentului la

sudarea MIG/MAG

microsablare în cazul sudării aluminiului şi aliajelor sale.

Page 306: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2

4. SUDAREA ÎN MEDII DE GAZ PROTECTOR

Curentul de sudare – Viteza de avans a sârmei electrod.Asocierea celor doi parametri tehnologici la sudarea MIG/MAG este

determinată de interdependenţa (intercondiţionalitatea) care există între aceşti parametri şi anume relaţia direct proporţională, într-o primă aproximare liniară, a acestora, figura

4.23. Practic reglarea curentului la sudarea MIG/MAG se face prin modificarea vitezei de avans a sârmei electrod, viteză de avans redusă – curent mic, viteză de

avans ridicată– curent mare.

Curentul de sudare influenţează puterea de topire a arcului electric, respectiv rata depunerii

AD, modul de transfer a picăturii prin coloana arcului, geometria cusăturii mai precis pătrunderea acesteia. Valoarea curentului de sudare depinde

în principal de materialul de bază (compoziţiachimică), de grosimea materialului, de diametrul sârmei electrod, tipul de transfer al picăturii, de poziţia de sudare.

Fig. 4.23. Corelaţia dintre viteza de avans a sârmei şi curentul de sudare

dinamicii picăturii de metal.

Dacă valoarea curentului de sudare pentru un diametru dat depăşeşte o anumită limită se pro- duce perturbarea fenomenului de transfer a picăturii (prin pulverizare) cu degenerarea înt r-un proces necontrolabil, aşa numitul transfer cu arc rotitor care se răsfrânge asupra

Acest fenomen este stăpânit prin folosirea unor gaze de protecţie speciale sau prin utilizarea unor tehnici de sudare diferite de cele din sudarea clasică. Este vorba de sudarea TIME (Transfered Ionized Molten Energy) care foloseşte un gaz special ternar, conţinând 26,5% He, 8% CO , 0,5% O , restul Ar, care permite sudarea cu viteze de

2 2

avans ale sârmei electrod de până la 25-50 m/min şi valori ale curentului de sudare de400-700A, respectiv sudarea prin tehnici de sudare cu curenţi de mare intensitate caRapid Arc (arc rapid) şi Rapid Melt (topire rapidă) folosind amestecuri de gaze Ar + 4-8% CO la viteze de avans a sârmei de până la 25 m/min, respectiv până la 40

m/min

Page 307: Tehnologia Sudarii Prin Topire

(valorile sunt valabile pentru sârme de oţel cu diametrul de 1,2 mm). Aceste tehnici de sudare însă necesită echipamente de sudare sofisticate, respectiv dispozitive de avans a sârmei de mare performanţă, fiind limitate şi de costul ridicat al gazului de protecţie.

La sudarea în poziţii dificile, curentul de sudare se reduce cu 10÷15% la sudarea în cornişă, respectiv cu 15÷20% la sudarea peste cap (pe plafon) sau vertical descendentă, pentru reducerea volumului băii şi diminuarea pericolului de scurgere a acesteia, pentru un control mai bun al procesului de sudare.

Page 308: Tehnologia Sudarii Prin Topire

øø

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Reglarea curentului de sudare prin modificarea vitezei de avans a sârmei electrod conferă acestui parametru tehnologic un rol foarte important la sudarea MIG/MAG. Practic viteza de avans a sârmei electrod prin implicaţiile ei la sudare se poate considera parametrul tehnologic principal (de bază) al procedeului de sudare în mediu de gaze protectoare MIG/MAG.

Viteza de avans a sârmei electrod variază în general între 2 m/min şi 18 (22) m/ min în funcţie de performanţele echipamentului (dispozitivului de avans a sârmei DAS). Valoarea vitezei de avans se reglează în funcţie de nivelul curentului de sudare necesar din punct de vedere tehnologic.

În figurile 4.24, 4.25, şi 4.26 se prezintă corelaţia dintre curentul de sudare şi viteza de avans a sârmei electrod pentru următoarele materiale: oţel carbon, oţel înalt aliat (inox austenitic), aliaj de aluminiu cu siliciu (4043), pentru cele mai utilizate diametre de sârmă 0,8; 1,0; 1,2; 1,6 mm.

Fig. 4.24 Corelaţia dintre curentul de sudare şi

viteza de avans a sârmei pentru oţel carbon

Fig. 4.25. Corelaţia dintre curentul de sudare şi

viteza de avans a sârmei pentru oţel INOX A (Seria

300)

Page 309: Tehnologia Sudarii Prin Topire

ØØ

4. SUDAREA ÎN MEDII DE GAZ PROTECTOR

Fig. 4.26. Corelaţia dintre curentul de sudare şi

viteza de avans a sârmei pentru aliaj de Al-4043

(AlSi)

Tensiunea arculuiTensiunea arcului Ua ste determinată de doi factori principali şi anume

curentul de sudare, respectiv gazul de protecţie şi deci implicit de tipul de transfer utilizat la sudare.

Pentru obţinerea unui arc stabil şi asigurarea unui transfer de metal cu stropiri minime, între curentul de sudare şi tensiunea arcului electric trebuie să existe o corelaţie optimă. Între cele două mărimi se recomandă să existe relaţia:

Ua= 14 + 0,05 Is [V]Influenţa gazului de protecţie asupra tensiunii arcului se prezintă în figura 4.27. Influenţa curentului de sudare, respectiv a vitezei de avans a sârmei electrod

asupra tensiunii arcului pentru o caracteristică externă dată a sursei de sudare este prezentată în figura 4.28.

Fig. 4.27 Influenţa gazului de protecţie asupra tensiunii arcului

Fig. 4.28 Influenţa curentului de sudare asupra tensiunii arcului

Asigurarea unui transfer optim de metal la sudarea MIG/MAG este

Page 310: Tehnologia Sudarii Prin Topire

strâns legată, în anumite condiţii date de sudare, de relaţia intrinsecă stabilită între cei doi parametri tehnologici principali curent de sudare –tensiunea arcului. Aşa cum s-a observat

Page 311: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

şi mai sus există o infinitate de perechi de valori (Is, Ua) care determină un transfer corespunzător a picăturilor de metal. Se poate defini astfel, în coordonate Ua = f(Is), figura 4.29 zona haşurată, un domeniu optim pentru perechea de valori (Is, Ua), astfel încât procesul de sudare să se poată desfăşura în condiţii rezonabile.

Fig. 4.29. Domeniul optim de sudare MIG/MAG

În tabelul4.11 se prezintă domeniul de valori al parametrilor tehnologici de sudare curent–tensiune în funcţie de tipul de transfer, la sudarea în amestecuri de gaze bogate în argon. Valori din tabel sunt acoperitoare de o gamă variată de amestecuri de gaze.

Tabelul 4.11. Corelaţia dintre parametrii tehnologici şi tipul de transfer

Viteza de sudare.Datorită puterii de topire mari a arcului caracterizată prin rată de

depunere ridicată respectiv pătrundere mare şi a posibilităţilor de reglarea într-un domeniu larg de valori a parametrilor tehnologici curent de sudare – tensiunea arcului pentru un diametru de sârmă, viteza de sudare vs se caracterizează prin mărimi relativ mari, luând valori într-un domeniu foarte larg cuprins între 15 şi

Page 312: Tehnologia Sudarii Prin Topire

100 (150) cm/min, iar la unele variante de sudare putând atinge chiar 2-4 m/min (vezi sudarea cu 2 sârme în tandem). Importanţa

Page 313: Tehnologia Sudarii Prin Topire

l

4. SUDAREA ÎN MEDII DE GAZ PROTECTOR

vitezei de sudare, la sudarea MIG/MAG rezidă din influenţa hotărâtoare a ei asupra calităţii îmbinăriisudate, respectiv asupra defectelor pe care le poate introduce în îmbinare. Astfel o viteză de sudare prea mică produce, în cazul puterilor mari ale arcului electric, pericolul lipsei de topire sau lipsei de pătrundere prin curgerea băii de volum mare în faţa arcului, iar la sudarea stratului de rădăcină pericolul străpungerii. Prin supraîncălzirea băii metalice apare pericolul porozităţii în cusătură. Nu în ultimul rând prin energia liniară mare introdusă în componente creşte nivelul tensiunilor şi deformaţiilor, apare pericolul creşterii granulaţiei cusăturii şi ZIT – lui (subzona de supraîncălzire) însoţit de degradarea caracteristicilor mecanice şi de plasticitate a îmbinării sudate, respectiv creşterea temperaturii de tranziţie. Este cazul oţelurilor slab aliate cu granulaţie fină sensibile la supraîncălziri. Acesta este poate cel mai mare pericol la sudarea MIG/MAG cu viteză mică. O viteză de sudare mare poate de asemenea să afecteze calitatea îmbinării prin pericolul de defecte de legătură pe care le poate introduce, lipsă de pătrundere sau lipsă de topire datorită energiei liniare reduse, pericol de pori în cusătură datorită solidificării rapide a băii sau protecţiei necorespunzătoare a arcului şi a băii (îmbinări de colţ nepătrunse), aspect inestetic a cusăturii cu lăţime mică şi supraînălţare mare, etc..

Viteza de sudare este parametrul care permite cel mai comod, în limitele cele mai largi şi cel mai uşor, controlul energiei liniare introduse în componente. Calculul energiei liniare introduse la sudarea prin topire cu arcul electric se face cu ajutorul următoarei relaţii:

unde:

E = η Ua ⋅ Is ⋅ 60 vs

[ j / cm]

Is – curentul de sudare (A); Ua – tensiunea arcului (V);vs – viteza de sudare (cm/min);η – randamentul de transfer arcului (η = 0,75-0,85)

Viteza de sudare depinde în principal de următorii factori:¾ Metalul de bază¾ Puterea arcului¾ Caracterul trecerii, .¾ Varianta (metoda) de sudare.¾ Tehnica de sudare.¾ Grosimea componentelor respectiv geometria rostului.¾ Gradul de mecanizare.

Exemplu de calcul privind influenţa vitezei de sudare asupra energiei

Page 314: Tehnologia Sudarii Prin Topire

liniare, respectiv asupra caracteristicilor îmbinării sudate în cazul sudării unei îmbinări cap la cap cu rost în Y din oţel slab aliat cu granulaţie fină.

Parametrii tehnologici de sudare folosiţi sunt:

Page 315: Tehnologia Sudarii Prin Topire

170

l

l

l

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

- la rădăcină (sudare cu transfer prin scurtcircuit):Is = 140A; Ua = 19V; vs = 14cm / min

E = Ua × Is × 60 =

1 4 0 ×19 = 11400 J / min

vs 14- la umplerea rostului (sudare cu transfer prin pulverizare):

• Varianta 1: folosind varianta de sudare multistrat (recomandată la acest tip de oţel):

Is = 3 0 0 A; Ua = 2 9 V; vs = 4 6 c m / min

E = Ua × Is × 60 =

3 0 0 × 29 = 11350 J / min

vs 46• Varianta 2: folosind varianta de sudare în număr mic de treceri

(nerecomandată):Is = 3 0 0 A; Ua = 2 9 V; vs = 2 3 c m / min

E = Ua × Is × 60 =

3 0 0 × 29 = 22700 J / min

vs 23Viteza de sudare se poate determina pe cale grafică (fig. 4.30)În tabelul 4.10 se prezintă domeniul de variaţie a principalilor

parametri ai curentului pulsat folosiţi frecvent pe instalaţiile de sudare utilizate în practică.

Fig.4.30. Determinarea grafică a vitezei de sudareObs.: Condiţii de sudare: diametrul sârmei electrod 1,2 mm; gazul de protecţie

82% Ar + 18% CO2; debitul gazului de protecţie 15 l/min.Lungimea capătului liber al sârmei electrodLungimea capătului liber al sârmei electrod lcl se defineşte ca distanţa

Page 316: Tehnologia Sudarii Prin Topire

171

dintre suprafaţa frontală a duzei de contact şi suprafaţa componentelor de sudat, figura 4.31.

Page 317: Tehnologia Sudarii Prin Topire

≈≈

L

172

4. SUDAREA ÎN MEDII DE GAZ PROTECTOR

Tabelul 4.12. Corelaţia dintre curentul de sudare şi lungimea capătului liber

Fig. 4.31. Definirea lungimii capătului liber al sârmei electrod lcl

Lungimea capătului liber depinde în principal de curentul de sudare respectiv de tipul de transfer a picăturii şi de diametrul sârmei electrod (fig. 4.31).

În tabelul 4.12 se prezintă valorile recomandate pentru lungimea capătului liber în funcţie de curentul de sudare.

Lungimea capătului liber se poate defini şi ca o funcţie de diametrul sârmei electrod, figura 4.32 după cum urmează:

Fig. 4.32. Lungimea capătului liber funcţie de diametrul sârmei

¾ l 10 x ds (mm) la transfer prin scurtcircuit;cl

¾ l 15 x ds (mm) la transfer prinpulverizare;cl

Distanţa duză de gaz-piesăDistanţa duză de gaz-piesă L

se defineşte ca distanţa dintre suprafaţa frontală

a duzei de gaz şi componentele care se sudează şi este în strânsă corelaţie cu

Page 318: Tehnologia Sudarii Prin Topire

173

lungimea capătului liber a sârmei electrod. Se constată că distanţa duză de gaz – piesă se ia în general valori cuprinse între 10 – 15 mm (fig. 4.33).

Page 319: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Diametrul sârmei electrodAlegerea diametrului sârmei

electrod ds depinde în principal de grosimea componentelor (tablelor) care se sudează, respectiv de curentul de sudare necesar din punct de vedere tehnologic. Alegerea diametrului este condiţionată de multe ori şi de performanţele echipamentului de sudare. Gama de diametre cuprinde următoarele

Fig. 4.33. Poziţionarea duzei de contact la sudarea îmbinărilor

de colţ

valori: 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,6 mm, diametrul de 1,2 mmfiind cel mai utilizat la ora actuală pe plan mondial.

Fig. 4.34. Influenţa diametrului sârmei electod asupra ratei depunerii AD

Pătrunderea cusăturii este mai mare la sârme mai subţiri datorită creşteriidensităţii de curent şi a forţei de refulare a arcului elec- tric. În ultimul caz însă dacă valoarea curentului depăşeşte o anumită limită pătrunderea cusăturii paradoxal scade ca efect a curgerii băii (rată ridicată) în faţa arcului pe componente. Aceste influenţe sunt prezentate sugestiv în figura 4.34.

Debitul de gazGazuldeprotecţie asigură

protecţia arcului electric şi a băii

metalice împotriva pătrunderii gazelor din atmosferă, O , H , N . Acest lucru se realizează 2 2 2

prin debitul gazului de protecţie Q de care depinde calitatea îmbinării sudate. Debite de gazprea mari sau prea mici conduc oxidarea metalului topit, respectiv la porozitate în cusătură.

Debitul de gaz depinde de gazul de protecţie utilizat (de exemplu He fiind mai uşor decât aerul are tendinţa de ridicare, pentru asigurarea aceluiaşi

Page 320: Tehnologia Sudarii Prin Topire

nivel de protecţie în comparaţie cu Ar, debitul de He trebuind dublat), de puterea arcului, tipul de transfer (sudarea cu arc scurt necesită un debit mai mic de gaz decât sudarea prin pulverizare), de viteza de sudare (la viteze mari, debite mai mari şi invers), de forma îmbinării sudate (cele mai mari debite se folosesc la îmbinări de colţ în L, îmbinările cap la cap necesită debite mai mari decât îmbinările de colţ în T, etc.), de locul sudării (în locuri cu pericol de curenţi de aer, debitul va fi mai mare), de metalul de bază care se sudează (metalele şi aliajele neferoase Cu, Al, respectiv metalele active Ti, Be, necesită debite de gaz mult mai mari decât oţelul), de tipul sârmei (sârmă plină sau sârmă tubulară, pentru sârmele tubulare debitul de gaz se ia de 8-12 l/min), etc.

Page 321: Tehnologia Sudarii Prin Topire

4. SUDAREA ÎN MEDII DE GAZ PROTECTOR

Fig. 4.35. Alegerea debitului de gaz

În general la sudarea oţelurilor cu sârmă plină debitul de gaz variază între 8-20 l/ min în funcţie de puterea arcului, luând valori de 8-14 l/min la sudarea cu puteri mici (transfer prin scurtcircuit), respectiv 15-20 l/min la sudarea cu puteri mari (transfer prin pulverizare).

În figura 4.35 se prezintă grafic variaţia debitului de gaz funcţie de distanţa duză de gaz-piesă respectiv în funcţie de curentul de sudare, pentru cazul sudării oţelului şi aluminiului.

În practică pentru calculul debitului de gaz se poate folosi şi relaţia empirică: Q = (8 ÷ 15)ds (l/min)

Înclinarea sârmei electrodSudarea în mediu de gaze protectoare MIG/MAG se caracterizează prin două tehnici de sudare în funcţie de înclinarea sârmei electrod á, raportată la sensul de sudare:

¾ sudarea spre stânga sau „ prin împingerea cusăturii“, figura 4.36a;¾ sudarea spre dreapta sau „prin tragerea cusăturii“, figura 4.36c.

Fig. 4.36 Influenţa înclinării capului

de

Page 322: Tehnologia Sudarii Prin Topire

sudare asupra geometriei cusăturii

Page 323: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Folosirea celor două tehnici de sudare este posibilă datorită absenţei zgurii la sudarea MIG/MAG.

4.7. Sudarea cu sârmă tubulară – ST

Considerat la început ca o variantă a sudării MIG/MAG, din care a derivat, procedeul de sudare cu sârmă tubulară ST s-a impus ca un procedeu bine definit, caracterizat de particularităţi specifice care-l individualizează şi personalizează, motiv pentru care, în literatura de specialitate din ultimii ani, este tratat ca un procedeu aparte de sine

stătător, în grupa procedeelor de sudare prin topire cu arcul electric.În acest context procedeul de sudare ST este întîlnit în două variante

tratate de asemenea separat şi anume sudarea cu sârmă tubulară cu autoprotecţie sau protecţie interioară (Self-Shielded Flux-Cored Arc welding), respectiv sudarea cu sârmă tubulară cu protecţie de gaz sau protecţie suplimentară (Gas-Shielded Flux-Cored Arc Welding).

4.7.1. Principiul procedeului de sudare cu sârmă tubulară

Principiul procedeului de sudare cu sârmă tubulară este prezentat în figura 4.37.

Page 324: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Fig. 4.37. Principiul procedeului de sudare cu sârmă tubulară

Page 325: Tehnologia Sudarii Prin Topire

4. SUDAREA ÎN MEDII DE GAZ PROTECTOR

Arcul electric arde între sârma electrod şi piesă. Sârma electrod la rândul ei este formată dintr-o teacă (ţeavă) metalică în interiorul căreia se introduce un miez pulverulent care conţine elemente dezoxidante, gazeifiante, zgurifiante, de aliere, etc. asemeni cu substanţele din învelişul electrozilor utilizaţi la sudarea manuală. Din acest punct de vedere se poate spune că sudarea cu sârmă tubulară este o alternativă la sudarea manuală cu electrozi înveliţi putând înlocui în foarte multe aplicaţii acest procedeu, cu rezultate similare sau superioare, dar cu productivitate ridicată datorită posibilităţilor de mecanizare, respectiv a utilizării unor densităţi mari de curent, 250-300A/mm2 comparativ cu 12-18 A/mm2 la sudarea manuală.

Sârma tubulară poate fi privită astfel „ca un electrod învelit cu învelişul în inte- rior” ceea ce permite realizarea unui electrod continuu sub formă de sârmă care asigură pe de o parte realizarea unui contact electric alunecător, iar pe de altă parte posibilitatea bobinării sârmei electrod fără pericolul fisurării şi desprinderii învelişului de pe electrod. Acest lucru permite antrenarea mecanizată a sârmei electrod în coloana arcului prin intermediul unui sisteme de avans cu motoreductor şi role de antrenare ceea ce creează premisele implementării unor procese de sudare semimecanizate sau mecanizate.

Avantajele sudării cu sârmă tubulară¾ Creşterea productivităţii la sudare comparativ cu sudare MAG cu

sârmă plină ca efect al densităţii de curent superioare, 250-300A/mm2, faţă de 150A/mm2. Aceasta se concretizează prin creşterea ratei depunerii AD cu 30-50% (şi în unele cazuri chiar mai mult), creşterea pătrunderii la sudare, respectiv creşterea vitezei de sudare. Creşterea productivităţii la sudare se manifestă în special la sudarea în poziţii dificile (verticală) ca efect al posibilităţii de sudare folosind valori mari ale curentului şi al transferului prin pulverizare în cazul sudării cu sârme tubulare rutilice.

¾ Calitate superioară a îmbinării sudate cu reducerea pericolului deformare a porilor sau de apariţie a defectelor de tipul lipsei de topire sau a lipsei de pătrundere.

¾Caracteristici mecanice superioare ale îmbinării sudare, rafinare superioară

a băii metalice.¾Reducerea conţinutului de hidrogen difuzibil din îmbinarea sudată

la valori de sub 5cm3/100g MD şi prin urmare a reducerea pericolului de fisurare la rece sau a pericolului de formare a porilor.

¾ Geometrie superioară a cusăturii, cu pătrundere sigură.¾ Stabilitate mai bună a arcului electric (vezi substanţele ionizatoare

Page 326: Tehnologia Sudarii Prin Topire

din miez).¾ Reducerea stropirilor, desprinderea mai uşoară a stropilor şi prin urmare

reducerea timpului de curăţire a piesei, respectiv al capului de sudare.

¾ Posibilitatea alierii suplimentare a metalului depus prin miez.¾ Estetică mai bună a cusăturii sudate cu solzi fini, respectiv supraînălţare

Page 327: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

redusă.¾ Posibilitatea sudării în spaţii deschise, pe şantier, asemănător

sudării manuale cu electrod învelit, putând substitui cu succes acest procedeu;

¾ Îmbunăt ăţirea calităţii îmbinărilor sudat e execut at e pe table acoperite(grunduite) sau cu suprafeţe murdare (rugină, grăsimi, ulei, vopsele).

Dezavantajele sudării cu sârmă tubulară¾ Preţul de cost mai ridicat al sârmei tubulare comparativ cu sârma plină,de

2 până la 3 ori. Acest dezavantaj este compensat însă prin reducerea costurilor totale ale execuţiei îmbinării sudare, timp, manoperă, energie.

¾ Necesitatea unei operaţii suplimentare de îndepărtare a zgurii de pe suprafaţa depunerilor, în special la sudarea multistrat;

¾Probabilitatea apariţiei defectelor de tipul incluziunilor de zgură în cusătură.¾ Emisie mai puternică de fum şi gaze nocive, cea ce implică

ventilaţia forţată la locul de muncă; dificultăţi în conducerea pistoletului la sudarea semimecanizată datorită fumului.

Performanţele procedeului:- Curentul de sudare Is = 100-600A;- Tensiunea arcului Ua = 20-35V- Viteza de sudare vs = 20-150cm/min;- Diametrul electrodului ds = 1,0-2,4 (3,2)mm;- Densitatea de curent j = 250-300A/mm2.

4.7.2. Materiale de sudare la ST

Materialele utilizate la sudarea ST sunt sârma electrod în cazul sudării cu sârmă tubulară cu autoprotecţie, respectiv sârma electrod şi gazul de protecţie la sudarea cu sârmă tubulară cu protecţie suplimentară

Sârma electrodSe prezintă sub forma unei teci metalice umplute cu un miez

pulverulent, în următoarea gamă de diametre: 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 2,4; 2,8, (3,2).

Învelişul metalic se execută în general dintr-un material nealiat caracterizat prin proprietăţi bune de ductilitate pentru a permite laminarea şi trefilarea uşoară a tecii, grosimea acesteia având valori sub 0,2 mm.

Alierea cusăturii când este cazul se face în general prin

Page 328: Tehnologia Sudarii Prin Topire

miez. Învelişul metalic (teaca) are următoarele roluri:• asigură prin topire cantitatea de material de adaos pentru

realizarea îmbinării sudate sau încărcarea prin sudare;• asigură contactul electric şi realizează închiderea circuitului electric de

Page 329: Tehnologia Sudarii Prin Topire

u

u

4. SUDAREA ÎN MEDII DE GAZ PROTECTOR

sudare între vârful sârmei şi piesă;• păstrează şi protejează miezul de pulbere împotriva umidităţii;

Miezul este un amestec de substanţe similare învelişului electrozilor şi fluxurilor de sudare. După rolul pe care îl au în procesul de sudare substanţele din miez se împart în:

• substanţe zgurifiante pentru protejarea metalului topit;• substanţe gazeifiante pentru protecţia spaţiului arcului împotriva

pătrunderii aerului;• substanţe dezoxidante şi de rafinare a băii metalice;• substanţe ionizatoare pentru îmbunătăţirea stabilităţii arcului;• substanţe (elemente) de aliere pentru alierea în arc.

Indiferent de forma constructivă a sârmei tubulare aceasta se caracterizează prin coeficientul de umplere K , care cuantifică ponderea miezului în construcţia sârmei şi care se defineşte prin relaţia:

unde:

k u =m − mi

m⋅100 %

m – masa epruvetei de sârma tubulară, (gr);m – masa învelişului (tecii sau benzii de otel), (gr).

iValoarea lui K

poate varia în limite foarte largi între 12 şi 45%, în funcţie de

tipul constructiv al sârmei, modul de protecţie, destinaţie, diametru,etc..Clasificarea sârmelor tubulare se poate face după mai multe criterii

dupăcum urmează:

1. În funcţie de modul de protecţie a băii metalice:- sârmă tubulară cu autoprotecţie;- sârmă tubulară pentru sudare în mediu de gaz protector (cu

protecţie suplimentară);- sârmă tubulară pentru sudare sub strat de flux;- sârmă tubulară pentru sudare în baie de zgură.

2. După destinaţie:- sârmă tubulară pentru sudarea otelurilor carbon si slab aliate,

de uz general;- sârmă tubulară pentru sudarea oţelurilor cu granulatie fină si

a oţelurilor utilizate la temperaturi scăzute;- sârmă tubulară pentru sudarea otelurilor termorezistente;- sârmă tubulară pentru sudarea oţelurilor inoxidabile;- sârmă tubulară pentru sudarea fontelor;- sârmă tubulară pentru încărcarea cu straturi dure.

Page 330: Tehnologia Sudarii Prin Topire

3. După tehnologia de fabricaţie:- sârmă tubulară fabricată din benzi metalice prin profilare (fălţuire)

şi trefilare, procedeul Chemetron;

Page 331: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

- sârmă tubulară fabricată din ţevi metalice prin laminare şi trefilare, procedeul Oerlikon).

4. Din punct de vedere constructiv, figura 4.38:

Fig. 4.38 Forme constructive de sârme tubulare

- sârmă tubulară cu profil de inchidere simplu sudat, fig. 4.38a;- sârmă tubulară cu profil de inchidere simplu, cap la cap, fig. 4.38b;- sârmă tubulară cu profil de inchidere simplu cu margini

suprapuse, fig. 4.38c;- sârmă tubulară cu profil de inchidere simplu cu indoirea unei

margini, fig. 4.38d;- sârmă tubulară cu profil de inchidere simplu cu indoirea ambelor

margini, fig. 4.38e;- sârmă tubulară cu profil de inchidere dubla, fig. 4.38f.

5. După închiderea conturului:

- cu contur închis nesudat (din ţeavă);- cu contur închis sudat (din bandă metalică sudată);- cu contur deschis (prin fălţuire şi trefilare):

6. După tipul (caracterul) miezului:- cu miez rutilic;- cu miez bazic;- cu pulbere metalica;- alte tipuri.

Gazul de protecţie

Page 332: Tehnologia Sudarii Prin Topire

La sudarea cu sârmă tubulară protecţia coloanei arcului electric, a picăturii şi a băii metalice se face cu ajutorul zgurii şi a gazelor rezultate din arderea substantele

Page 333: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2

2

2 2

4. SUDAREA ÎN MEDII DE GAZ PROTECTOR

zgurifiante şi gazeifiante din miezul pulverulent în cazul sudării ST cu autoprotecţie, respectiv prin utilizarea unui gaz de protecţie suplimentar protecţiei furnizate de miezul pulverulent în cazul sudării ST cu protecţie de gaz.

Gazele de protecţie cel mai frecvent utilizate sunt dioxidul de carbon CO

100%, respectiv amestecurile de gaze bogate în argon din grupa M21, 75%Ar + 5-25%CO . Se mai utilizează amestecul de Ar + 1-5%O2 sau amestecuri de Ar + CO + 2 2

O . Alegerea gazului de protecţie se face în funcţie de tipul sârmei şi destinaţia acesteia(vezi recomandările producătorului), respectiv în funcţie de modul de transfer utilizat (curentul de sudare). În cazul sudării cu transfer prin pulverizare sau în curent pulsat se utilizează întotdeauna amestecuri de gaze bogate înAr cu mai mult de 80% Ar în amestec. Excepţie face cazul sudării cu sârme tubulare cu miez rutilic când se poate obţine trans-fer prin pulverizare chiar şi la utilizarea de CO

100% sau de amestecuri bogate în CO .

Utilizarea dioxidului de carbon reduce preţul de cost al îmbinării, respectiv asigură pătrunderea cea mai mare şi mai sigură. Debitul gazului de protecţie în acest caz este mai redus decât la sudarea MAG cu sârmă plină, luând valori între 8-20 l/min.

4.8. Sudarea WIG.

4.8.1. Principiul procedeului WIG.

Sudarea WIG (wolfram-inert-gaz) sau TIG (tugsten-inert-gaz) (simbol 141 după EN ISO 4063, WIG – abreviere europeană, GTAW – abreviere americană) are largi aplicaţii industriale fiind exclusiv utilizat la sudarea unor aliaje speciale cu puritate ridicată, chiar dacă productivitatea sa este mai redusă decât a celorlalte procedee de sudare în gaze protectoare.

Schema de principiu a procedeului de sudare WIG este prezentată în fig. 4.39. Se formează astfel o baie metalică (5) provenită din topirea superficială a

suprafeţei de încărcat şi care se completează cu materialul de adaos provenit din vergeaua (1) introdusă în baia metalică (5) şi menţinut permanent în jetul de gaz protector de către operator. Acesta urmăreşte (prin masca de sudură) şi reglează în permanenţă volumul de material de adaos necesar mai ales la operaţii de încărcare, precum şi adâncimea de pătrundere, implicit diluţia.

Page 334: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Electrodul din W este răcit cu jetul de gaz sau apă, pentru a evita supraîncălzirea sau deteriorarea sa.

Arcul se poate alimenta în c.a şi c.c. în curent continuu există două modalităţi de alimentare:

· polaritate directă c.c-, electrodul la catod şi piesa la anod

· polaritate inversă c.c.+, electrodul la anod şi piesa la catod.

La operaţiile de încărcare prin procedeul WIG se lucrează de obicei cu c.c.+,

Page 335: Tehnologia Sudarii Prin Topire

180

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

4.39 Schema de principiu a procedeului de sudare şi încărcare W.I.G.

1-MA vergea, 2- MA topit, 3- cusătura sudată, 4- electrod de W, 5- baie metalică, 6- arc electric, 7- pistolet de suadre, 8- legătură la masă piesă, 9- legătură eelctricăp

sursă,10- reductor presiune gaze, 11- piese, 12- cablu răcire cu apă cap sudare, 13- butelie

Ar,14- sursă de sudare electrică, 15- manometru debi gaz Ar.

unde bilanţul termic pe piesă e mai redus; ca rezultat baia metalică este largă şi mai puţin adâncă.

Electrodul fiind bombardat de electroni, care-i cedează energia, se încălzeşte puternic motiv pentru care se utilizează diametre mai mari ale electrodului de W sau obligatoriu răcirea cu apă a acestuia. Ionii de Ar, fiind grei la impactul lor cu piesa, ei sparg pelicula de oxizi de pe suprafaţa piesei, iar jetul de gaz o înlătură, producându-se o sablare electrică a piesei, fenomen deosebit de favorabil la piese acoperite cu oxizi greu fuzibili (Al, Hg).

Alimentarea în c.a. (utilizată mai ales la piese din Al) favorizează o situaţie intermediară, fenomenele se ameliorează în condiţiile de cu r ăţ ir e s u pe r fic ială a suprafeţelor.

Se mai utilizează şi curent pulsat, în polaritate direct ă, sit uaţ ie în car e deformaţiile sunt reduse.

Page 336: Tehnologia Sudarii Prin Topire

181

Desfăşurarea sudă- rii cu procedeul WIG este

Fig. 4.40. Desfăşurarea procesului de sudare cu procedeul WIG.

schematizată în fig. 4.40.Ast fel începerea

Page 337: Tehnologia Sudarii Prin Topire

4. SUDAREA ÎN MEDII DE GAZ PROTECTOR

procesului de sudare (a) se face ţinând pistoletul perpendicular pe suprafaţa componentelor un timp suficient necesar formării băii metalice; se înclină apoi pistoletul la aproximativ 750 şi se aduce vergeaua de metal de adaos în arc topindu-se o picătură (b). După aceea, vergeaua se retrage (c), pistoletul avansează cu un pas şi procesul se continuă aducând din nou vergeaua în arc. Retragerea vergelei trebuie să fie efectuată în limitele protectoare ale perdelei de gaze, insuflate pentru a nu se oxida vârful incandes- cent al vergelei în contact cu atmosfera înconjurătoare.

Sudarea WIG are şi o variantă fără vergea de metal de adaos, în cazul tablelor foarte subţiri cu margini îndoite (la fel ca şi la sudarea oxiacetilenică).

Sudarea WIG se poate aplica în toate cazurile, atât ca poziţii de sudare, forme şi dimensiuni de cusătură, cât şi tipuri de metale de bază, fiind considerat procedeul universal de sudare.

Întrucât sudarea WIG este manuală, iar curentul de sudare este limitat de diametrul electrodului nefuzibil de Wolfram, productivitatea procedeului este redusă (asemănătoare cu productivitatea sudării cu electrozi înveliţi). Din acest motiv, sudarea WIG nu este eficientă la grosimi mari şi cusături lungi. Domeniul preferat al sudării WIG este cel al tablelor subţiri (tablele cu g < 3 mm se sudează fără metal de adaos, iar cele cu g > 3 mm se sudează cu metal de adaos). În cazul în care componentele au grosimi de 10 – 15 mm, se recomandă ca sudarea WIG să fie înlocuită cu sudarea MIG.

Datorită preţului relativ ridicat al gazelor protectoare, în toate cazurile în care se poate suda cu electrozi înveliţi sau MAG, aceste procedee vor fipreferate procedeului WIG.

O metodă de mărire a productivităţii procedeului WIG este sudarea WIG cu sârmă încălzită, a cărei schemă de principiu se poate observa în fig. 4.41.

Fig. 4.41. Sudarea prin procedeul WIG cu sârmă antrenată şi încălzită

suplimentar.

La această metodă avansul sârmei se realizează mecanizat ca şi în cazul procedeelor MIG, MAG, ceea ce uşurează executarea operaţiei de sudare.

Page 338: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Prin încălzirea suplimentară a capătului liber al sârmei 1, cu ajutorul curentului produs de sursa de curent 2, prin intermediul contactului alunecător 3, aportul termic în baia de sudură 4 este mult mai mare şi topirea se efectuează cu o viteză sporită.

Ca urmare creşte randamentul topirii metalului de adaos, după cum se observă

Page 339: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

în fig. 4.42, respectiv creşte productivitatea procedeului de sudare.

Varianta de sudare

Fig. 4.42. Randamentul topirii metalului de adaos

la sudarea WIG şi la sudarea WIG cu sârmă încălzită.

WIG cu sârmă încălzită este frecvent aplicată la sudarea de încărcare, la care este impusă o participare redusă a metalului de bază la sudură.

4.8.2. Materiale utilizate la sudarea WIG.

Materialele necesare la sudarea WIG sunt prezentate în continuare:¾ electrozi nefuzibili¾ materiale de adaos (vergele sau sârme)¾ gaze protectoare

Electrozii nefuzibili pentru sudarea WIG sunt confecţionaţi din Wolfram sau din Wolfram aliat cu Th (1 – 2 % Th) sau cu Zr (0,3 – 0,5 % Zr).

Prin alierea wolframului se obţin electrozi care permit sudarea cu densităţi mai

mari de curent şi cu uzuri mai mici ale electrozilor. Uzura electrodului depinde în primul rând de puritatea gazului protector şi de valoarea curentului în raport cu curentul maxim admis, pentru un anumit diametru de electrod şi o anumită polaritate.

Pregătirea electrodului nefuzibil pentru sudarea WIG diferă după natura şi polaritatea curentului.

După cum rezultă din fig. 4.43 vârful electrodului îşi modifică forma în timpul

sudării (b), iar cusătura prezintă parametrii geometrici variaţi (c).

Fig. 4.43. Pregătirea electrozilor nefuzibili (a), aspectul vârfului electrodului în timpul

sudării (b) şi forma cusăturii de rezultă după

Page 340: Tehnologia Sudarii Prin Topire

sudare (c), în funcţie de curentul continuu (polaritate directă cc- sau inversă cc+) sau

alternativ (ca).

În tabelul 4.13 sunt prezentaţi electrozi nefuzibili la sudarea WIG.

Page 341: Tehnologia Sudarii Prin Topire

4. SUDAREA ÎN MEDII DE GAZ PROTECTOR

Tabelul 4.13. Electrozi din wolfram (EN 26848)Marcaj culoare, compoziţia chimică

Simboluripentru

ambalajeUtilizare Simbol

Nr. mat.

Greutate CuloareUtilizare

electrodului

Trebuie să fievizibile:- simbol pentru compoziţia chimică- simbol culoare- diametru electrod- firma producătoare- lungime electrod

WP 2.6005 Fără Verde

IER

E- fără pori,incluziuni- fără defecte de suprafaţă (ţunder, fisuri, microfisuri)- fără bavuri- suprafaţăcurată

- grăsime- ulei

- Lungimi:50,75,150,175- Diametre(mm):

0,5;1,0;1,6;2,43,26,48,0

WT 40,35...0,55 oxidde Thoriu

Albastru

WT 10 2.60220,8...1,2 oxid deThoriu

Galben

WT 20 2.60261,7 – 2,2 oxid deThoriu

Roşu

WT 30 2.60302,8 – 3,2 oxid deThoriu

Violet

WT 40 2.60363,8...4,2 oxid deThoriu

Orange

WZ 30,15...0,5 oxidde Zinconiu

Maro

WZ 8 2.60620,7...0,9 oxid deZinconiu

Alb

WL 10 2.60100,9...1,2Lanthanoxid

Negru

WL 201,7...2,2Lanthanoxid

Albastruînchis

WC 201,8...2,2Ceroxid Gri

Electrod Wolfram pur Electrod Wolfram + Thoriu

Dezavantaje Avantaje Dezavantaje Avantaje

- durabilitate scăzută- aprindere dificilă- curent de sudare mic

- preţ avantajos- în c.a. influenţă redusă şi stabilitate bună a arcului

- mai scumpi-sudabilitate mică a arcului în c.a.

- durabili-tatemare- aprindere mai bună- intensitate mai mare

Materiale pentru electrozi la sudarea WIG

Wolfram aliat cu0,9 – 4,2% Thoriu

Wolfram pur Wolfram aliat cu 0,3 –0,9% Zn

Page 342: Tehnologia Sudarii Prin Topire

s

s

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Tabelul 4.13. Electrozi din wolfram (continuare)

Tipulelectrodului

Electrod pur Electrod aliat

Avantaje - preţ avantajos- în c.a. influenţă redusă şi stabilitate bună a arcului

- durabilitate mare- aprindere mai bună- intensitate mai mare

Dezavantaje - durabilitate scăzută- aprindere dificilă- curent de sudare mai mic

- mai scumpi- stabilitate mai micăa arcului în c.a.

Materialul de adaos utilizat la sudarea WIG.La procedeul WIG metalul de adaos se prezintă sub formă de vergele,

benzi din tablă tăiate la foarfece, sârme şi uneori pulberi metalice.Compoziţia chimică a metalului de adaos trebuie să fie cât mai

apropiată de compoziţia chimică a componentelor care se sudează, întrucât în atmosfera protectoare inertă nu au loc reacţii de oxidare sau pierderi prin volatilizare (cu excepţia componentelor uşor volatile din aliaje. Spre exemplu: zincul din alame etc).

Există şi situaţii în care metalul de adaos are o compoziţie total diferită faţă de cea a componentelor şi anume, în cazul în care se urmăreşte ca sudura să aibă alte proprietăţi faţă de MB (spre exemplu: sudarea de încărcare).

Gazele protectoare utilizate la sudarea WIG.În cazul sudării prin procedeul WIG poate fi utilizat ca mediu protector

orice gaz inert şi insolubil în materialul electrodului nefuzibil şi din baia metalică.

În practică la sudarea WIG a oţelurilor sunt utilizate cel mai frecvent Ar (în

Europa), Ar sau He (în SUA, Canada ).Cu cât puritatea gazului inert este mai mare, cu atât este posibilă

utilizarea unor curenţi mai mari pentru acelaşi diametru al electrodului, fără a se produce o uzură excesivă a acestuia. Prin aceasta rezultă şi o productivitate mai mare a procedeului (spre exemplu: la o puritate a argonului de 99,9 % corespunde o viteză de sudare v = 4 cm/s, pe cândpentru 99,3 % puritate, rezultă v ≤ 2,5 cm/s), precum şi o calitate mai bună a sudurii (lasudarea cu argon de puritate ridicată, chiar în cazul vitezelor mari de sudare nu se obţinpori în cusătură).

Prin amestecarea gazelor cu potenţiale de ionizare diferite, poate fi

Page 343: Tehnologia Sudarii Prin Topire

variatătensiunea arcului într-o gamă destul de largă de valori, după cum rezultă din fig. 4.44.

În cazulsudării unor aliaje neferoase (Al, Mg, Cu etc), introducerea hidrogenului în amestecul protector de gaze este interzisă, deoarece provoacă pori şi fisuri în cusătură.

Rezultă că la sudarea WIG se poate utiliza ca gaz protector argonul sau amestecuri de gaze având ca bază tot argonul.

Page 344: Tehnologia Sudarii Prin Topire

4. SUDAREA ÎN MEDII DE GAZ PROTECTOR

Fig. 4.44. Tensiunea arcului în funcţie de amestecul de gaze utilizat la sudare.

4.8.3. Amorsarea arcului electric la sudarea WIG

Amorsarea arcului electric se poate face pe două cai: prin atingerea piesei de către electrod (fig. 4.45) sau prin impuls de înaltă tensiune (fig. 4.46)

apropierea de piesă scurtcircuit + încălzire formarea arcului electricFig. 4.45.Amorsarea prin atingerea piesei de către electrod

apropierea de piesă Aprinderea prin impuls de formarea arcului electric înaltă tensiune

Fig. 4.46. Amorsarea prin impuls de înaltă tensiuneI – generator de impulsuri G – sursă de sudare

Page 345: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Pentru a forma arcul între electrod şi piesă, spaţiul dintre acestea trebuie să fie conductor etectric. Datorită temperaturii înalte la aprindere, gazul protector devine conductor.

Pentru a evita incluziunile de W în cordon se recomandă amorsarea arcului pe o tablă de Cu. Metoda este valabilă pentru sudarea în curent continuu.

Prin amorsarea arcului fără atingere se evită impurificarea băii metalice. Metoda se foloseşte atât la sudarea în curent continuu cât şi alternativ.

În fig. 4.47 se prezintă ciclul de amorsare a arcului electric în 2 timpi la sudarea

WIG.

Fig. 4.47. Ciclul de amorsare in 2 timpi.

La apăsarea tastei de pe pistolet începe evacuarea gazului la un debit stabilit şi totodată începe să crească curentul după sudare. După aceasta se atinge valoarea curentului de sudare care a fost reglată, atâta timp cât tasta este apăsată. La eliberarea tastei curentul începe să scadă pe durata stabilită (down slope) iar debitul de gaz scade şi el. În timpul down slope tasta poate fi acţionată pulsatoriu.

În fig. 4.48 se prezintă ciclul de amorsare a arcului electric în 4 timpi la sudarea

WIG.

Fig. 4.48. Ciclul de amorsare in 4 timpi

La apăsarea tastei începe curgerea gazului pe o durată prestabilită. După trecerea acestui timp se produce amorsarea arcului. Curentul de sudare

Page 346: Tehnologia Sudarii Prin Topire

creşte automat până la valoarea reglată. În timpul sudării tasta nu trebuie acţionată. Pentru iniţierea scăderii curentului, tasta trebuie apăsată, curentul scade pâna la valoarea reglată. La eliberarea tastei în timpul scăderii curentului, procesul de sudare icetază imediat. Continuă

Page 347: Tehnologia Sudarii Prin Topire

4. SUDAREA ÎN MEDII DE GAZ PROTECTOR

însă să se scurgă gaz protector pe o durată prestabilită.

4.8.4. Stabilirea parametrilor tehnologici la sudarea prin procedeul WIG.

Sudarea WIG în curent continuu polaritate directă este preferabilă celorlalte posibilităţi de sudare WIG, întrucât pătrunderea cusăturii este maximă, dar mai cu seamă deoarece la polaritatea directă uzura electrodului nefuzibil de wolfram este redusă. La sudarea WIG cu polaritate directă (cc-) electronii sunt dirijaţi spre piesă, iar pătrunderea este mare, electrodul de wolfram fiind mai puţin solicitat termic.

La sudarea WIG cu polaritate inversă, electronii sunt dirijaţi asupra electrodului de wolfram, care este suprasolicitat termic şi se uzează, în schimb ionii grei pozitivi de argon sunt dirijaţi spre baie şi realizează microsablarea suprafeţei acesteia, ceea ce este un avantaj.

Uzura electrodului de wolfram poate fi întrucâtva dimensionată prin alegerea uni diametru mare a electrodului şi printr-o răcire intensă a acestuia.

Efectul de microsablare cu ioni grei pozitivi de argon se manifestă şi în cazul sudării WIG cu curent alternativ în timpul semiperioadei în care polul + corespunde electrodului de wolfram. Pentru cealaltă semiperioadă efectul de microsablare nu se manifestă, dar se reduce suprasolicitarea termică a electrodului, care nu mai este bombardat de electroni.

Rezultă că în cazurile în care la sudarea WIG este necesară microsablarea suprafeţei băii pentru înlăturarea mecanică a peliculelor greu fuzibile de oxizi (spre exemplu: la sudarea aluminiului şi aliajelor sale) este preferată din motive economice sudarea WIG în curent alternativ, faţă de sudarea WIG în curent continuu polaritate inversă (cc+) (uzura electrodului de wolfram este mai redusă).

Efectul de redresare al curentului alternativ prin arcul electric se manifestă intens la sudarea WIG în curent alternativ a aluminiului, întrucât emisia de electroni a electrodului de wolfram fierbinte şi de formă ascuţită este mai mare decât emisia electronică a băii de aluminiu, care e mai rece şi de formă aplatizată. Astfel rezultă că la aceeaşi tensiune prin arc trece un curent mai mare atunci când electrodul este catodul, deci atunci când baia metalică este catodul.

Această asimetrie a alternantelor curentului alternativ (fig. 4.59 a) este prea mică, arcul se poate stinge pe semiperioada în care electrodul este anod, iar arcul devine pulsatoriu (fig. 4.59 b).

Efectul de redresare este şi mai accentuat la sudarea cu electrozi de W + Th întrucât emisia de electroni ai acestora este mult mai mare decât la aliaje

Page 348: Tehnologia Sudarii Prin Topire

sudate.Eliminarea efectului de redresare, care este nedorit, se realizează în

practică prin unele condiţii care trebuie să le îndeplinească utilajele destinate sudării prin procedeul WIG. Dintre acestea se pot aminti: tensiunea de mers în gol 100 – 450 V, sub acţiunea

Page 349: Tehnologia Sudarii Prin Topire

s

e

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

a.

b.

Fig. 4.59. efectul de redresare al arcului electric la sudarea WIG în curent alternativ.

căreia are loc o emisiune electronică puternică de către catodul MB suprapunerea unor impulsuri de înaltă tensiune şi frecvenţă peste arcul electric, care asigură o

ionizare intensăa arcului eliminarea componentei continue (I

) cu un curent invers (-I ) de la uncc cc

acumulator sau oprirea acestui curent cu ajutorul unei baterii de condensatoare înseriateîn circuitul arcului electric (condensatoarele nu permit trecerea componentei continue a curentului, ci numai a curentului alternativ de sudare).

Un alt efect nedorit la sudarea WIG în curent alternativ (ca) este tendinţa de întrerupere a arcului în momentul trecerii prin zero a curentului. Acest efect poate fi mult diminuat prin ionizarea suplimentară a spaţiului arcului cu impulsuri electrice de înaltă frecvenţă şi prin mărirea inerţiei pierderilor termice din arc (prin suplimentarea curentului de sudare cu cca 25 % faţă de sudarea WIG în curent continuu polaritate directă, recomandată pentru aceeaşi grosime a componentelor sudate).

Stabilirea diametrului electrodului de wolfram se face în funcţie de natrua curentului de sudare. Nomogramă pentru stabilirea intensităţii curentului de sudare I în funcţie de diametrul electrodului d se prezintă în fig. 4.60.Valoarea maximă indicată nu trebuie depăşită, întrucât uzura electrodului creşte brusc.

Pregătirea componentelor pentru sudarea WIG este asemănătoare cu pregătirea pentru sudarea cu electrozi înveliţi şi se poate observa în fig. 4.61.

Parametrii tehnologici recomandaţila sudarea WIG sunt prezentaţi în

Page 350: Tehnologia Sudarii Prin Topire

tabelul 4.14.Procedeul WIG este cea mai universală metodă de sudare, în ceea ce

privesc metalele de bază, dar se recomandă în deosebi la sudarea componentelor subţiri, la lucrări de mare fineţe şi acolo unde este necesară o estetică şi o calitate deosebită.

Page 351: Tehnologia Sudarii Prin Topire

4. SUDAREA ÎN MEDII DE GAZ PROTECTOR

Sudarea WIG asigură o energie termică concentrată şi riguros controlată, ceea ce este considerat ca un avantaj deosebit al procedeului.

Fig. 4.60. Nomogramă pentru stabilirea intensităţii curentului de sudare Is

în funcţie de diametrul electrodului de.

Fig. 4.61. Pregătirea componentelor la sudarea WIG.

Page 352: Tehnologia Sudarii Prin Topire

190

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Tabelul 4.14. Parametrii tehnologici la sudarea WIG.

Page 353: Tehnologia Sudarii Prin Topire

191

3. SUDAREA CU PLASMĂ

Capitolul 5. SUDAREA

CU PLASMĂ.

5.1. Generalităţi privind plasma termică şi utilizarea ei.

Substanţele aflate în stare gazoasă în care au loc procese de excitare, dezexcitare, ionizare şi recombinare caracterizate printr-o temperatură T, o presiune p, şi un grad de ionizare x (raportul dintre numărul de atomi ionizaţi şi numărul total de atomi) se numeşte plasmă. Sunt frecvente cazurile în care se întâlneşte plasma în natură (în descărcările electrice din gaze, în arcul electric, în flacără de combustie etc).

Plasma termică utilizată în tehnică are anumite caracteristici diferite faţă de arcul electric şi anume:

- plasma termică se dezvoltă într-un gaz, un amestec de gaze cu compoziţia

chimică dorită şi la o presiune diferită de presiunea atmosferică- plasma termică are o secţiune care este puternic gâtuită prin efect

mecanic şi electromagnetic, ceea ce determină obţinerea unor temperaturi mult mai mari decât în arcul electric.

În practică se cunosc multiple procedee de generare a plasmei, iar complexitatea instalaţiilor creşte pe măsură ce se doreşte o temperatură mai mare şi un grad mai mare de ionizare. Pot fi amintite în acest sens următoarele situaţii:

a) Plasma produsă cu ajutorul unui arc electric alimentat în curent continuu şi constrâns cu ajutorul uni ajutaj din cupru răcit cu apă, având presiunea în jurul celei atmosferice, temperatura între 6000 – 15000 K şi puterea până la câteva sute de kW

b) Plasma produsă cu ajutorul unui arc electric de curent alternativ pentru puteri care depăşesc 100 kW

c) Plasma produsă prin alimentare cu curenţi de înaltă frecvenţă, având presiuni inferioare celei atmosferice, puteri până la câţiva kW şi temperaturi de aproximativ 6000 K

d) Plasmă produsă de descărcări electrice în tuburi toroidale sau în alte incinte cu temperaturi care pot depăşi 106 K şi care sunt utilizate în cercetările nucleare.

În industria constructoare de maşini sunt utilizate curent următoarele variante de generare a plasmei:

Page 354: Tehnologia Sudarii Prin Topire

192

- generarea arcului de plasmă (fig. 5.1 a) utilizat în special la tăierea termică.

Page 355: Tehnologia Sudarii Prin Topire

192

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

- generarea jetului de plasmă (fig. 5.1 b) utilizat la sudare, încărcare, metalizare, tratament termic superficial etc.

Faţă de aceste tipuri principale de generatoare frec- vent utilizate în practică, mai există o serie de generatoare derivate din ele. Astfel pot fi amint it e ge ner a t o ar ele cu electrod fuzibil, la care sârma

Fig. 5.1. Generatoare de plasmă,1 - sursă electrică, 2 - piesă, 3 - electrod nefuzibil, 4 - duză, 5 - gaz plasmagen, 6 - gaz de protecţie, a -cu

arc transferat b -cu arc netransferat

electrod avansează constant şi se topeşte în plasmă, constituind materialul de aport necesar metalizării sau sudării.

Stabilirea plasmei şi concentrarea sa în vederea creşterii temperaturii s-a realizat la diferite generatoare de plasmă cu ajutorul câmpurilor magnetice produse de bobine concentrice cu ajutajul sau prin comprimarea secţiunii plasmei (după ieşirea din ajutaj) cu jeturi de aer comprimat.

O altă posibilitate de creştere a temperaturii plasmei este insuflarea tangenţială a gazului plasmogen, astfel încât acesta să circule elicoidal în jurul electrodului şi apoi în ajutaj. Datorită forţei centrifuge presiunea scade în mijlocul turbionului de gaz, iar descărcarea electrică sub formă de arc, are loc de-a lungul axului acestui spaţiu cu presiune redusă. Prin aceasta secţiunea descărcării electrice se reduce, iar temperatura şi stabilitatea plasmei formate creşte. Stabilizarea prin turbionare nu se utilizează la sudarea cu plasmă întrucât turbioanele de gaze înrăutăţesc protejarea metalului din baia de sudură.

Amorsarea generatoarelor de plasmă se face cu ajutorul unor descărcări electrice de înaltă frecvenţă şi tensiune ridicată, formate între electrod şi ajutaj şi produse de oscilatoare de ionizare.

Aceste descărcări permit formarea arcului electric (arcul pilot) între electrod şi ajutajul de cupru.

Arcul pilot are rolul de a întreţine un jet de plasmă de putere redusă şi se alimentează cu intensităţi mici de curent, pentru a nu supraîncălzi ajutajul de cupru.

În ceea ce priveşte răcirea părţilor componente ale generatoarelor de plasmă este necesar să se arate că partea cea mai solicitată termic este ajutajul din cupru, după care urmează electrodul nefuzibil.

Page 356: Tehnologia Sudarii Prin Topire

193

În general răcirea acestor părţi ale generatorului se realizează cu apă.La puteri reduse ale generatoarelor se poate utiliza şi răcirea cu gazele

insuflate pentru formarea plasmei.Electrozii nefuzibili utilizaţi la generatoarele de plasmă pot fi:

Page 357: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2

2

3. SUDAREA CU PLASMĂ

- electrozi combustibili (din grafit, având avans automat pe măsură ce se consumă)

- electrozi din wolfram protejaţi cu gaze inerte (Ar, He) sau cu gazereducătoare (H , NH ) care permit în aceste condiţii densităţi de curent

2 2mult mai mari decât electrozii din grafit (j = 15 – 20 A/ mm2). O creşterea densităţii de curent se poate realiza prin utilizarea electrozilor de wolf- ram aliaţi cu thoriu (1 – 2 %) sau cu lantan, care îmbunătăţesc emisia catodică şi stabilitatea arcului.

Azotul tehnic nu poate fi folosit ca gaz plasmogen în cazul electrozilor de wolf- ram, întrucât conţinutul de oxigen (3 – 5 % O )oxidează şi uzează electrodul. Acest neajuns poate fi înlăturat dacă este utilizat un ajutaj suplimentar amplasat concentric în imediata apropiere a vârfului electrodului prin care se insuflă o cantitate redusă de argon care formează o perdea protectoare.

- electrozii de zirconiu montaţi într-un portelectrod din cupru.Acest tip de electrod permite densităţi de curent de 80 – 100 A/ mm2 şi

utilizarea unor gaze active (azot tehnic, CO , aer) întrucât suprafaţa sa se acoperă cu un stratprotector de oxizi.

Aceşti oxizi sunt stabili numai dacă electrodul este folosit la catod, adică pentru curent continuu polaritate directă.

Pelicula protectoare de oxizi se distruge în timpul funcţionării cu curent continuu polaritate inversă sau cu curent alternativ, precum şi în timpul amorsării arcului sau în cazul existenţei unei atmosfere cu peste 20 % oxigen sau cu conţinut de hidrogen.

Pentru evitarea deteriorării la amorsare a electrodului de zirconiu, procesul de formare a plasmei se iniţiază între portelectrodul de cupru şi ajutaj, iar reducerea petei catodice în centrul electrodului se realizează prin centrare magnetică sau prin turbionarea gazului plasmogen.

În general pentru gazele plasmogene inerte sunt utilizaţi electrozi ascuţiţi de wolfram, pentru gazele oxidante electrozii de zirconiu, iar pentru gazele reducătoare electrozii nefuzibili tubulari.

Ajutajele generatoarelor de plasmă sunt piesele cu solicitarea termică maximă. Au fost efectuate încercări cu ajutaje din cupru, oţel, wolfram, carbură de

siliciu, argint, zirconiu şi alte materiale. Cele mai bune rezultate au fost obţinute cu ajutajele din cupru şi din aliaj de cupru + (0,4 - 1) % Cr.

Cele mai frecvente deteriorări ale ajutajului au loc în cazul dezaxării coroanei de plasmă faţă de axul ajutajului, datorită excentricităţii electrodului sau deplasării prea rapide a generatorului în raport cu piesa.

Page 358: Tehnologia Sudarii Prin Topire

De asemenea formarea arcului secundar între ajutaj şi piesă favorizează scurgerea curentului principal prin arcul pilot, ceea ce deteriorează ajutajul din cupru, chiar dacă are asigurată o răcire corespunzătoare.

Majoritatea generatoarelor de plasmă utilizează curentul continuu polaritate

Page 359: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

directă, la care cea mai mare parte din căldură este evacuată prin coloana arcului şi pata anodică. Pierderile termice prin catod şi uzura catodului sunt mai reduse decât la generatoarele care utilizează polaritatea inversă.

Generatoarele de plasmă care utilizează curentul alternativ sunt destinate sudării cu plasmă a aluminiului şi aliajelor sale.

Pentru creşterea stabilităţii arcului acestor generatoare, există cazuri în care arcul pilot este alimentat cu curent continuu, iar arcul de bază cu curent alternativ.

5.2. Sudarea cu plasmă.

Sudarea cu plasmă este un procedeu de sudare prin topire la care coalescenţa se produce prin încălzirea cu un arc electric constrâns, care arde între un electrod şi piesa de sudat sau între un electrod şi o duză de constrângere. Protecţia la sudare se asigură cu un gaz inert sau un amestec de gaze. Sudarea se poate face cu sau fără material de adaos. Procedeul se aseamănă cu sudarea WIG, cu deosebirea că arcul de plasmă este constrâns, printr-o strangulare mecanică sau electromagnetică. Prin aceasta, temperatura coloanei arcului de plasmă este mult mai mare decât a arcului WIG.

Principalele avantaje ale sudării cu plasmă constau în stabilitatea şi elasticitatea deosebită a plasmei, care reprezintă o sursă termică concentrată, având temperaturi mari şi formă columnară.

Faţă de toate procedeele de sudare cu arc electric la sudarea cu plasmă este posibilă variaţia maximă a distanţei dintre pistolet şi piesă, fără a se pierde convergenţa sursei termice sau stabilitatea sa.

La fel ca şi la sudarea WIG, sudarea cu plasmă face parte din categoria procedeelor de sudare cu electrod nefuzibil în mediu protector inert.

Sudarea cu plasmă se poate realiza cu ajutorul a două tehnici distincte de lucru:

- prin topire progresivă (care se aplică la sudarea tablelor având grosimea sub 3 mm)

- prin jet penetrant (tehnica găurii de cheie), care se aplică la sudarea tablelor având grosime între 3 şi 15 mm.

La sudarea prin topire progresivă (fig. 5.2) cusătura se obţine prin avansulprogresiv al băii de metal topit (al liniei de fuziune) prin grosimea piesei. Regimul de sudare în acest caz are o intensitate redusă a curentului, precum şi un debit redus de gaze.

La sudarea prin jet penetrant, fig. 5.2 b,

Page 360: Tehnologia Sudarii Prin Topire

parametriiFig. 5.2. Suduri realizate regimului de sudare sunt astfel aleşi încât materialul să fie

cu plasmă.topit din zona sudurii).

pătruns pe întreaga sa grosime (fără a se expulza materialul

Energia cinetică ridicată a gazelor permite menţinerea unui orificiu înconjurat

Page 361: Tehnologia Sudarii Prin Topire

m

m

m

M.

M M

M m M

M

M

3. SUDAREA CU PLASMĂ

de o baie inelară de metal topit, care se mişcă împreună cu plasma în direcţia sudării. În urma plasmei metalul topit se solidifică, rezultând cusătura sudată.

Susţinerea băii metalice se realizează fie pe pernă de flux ceramic sau pe o bandă adezivă din fibra de sticlă, fie insuflând un curent de gaze inerte la rădăcină (pernă de gaz).

Întrucât gazul plasmogen (care de obicei la sudare este Ar) este insuflat în cantităţi reduse, insuficiente pentru a proteja zona sudată, este necesară insuflarea suplimentară a gazului protector printr-un ajutaj exterior, concentric ajutajului prin care trece plasma.

Debitul gazului de protecţie este asemănător cu debitul utilizat la sudarea WIG. Procedeului de sudare cu plasmă i s-au mai adus unele îmbunătăţiri care vor fi

prezentate în continuare.Astfel se remarcă utilizarea curentului pulsat la sudarea cu plasmă.În locul unui singur nivel de curent, utilizat la sudarea tradiţională, curentul de lucru

se obţine prin comutarea periodică a celor două nivele de curent (minim I

sau de bază şi

maxim I

sau de puls). Fiecare nivel este menţinut un timp bine stabilit (t

respectiv t ).M m M

Prin reglarea valorilor I , I , tenergiei liniare.

şi t este posibilă o dozare foarte precisă a

Aplicată iniţial la procedeul de sudare MIG/MAG, unde permite un control eficace al transferului metalului topit, sudarea cu curent pulsat s-a extins şi la sudarea WIG şi cu plasmă.

Nivelul de curent I

are rolul de a întreţine arderea stabilă a arcului favorizând

producerea pulsului I care topeşte metalul în timpul tSudura rezultată este o succesiune de băi topite sub acţiunea pulsurilor I

şi are un aspect de solzi suprapuşi în lungul cusăturii.Pătrunderea cusăturii poate fi reglată prin modificarea corespunzătoare a

valorilor I ; t . În general frecvenţa pulsurilor variază între 0,5 – 10 Hz.Prin sudarea cu arc pulsat se obţin următoarele avantaje:

- Pentru curenţi de sudare având aceeaşi putere medie ca şi la sudarea obişnuită, la sudarea cu arc pulsat rezultă o penetraţie mai mare.

- Dozarea precisă a energiei şi repartizarea ei sub formă de impulsuridetermină topiri şi solidificări rapide, adică menţineri reduse ale metalului în stare topită. Prin urmare reacţiile nedorite au un timp redus de desfăşurare, iar pericolul formării porilor este şi el redus.

Page 362: Tehnologia Sudarii Prin Topire

De asemenea menţinerea redusă a metalului în zona temperaturilor de fragilizare şi răcire rapidă a metalului din zona sudurii îmbunătăţeşte proprietăţile mecanice şi structura sudurii.

- Se reduce zona influenţată termomecanic şi lăţimea cusăturii.- Se poate realiza sudarea tablelor foarte subţiri, precum şi sudarea

de poziţie.

Page 363: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

O altă variantă modernă de aplicare a plasmei la sudare, este sudarea cu plasmă cu fir cald, care este asemănătoare cu sudarea WIG cu fir cald, utilizându-se unul sau două fire de material de adaos, încălzite cu curent altern tiv şi topite cu plasmă. Metoda este utilizată în special la sudarea de încărcare, unde se impune o participare mai redusă a metalului de bază în sudură.

În general sudarea cu plasmă se poate aplica la sudarea oţelurilor inoxidabile austenitice, termorezistente, maraging, dar şi a oţelurilor nealiate a titanuluişia aluminiului etc.

Gama de dimensiuni a materialelor care se pot suda cu plasmă variază în funcţie de puterea generatorului de plasmă şi de materialul sudat.

Astfel oţelul inoxidabil poate fi sudat cu plasmă pentru grosimi de 0,15 – 15 mm, oţelul nealiat până la 10 mm, titanul până la 20 mm etc.

Se pot suda piese cu grosimi de 0,05-25 mm, folosind tehnicile prezentate în tabelul 5.1.

Tabelul 5.1 Tehnici de sudare cu plasmă

La sudarea cu jet penetrant sau “în gaură de cheie” parametrii sunt astfel aleşi încât să se obţină un jet de plasmă suficient de puternic pentru a pătrunde complet prin grosimea materialului (figura 5.3). Tensiunea superficială forţează baia de metal topit să

curgă în jurul orificiului pentru a forma cusătura.Materialele de sudare utilizate la sudare sunt

electrodul nefuzibil, gazul plasmagen, gazul de protecţie şi materialul de adaos.

Fig. 5.3. Tehnica de sudare cu jetpenetrant

Referitor la electrodul nefuzibil şi materialul de adaos sunt valabile observaţiile de la sudarea WIG .

Gazul plasmagen, adică mediul în care are loc descărcarea în arc de plasmă, este un gaz inert, (argon sau heliu), eventual amestecat în mici proporţii cu alte gaze (în primul rând, hidrogen). Pentru a evita turbulenţa gazului se lucrează cu debite scăzute (0,1-3 l/min), care nu pot asigura o protecţie corespunzătoare a materialului la sudare. Din acest motiv, este necesară utilizarea unui gaz de protecţie suplimentar. De obicei,

se utilizează acelaşi gaz, atât ca gaz plasmagen, cât şi pentru protecţie. La

Page 364: Tehnologia Sudarii Prin Topire

sudarea oţelurilor carbon se poate folosi bioxid de carbon ca gaz de protecţie.Recomandări tehnologiceIn general, la sudarea cu plasmă se pot defini aceiaşi parametri şi se au în vedere

Page 365: Tehnologia Sudarii Prin Topire

s a d

2

3. SUDAREA CU PLASMĂ

aceleaşi recomandări ca la sudarea WIG. Fac excepţie - debitul de gaz şi diametrul ajutajului pistoletului (generatorului) de sudare. Debitul gazului plasmagen este redus,(~ 3 l/min) nefiind suficient pentru a proteja baia topită. De aceea se foloseşte un al doilea gaz, gazul de protecţie, cu un debit mult mai mare (15 l/min).Diametrul ajutajului este de cea.2 mm.

La sudarea pieselor cu grosimi sub 5-8 mm se utilizează rosturi neprelucrate, iar la grosimi mai mari, rosturi prelucrate în V.

Este importantă centrarea precisă a electrodului nefuzibil faţă de diuză.La grosimisub cca.3 mm, precumşiîn cazulsudăriiîn mai multe treceri a

grosimilor mai mari se lucrează folosind tehnica de sudare prin topire progresivă. Sudarea pieselor cu grosime 3-10 mm într-o trecere se realizează utilizând tehnica cu jet penetrant.

Sudarea se efectuează, de obicei, în curent continuu, polaritate directă.În anumite cazuri (de exemplu, la sudarea oţelurilor carbon), datorită

tensiunii superficiale şi a vâscozitătii reduse, există pericolul de curgere a băii. Pentru a preîntâmpina acest lucru este necesară susţinerea acesteia.

5.3. Sudarea plasmă - MIG

Procedeul de sudare plasmă - MIG dezvoltat relativ recent, este o combinaţie între sudarea cu plasmă şi sudarea MIG. Arcul electric produs între un electrod fuzibil (sârmă) şi piesă se află în curentul fierbinte de gaz ionizat al unui arc de plasmă. Practic se obţine “un arc într-un arc”. Principiul procedeului este ilustrat în figura 5.4. în mod obişnuit, arcul de plasmă este alimentat în curent continuu polaritate directă, iar arcul MIG în curent continuu, polaritate inversă.

Fig. 5.4. Principiul sudării plasmă - MIG

1 - rolă avans sârmă; 2 - ghidaj ârmă; 3 - duză contact; 4 - sursă rc plasmă; 5 - sursă arc MIG; 6 - uză gaz protector; 7 - duză MIG;

8 - duză gaz plasmagen; 9 - material de bază.

O variantă a sudării cu plasmă este sudarea cu plasmă în impulsuri şi sudarea cu plasmă cu fir cald care poate conduce la o rată a depunerii de 27

Page 366: Tehnologia Sudarii Prin Topire

kg/h. Gazul plasmagen (Ar) se introduce central. Materialul de încărcare este sub formă de pulbere şi este antrenat prin intermediul unui gaz de antrenare. Un al treilea curent de gaz (Ar + H ) asigură protecţia arcului electric şi materialului topit (fig. 5.5).

Page 367: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Procedeul se caract erizează printr-o rată de depunere foarte mare (peste 10 kg/h), o diluţie extrem de redusă (5%), caracteristici care îi determină aplicarea la încărcarea prin sudare a unor piese de diferite gabarite. Este posibilă încărcarea cu materiale foarte dure (de exemplu stelit), respectiv cu materiale cu compoziţii chimice extrem de variate, realizabile cu mare precizie şi la cantităţi mici de material.

Fig. 5.5. Principiul sudării cu plasmă şi pulbere

Dezvoltări recente se referă la sudarea cu plasmă pe verticală. Sudarea se realizează dintr-o parte, în cazul stratului

la rădăcină fără material de adaos, iar în cazul straturilor de umplere cu adaos de sârmă neîncălzită. în cazul tablelor din oţel inoxidabil austenitic cu grosime până la 6 mm se lucrează cu rost în I, iar la grosimi până la 10 mm cu rost în V sau Y.

O variantă nouă de sudare este realizată prin combinarea sudării cu plasmă cu sudarea WIG. Rădăcina sudurii este realizată prin sudare cu plasmă, iar umplerea se efectuează nemijlocit în continuare prin sudare WIG cu sârmă rece.

Procedeul se aplică la sudarea în colţ şi cap la cap a tablelor cu grosime relativ mare şi la încărcarea prin sudare.

Page 368: Tehnologia Sudarii Prin Topire

s

6. SUDAREA ÎN BAIE DE ZGURĂ

Capitolul 6. SUDAREA ÎN

BAIE DE ZGURĂ

Baia de zgură.Fluxurile ceramice sau minerale sunt în stare solidă izolatoare electrice,

dar în stare topită devin conducătoare. Conductibilitatea electrică a lor este însă şi în acest caz scăzută, ceea ce înseamnă că ele vor avea o rezistenţă electrică mare. Ca atare, la trecerea unui curent printr-o baie de flux topit, numită în mod uzual baie de zgură, se generează o cantitate mare de căldură prin efect Joule. Aceasta poate fi utilizată pentru a topi materialele în contact cu baia de zgură, deci şi pentru sudare. Cantitatea de căldură introdusă în piesă depinde de caracteristicile fluxului, curentul şi viteza de sudare, precum şi de volumul băii de zgură.

6.1. Principiul sudării în baie de zgură.

Sudarea în baie de zgură este un procedeu specific de sudare a componentelor foarte groase (de la 30 mm până la câteva mii de mm).

La sudarea în baie de zgură nu se formează arc electric, căldura necesarătopirii producându-se prin efect Joule, la trecerea curentului I prin electrozi şi

prin baia

Page 369: Tehnologia Sudarii Prin Topire

s

Fig. 6.1. Sudarea în baie de zgură.

de zgură topită.Sudarea în baie de zgură se poate face

în poziţie verticală, după cum se observă din fig. 6.1.

Componentele de sudat 1, cu un rost în I, având deschiderea r, alcătuiesc împreună cu patinele din cupru 3 răcite în interior cu apă, o cavitate în care se formează baia de metal topit 5 şi baia de zgură 6. Sârmele de sudură 2 sunt imersate în baia de zgură şi conduc curentul electric I , care produce prin efect Joule cantitatea de căldură necesară procesului.

Căldura degajată în zgura lichidă topeşte sârma de sudură, care avansează cu o viteză constantă prin ajutajul 7, fiind propulsată de sistemul de role 8.

Zgura lichidă topeşte de asemenea

Page 370: Tehnologia Sudarii Prin Topire

200

s

2

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

marginea componentelor, iar cantităţile de metal topite formează baia metalică.Patinele din cupru 3 şi sistemul de susţinere a sârmelor de sudură se

ridică cu o viteză egală cu viteza de sudare v .Amorsarea procesului se face prin formarea unui arc electric, între

sârma electrod 2 şi fluxul de sudură 9, care are conductivitate electrică relativ bună faţă de fluxurile obişnuite.

După formarea unei băi de zgură prin topirea fluxului, sârma de sudură este imersată în baie şi arcul se întrerupe datorită contactului format. Conductivitatea băii de zgură nu trebuie să fie mare, pentru ca, curentul care o parcurge să degaje prin efect Joule o cantitate cât mai mare de căldură.

La sudare pot fi utilizate următoarele fluxuri având următoarele componente:

- SiO2

(până la 45 %)- MnO (până la 35 %)- CaFe (până la 40 % şi chiar 92 %)- MgO (până la 18 %)- CaO (până la 15 %)- Al O

2 3(până la 23 %)

Există şi unele fluxuri cu conţinut de TiO (30 – 40 %).Sârmele utilizate la acest procedeu de sudare este indicat să aibă un

diametru de cca 3,0 – 3,25 mm, pentru a fi suficient de rigide şi pentru a-şi menţine poziţia în rost la o lungime liberă de 60 – 80 mm.

Conţinutul de carbon al sârmei trebuie să fie cât mai redus, iar conţinutul de Mn şi Si pot fi în limitele normale. Dacă se sudează oţeluri

necalmate este indicat un conţinut de siliciu mai mare în sârmă,pentru a împiedica apariţia porilor.

Corelaţia dintre viteza de avans a sâr mei şi int ensit at ea curentului de sudare se poate stabili din fig. 6.2.

Sub aspectul productivităţii este indicată o viteză de avans a sârmei cât mai mare, deci o intensitate cât mai mare, dar dacă sunt depăşite anumite valori limită, sudura poate fisura la cald.

Introducând noţiunea deviteză critică de avans a sârmelor

Fig. 6.2. Dependenţa vitezei electrozilor,de intensitatea curentului, la sudarea

în baie de zgură.

Page 371: Tehnologia Sudarii Prin Topire

201

electrod, ca sumă a vitezelor tuturor sârmelor imersate în baie, peste care pot apărea fisurări ale sudurii, s-a găsit

Page 372: Tehnologia Sudarii Prin Topire

6. SUDAREA ÎN BAIE DE ZGURĂ

o corelaţie a acestei valori cu conţinutul de carbon al oţelului sudat şi cu grosimea acestuia după cum rezultă din fig. 6.3.

Lungimea capătului liber a electrodului influenţează încălzirea sârmei şi dacă este prea mare, poate produce topirea acestuia şi formarea arcului electric şi a stropilor care perturbă procesul de sudare.

Adâncimea băii de zgură h

, are influenţă

Fig. 6.3. Variaţia vitezei critice de avans a sârmelor

pentru 1mm grosime a materialului

sudat în funcţie de conţinutul de carbon al acestuia.

zg

asupra raportului dintre înălţimea şi lăţimea băii desudură.

Pentru adâncimi mari ale băii de zgură, încălzirea e neuniformă, iar pătrunderea în MB scade.

Numărul de sârme utilizate la sudarepoate fi de 1 sau 3 cu sau fără mişcări transversale, în funcţie de grosimea materialului sudat.

Sunt situaţii în care este utilizat un număr mai mare de sârme (÷ 9) sau în care ajutajul prin care este ghidată sârma se topeşte şi el (ajutaj fuzibil), pe măsură ce nivelul băii de sudură se ridică. Cantitatea de metal depusă în aceste situaţii creşte.

Tabelul 6.1. Regimurile tehnologice pentru sudarea în baie de zgură a oţelurilor.

g[mm]

Is/sârmă[A]

U [V]

Numărde

sârme[n]

Distanţaîntre

sârme[mm]

Viteza demişcare

transversalăVtr [m/h]

vsud

[m/h]B

[mm]hzg

[mm]

30 360 35 1 - 172 1,0 28 2570 650 47 1 - 385 1,1 28 5090 610 44 2 50 300 1,6 26 60150 475 47 2 65 230 0,8 27 45200 550 47 2 90 250 0,5 32 50250 520 52 2 125 240 0,5 30 48300 420 47 3 110 210 0,4 30 48350 420 47 3 110 210 0,3 32 48450 200 37 9 90 70 0,6 32 43

Faţă de parametrii indicaţi în tabel sunt admise următoarele abateri:I ± 25 A; U ± 2 V; v

± 10 m/h; h ± 5 mm.

Page 373: Tehnologia Sudarii Prin Topire

s tr zg

În cazul componentelor cu grosimea foarte mare (g ? 200 mm) pregătirea

componentelor se poate face după indicaţiile din fig. 6.4.

Page 374: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

1- ârmă electrod2- ajutaj fuzibil (ţeavă din oţel)3- componentele care se îmbină

Întrucât şi la sudarea în baie de zgură

începutul şi sfârşitul au o calitate inferioară,

Fig. 6.4. Pregătirea componentelor groase

pentru sudare.

componentelor sudate li se aplică adaosuri tehnologice, după cum rezultă din fig. 6.5.

1- placă tehnologică de intrare2- componente

3- placă tehnologică de ieşire4- placă de bază

6.2. Variante ale sudării în baie de zgură

Sudarea în baie de zgură poate fi aplicată şi pentru obţinerea cusăturilor circulare după cum rezultă din fig. 6.6.

Fig. 6.5. Adaosuri tehnologice utilizate la

S.B.Z.

Fig. 6.7. Încărcarea prin sudare

în baie de zgură.

Page 375: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Fig. 6.6. Sudarea circulară în baie de zgură.

1- porţiunea de începere care se detaşează prin tăiere cu oxigen2- sudura3- baia metalică4- baia de zgură5- patina de cupru6- portelectrod7- inel suport

Sudarea în baie de zgură mai poate fi folosită şi la sudarea de încărcare a arborilor (a) sau a marginilor pieselor uzate (b) (fig. 6.7).

Page 376: Tehnologia Sudarii Prin Topire

6. SUDAREA ÎN BAIE DE ZGURĂ

Sudarea în baie de zgură cu ajutaj

fuzibilSpre deosebire de sudarea în baie

Fig. 6.8. Principiul sudării în baie de zgură cu ajutaj fuzibil

de zgură clasică, sârma de sudare se intro- duce în baia topită în interiorul unui ajutaj fuzibil (ţeava metalică), izolat electric, figura 6.8.

Ajutajul se topeşte împreună cu sârma de sudare mărind rata depunerii.

Compoziţia chimică a ajutajului trebuie adaptată materialului de bază. Patinele de cupru mobile sunt înlocuite cu suporţi din cupru ficşi. Lungimea ajutajului fuzibil este corelată cu lungimea sudurii, având valori sub2,5 m.

Procedeul se remarcă printr-un utilaj de sudare uşor de manevrat. Pregătirea pieselor pentru sudare este, de asemenea, mai simplă. Prin deformarea ajutajelor fuzibile este posibilă realizarea unor îmbinări sudate cu formă curbată.

Sudarea în baie de zgură cu ajutaj fuzibil se aplică în special în indus- tria navală.

Variante ale sudării în baie de zgura. În figura 6.9 se prezintă sudarea în baie de zgură cu tratament termic concomitent.

În figura 6.10 este prezentata sudarea în baie de zgură în mai multe straturi iar în figura 6.11 este sudarea in

Fig. 6.9 Sudarea în baie de zgură cu tratament termic concomitent.

Page 377: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Fig. 6.10 Sudarea în baie de zgură în mai multe straturi

baie de zgura cu adaos de pulbere.

Fig. 6.11 Sudarea in baie de zgura cu adaos

de pulbere.

Page 378: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2 2H

2

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Capitolul 7.

SUDAREA CU FLACĂRĂ DE GAZ

Sudarea cu gaz este un procedeu de sudare prin topire la care încălzirea se produce prin arderea unui gaz combustibil într-un gaz comburant (oxigen sau aer).

Principalele materiale utilizate la sudarea cu flacără a metalelor sunt combustibilii

şi oxigenul.

7.1. Combustibilii.

Acetilena este cel mai folosit gaz pentru sudare, întrucât are o putere calorifică mare, realizează o încălzire rapidă a metalului de bază, are o viteză de ardere mare, cu flacără scurtă şi permite un reglaj uşor al raportului O /C H , permite tăierea materialelor

2 2 2

cu grosimea de 650 – 700 mm (oţel), cu aparate obişnuite.Dezavantajele acetilenei constau în costul ridicat şi în temperatura

maximă cu valori ridicate care poate provoca topirea neuniformă a marginilor care se taie, respectivcarburarea şi călirea acestora în cazul unui reglaj incorect al raportului O /C H . Aceste 2 2 2

durificări pot crea tensiuni interne sau chiar fisuri în marginile tăiate, iar prelucrarea lorprin aşchiere poate deveni dificilă.

Hidrogenul este un alt gaz utilizat la sudarea termică, având puterea calorifică

inferioară de 1,07•107[J/m3N]+ ˝ O ® H O + 2.45 · 105 J (7.1.)

Întrucât reacţia este reversibilă la temperaturi înalte, rezultă că în flacăra de hidrogen vor exista întotdeauna cantităţi variabile de oxigen liber, deci flacăra de hidrogen este oxidantă, iar o parte din hidrogen disociază cu absorbţie de căldură după reacţia:

Page 379: Tehnologia Sudarii Prin Topire

H2

2

H2

2

→ 2·H – 4.18 · 105 J (7.2.)De aceea poate fi utilizată numai cu un exces mare de hidrogen (4 volume de

la 1 volum de O ).Flacăra este lungă şi se reglează greu fiind folosită mai ales la tăierea grosimilor

mari de materiale. Hidrogenul este scump, ceea ce constituie încă un dezavantaj.Flacăra de hidrogen se foloseşte în special la tăierea sub apă unde

factorul economic este mai puţin important.Metanul este o hidrocarbură saturată (CH ) având o putere calorifică

inferioară 3,58•107 J/m3N. Arderea lui are loc în mod teoretic după reacţia:

Page 380: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2

8

4H

4 2 2

3

10

7. SUDAREA CU FLACĂRĂ DE GAZ

CH + O = CO + 2H O + 8,01·105 J (7.3.)iar temperatura maximă obţinută este de 27200C.

Prin arderea în aer se obţine o flacără având temperatura de 1800C. Viteza de ardere a metalului este şi mai redusă decât a hidrogenului, ceea ce face ca flacăra de metan să fie lungă.

Propanul (Cprin oxidare.

H ) este o lată hidrocarbură saturată utilizată la obţinerea flăcării

C H + O = 3 CO + 4H O + 1,92 · 106 J (7.4.)3 8 2 2 2

Temperatura maximă a flăcării de propan este de 19300C, iar puterea calorifică

inferioară 9,36•107J/m3N.Flacăra are un caracter oxidant.Butanul (C ) este o hidrocarbură saturată care are următoarea reacţie

teoretică de ardere: C H + 6 SO = 4 CO + 5 H O + 2,88 · 106 J (7.5.)

4 10 2 2 2

Temperatura maximă a flăcării este de 18500C, iar puterea calorifică inferioară

de 1,23•108 - 107J/m3N. Şi flacăra de butan are tot un caracter oxidant.Benzina folosită sub formă vaporizată dă o flacără cu temperatura

maximă cuprinsă între 18000 şi 24000C. Benzina este relativ ieftină şi utilajul pentru tăiere este simplu. Dezavantajul benzinei constă în unele dificultăţi la obţinerea vaporilor şi la reglarea flăcării.

Gazele naturale (gaz metan şi gazul de sondă) şi gazul petrolier lichefiat, pot înlocui cu succes acetilena la prelucrarea cu oxigen şi gaze şi prezintă o importanţă deosebită pentru industria din ţara noastră.

- Gazul metan conţine cea mai mare parte din hidrocarbura saturată CH4

şi cantităţi reduse de CO , N , O

şi etan (C H )2 2 2 2 6

- Gazele de sondă care însoţesc ţiţeiul în zăcământ sunt amestecuri înproporţii diferite de metan, etan, propan, butan etc, la care se adaugăcantităţi neînsemnate de CO , N , O

şi H .2 2 2 2

- Gazul petrolier lichefiat conţine 86 % butan, 12 % propan şi 2 % alte

hidrocarburi.Viteza de tăiere cu flacără de gaze naturale sau propan în comparaţie cu

flacăra oxiacetilenică este mai redusă cu 10 – 20 %. Cu cât grosimea tablei creşte, diferenţele de viteză se reduc, iar la grosimi peste 100 mm viteza de tăiere în cazul folosirii gazelor naturale este aceeaşi sau poate fi chiar mai mare faţă de viteza de tăiere la folosirea flăcării oxiacetilenice. Preţul de cost pe metru liniar de tăietură este mai redus faţă de cel rezultat la tăierea cu flacără oxiacetilenică, iar calitatea

Page 381: Tehnologia Sudarii Prin Topire

tăieturilor este superioară, întrucât nu are loc topirea marginilor superioare ale materialului tăiat.

În continuare în tabelul 7.1 sunt prezentate câteva gaze combustibile şicaracteristicile lor de ardere.

Întreţinerea reacţiei de oxidare a combustibililor este posibilă datorită oxigenului care există fie în aerul cu care este amestecat gazul combustibil în vederea arderii, fie cu

Page 382: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Tabelul 7.1.

Gazul Reacţia Temperature calculată [0C]

Temperaturemăsurată

Hidrogen fărăpreîncălzire

H2 + 0,25 O2 2480-25102550H2 + 0,50 O2 2690-2745

H2 + 1,00 O2 2565-2590Hidrogen cu preîncălzire la 10000C

H2 + 0,25 O2 2680H2 + 0,50 O2 2740H2 + 1,00 O2 2755

Hidrogen cu preîncălzire0la 2000 C

H2 + 0,25 O2 2900H2 + 0,50 O2 2930H2 + 1,00 O2 2960

Hidrogen H2 + 0,5 aer 1800

2000

H2 + 0,6 aer 1935H2 + 0,7 aer 2015H2 + 0,8 aer 2080H2 + 0,9 aer 2110H2 + 1,0 aer 2115

Hidrogen atomic 2 H H2 3690Metan CH4 + 0,625 O2 1065

CH4 + 0,750 O2 1610CH4 + 1,000 O2 2320

CH4 + 1,250 O2 2590

CH4 + 1,500 O2 2960

CH4 + 2,000 O2 2720Metan CH4 + 1,0 aer 1290

1800CH4 + 1,2 aer 1510

CH4 + 1,8 aer 1935

CH4 + 2,0 aer 1955

Propan C3H8 + 5 aer 1925 1930Butan fără preîncălzire C4H10 + 4,5 O2 2830

2900C4H10 + 6,5 O2 2910C4H10 + 9,5 O2 2770

Butan cu preîncălzire la10000C

C4H10 + 4,5 O2 2900C4H10 + 6,5 O2 2980C4H10 + 9,5 O2 2850

Butan cu preîncălzire la20000C

C4H10 + 4,5 O2 2950C4H10 + 6,5 O2 3030C4H10 + 9,5 O2 2950

Butan fără preîncălzire C4H10 + 6,5 aer 1930Butan cu preîncălzire la10000C

C4H10 + 6,5 aer2360

Butan cu preîncălzire la20000C

C4H10 + 6,5 aer2630

Acetilenă C2H2 + 1,0 O2 3000C2H2 + 1,5 O2 3170C2H2 + 2,5 O2 3000

Page 383: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2

7. SUDAREA CU FLACĂRĂ DE GAZ

oxigenul pur, atunci când este necesar acest lucru.Prin introducerea în amestecul combustibil a oxigenului pur şi nu a

aerului, azotul rece şi inert conţinut de aer nu mai pătrunde în spaţiul de ardere, iar flacăra este mai fierbinte (după cum se observă din tabelul 7.1.). De asemenea temperatura flăcării mai poate fi mărită prin preîncălzirea amestecului combustibil de gaze (sau vapori).

Oxigenul.În industrie, oxigenul se obţine prin distilarea fracţionară a aerului

lichid ale cărui componente sunt: Azot 78,03 %, Oxigen 20,93 %, Argon 0,9325 % şi în rest Neon, Heliu, Kripton, Xenon, Hidrogen, Bioxid de carbon etc.

Practic se poate considera că aerul este un amestec ternar format din 78% N

+21 % O +1 % Ar.Oxigenul obţinut prin distilarea fracţionară a aerului lichid se poate

îmbutelia în cisterne în vederea transportului sau în butelii pentru utilizare industrială.

Capacitatea buteliilor de oxigen este de 40 l, iar presiunea maximă a oxigenului în butelia încărcată nu depăşeşte valoarea de 150 atmosfere.

Puritatea oxigenului este foarte importantă în procesele metalurgice care au loc la tăierea sau la sudarea metalelor. Puritate oxigenului este indicată prin cifrele 99,98, 97. Cifrele reprezintă conţinutul procentual volumetric de oxigen, restul fiind impurităţi, dacă pentru sudare puritatea oxigenului nu este întotdeauna importantă, la tăiere are însă un rol hotărâtor. Se recomandă ca la sudare să se utilizeze oxigen cu puritate peste 90%. Micşorarea purităţii oxigenului cu 1 % produce o reducere simţitoare a vitezei de tăiere (cu 12 %) şi o creştere a consumului specific de oxigen cu 25 %, ceea ce măreşte costul operaţiei de tăiere.

Oxigenul nu poate fi utilizat la presiunea pe care o are în butelie, motiv pentru care sunt utilizate reductoarele de presiune.

Toate accesoriile care vin în contact cu oxigenul trebuie ferite de orice urmă de grăsime sau substanţe organice fin dispersate întrucât oxigenul comprimat poate să creeze în contact cu acestea autoaprinderea lor, provocând incendii sau chiar explozii. Impulsul iniţial de energie necesar aprinderii acestor substanţe poate fi dat de scântei provocate de lovirea pieselor metalice, descărcări electrostatice etc.

Analizând gazele combustibile din tabelul 7.1 se constată că acetilena este unul dintre cele mai convenabile gaze în ceea ce priveşte valoarea temperaturii maxime. Din acest motiv ea este curent utilizată la obţinerea flăcărilor destinate prelucrării metalelor. În cazul tăierii materialelor cu grosime mai mare sunt mai avantajoase celelalte substanţe combustibile, întrucât

Page 384: Tehnologia Sudarii Prin Topire

încălzesc mai uniform piesele.Prepararea acetilenei din carbid.Acetilena ia naştere prin următoarea reacţie a carburii de calciu cu apă:

CaC + 2 H = C H + Ca (OH) + 127·105J (7.6.)2 2 2 2 2

Deoarece carbidul mai conţine şi impurităţi (CaC; C etc), volumul de acetilenă

pus în libertate la descompunerea carbidului este mai mic decât cel calculat teoretic

Page 385: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2

2

H

2

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

(240 -340 l acetilenă la 200 şi 760 torr, pentru 1 kg carbid, faţă de 372,5 l calculat teoretic).

În cazul insuficienţei de apă, hidroxidul de calciu reacţionează direct cu carbidul:

CaC + Ca (OH) = C H + 2 Ca O (7.7.)2 2 2 2

Prin descompunerea carbidului în apă (reacţia 7.6) se pune în libertate o cantitate

mare de energie termică (1 kg carbid care conţine aproximativ 700 g CaC degajă cca1,68•106 kcal).

Viteza de descompunere a carbidului apreciată prin volumul de acetilenă degajată de un kg de carbid pe minut (1/kg minut) depinde de suprafaţa de contact a carbidului cu apă (mărimea granulelor), de temperatura apei, precum şi de cantitatea de hidroxid de calciu (nămol) formată, care împiedică contactul cu apa.

În afara reacţiei de oxidare a acetilenei care se produce în prezenţa oxigenului

(arderea acetilenei în oxigen), mai pot avea loc unele reacţii nedorite ale acetilenei:

- descompunerea prin explozie a acetilenei:C H → 2C + H (7.8.)2 2 2

- polimerizarea acetileneiPrin încălzire sau prin compresare, acetilena se poate descompune prin

explozie după reacţia (7.8).Explozibilitatea acetilenei pure sau în amestec de diferite gaze prezintă o

importanţă deosebită în tehnica prelucrării cu flacără de gaze a metalelor, motiv pentru care au fost efectuate cercetări amănunţite în acest domeniu.

Astfel s-a stabilit că:- Acetilena în amestec cu unele gaze (cu care nu intră în reacţii chimice)

este mai puţin explozivă.- Amestecul 55 % CH

4+45 % C

2H sau 82% H

2 2+ 18 % C H

2 2explodează numai la comprimări peste 20 atmosfere.

- Vaporii de apă împiedică descompunerea prin explozie (amestecul 1 volum

vapori apă cu 1,5 volume C2

H nu poate fi adus la explozie) , deci2

acetilena umedă produsă în generatoare este mai puţin periculoasă.Cele mai periculoase amestecuri explozive sunt cele formate din acetilenă (2,3

% volume până la 82 % volume) restul aer sau acetilenă-oxigen. Pericol maxim îl

Page 386: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2H

2

7 8

2

constituieamestecurile C – aer conţinând 7 – 13 % acetilenă şi amestecurile C – Oconţinând 30 % acetilenă.

Polimerizarea acetilenei are loc într-un domeniu larg de temperaturi (chiar sub

1000C), reacţii din care poate rezulta benzen (C

H ); stiren (C H ); naftalină (C

H );

toluen (C H ) etc.6 6 8 8 10 8

Aceste reacţii sunt însoţite de degajări interne de căldură. Spre exemplu acest lucru se observă din reacţia de formare a benzenului:

3 C H → C H + Q J (7.9.)2 2 6 6

Căldura Q degajată din reacţie poate favoriza producerea exploziei prin reacţia

Page 387: Tehnologia Sudarii Prin Topire

7. SUDAREA CU FLACĂRĂ DE GAZ

(7.8) şi accelerează şi viteza reacţiei de polimerizare. Un indiciu al producerii polimerizării îl constituie culoarea brună a rezidurilor de descompunere a carbidului, precum şi scăderea temperaturii flăcării respectiv arderea neuniformă a acetilenei.

Cu cât presiunea acetilenei este mai mare, cu atât reacţiile de polimerizare au loc la temperaturi mai scăzute (de exemplu la o presiune de 1,5 at. admisă în generatoarele de acetilenă, polimerizarea se produce numai peste temperatura de 5800C).

Polimerii care rezultă din aceste reacţii au o influenţă negativă asupra calităţii produselor rezultate prin prelucrarea cu flacără oxiacetilenică datorită arderii neuniforme a flăcării şi a produşilor secundari rezultaţi.

Reacţiile de producere a acetilenei din carbid se realizează în generatoarele de acetilenă a căror capacitate, caracteristici şi tipuri sunt multiple.

Datorită pericolului de explozie ridicat şi datorită purităţii variabile a acetilenei produse în generatoare, precum şi datorită întreţinerii incomode a acestor utilaje, utilizarea lor în industrie s-a restrâns, odată cu introducerea acetilenei îmbuteliate. În cazul consumurilor mari de acetilenă se folosesc instalaţii centrale de acetilenă, cu distribuţia acetilenei cu ajutorul conductelor. Fiecare post de sudură trebuie prevăzut cu supape de siguranţă, care protejează împotriva întoarcerii flăcării.

Acetilena îmbuteliată.Proprietăţile fizico-chimice ale acetilenei nu permit comprimarea

acesteia la presiuni peste 1,5 at. fără pericolul de explozie. Iar îmbutelierea la această presiune redusă nu este economică, sub aspectul cantităţii de acetilenă raportat la greutatea buteliei.

Mărirea presiunii acetilenei îmbuteliate fără pericolul de explozie a fost posibilă

prin dizolvarea acetilenei în acetonă.

Viteza de dizolvare a acetilenei gazoase sub presiune în acetonă lichidă depinde de suprafaţa de contact dintre fazele lichidă şi gazoasă.

Pentru a se mări considerabil această suprafaţă, buteliile de acetilenă sunt umplute cu o masă poroasă din pământ de infuzorii şi cremene, care trebuie să satisfacă anumite condiţii (porozitate peste 75 %, rezistenţă mecanică ridicată, greutate specifică mică, să reziste la şocuri, să nu corodeze butelia etc).

Prin comprimarea acetilenei în butelii de oţel conţinând o umplutură de masă

poroasă îmbibată cu acetonă, se poate ajunge la o presiune de 15 at. fără pericolul de explozie.

Page 388: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Fig. 7.1. Influenţa temperaturii mediului asupra presiunii din butelia de acetilenă.

Dacă la încărcarea buteliei s-au respectat condiţiile de presiune şi temperatură (150C şi 15 at.), la 400C, presiunea nu depăşeşte va- loarea de 25 at. după cum se observă din fig. 7.1.

Încălzirea peste 400C

Page 389: Tehnologia Sudarii Prin Topire

210

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

a buteliei nu este admisă, întrucât datorită creşterii presiunii, creşte pericolul de explozie al acetilenei. Pentru o porozitate normală, dintr-o butelie cu capacitate de 40 la presiunea de 18 bari, pot fi transportate 6,3 kg acetilenă. La această presiune conţinutul unei butelii este de 5500 l acetilenă, adică o cantitate care poate fi produsă de cca 22 kg carbid. În ultimul timp s-a trecut la fabricarea buteliilor cu masă de înaltă porozitate, care la capacitatea de 40 l pot prelua la presiunea de 19 bari, 8 kg acetilenă.

Întrucât în butelii se găseşte şi acetonă, consumul maxim orar pentru o perioadă

foarte scurtă nu trebuie să depăşească 1000 l/h pentru butelii cu capacitate de 40 l şi1200 l/h pentru butelii cu capacitate de 50 l. În mod normal însă la o butelie cu capaci- tate de 40 l şi presiune de 18 bari, nu se recomandă depăşirea unui consum de 650 l/h.

În fig. 7.2 este prezentată variaţia cantităţii de acetilenă din butelie în funcţie de presiune.

Gazele lichide (propan, butan) se transportă

şi ele în butelii, având masa 6,3; 13,3 şi 36 kg şi încărcăturile de gaze fiind de 5,11 şi respectiv 33 kg. În industrie dacă există mai multe posturi de lucru est e mai avant ajo asă dist ribuţia cu ajut orul conductelor, a gazelor combustibile şi renunţarea la buteliile de gaze. Prin aceasta se elimină cheltuielile de cost a buteliilor şi a transportului acestora, se asigură siguranţa de lucru şi de exploatare etc. După cum s-a mai arătat alimentarea economică cu gaze a posturilor de lucru ale unei întreprinderi, se face cu baterii de butelii şi conducte dirijate spre fiecare post.

Fig. 7.2. Conţinutul de C2

H2

dintr-o butelie cu capacitatea40 l la temperatura 150C şi presiunea de 760 mm Hg.

Acest mod de alimentare cu gaze este indicat şi sub aspectul normelor de securitate a muncii.

Reductoarele de presiune şi regulatoarele de gaz pot fi individuale la fiecare post de lucru, dar se mai

pot utiliza şi reductoare şi generatoare centrale, precum şi instalaţii combinate (centrale şi individuale), după cum sunt impuse condiţiile de lucru.

Page 390: Tehnologia Sudarii Prin Topire

211

7.2. Obţinerea, structura şi rolul flăcării de gaze.

Flacăra de gaze folosită la prelucrarea metalelor se obţine prin aprinderea amestecului de gaze sau vapori combustibili şi oxigen, după ieşirea acestuia din arzător (suflai). Arderea acestui amestec este o reacţie chimică exotermă rapidă, care se manifestă într-un spaţiu limitat şi variabil, denumit flacără.

Flacăra se caracterizează printr-o viteză de propagare a frontului de ardere, care se numeşte viteză de ardere. Viteza de ardere depinde de natura amestecului

Page 391: Tehnologia Sudarii Prin Topire

a

7. SUDAREA CU FLACĂRĂ DE GAZ

combustibil utilizat, amestec de acetilenă, gaz metan sau vapori de diferite hidrocarburi (împreună cu oxigen sau cu aer) de proporţia amestecului de temperatură şi presiunea iniţială a amestecului etc.

Procesul de ardere se poate manifesta în mai multe moduri în funcţie de viteza de ardere v :

- ardere liniştită………………….va

- ardere cu explozie…………….. va

- ardere detonată………………... v

= 10 -15 m/s= 100 m/s= 1000 m/s

aO altă caracteristică a flăcării de gaz este temperatura maximă, care depinde

de natura gazului combustibil respectiv de volumul flăcării produse li de puterea calorifică a gazelor combustibile. Cu cât raportul dintre puterea calorifică a gazului combustibil şi volumul flăcării produse este mai mare cu atât mai mult creşte temperatura maximă din flacără.

Analizând comparativ mai multe gaze combustibile se constată că acetilena are cel mai redus volum de gaze şi vapori produse la ardere (dintre toate gazele

combustibile acetilena C H

conţine cel mai2 2

Fig. 7.3. Zonele flăcării oxiacetilenice şi variaţia

temperaturilor de-a lungul axei longitudinale a flăcării.

puţin hidrogen în aport cu carbonul, deciproduce cantitatea cea mai mică de vapori de apă în flacără). În aceste condiţii chiar dacă acetilena are o putere calorifică mai redusă decât alţi combustibili, rezultă că temperatura din flacăra oxiacetilenică este maximă şi astfel se explică utilizarea ei pe scară industrială la prelucrarea termică a metalelor.

În fig. 7.3 este prezentată structura flăcării oxiacetilenice şi variaţia temperaturii de-a lungul axei longitudinale a flăcării.

După cum se observă din această figură, amorsarea reacţiei de oxidare a acetilenei cu oxigenul insuflat şi terminarea reacţiei are loc între zonele 1 şi 3, spaţiu care

este denumit din acest motiv flacără primară.C H + O = 2CO + H + Q [J] (7.10.)2 2 2 2 1

Page 392: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2 22 2

2

Produsele rezultate din flacăra primară, având o temperatură extrem de ridicată

intră în reacţie cu oxigenul din atmosfera înconjurătoare după reacţia:2CO + H + 1,5 O = 2 CO + H O + Q [J] (7.11.)

Cu toate că în această reacţie se degajă o cantitate mult mai mare de căldură decât în flacăra primară, temperatura la care se ajunge după ardere este redusă, datorită vaporilor de apă rezultaţi şi a spaţiului extins de reacţie.

Page 393: Tehnologia Sudarii Prin Topire

O2

2 2

2

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

1 – zona de amestec neaprins (C2

H + O )2 2

2 – nucleul luminos (începutul reacţiei de oxidare a acetilenei)3 – zona reducătoare (sfârşitul reacţiei de ardere a acetilenei cu

oxigenul provenit din arzător)4 – zona flăcării secundare (arderea produselor rezultate din flacăra primară

CO + H2

cu oxigenul provenit din aerul înconjurător)Astfel se explică de ce temperatura din această zonă, denumită zona flăcării

secundare, este relativ scăzută în raport cu temperatura maximă din flacără.Din reacţia (7.10) rezultă că unei cantităţi de acetilenă V

aceeaşi cantitate de oxigen insuflat V

C2H2îi este necesară

În practică, pentru a se produce o ardere normală în flacăra primară, se adoptă

un uşor exces de oxigen, adică:

Vβ =

O2

VC H

= 1,1

−1,2(7.12.)

În acest caz flacăra se numeşte normală.Prin variaţia raportului β se poate obţine o flacără carburantă (â <1,0),

respectiv dacă β >1,2 flacăra devine oxidantă.Flacăra normală (β = 1,1…1,2)Zona de oxidare primară la această flacără se caracterizează prin prezenţa

oxidului de carbon şi a hidrogenului, care au o acţiune metalurgică reducătoare asupra metalului topit cu care vine în contact. Cantitatea de oxigen din amestecul gazos asigură şi combustia particulelor de carbon liber provenite din descompunerea termică a C H .

2 2

Temperatura maximă a flăcării se situează în jurul valorii de 30000C, la care

moleculele de hidrogen sunt parţial disociate. Proporţiile în care se găsesc cele trei componente la capătul zonei de oxidare sunt:

CO -61 %; H -22 % ; H-17 %Flacăra normală se foloseşte la majoritatea lucrărilor de sudură, fiind cea

mai potrivită flacără pentru sudarea oţelurilor.Flacăra oxidantă (β = 1,5) se caracterizează prin următoarele reacţii

specifice: - în zona de oxidare primară:

C H + 1,5 O → 2 CO + H + 0,5 O (7.13)2 2 2 2 2

- în zona de oxidare secundară:

Page 394: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2 222 CO + H + 0,5 O + O

2→ 2 CO

2+ H O (7.14)

Excesul de oxigen din zona flăcării primare schimbă total caracterul flăcării.

Excesul de oxigen liber din această zonă ajungând până la concentraţia de 21 % poate avea o influenţă defavorabilă asupra metalului topit cu care vine în contact. Temperatura maximă a flăcării oxidante poate atinge valoarea de 31700C, fiind mai înaltă decât temperatura maximă a flăcării normale.

Page 395: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2 2 2

7. SUDAREA CU FLACĂRĂ DE GAZ

La un exces mai mare de oxigen (β = 2,5) temperatura maximă scade din nou la cca 30000C.

Flacăra oxidantă se recunoaşte după nucleul luminos scurt şi după şuieratul caracteristic, mai puternic decât în cazul celorlalte tipuri de flăcări.

Flacăra oxidantă se utilizează la prelucrarea prin tăiere a materialelor metalice.Flacăra carburantă (β < 1,0) se caracterizează prin insuficienţa

oxigenului în zona flăcării primare, ceea ce atrage după sine arderea incompletă a particulelor decarbon. Existenţa acestor particule incandescente de carbon, determină o alungire a nucleului luminos şi o tendinţă de producere a fumului din flacără.

Excesul de carbon din flacără poate produce carburarea băii metalice de oţel, respectiv durificarea şi mai pronunţată după o răcire rapidă.

Flacăra carburantă se utilizează la sudarea oţelurilor şi a materialelor uşor oxidabile datorită rolului protector pe care îl deţine. De asemenea flacăra carburantă se mai utilizează la acoperirea cu straturi dure şi la metalizare.

Temperatura maximă a flăcării carburante este mai scăzută decât temperatura flăcării normale (T = 29200C pentru β = 0,5)

Transmiterea căldurii de la flacără la materialul prelucrat de realizează în cea

mai mare parte prin convecţie (cca 90 – 95 %), iar restul prin radiaţie termică. Transferul termic depinde de diferenţa de temperatură dintre flacără şi suprafaţa încălzită, viteza de sudare şi unghiul de înclinaţie al jetului de gaze etc.

Transferultermic este maxim în axa flăcării şi la suprafaţa perpendiculară pe flacără. În cazul unei flăcări cu β = 0,5 are loc următoarea reacţie în zona flăcării primare:

C H + 0,5 O → CO + C + H (7.15)2 2 2 2

În faza oxidării secundare are loc o definitivare a oxidării produselor rezultate

din reacţia primară şi anume:CO + C + H + 2O → 2 CO

2+ H O (7.16)

7.3. Tehnologia sudarii prin topire cu flacară

Sudarea cu gaze ca procedeu de îmbinare premergător celorlalte procedee de sudare este tratat în continuare, chiar dacă în prezent utilizarea sa la scară industrială este din ce în ce mai restrânsă.

Diferitele metode de sudare se pot împărţi în următoarele grupe:- „sudarea spre dreapta” numită şi sudarea cu sârmă înapoi sau pe scurt

„înapoi”- „sudarea spre stânga” numită şi sudarea cu sârmă înainte sau pe

Page 396: Tehnologia Sudarii Prin Topire

scurt„înainte”

- „sudarea în unghi” exterior sau interior- „sudarea urcătoare cu cusătură dublă”

Page 397: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

- „sudarea de poziţie” cu un singur suflai, cu două suflaiuri şi în rost prelucrat în X.

Indiferent de metoda de sudare folosită, conducerea suflaiului şi a sârmei trebuie astfel executată încât să fie evitate încălzirile şi topirile repetate ale aceleaşi porţiuni de metal, care ar produce creşterea consumului specific de materiale, a timpului de sudare şi a energiei pierdute.

7.3.1. Sudarea tablelor de oţel.

Sudarea înainte, considerată ca metodă convenţională, a fost pentru mult timp singura metodă folosită.

Sudarea înainte într-un singur strat se aplică în cazul tablelor cu grosime până la 6 mm.

Sudarea înapoi se aplică tablelor cu grosime între 6 şi 15 mm.

În tabelul 7.2 sunt prezentateFig. 7.4. Metode de sudare în

funcţie de sensul de deplasare în lungul rostului (înainte sau

înapoi).

principalele caracteristici ale metodelor de sudare înainte şi înapoi într-un strat. În gen- eral unghiul de înclinaţie al suflaiului faţă de

suprafaţa tablei se stabileşte în funcţie de grosimea acesteia şi anume cu cât scade grosimea tablei sudate, unghiul este mai redus. Prin aceasta supraîncălzirea tablelor şi pericolul de perforare scade (tabelul 7.3).

Tabelul 7.2.

Metodă de sudare

Unghiul deînclinare al vergelei de sârmă α [0]

Unghiul de înclinare al

0suflaiului β [ ]

Grosimeamaterialului

sudat δ [mm]

înainte (spre stânga) 45 45 6înapoi (spre dreapta) 45 45-70 6-15

Tabelul 7.3.Unghiul de înclinaţie al suflaiului în funcţie de grosimea tablei.

Grosimea tablei[mm]

1 1-3 3-5 5-7 7-10 10-15 15

Unghiul β [0] 20 30 40 50 60 70 80

din oţel.

Page 398: Tehnologia Sudarii Prin Topire

În tabelul 7.4 sunt indicaţi parametrii utilizaţi la sudarea oxiacetilenică a tablelor

Page 399: Tehnologia Sudarii Prin Topire

7. SUDAREA CU FLACĂRĂ DE GAZ

Tabelul 7.4. Parametrii utilizaţi la sudarea oxiacetilenică.

Grosimeapieselor sudate [mm]

0,5-1 1-2 2-4 4-5 6-9 9-14 14-20 20-30

Mărimeabecului

0 1 2 3 4 5 6 7

Consum deC2H2 [l/h]

75 150 300 500 750 1200 1700 2500

Consum deO2 [l/h]

86 165 330 550 825 1320 1850 2750

Presiuneade lucru a oxigenului [daN/cm2]

1,5-2 1,8-2,5 2-3 2,3-3 2,5-3 2,8-3 3,2-4 3-4

Presiuneade lucru a acetilenei [daN/cm2]

0,01-1,50

În practică mai sunt întâlnite încă multe situaţii în care tablele cu grosime de 7

– 8 mm din oţel carbon (C < 0,25 % ) din mărcile s 235 , S 355 sunt sudate cu flacără

oxiacetilenică.În cazul tablelor cu grosime sub 2 mm, sudarea se poate realiza fără

material de adaos, iar la grosimi mai mari sunt utilizate ca material de adaos sârme trase de diferite mărimi după cum rezultă din tabelul 7.5.

Tabelul 7.5.

Marca sârmei Compoziţia chimică % ÎntrebuinţăriC Mn Si Cr Ni Mo S P

S10 0,10 0,35-0,60 0,03 0,2 0,3 - 0,04 0,04Sudarea oţelurilor

carbonS10X 0,10 0,30-0,55 0,03 0,2 0,3 - 0,03 0,03

S10MX 0,10 0,55-0,80 0,03 0,2 0,3 - 0,03 0,03

S12Mo 0,12 0,44-0,800,12-0,35

0,2 0,30,4-0,6

0,04 0,03 Oţeluri slab aliate sau oţeluri slab

rezistenteS12MoC 0,12 0,40-0,800,12-0,35

0,8-1,2

0,30,4-0,6

0,03 0,03

Sudarea oxiacetilenică se execută cu o flacără uşor reducătoare şi în condiţii normale nu necesită preîncălzire. Punctele de prindere cu sudură se

execută cu acelaşi material de adaos ca şi sudura.Fig. 7.5. Mişcările

transversale oscilatorii executate la sudare.- linia plină – indică

mişcările suflaiului; - linia

întreruptă – indică mişcările

Page 400: Tehnologia Sudarii Prin Topire

sârmei. Punctele de prindere se aplică începând din mijlocul tablelor. Aplicarea punctelor continuă alternant spre ambele capete, la distanţe de 30-40 mm între ele. Punctele extreme vor fi situate la

Page 401: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

mai puţin de 15 mm de capete. După prindere se execută sudarea propriu-zisă a componentelor.

În timpul executării sudurii, vârful conului luminos al flăcării se menţine la 2 – 5 mm deasupra tablei şi prin încălzirea acesteia precum şi a materialului de adaos, se produce topirea şi formarea băii metalice. Poziţia flăcării şi a materialului de adaos, depind de poziţia de sudare, iar mişcarea lor relativă depinde de grosimea materialului. Aceste mişcări oscilatorii au rolul de a încălzi mai uniform materialul sudat şi de a realiza o omogenizare mai bună a băii de sudură. Prin metoda de sudare înainte pot fi sudate şi table mai groase de 6 mm, dacă se aplică sudarea semiurcătoare într-o singură trecere sau în două treceri.

Sudarea înainte semiurcătoare într-o singură trecere se aplică tablelor cu grosimi de 3 - 10 m. Poziţia relativă a suflaiului şi a materialului de adaos faţă de planul tablelor nu se schimbă, dar tablele de îmbinat sunt înclinate cu 20 – 250.

Sudarea înainte semiurcătoare în două treceri se aplică tablelor cu grosime mai mare de 10 mm. Primul strat trebuie depus cât mai uniform pentru ca şi al doilea strat să aibă un aspect corespunzător.

Sudarea în unghi se aplică în două variante:Sudarea în unghi interior fig. 7.6 a, executată prin metoda înainte

(pentru grosimi până la 5 mm) sau prin metoda înapoi (pentru grosimi peste 5 mm), cu consum mare de acetilenă (125 – 130 1/ h • mm grosime) şi viteze reduse de sudare. Atât suflaiul cât şi materialul de adaos se găsesc în planul bisector dintre table şi au înclinaţia corespunzătoare datelor din tabelul 7.3, faţă de cea longitudinală a rostului.

Fig. 7.6. Sudarea în unghi.a – sudarea în unghi interior; b – sudarea în unghi

exterior.

Sudarea în unghi exterior fig. 7.6 b se aplică la asamblarea exterioară a două table care formează un unghi diedru. Şi în acest caz sunt posibile ambele variante de sudare (înainte sau înapoi), poziţia suflaiului şi a materialului de adaos fiind tot în planul bisector şi având înclinaţiile recomandate în tabelul 7.3 faţă de axa longitudinală a rostului.

Page 402: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Sudarea urcătoare cu cusătură dublă, se caracterizează prin obţinerea unor supraîncălziri pe ambele feţe ale tablelor. Sudarea se execută într-un plan vertical şi are următoarele variante:

Page 403: Tehnologia Sudarii Prin Topire

7. SUDAREA CU FLACĂRĂ DE GAZ

- În cazul tablelor cu grosime cuprinsă între 2 şi 6 mm se utilizează un singur suflai înclinat la 600 faţă de cusătură, care se deplasează ascendent (fig.7.7 a).

Sudarea se începe prin apropierea flăcării de tablă, până când în acestea se formează un locaş circular cu diametrul aproximativ egal cu grosimea tablelor. În extremitatea de jos a locaşului se depune materialul de adaos. În timpul executării sudării, prin încălzirea extremităţii de sus a locaşului, flacăra se va deplasa în sus şi se va menţine la fel în continuare, cusătura obţinută având aproximativ acelaşi aspect pe ambele suprafeţe ale tablelor asamblate.

Acest procedeu se poate aplica şi tablelor cu grosime mai mare (7 – 10 mm)

cu o singură trecere şi cu prelucrarea rostului.- În cazul tablelor cu grosime cuprinsă între 6 şi 12 mm sudarea se

realizează cu două suflaiuri (fig. 7.7 b), care se deplasează simetric în raport cu planul tablelor. Dezavantajul acestei metode constă în aceea că efectuarea ei necesită doi sudori.

Fig. 7.7. Sudarea urcătoare cu cusătură dublă.

a – varianta de sudare cu un singur suflai; b – varianta de sudare cu două suflaiuri.

Prin prelucrarea rostului în X este posibilă sudarea urcătoare cu două suflaiuri a tablelor cu grosime peste 12 mm, dar faţă de celelalte procedee de sudare, sudarea cu flacără la grosimi mari de table este ineficientă şi neeconomică.

Sudarea de poziţie poate fi aplicată şi în cazul utilizării flăcării oxiacetilenice.

Spre exemplu sudarea de cornişă (fig. 7. 8 a) poate fi executată cu flacără oxiacetilenică, dar prezintă dificultăţi datorită tendinţei de curgere a metalului topit din rost.

Suflaiul trebuie rotit în plan orizontal cu 30 – 40 0 într-o parte şi alta a

Page 404: Tehnologia Sudarii Prin Topire

unei axe perpendiculare la locul de sudare pe tablele verticale.Sudarea pe plafon (fig. 7. 8 b), necesită de asemenea o experienţă îndelungată

a sudorului şi chiar în aceste condiţii executarea ei este foarte dificilă.

Page 405: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Fig. 7. 8. Sudarea de poziţie cu flacără oxiacetilenică.a – sudarea în cornişă; b – sudarea pe plafon

7.3.2. Sudarea semifabricatelor de oţel cu flacără oxigaz.

Sudarea oxiacetilenică poate fi utilizată şi pentru îmbinarea barelor sau a ţevilor, dacă acestea au fost pregătite în mod corespunzător.

Î n fig. 7 . 9 est e p r eze nt a t ă pregătirea necesară a barelor cu secţiune rotundă sau dreptunghiulară în vederea sudării cap la cap sau de colţ.

În cazul barelor, sudarea se face în două părţi, iar suprafeţele sunt netezite cu flacără

Fig.7.9. Pregătirea rosturilor pentru sudarea oxiacetilenică a

barelor.

În unele cazuri este posibilă şi pregătirea piramidală sau conică a capetelor pentru îmbinare, ceea ce impune sudarea pe întregul perimetru. În cazul îmbinării barelor

de secţiuni mari se pot realiza economii de acetilenă şi o creştere a productivităţii printr- o preîncălzire a capetelor barelor în focul de forjă.

În cazul sudării ţevilor se impune o pregătire a rosturilor după cum se observă

din fig. 7.10.

Fig. 7.10. Pregătirea ţevilor în vederea

îmbinărilor cap la cap prin sudare oxiacetilenică.

Page 406: Tehnologia Sudarii Prin Topire

După cum rezultă din figură, ţevile care urmează să fie sudate trebuie să fie circulare şi să aibă o grosime uniformă a peretelui pe toată circumferinţa (se admit

Page 407: Tehnologia Sudarii Prin Topire

7. SUDAREA CU FLACĂRĂ DE GAZ

diferenţe între grosimea pereţilor mai mică de 0,5 mm, pentru diametre până la 125 mmşi mai mici de 1,0 mm, pentru diametre peste 125 mm).

Pentru a nu permite scurgerea fluidelor se recomandă ca ţevile să aibă diametrul interior constant şi dacă e cazul se prelucrează exteriorul (fig. 7.10 b). Este posibilă şi introducerea unui inel de sprijin (fig. 7.10 c) care susţine baia metalică în timpul sudării rădăcinii. Acest inel perturbă însă scurgerea fluidului prin conductă.

În cazul ţevilor din oţel inoxidabil, inelul se execută din oţel feritic şi se dizolvă

după sudare cu acid azotic.Capetele ţevilor pentru abur cu grosimea g < 3 mm nu se teşesc,

lăsându-se o deschidere a rostului de 2 – 3 mm şi se sudează prin metoda „înainte”. Ţevile de abur cu grosimea g > 3 mm se teşesc în V cu un unghi de deschidere 60 – 700 şi o deschidere la rădăcină de 3 -5 mm, sudându-se prin metoda „înapoi”.

În alte cazuri se teşesc în V numai ţevile cu pereţi mai groşi de 4 mm.

În funcţie de poziţia de sudare se vor executa mişcările adecvate ale sârmei şi ale suflaiului, după cum rezultă din fig. 7.11 şi fig. 7.12.

Fig. 7.11. Sudarea oxiacetilenică în cornişă a ţevilor.

Fig. 7.12. Sudarea oxiacetilenicăorizontală a ţevilor.

7.3.3. Sudarea oxigaz a oţelurilor aliate.

La sudarea oţelurilor slab aliate de tipul perlitic se foloseşte o flacără de sudare normală, pentru a nu oxida sau carbura oţelul din baia de sudură, iar ca material de adaos se întrebuinţează o sârmă cu conţinut scăzut de carbon sau de aceeaşi compoziţie cu metalul de bază. Plasticitatea sudurii se poate mări printr-o normalizare sau o recoacere ulterioară în cuptor a întregii piese, fie printr-o normalizare parţială a sudurii cu ajutorul flăcării de sudare.

La sudarea oţelurilor slab aliate cu Cr (până la 1,2 %) şi cu molibden (până la

Page 408: Tehnologia Sudarii Prin Topire

0,45 %), care sunt sensibile la fragilizarea în urma sudării, se recomandă preîncălzirea (1000C pentru grosimi g < 3 mm şi 150 – 2000C pentru grosimi medii, g = 3 – 6 mm, respectiv peste 2000C pentru grosimi > 6 sau pentru conţinut de carbon C = 0,8 %).

Fragilitatea acestor oţeluri creşte mult la conţinuturi de C > 0,15 % şi Si > 0,4 %. La oţelurile aliate numai cu molibden, preîncălzirea nu este absolut necesară în

cazul sudării în condiţii normale, întrucât molibdenul are efect favorabil asupra tenacităţii

Page 409: Tehnologia Sudarii Prin Topire

220

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

oţelurilor. Din acest motiv materialul de adaos se recomandă să conţină cantităţi sporite de molibden faţă de metalul de bază (cu cca 0,2 %).

După sudare se mai recomandă efectuarea unei recoaceri (600 – 6500C în cuptor, timp de 2 ore, cu răcire în aer) sau a unei normalizări a sudurii şi a zonei influenţate termic (încălzire cu flacără la 9000C pe o lăţime de cel puţin 5 ori lăţimea cusăturii, urmată de o răcire în aer liniştit).

În cazul sudării oţelurilor Cr-Mn-Si, care înlocuiesc în multe cazuri oţelurile Cr-Ni şi Cr-Mo, se recomandă de asemenea o flacără riguros normală pentru a nu se forma carburi în cantităţi mari sau oxizi greu fuzibili de crom. La aceste oţeluri se recomandă prelucrarea corectă şi curăţirea perfectă a rostului, precum şi deschiderea constantă a acestuia. Nu se recomandă sudarea de poziţie a acestor oţeluri cu flacără oxigaz. După sudare, se recomandă o călire de la 8800C în ulei, urmată de revenire.

În tabelul 7.6 sunt prezentaţi parametrii tehnologici de la sudarea oxiacetilenică

a unor oţeluri slab aliate.

Tabelul 7 6. Parametrii de sudare a oţelurilor slab aliate.

Oţelul slab aliat Cr-Mo Cr-Mn-SiGrosimea piesei [mm] 3 4-6 7-10 0,5 1 2 3Consum de C2H2 [l/h] 300 500 750-1200 50 75 150 300Presiunea oxigenului [at] 1,5 1,5 2,5 3Diametr150ul sârmei deadaos [mm2,5]

3-4 4-5 6 1 1,5 2 2,5

7.3.4. Sudarea oxigaz a fontelor.

Se poate realiza sudarea oxigaz a fontelor prin două metode:- Sudarea pe piese reci- Sudarea pe piese calde (500 – 7000C)

Indiferent de metoda de sudare este indicată obţinerea carbonului liber sub formă de grafit lamelar, atât în baia metalică solidificată cât şi în ZITM.

Sudarea pe piese reci se aplică la piesele puţin importante, la care nu necesită

obţinerea unei eşanteităţi sau rezistenţe deosebite şi numai atunci când dilatările şi contracţiile se pot dezvolta liber (corpuri de lagăr, şaibe de dimensiune mică etc).

Sudarea pe piese calde (încălzite la 500 – 7000*C), dă rezultate mult mai bune sub aspect calitativ. Încălzirea se realizează progresiv timp de 2 – 10 h, în funcţie de grosimea pereţilor pieselor, în cuptoare specializate. Este posibilă şi

Page 410: Tehnologia Sudarii Prin Topire

221

încălzirea parţială a pieselor în porţiunea care urmează să fie sudată.Suflaiul utilizat la sudarea fontei trebuie să fie de putere mare întrucât

zona cu temperatura maximă a flăcării trebuie să nu atingă piesa ci să aibă o poziţie mai îndepărtată pentru ca siliciul din metalul topit să nu se piardă. (Prin arderea siliciului fonta prezintă

Page 411: Tehnologia Sudarii Prin Topire

222

7. SUDAREA CU FLACĂRĂ DE GAZ

tendinţa de albire, respectiv de fisurarea în zona sudată).Consumul mediu de C H

este de 100 l/h, pentru un mm grosime piesă caldă2 2

de fontă şi până la 150l/h, în cazul pieselor reci de fontă.Ca metal de adaos se folosesc vergele din fontă cenuşie de foarte bună

calitate (sulf şi fosfor în cantităţi reduse) şi cu un conţinut de 3 – 4 % Si. Suprafaţa vergelelor nu trebuie să conţină impurităţi de la turnare. Extremitatea vergelei se introduce din timp în timp în fluxul decapant care dizolvă eventualii oxizi şi acoperă baia de sudare, împiedicând carburarea şi absorbţia de gaze. Vergeaua folosită ca material de adaos nu se topeşte în flacără, ci se scufundă în baia topită pentru a reduce cât mai mult contactul metalului topit cu gazele înconjurătoare.

Menţinerea temperaturii piesei calde în timpul sudării se realizează cu ajutorul unei surse termice adecvate (cuptor specializat, groapă cu cărbuni de lemn aprinşi etc), iar protejarea sudorului împotriva radiaţiei termice se face cu ecrane de azbest şi cu îmbrăcăminte adecvată.

Ventilaţia locului de muncă, mai cu seamă la utilizarea cărbunilor de lemn, se va face în mod obligatoriu, pentru prevenirea intoxicaţiilor cu oxid de carbon.

7.3.5. Sudarea metalelor şi aliajelor neferoase cu flacără oxigaz.

În cazul sudării metalelor şi aliajelor neferoase este deosebit de importantă protejarea metalului împotriva acţiunii aerului, precum şi evitarea supraîncălzirii ZIT sau a băii metalice, respectiv evitarea volatilizării unor componenţi din baie.

În continuare se vor trata câteva cazuri specifice de sudare a metalelor şi aliajelor neferoase.

Sudarea cu flacără a cuprului este utilizată mai cu seamă la realizarea îmbinării tablelor, rezervoarelor, conductelor, a ţevilor pentru cazane etc. Îmbinarea tablelor subţiri se face prin metoda „înainte”, iar a tablelor groase prin metoda „înapoi”.

În cazul sudării în poziţia verticală, se vor folosi simultan două flăcări, una dintre ele (cea de pe partea opusă sudării), este utilizată la preîncălzirea. Sudarea se execută de jos în sus (ascendent).

În general în toate cazurile de sudare a

Page 412: Tehnologia Sudarii Prin Topire

223

cuprului este indicată utilizarea plăcilor izolante din

Fig. 7.13. Pregătirea rostului la îmbinarea tablelor de cupru în vederea sudării

oxigaz.

azbest ca suport pentru materialul sudat.O particularitate a pregătirii rostului

tablelor de cupru care se îmbină prin sudare rezultă din fig.7.13.

Page 413: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Se observă că se admit aceleaşi tipuri de rosturi ca şi în cazul oţelurilor chiar dacă grosimea tablelor este mai groasă cu 1 -3 mm, faţă de table de oţel.

Se vor folosi suflaiuri mai mari decât pentru oţel cu un consum de acetilenă de

150 l/h pentru fiecare mm grosime de metal, pentru table până la 10 mm si de 200 l/h, pentru fiecare mm grosime de metal în cazul grosimilor peste 10 mm.

În timpul sudării porţiunile de table care nu sunt protejate de flacără (spre exemplu partea posterioară a tablelor) se oxidează intens şi pentru a preîntâmpina aceasta se poate aplica protejarea cu flux de sudură.

Metalul topit şi cel din zona influenţată termic are proprietăţi mecanice inferioare în comparaţie cu metalul de bază. Pentru ameliorarea proprietăţilor, se recomandă ecruisarea zonelor amintite prin lovituri cu ciocanul şi prin aplicarea recristalizării ulterioare.

Ca material de adaos la sudarea cu flacără a cuprului se poate utiliza atât cuprul pur sub formă de sârmă, cât şi cuprul aliat cu diferite elemente, care fie că reduc temperatura de topire şi capacitatea de absorbţie a gazelor (de exemplu 1 – 5 % Ag), fie că au rol dezoxidant intens (P, Si, Al).

Sudarea cu flacără a alamei.Alama datorită conţinutului de zinc care este volatil, se sudează greu şi

poate forma pori. Evitarea porozităţilor alamei la sudare se poate obţine prin respectarea următoarelor condiţii:

- folosirea unei flăcări oxidante (β = 1,6) care favorizează formarea unei

pelicule protectoare de ZnO pe suprafaţa băii metalice. Această peliculăprotejează ceilalţi componenţi topiţi din baie împotriva oxidării şi diminuează evaporarea zincului.

- menţinerea nucleului flăcării la o distanţă de 5 – 15 mm de suprafaţa metalului topit, pentru o încălzire mai puţin intensă a băii. În acelaşi scop viteza de sudare se recomandă să fie cât mai mare.

Materialul de adaos trebuie să conţină dezoxidanţi (Al, Si, Mn, Ni etc) spre

exemplu: - 58 – 60 % Cu; 2,5 – 3 % Ni; 0,25 - ,035 % Si şi restul Zn

- 56 % Cu; 0,1 Al; 0,6 Mn şi restul Zn.Conţinutul de zinc pierdut prin evaporare nu se recomandă să fie compensat

cu zinc din materialul de adaos, deoarece creşte pericolul de formare a porilor.Sudarea cu flacără a bronzurilor.Sudarea cu flacără a bronzurilor se aplică în cazul reparării pieselor sau

Page 414: Tehnologia Sudarii Prin Topire

a corectării defectelor de turnare. Ca şi în cazul alamelor, la sudarea bronzurilor are loc arderea elementelor de aliere şi formarea porilor.

Siliciul dacă este conţinut de bronzuri formează la sudare o peliculă protectoare de oxizi de siliciu, care diminuează evaporarea celorlalte elemente de aliere, deci îmbunătăţeşte sudabilitatea.

Prevenire fisurărilor la cald a bronzurilor sudate se realizează prin micşorarea

Page 415: Tehnologia Sudarii Prin Topire

7. SUDAREA CU FLACĂRĂ DE GAZ

tensiunilor interne, respectiv prin preîncălzirea pieselor la temperaturi de cca 4500C. Se va evita lovirea pieselor sau fixarea incorectă, deoarece bronzul este fragil la cald.

Pregătirea rosturilor se realizează ca şi la piesele de cupru, iar sudarea se execută cu o flacără normală, deoarece excesul de oxigen poate produce oxidarea cuprului şi a celorlalte elemente din aliaj, după cum şi excesul de acetilenă poate contribui la formarea porilor în cusătură datorită hidrogenului.

Se recomandă sudarea cu o viteză cât mai mare, pentru a se evita supraîncălzirile

materialului. Flacăra de sudare necesită becuri adecvate unui consum de C H

de 100 -2 2

150 l/h pentru un mm grosime de metal.Ca material de adaos se utilizează vergele având compoziţia

asemănătoare cu a metalului de bază şi diametrul de 5 -8 mm, iar lungimea de 400 -500 mm.

În cazul sudării bronzurilor cu staniu, materialul de adaos trebuie să mai conţină

elemente dezoxidante suplimentare (aluminiu, fosfor, mangan etc).Sudarea cu flacără a aluminiului şi aliajelor sale.Sudarea cu flacără se poate aplica şi în cazul aluminiului şi a aliajelor

sale, cu toate că practic aceste aliaje se sudează aproape exclusiv prin procedee electrice.

Astfel tablele cu grosimea g până la 2 mm, se pot suda fără material de adaos, cu o răsfrângere a capetelor având o înălţime de (2 - 3)g.

Tablele cu grosime g < 4 mm se pot suda fără

prelucrarea marginilor cuo deschidere a rostuluide 0,5 mm.

În cazul tablelor cu grosime g = 4 – 18 mm se prelucrează rosturi în V, iar la cele cu grosime peste 18 mm, rosturile vor fi în X cu un unghi de deschidere de 30– 350.

Fig. 7.14. Variante de îmbinare a tablelor subţiri din aluminiu fără material de adaos.

Page 416: Tehnologia Sudarii Prin Topire

În cazul tablelor subţiri este posibilă realizarea unor îmbinări fără material de adaos după cum rezultă din fig. 7.14. Pe cât este posibil însă, este bine să se evite executarea sudurilor de colţ şi a celor prin suprapunere, întrucât datorită peliculelor de oxizi care acoperă baia metalică, poate apărea neaderenţa la

metalul de bază.Înainte de sudare piesele se vor curăţa pe

cale mecanică (cu perii metalice sau prin sablare etc) sau pe cale chimică, tocmai pentru a se micşora acest efect.

Marginile tablelor se vor curăţa de grăsimi, uleiuri, oxizi sau alte impurităţi, cu scule destinate exclusiv pieselor de aluminiu.

Pentru îndepărtarea materialelor grase, pot fi utilizaţi solvenţi organici, detergenţi sau soluţii deNa CO . Pentru oxizi pot fi utilizate metode mecanice

2 3

Page 417: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

de îndepărtare, spre exemplu periere, şlefuire, sablare, precum şi metode chimice, care sunt mai eficiente.

Astfel, aplicarea uneia dintre următoarele soluţii pe suprafaţa degresată a piesei, decapează stratul de oxizi şi pasivizează în acelaşi timp această suprafaţă pentru o perioadă de 2 – 3 zile, dacă după aplicare piesele se spală cu apă şi se usucă rapid în curent de aer.

La asamblarea elementelor cu secţiune diferită, se vor încălzi mai mult porţiunile cu secţiune mai mare şi se vor căuta ca prin forme constructive adecvate să se compenseze dilatările pronunţate ale aluminiului încălzit. Prin aceasta şi contracţiile la răcire vor fi mici, respectiv tensiunile interne şi tendinţa la fisurare se va diminua.

Este posibilă şi o curăţire chimică cu ajutorul unor paste care au în acelaşi timp şi rolul de flux de sudare şi care se aplică pe suprafaţa care se sudează. Cantitatea de pastă aplicată va fi cât mairedusă, întrucât orice exces favorizează producerea incluziunilor de pastă, care sunt amorse pentru fenomenul de coroziune.

Pastele conţin săruri de F, Cl, I (în special săruri de fluor), a căror proporţie determină reactivitatea lor cu oxidul de Al.

Sudarea se execută cu un arzător având numărul cu una sau două unităţi mai mic sau egal cu numărul arzătorului indicat pentru sudarea aceleiaşi grosimi de oţel.

În general se recomandă sudarea înainte, cu excepţia tablelor groase, care se

sudează prin metoda înapoi.Pentru evitarea fisurilor se recomandă ca începerea sudurii să nu se facă

la capătul tablelor, ci la aproximativ 50 -70 mm faţă de acesta. Deschiderea rostului în capătul spre care se sudează va fi puţin mai mare, pentru compensarea contracţiei transversale şi depinde de viteza de sudare (variaţia deschiderii rostului se poate reduce cu atât mai mult cu cât viteza de sudare este mai mică).

Se recomandă ca la sudarea aluminiului, metalul de bază să se preîncălzească la 200 – 3500C, iar piesele să se aşeze pe materiale cu conductivitate termică redusă (azbest, cărămidă refractară, cărbune etc).

Şi în cazul sudării aluminiului, se recomandă evitarea apropierii metalului de baia metalică pentru ca gazele nearse să nu pătrundă în metalul topit.

Arzătorul se deplasează în lungul rostului fără pendulări laterale, pe când

vergeaua din metal de adaos se pendulează în baie.Consumul de acetilenă la sudarea cu flacără a aluminiului este indicat în tabelul 7.7

Page 418: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Tabelul 7.7. Consumul de acetilenă la sudarea aluminiului.

Grosimeatablei g[mm]

0,5-0,8

1 1,2 1,5-2 3-4 4

Consumde C2H2

[l/h]50 75

75-100

150-300

300-500

(110-130)g

Page 419: Tehnologia Sudarii Prin Topire

7. SUDAREA CU FLACĂRĂ DE GAZ

Diametrul sârmei din materialul de adaos se adoptă în funcţie de grosimea tablei după cum rezultă din tabelul 7.8.

Tabelul 7.8. Diametrul sârmei de adaos.

Grosimeatablelor g[mm]

1,5 1,5-5 3-5 5-7 7-10

Diametrulsârmei[mm]

1,5-2 2,5-3 3-4 44,5 4,5-5,5

Întrucât proprietăţile mecanice ale cusăturii sunt inferioare proprietăţilor metalului de bază, se poate aplica o deformare a cusăturii pentru ecruisare, urmată de recristalizarea prin încălzire la 4000. Fenomenul de recristalizare poate avea loc şi în urma deformării la cald (3500C) cu ajutorul loviturilor de ciocan. Trebuie evitată deformarea aluminiului la temperaturi în jurul valorii de 5000C, întrucât în acest domeniu prezintă o fragilitate pronunţată.

Sudarea cu flacără a zincului.La sudarea pieselor din zinc, datorită vaporizării intense a acestuia la

temperaturi peste 5000C, sunt utilizate flăcări cu putere mult mai mică decât la sudarea alamei(consumul de C H

este de cca 10 – 14 l/h pentru un mm grosime a pieselor de sudat).2 2

Ca material de adaos se utilizează fâşii tăiate din materialul de bază.Tablele cu grosime g < 2 mm se sudează cu marginile îndoite, cele cu g = 2 –

4 mm nu se prelucrează, iar cele cu g > 4 mm se prelucrează în V sau în X.Înaintea sudării se impune o bună curăţire a suprafeţelor de oxidul de

zinc, iar sudarea se execută întotdeauna prin metoda înainte, după ce piesa a fost aşezată pe un suport de lemn sau de cărbune sau azbest.

Îmbunătăţirea proprietăţilor mecanice ale sudurii se poate obţine prin deformarea cu lovituri de ciocan aplicate la cald după sudare la temperatura de 100 –1500C.

Sudarea cu flacără a plumbului.Întrucât plumbul este un metal cu temperatura de topire coborâtă şi cu căldură

specifică redusă, sudarea se poate efectua cu cantităţi mai reduse de energie termică.

Piesele de plumb cu grosime până la 1,5 mm se pot suda cu marginile îndoite fără metal de adaos. Până la grosimi de 6 mm marginile tablelor nu se teşesc, iar la grosimi mai mari se teşesc la 900 în V. Pentru încălzirea redusă a

Page 420: Tehnologia Sudarii Prin Topire

materialului şi pentru evitarea perforărilor, arzătorul se înclină în poziţia maximă pe care o permite, faţă de suprafaţa materialului.

Viteza de sudare se indică din aceleaşi motive să fie mare. Astfel, pentru grosimi g = 3 – 4 mm, viteza de sudare este de 6,5 – 8 m/h. Ca material de adaos se utilizează vergele de plumb cu diametrul d = (2 – 2,5)g sau fâşii din tablă de plumb.

Page 421: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

La sudarea plumbului nu se utilizează fluxuri de sudare, iar pentru îndepărtarea oxizilor se foloseşte o pânză îmbibată în seu sau parafină. Reducerea cantităţilor de oxid se poate realiza prin curăţirea corectă (răzuirea), atât a metalului de bază, cât şi a vergelei de metal de adaos.

În timpul operaţiei de sudare flacăra trebuie să topească concomitent marginile pieselor, precum şi metalul de adaos.

În momentul topirii metalului arzătorului trebuie îndepărtat de baie, pentru a nu

supraîncălzi şi suprafluidiza metalul topit. Prin apropieri şi îndepărtări succesive ale arzătorului, are loc topirea plumbului şi formarea cusăturii.

Sudarea cu flacără a nichelului şi a aliajelor sale.Sudarea pieselor din nichel sau aliaje de nichel se poate face cu flacără

oxiacetilenică prin metoda înapoi (spre dreapta), întrucât permite o degazare mai bună a băii metalice.

Datorită dilatărilor relativ mari ale nichelului pur, precum şi a rezistenţei reduse la cald a acestuia, nu se recomandă asamblările rigide prin agrafare ale componentelor care se sudează, după cum nici sudarea în straturi suprapuse, întrucât se pot produce fisurări la cald.

Puterea flăcării se ia în mod asemănător cu puterea în cazul sudării oţelurilor,

recomandându-se un uşor exces de C H .2 2

Ca metal de adaos se poate folosi, pentru nichelul pur, sârme de nichel cu

puritate peste 92 %, iar pentru aliajele de nichel, sârme cu compoziţia asemănătoare aliajului.

Pentru reducerea porozităţii sudurii se pot utiliza sârme având adaosuri de elemente dezoxidante şi de aliere: Nb, Si, Mn, Al, Ti etc.

Adaosurile de Co la sudare formează pelicule superficiale de oxizi care acoperă

baia metalică şi diminuează absorbţia de gaze. Diametrul sârmei utilizate ca material de adaos se alege în funcţie de grosimea materialului, în mod asemănător ca şi la oţel.

Fluxurile pentru sudarea cu flacără.Fluxurile sunt substanţe care se introduc în timpul operaţiei de sudare în

zona în care metalul încălzit sau topit trebuie dezoxidat şi degazat. Acţiunea principală a fluxurilor este de a forma cu impurităţile din zona sudurii, compuşi insolubili şi separabili.

Atât fluxul cât şi compuşii rezultaţi în urma acţiunii acestuia se dispun sub formă de pelicule pe suprafaţa sudurii şi o protejează în continuare de acţiunea dăunătoare a gazelor înconjurătoare.

În continuare în tabele 7.9 – 7.11 sunt prezentate componentele şi

Page 422: Tehnologia Sudarii Prin Topire

4

cantităţile în care participă acestea în cazul unor fluxuri destinate sudării cu gaze a fontei, a cuprului şi a aluminiului, precum şi a aliajelor.

La sudarea zincului se poate utiliza un flux format din amestecul de 50 % ZnCl

şi 50 % NH Cl.În general toate fluxurile trebuie ferite de umezeală (mai cu seamă fluxurile

Page 423: Tehnologia Sudarii Prin Topire

7. SUDAREA CU FLACĂRĂ DE GAZ

Tabelul 7.9. Fluxuri pentru sudarea cu flacără a fontei.

ComponentulReţeta nr.

1 2 3 4

Borax Na2B4O7 % 100 56 23 -Carbonat de sodiu Na2CO3

%- 22 27 50

Carbonat de potasiu K2CO3

%- 22 - -

Bicarbonat de sodiuNaHCO3 %

- - - 50

Azotat de sodiu % - - 50 -

Tabelul 7.10. Fluxuri pentru sudarea cu flacără a cuprului şi aliajelor sale.

Componentul Reţeta nr.1 2 3 4 5 6

Acid boric N3BO3 % 100 - 50 25 35 -Borax Na2B4O7 % - 100 50 75 50 56Fosfat disodic Na2HPO4

%- - - - 15 -

Carbonat de potasiuK2CO3 %

- - - - - 22

Clorură de natriu NaCl % - - - - - 22

Tabelul 7.11. Fluxuri pentru sudarea cu flacără a aluminiului şi aliajelor sale.

Componentul Reţeta nr.1 2 3 4 5 6 7 8

Clorură de sodiu NaCl % 30 45 28 35 35 19 30 41Clorură de potasiu KCl % 45 30 50 48 45 29 45 51Clorură de litiu LiCl % 15 10 14 9 15 - 15 -Clorură de bariu BaCl2 % - - - - - 48 - -Fluorură de Na NaF % - - 8 8 - - 10 8Fluorură de potasiu KF % 7 15 - - 7 - - -Fluorină CaF2 % - - - - - 4 - -Sulfat acid de sodiu NaHSO4 % 3 - - - - - - -

destinate aluminiului şi aliajelor sale), iar păstrarea lor se recomandă să se facă în vase închise ermetic.

După sudarea aliajelor neferoase şi mai cu seamă a celor de aluminiu se recomandă o spălare cu apă fierbinte sau cu soluţii de neutralizare şi apoi cu apă pentru îndepărtarea urmelor de flux de pe suprafaţa pieselor sudate.

Acest lucru este indicat pentru evitarea coroziunii care este favorizată de substanţele conţinute în fluxurile de sudare.

Page 424: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

7.3.6. Defectele pieselor sudate cu flacără.

În cazul sudării cu flacără a pieselor pot apărea mai multe tipuri de defecte, dintre care pot fi amintite cele mai periculoase:

- Nepătrunderea. Acest tip de defect se datorează topirii insuficiente sau chiar lipsei de topire a marginilor metalului de bază de lângă cusătură. Acest defect este favorizat de o curăţire insuficientă a metalului de bază, de o deschidere insuficientă sau cu un unghi prea mic a rostului, de o putere insuficientă a flăcării sau de o viteză prea mare de sudare.

- Crestăturile, sunt defecte care se prezintă sub forma unor canale la marginea cusăturii şi pot apărea datorită flăcării cu putere excesivă şi a topirii neuniforme a materialului de adaos, datorită staţionării insuficiente a capătului sârmei de adaos la marginile cusăturii, în timpul mişcărilor transversale.

- Arderea metalului şi supraîncălzirea, care se datorează acţiunii prelungite a flăcării asupra metalului şi care are ca efect o scădere pronunţată a tenacităţii sudurii şi a zonei influenţate termo-mecanic.

- Secţiune slăbită a cusăturii, care se datorează cantităţii insuficiente de metal topit în baia de sudură.

- Pori în cusătură, care apar ca rezultat al gazelor degajate din reacţiile chimice din baie sau al gazelor dizolvate în baia de flacără (în special hidrogenul).

- Incluziuni nemetalice, endogene sau exogene. Incluziunile endogene sunt în marea majoritate sulfuri şi oxizi şi apar datorită impurităţilor conţinute de sârmă sau de metalul de bază. Incluziunile exogene provin din oxizii formaţi pe suprafeţele metalice încălzite şi neprotejate corect, care se topesc apoi şi alcătuiesc baia, precum şi din fluxurile incorect alese sau impurificate.

- Fisurile sunt cele mai periculoase defecte ale îmbinării sudate şi pot apărea la cald sau la rece (atât în cusătură cât şi în ZIT). Încălzirile intense neuniforme, neomogenităţile structurale, răcirile rapide, conţinutul de impurităţi (P, S), de gaze (H, N) sau de carbon, pot favoriza apariţia fisurilor.

7.3.7. Calculul îmbinărilor sudate cu flacără.

Page 425: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Factorii care influenţează preţul de cost al îmbinărilor sudate sunt prezentaţi în continuare:

- consumul de materiale de adaos (metal şi flux)- consumul de gaze (gaze combustibile şi oxigen)

Page 426: Tehnologia Sudarii Prin Topire

B r

7. SUDAREA CU FLACĂRĂ DE GAZ

- complexitatea lucrării care impune o anumită manoperă, respectiv un anumit grad de calificare a personalului.

- cota de amortizare şi de reparaţii a instalaţiilor şi dispozitivele utilizate la sudare.

Fig. 7.15. Secţiunea transversală a sudurii

realizată cu flacără.

În continuare sunt prezentate metode de evaluare a elementelor preţului de cost în cazul sudării cu flacără.

Cantitatea de metal de adaos se poate calcula pornind de la secţiunea transversală a sudurii prezentată în fig. 7.15

Mărimea secţiunii transversale a sudurii având notaţiile din fig. 7.15 se poate aproxima ca fiind formată din trapezul cu bazele B şi r şi înălţimea „n”, adică:

S = B + r

⋅ g + 2

⋅ B ⋅ n2 3

considerând că toate cotele caracteristice ale sudurii sunt dependente de grosimea materialului, adică:

B = C ·g; r = C ·g; n = C ·g1 2 3

rezultă că şi secţiunea sudurii va depinde în final tot de grosimea g a materialului:

⎛ −S = ⎜

⎝ 2⎞+ r ⎟ + g +⎠

2 B ⋅ n

3

S = ⎛

g ⋅ tg α

⎝ 2

⎛ α

+ r ⎞

⋅ g

+⎠

2 B ⋅ n

3

2

S = ⎜ g ⋅ tg + C2 ⋅ g ⎟ ⋅ g + C1 ⋅ g ⋅ C3 ⋅ g

2 3⎝ ⎠

⎛ α 2 ⎞ 2S = ⎜ tg + C2 + C1 ⋅ C3 ⎟ ⋅ g2 3⎝ ⎠

S = C'⋅gDacă se notează cu p pierderile datorate oxidării şi cu ń masa specifică

Page 427: Tehnologia Sudarii Prin Topire

a metalului (g/cm3), cantitatea de metal de adaos (în kg) consumată pentru un metru de sudură este:

ρ ⋅ c'⋅g2 C ⋅ g2

m = 1000(1 − p)

= 1000

[kg]

în care: g este grosimea tablei de sudat [mm].

Page 428: Tehnologia Sudarii Prin Topire

230

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Seferian D. a găsit că pierderile prin oxidare se pot neglija în cazul tablelor cu grosimea g < 5 mm. Odată cu creşterea grosimii tablei sudate cresc şi pierderile p prin oxidare, dar nu depăşesc 4 – 5 % (la sudarea înapoi pierderile sunt mai mici decât la sudarea înainte).

În tabelul 7.12 sunt date valorile constantei C pentru calculul cantităţii de metalde adaos consumat pentru un metru de sudură.

Tabelul 7.12.Constanta C pentru calculul cantităţii de metal de adaos consumat.

MaterialGrosimea

mmRostul

Unghiulrostului

ConstantaC’

OŢEL

< 5 I - 12

> 5 V 90 10

> 5 V 80 9

> 5 V 70 8

> 5 V 60 7

> 5

sudurăurcătoare

cu cusătură

dublă

- 10

CUPRU< 4

I - 18

> 4 V 90 14

ALAMĂ< 4 I - 16,5

> 4 V 90 13

ALUMINIU< 4 I - 6> 4 V 90 4,5

Pentru determinarea consumului de acetilenă şi oxigen este necesară cunoaşterea puterii suflaiului P şi a timpului de funcţionare.

În cazul sudării oţelurilor, puterea suflaiului este proporţională cu grosimea tablelor sudate deci:

P = A · g [l/h]în care: g – grosimea materialului (oţel) mm; A– constantă de proporţionalitate a cărei valoare se poate adopta în funcţie de metoda de sudare (A = 100 la sudarea „înainte” şi A = 60 la sudarea „înapoi”).

În cazul sudării altor aliaje, consumul este evident mai mare. Astfel, la sudarea

cuprului:

Page 429: Tehnologia Sudarii Prin Topire

s

231

iar la sudarea aluminiului:

7. SUDAREA CU FLACĂRĂ DE GAZ

P = 30 · g2 + 40 · g [l/h]

P = 12 · g2 + 40 · g [l/h]Timpul de sudare depinde de viteza cu care se lucrează şi la rândul ei

mai depinde de grosimea materialului sudat şi într-o mai mică măsură de puterea suflaiului.

Experimental s-a constatat aproximativ o proporţionalitate inversă între viteza de sudare v m/h şi grosimea materialului g mm. Astfel, se poate scrie relaţia

1 vs = k ⋅ g

[m/h]

Constanta k depinde de metoda de sudare şi de grosimea materialului după

cum rezultă din tabelul 7.13.

Tabelul 7.13.Constanta k pentru aprecierea vitezei de sudare.

Metoda de sudareGrosimea materialului [mm]

g < 2 2 < g <12

g > 12

Înainte k = 7,5 k = 12 k = 10Înapoi k = 15 pentru 5 < g < 15

Au fost construite şi nomograme pentru aprecierea valorilor vitezei de sudare după cum se observă în fig. 7.16.

Rezultă că pentru sudarea unui metru de cordon este necesar timpul t dat de relaţia:

t = 60

⋅ g kîn care: g – grosimea materialului în mm; k – constanta din tabelul 7.13.

Co nsumul de acet ilenă

Fig. 7.16. Viteza de sudare în funcţie de pentru un metru de sudură va fi:

grosimea materialului sudat.

iar consumul de oxigen (considerând o flacără normală)

CC2H 2= P ⋅ t =

A ⋅ g

K[l/m]

CO2

Page 430: Tehnologia Sudarii Prin Topire

CC

C2

232

= 1.2 ⋅ CC2H 2

= 1.2 ⋅ A

⋅ g2 [l/m]K

La sudarea înainte (pentru k = 12 şi A = 100, 2 mm < g < 12 mm)

C2H2= 8,33 g2 [l/m]

= 10 g2 [l/m]

Page 431: Tehnologia Sudarii Prin Topire

CC

2

C2

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

La sudarea înapoi (pentru k = 15 şi A = 60, 5 mm < g < 15 mm)

C2H2= 4 g2 [l/m]

= 4,8 g2 [l/m]Dacă se notează ç randamentul mediu al carburii de calciu (volumul de C H

rezultat din 1 kg CaC ), consumul de carbid pentru C

2 2

litri va fi:2 C2H2

CCaC2=

1 ⋅ C

η C2H2=

A

k ⋅ η⋅ g2

[kg/m]

rezultă:

În practică se admite ç = 250 l/ kg şi admiţând aceleaşi constante ca mai sus

La sudarea înainte:

CCaC2=

1 ⋅ g2

30[kg/m]

La sudarea înapoi:

CCaC =1

62.5⋅ g2

[kg/m]

Page 432: Tehnologia Sudarii Prin Topire

8. SUDAREA CU FASCICUL DE ELECTRONI

Capitolul 8.

SUDAREA CU FASCICUL DE ELECTRONI

8.1. Fascicul de electroni

La impactul cu un material al unui fascicul de electroni concentrat, accelerat într-un câmp electric la o viteză mare, energia acestuia se transformă

parţial în căldură.Datorită concentrării fasciculului de electroni, diametrul acestuia fiind de cea.

1-2 mm, şi a vitezei sale ridicate (cea. 200 000 km/s în cazul unei accelerări la o tensiune de 150 kV), densitatea de putere a sursei este deosebit de mare (până la

108 W/cm2).Mecanismul încălzirii

materialului sub acţiunea unui fascicul de electroni este ilustrat în figura 8.1.

La impactul piesei, fasciculul de electroni pătrunde în material până la o adâncime R relativ scăzută, ce depinde de t ensiunea de acceler are a fasciculului şi masa specifică a

Fig. 8.1. Mecanismul încălzirii materialului sub acţiunea unui fascicul de electroni

materialului bombardat, şi îsi cedează la acest nivel energia sa cinetică.

Pătrunderea unui fascicul de electroni accelerat la o tensiune de 100 kV în otel este 0,025 mm. Dac puterea specifică a fascicului este redusă, are loc o încălzire a materialului prin conducţie, asemănător cu cazul sudării cu arcul electric (a). Cu creşterea puterii specifice, profilul zonei încălzite se modifică. Se produce o vaporizare de material. La puteri specifice de ordinul 106

W/cnr’, datorită presiunii vaporilor produşi, se formează un tub capilar de vapori având o adâncime mare, înconjurat de un înveliş subţire de material topit (c). La creşterea în continuare a puterii specifice se produce o eliminare explozivă a

Page 433: Tehnologia Sudarii Prin Topire

învelişului topit şi o străpungere a materialului pe întreaga grosime a sa (d).Energia cinetică a fasciculului de electroni nu este însă folosită integral

pentru încălzirea materialului.Eficienţa încălzirii depinde de tipul materialului şi gradul de concentrare al

Page 434: Tehnologia Sudarii Prin Topire

ac

a

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

fascicululuiÎn figura 8.2 se prezintă modul de utilizare a energiei fas- ciculului.

Fig. 8.2. Modul de utilizare a energiei fasciculului de electroni

Pentru caracterizarea energiei introdusă în piesă şi a efect ului termic asupra ma- terialului, la sudare este necesară luarea în considerare pe lângă energia liniară, definită ca la sudarea cu arcul electric, şi a diametrului fasciculului.

8.2. Sudarea cu fascicul de electroni

Sudarea cu fascicul de electroni este un procedeu de sudare prin topire la care energia necesară realizării îmbinării, se obţine prin efectul termic produs de impactul dintre fascicul concentrat de electroni şi componentele de sudat. Energia cinetică a electronilor, care sunt frânaţi la trecerea prin material se transformă în energie termică, având ca efect topirea materialului şi chiar volatilizarea parţială a lui.

O mică parte din energia cinetică a electronilor se transformă în energie radiantă, care se manifestă printr-o emisie de radiaţii X. Împotriva radiaţiilor X produse, sunt necesare măsuri suplimentare de protecţie a personalului, care deserveşte instalaţia.

Pentru a se asigura energia cinetică necesară a electronilor, aceştia suntacceleraţi într-un câmp electric creat de o tensiune U

(fig. 8.3), cu valori de la zeci de

kV până la sute de kV, care de asemenea impune măsuri severe de protecţie împotriva electrocutării.

Adâncimea de pătrundere a sudurii depinde de parcursul electronilor în mate- rial, de vaporizarea materialului care depind la rândul lor de energia cinetică a electronilor, respectiv de tensiunea de accelerare U aplicată instalaţiei.

Energia cinetică a electrozilor şi concentrarea fasciculului de electroni, sunt influenţate în mare măsură de obstacolele care pot apărea pe traiectoria lor în timpul accelerării. Astfel aerul cu moleculele sale grele de gaze, în raport cu masa electrodului, provoacă o frânare şi o dispersie a fascicolului de electroni. Pentru evitarea acestora, sudarea cu fascicul de electroni se realizează prin vidarea spaţiului în care are loc accelerarea electronilor (vidarea spaţiului de lucru).

Page 435: Tehnologia Sudarii Prin Topire

După nivelul vidului în zona de lucru se disting următoarele instalaţii de sudare cu fascicul de electroni:

- instalaţii de sudare cu vid înalt de ordinul a 10-4 torr utilizate în special în

probleme de cercetare şi de sudare a materialelor cu puritate ridicată

Page 436: Tehnologia Sudarii Prin Topire

8. SUDAREA CU FASCICUL DE ELECTRONI

- instalaţii de sudare cu vid mijlociu de o rdinul a 10-2

torr utilizate pentru lucrări cu caracter industrial

- instalaţii de sudare cu cam- era de vid mobilă, care se deplasează continuu de-a lungul traiectoriei de sudare şi la care vidul este mai redus.

Indiferent de tipul insta- laţiei, tunul electronic conţine o incintă cu vid înaintat (10-4 – 10-5 torr) în care catodul incandescent este protejat de acţiunea nefa- vorabilă a gazelor.

Fig. 8.3. Principiul sudării cu fascicul de electroni

Schema de principiu a procedeului de sudare cu fascicul de electroni se observă în fig. 8.3.

Camera de sudare este executată din oţel inoxidabil nemagnetic cu grosimea suficientă încât să asigure protecţia împotriva radiaţiilor X. La tensiuni de accelerare peste 60 kV, este necesară protejarea suplimentară cu căptuşeală de plumb. Hubloul de sticlă de plumb este de asemenea dimensionat împotriva radiaţiilor X.

Volumul camerei de sudare depinde de dimensiunile pieselor care se sudează şi poate varia între 20 dm3 şi 100 dm3.

În cazul camerelor cu vid local utilizate la executarea cordoanelor lungi sau de forme complicate este utilizat sistemul de vidare tip ventuză sau sistemul de vidare cu ecluze de vidare şi cu flexibilitate ridicată.

Există şi posibilitatea sudării la presiune atmosferică, dar şi în acest caz tunul electronic operează în vid înaintat.

Extragerea fasciculului de electroni se poate efectua printr-un sistem de ecluze cu vidare progresivă. În această situaţie neexistând cameră de lucru, se impune protecţia suplimentară împotriva radiaţiilor, iar distanţa dintre tunul electronic şi piesă este redusă (10 – 15 mm), ceea ce limitează posibilităţile de aplicare practică.

8.4. Tehnologia sudării cu fascicul de electroni.

Page 437: Tehnologia Sudarii Prin Topire

La sudarea cu fascicul de electroni datorită posibilităţilor mari de concentrare a energiei, baia de sudură este foarte pătrunsă şi cu volum redus, provocând un gradient ridicat de temperatură, care creează viteze de răcire foarte mari ale sudurii (până la 104 K/s).

Datorită gradientului deosebit de concentrare a energiei, sudarea cu fascicul

Page 438: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

de electroni are o aplicabilitate extinsă, fiind unul dintre procedeele universale de sudare. Astfel pot fi sudate oţelurile, aliajele de aluminiu, aliajele nichelului, dar se pot suda şi aliajele refractare (titan, wolfram, tantal, zirconiu, niobiu etc). în schimb se sudează dificil, aliajele de magneziu şi alamă, care au componenţi uşor volatili în spaţiul vidat.

În general pot fi realizate îmbinări de materiale omogene, dar şi îmbinări de materiale diferite, mai ales dacă sunt reciproc solubile în stare lichidă şi nu formează compuşi intermetalici fragili după solidificare.

Împiedicarea formării unor compuşi fragili se poate realiza prin utilizarea materialelor de adaos intermediare.

Spre exemplu: pentru îmbinarea Cu/Al-Zn, pentru Mo/Ol.Ni, pentru Ta/Ni-Pt

etc.Se pot suda cu fascicul de electroni materiale cu temperaturi de topire foarte

diferite care nu pot fi sudate prin alte procedee de sudare, întrucât topirea lor se realizeazăsimultan indiferent de material.

La sudarea unor oţeluri slab aliate cu viscozitate ridicată, pot apărea dificultăţi la sudarea cu fascicul de electroni, datorită formării resturilor (evitarea lor se poate face prin defocalizare sau prin deflexie transversală a fasciculului).

La sudarea oţelurilor necalmate pot apărea pori datorită fierberii băii de sudură şi a timpului extrem de scurt de solidificare a sudurii (evitarea lor se poate face prin utilizarea rosturilor de 5 – 6 mm în care este montat materialul de adaos calmat având şi o susţinere a băii la rădăcină).

Oţelurile austenitice inoxidabile pot fi sudate fără dificultăţi cu ajutorul fasciculului de electroni, pe când oţelurile feritice pot prezenta pericol de fisurare intercristalină (se poate elimina prin micşorarea tensiunilor printr-o formă corespunzătoare a formei îmbinării).

Aluminiul şi aliajele sale, cu excepţia celor care conţin Zn, se comportă bine la

sudare.Cuprul ridică dificultăţi la sudare, datorită conductivităţii termice ridicate şi

poate fi uşor sudat cu fascicul de electroni. Există însă pericolul formării porilor, care poate fi diminuat prin preîncălzirea metalului de bază.

Nichelul pur are o comportare bună la sudare însă aliajele de nichel prezintă

dificultăţi la sudare, odată cu creşterea gradului de aliere.Compensarea sensibilităţii la fisurare a aliajelor de nichel se poate

realiza prin aplicarea unor viteze reduse de sudare.

Page 439: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Materialele refractare şi cele cu reactivitate chimică mărită (Ti, Zr, Ta, Nb) au o bnă comportare la sudare pe când Mo, W, Be au o uşoară tendinţă de fragilizare în sudură, care se poate diminua prin preîncălzire sau încălzire ulterioară sudării.

Principalele defecte care pot interveni la sudarea cu fascicul de electroni a materialelor amintite sunt: porozitatea cusăturii, porozitatea la rădăcină, fisurarea, suduri reci, retasuri, deviaţia sudurii faţă de ax, pătrunderea neuniformă oscilantă, crestături

Page 440: Tehnologia Sudarii Prin Topire

marginale.

8. SUDAREA CU FASCICUL DE ELECTRONI

Sub aspect tehnologic procedeul de sudare cu fascicul de electroni este caracterizat printr-un grad înalt de aplicabilitate, permiţând sudarea printr-o singură trecere a componentelor cu grosimea între 0,5 – 300 mm.

Prin alegerea convenabilă a parametrilor de sudare, cu acelaşi utilaj se poate realiza îmbinarea componentelor cu grosime redusă sau a componentelor groase.

Parametrii de sudare utilizaţi la acest procedeu sunt următorii:

- tensiunea de accelerare Uac

- curentul fasciculului de electroni I- curent de focalizare Influenţa (prin bobină)- distanţa focală d

f- diametrul fasciculului de electroni d- distanţa de tir (distanţa de la tun la piesă) d

t- viteza de sudare v

s- presiunea în camera tunului P

t- presiunea în camera de sudare Plasmă- forma, amplitudinea şi frecvenţa impulsurilor de electroni- direcţia şi unghiul de deflexie al fasciculului de electroni faţă de axul tunului.- forma şi durata impulsurilor la sudarea în regim de impulsuri- natura, dimensiunile şi cantitatea de material de adaos- preîncălzirea sau tratamentul după sudare.

Domeniile uzuale de variaţie a parametrilor de sudare sunt prezentate în tabelul 8.1.

Tabelul 8.1. Parametrii la sudarea cu fascicul de electroni.

În funcţie de viteza de sudare recomandată pentru un tip de material se poate alege puterea necesară pentru 1 mm grosime, după cum se observă din fig.

Page 441: Tehnologia Sudarii Prin Topire

8.4.Pregătirea materialului de bază în vederea sudării trebuie să respecte condiţiile

generale impuse asupra purităţii suprafeţelor rostului şi a zonelor învecinate.În afară de aceasta, materialele feroase se vor demagnetiza, pentru a nu

se perturba concentrarea şi orientarea fasciculului de electroni. Formele de îmbinări care

Page 442: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Fig. 8.5. Îmbinări realizate prin

nn

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Fig. 8.4. Corelaţia dintre puterea specifică necesară la sudare şi viteza de sudare.

pot fi realizate la sudarea cu fascicul deelectroni sunt prezentate în fig.

8.5.Soluţia adoptată în fig. 8.5

a şi h, se recomandăla îmbinări solicitate static.

O soluţie mai bună este cea prezentată în fig. 8.5 b, g.

Există şi situaţii în care poate fi aplicată sudarea orizontală (fig. 8.5 i, j). Cele mai avantajoase îmbinări de colţ sunt cele care de fapt se realizează prin alăturarea cap la cap a componentelor (fig. 8.5 j, l).

sudare cu fascicul de electroni.

Tot cu ajutorul fasciculului de electroni se mai pot realiza îmbinări frontale (fig.

8.5 o, p), suduri suprapuse (fig. 8.5 m, n) sau suduri simultane (fig. 8.5 r, s).Toate aceste suduri se pot executa după o traiectorie rectilinie sau dacă

este cazul după o traiectorie circulară sau curbă.În cazul îmbinării componentelor cu grosime inegală pot fi prevăzute

pregătiri corespunzătoare după cum rezultă din fig. 8.6.

Page 443: Tehnologia Sudarii Prin Topire

Fig. 8.6. Posibilităţi de îmbinare a componentelor

de grosime diferită.

Page 444: Tehnologia Sudarii Prin Topire

8. SUDAREA CU FASCICUL DE ELECTRONI

Astfel, soluţia din fig. 8.6. a presupune o pregătire simplă, dar conduce uneori la porozitate la rădăcină. Soluţia b oferă un remediu pentru acest inconvenient.

În cazul adoptării soluţiei c pot apărea fisuri în partea superioară a sudurii care poate fi evitat prin alegerea soluţiei (d).

În cazul componentelor cu grosime foarte diferită se recomandă soluţia e, la care degajarea asigură o compensare a fluxului termic în cele două componente.

Tot în acest scop pot fi utilizate şi piese intermediare (soluţia f), care au şi rolul

măririi rigidităţii îmbinării.Sudarea cu fascicul de electroni are aplicaţii industriale deosebite atât la

sudarea materialelor pretenţioase, dar în ultimul timp s-a extins la realizarea construcţiilor sudate din oţel, aluminiu cât şi la sudarea oţelurilor aliate.

Datorită posibilităţilor deosebite ale sudării cu fascicul de electroni este posibilă modificarea concepţiei de realizare a unor construcţii sudate şi a unor organe de maşini de grosime mare – construcţie sudată (coroane dinţate din oţel aliat sudate pe suport din oţel obişnuit etc). de asemenea este posibilă realizarea sculelor din oţeluri aliate, având ca suport oţel obişnuit (pânze de ferăstrău cu dinţii din oţel rapid aplicat pe suport din oţel obişnuit).

În general procedeul de sudare cu fascicul de electroni poate fi aplicat în toate domeniile industriei construcţiei de maşini (sudarea pistoanelor pentru motoare Diesel, ambreiaje, arbori portsateliţi, roţi dinţate, amortizoare, bujii, punţi, rotoare de turbine, structuri metalice ale avioanelor, piese în domeniul tehnicii nucleare etc).

8.5. Sudarea cu fascicul de ioni.

Aplicarea industrială a fasciculelor de ioni la sudarea şi la perforarea materialelor este destul de recentă. Ea se bazează pe fenomenele care se produc la impactul dintre un fascicul dirijat de ioni şi suprafaţa unui metal.

Interacţiunea dintre fasciculul de ioni şi metal este multiplă. Astfel, se cunoaşte că la lovirea suprafeţei metalice de către un ion, se produc electroni liberi.

Dacă energia ionului este foarte redusă se produce un număr mic de electroni,

număr care creşte pe măsură ce creşte energia ionilor.Un alt proces care are loc la locul de impact este de pulverizare catodică

(o distrugere a reţelei cristaline urmată de vaporizarea atomilor), fenomen care poate avea loc la temperatura ambiantă, chiar la energii reduse ale ionilor

Page 445: Tehnologia Sudarii Prin Topire

proiectil şi care depinde de natura ionilor.Atomii puşi în libertate prin impact pătrund în material şi produc la

rândul lor pulverizare catodică, după o reacţie în lanţ, care poate ajunge în profunzime în material.

În urma acestor procese fasciculul de ioni poate realiza perforări de mare precizie în materialele metalice fără topire, în zona prelucrării.

Page 446: Tehnologia Sudarii Prin Topire

240

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Prin alegerea energiei şi a masei corespunzătoare a ionilor, pot avea loc degajări intense de căldură la locul de impact, care pot fi utilizate la sudare.

Poate astfel fi amintită instalaţia cu ioni de heliu, având un curent de 200 mA şi energii de 70 keV sau instalaţia cu ioni de hidrogen, având un curent de 400 mA şi

energii de 70 keV.Pe ţinta aflată la aproximativ 150

componentelor de sursă se obţine un fascicul cu o putere specifică de 240 W/ cm2 şi o concentrare a ionilor n = 1,2 • 108 cm3.

Există şi instalaţii la care se pot obţine puteri specifice de 103 – 106 W/cm3, printr-o focalizare intensă a fasciculului.

Principalul avantaj al utilizării fasciculelor de ioni este atenuarea redusă a energiei, chiar la trecerea fasciculului printr- un spaţiu mai puţin vidat sau chiar prin atmosferă.

Tot ca avantaj se poate considera faptul că în cazul tăierii sau a perforărilor, prin pulverizare catodică nu are loc încălzirea metalului de bază, deci precizia operaţiei este excelentă.

Page 447: Tehnologia Sudarii Prin Topire

241

9. SUDAREA ÎN ROST ÎNGUST

Capitolul 9

SUDAREA ÎN ROST ÎNGUST

9.1. Sudarea WIG în rost îngust

Noţiunea de sudare în rost îngust reuneşte o serie de variante ale unor procedee de sudare cu arcul electric caracterizate prin faptul că sudarea se efectuează folosind rosturi cu deschidere mult mai mică decât cea corespunzătoare procedeului din care au rezultat. Sudarea în rost îngust se realizează, în regulă generală, utilizând un rost neprelucrat (I) cu o deschidere b. Aceasta are valori ce depind de procedeul de sudare şi grosimea materialului, valorile uzuale fiind plasate în domeniul 6-30 mm. Sudarea poate fi executată, de asemenea, folosind un rost în U sau V, eventual dublu U sau X cu o teşire a marginilor foarte redusă (1-3°). Această teşire este favorabilă pentru compensarea deformaţiilor produse la sudare, neurmărind asigurarea unui acces mai bun la locul sudării. Sudarea în rost îngust este o tehnică de îmbinare multistrat la care însă, spre deosebire de procedeele de sudare clasice cu arcul electric, umplerea rostului se realizează cu un număr constant de rânduri pe strat. Ca urmare a acestui fapt, respectiv a realizării unei pătrunderi uniforme în pereţii laterali ai rostului, dilutia este practic constantă pe întreaga grosime a sudurii, ceea ce permite obţinerea unor suduri omogene sub aspectul caracteristicilor la diferite niveluri de grosime. în acelaşi timp, diluţia are valori mai scăzute (15-20 %) decât în cazul altor procedee de sudare utilizate ia îmbinarea pieselor de grosime mare. Procedeele de sudare în rost îngust operează cu energie liniară redusă, asigurată prin depunerea unor rânduri de secţiune mică cu viteză de sudare relativ mare. Din acest motiv, ele pot fi aplicate pentru îmbinarea materialelor sensibile la încălzire. în figura 9.1. se prezintă forme de rosturi tipice pentru sudarea în rost îngust. Datorită deschiderii rostului (uzual peste 6 mm), este necesară asigurarea unei susţineri a rădăcinii (a primului strat de metal depus în îmbinare).

Diferite posibilităţi de susţinere sunt exemplificate în figura 9.2.Diferenţa principală dintre sudarea în rost îngust şi procedeul de sudare

din care ea a derivat constă în tehnica utilizată pentru introducerea sârmei şi, eventual, a gazului protector în rostul adânc şi îngust. Introducerea sârmei în

Page 448: Tehnologia Sudarii Prin Topire

242

rost, fără atingerea accidentală a pereţilor rostului, reprezintă o problemă dificilă. Dificultatea este accentuată de necesitatea asigurării unei pătrunderi laterale în metalul de bază, suficient de mari printr-o poziţionare adecvată a sârmei în zona arcului electric, fără ca acesta să fie vizibil din exterior.

Page 449: Tehnologia Sudarii Prin Topire

243

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Figura 9.1. Forme de rosturi la sudarea în rost îngust

Figura 9.2. Posibilităţi de susţinere a rădăcinii la sudarea în rost îngust

Umplerea rostului poate fi realizată prin una, două sau trei treceri pe strat, figura 9.3. De cele mai multe ori, datorită avantajelor de natură economică, se optează pentru prima variantă.

Figura 9.3. Tehnici de umplere a rostului la sudarea in rost ingust

a -cu o trecere pe strat; b- cu două treceri pe strat; c - cu trei treceri pe strat

Defectele specifice procedeelor de sudare în rost îngust sunt lipsa de topire între metalul depus şi metalul de bază, incluziunile de zgură şi crestăturile marginale. Lipsa de topire se datorează fie unei curgeri a băii topite în faţa arcului electric, fie netopirii muchiilor rostului. Utilizarea tehnicii de sudare cu două sau trei treceri pe strat scade pericolul de apariţie a acestui defect de sudare.

Sudarea în rost îngust are ca principală motivaţie reducerea volumului ‘ sudurilor prin micşorarea secţiunii rosturilor pentru sudare.

Page 450: Tehnologia Sudarii Prin Topire

244

9. SUDAREA ÎN ROST ÎNGUST

Utilizarea sudării în rost îngust asigură, pe lângă o productivitate mărită, reducerea masivă a consumurilor de material de adaos, micşorarea deformaţiilor produse la sudare, pregătirea mai simplă a marginilor şi pierderi mai mici de material de bază.

în funcţie de modul de deplasare a arcului electric în rostul îngust, sudarea se realizează cu sau fără oscilarea acestuia. De regulă, capul de sudare cuprinzând portelectrodul propriu-zis, precum şi sistemul de asigurare a protecţiei gazoase sunt introduse în rost.

Sudarea WIG în rost îngust se efectuează cu material de adaos. De cele mai multe ori, se utilizează un rost neprelucrat cu deschidere de 6-12 mm. Pot fi utilizate, de asemenea, rosturi în U sau V cu o teşire mică (1-3°).Asigurarea unei protecţii cu gaz corespunzătoare reprezintă o problemă dificilă, mai ales la sudarea primelor straturi. Problema se complică o dată cu creşterea grosimii pieselor, respectiv la micşorarea deschiderii rostului. Sistemul de protecţie gazoasă utilizat la sudarea convenţională în mediu de gaz protector nu asigură un nivel de protecţie sudicient. Ca atare, sunt necesare sisteme speciale de protecţie gazoasă.La sudarea WIG în rost îngust se utilizează două tipuri de sisteme de protecţie: sisteme la care duza se află deasupra rostului; sisteme la care duza de gaz este introdusă în rost. Oscilarea transversală a arcului electric, necesară pentru asigurarea unei pătrunderi laterale în metalul de bază, se realizează prin: pendularea transversală a capului de sudare; rotirea alternativă a capului de sudare; deflexia magnetică a arcului electric. în ultimul caz, sub acţiunea forţei electromagnetice arcul electric va fi deviat spre un perete al rostului. Modificând sensul câmpului magnetic se va schimba şi sensul deflexiei arcului.Sudarea WIG în rost îngust cunoaşte un volum de aplicare restrâns datorită productivităţii relativ reduse. Aceasta poate fi uşor îmbunătăţită prin utilizarea unei sârme calde. Sudarea WIG în rost îngust este aplicată în domeniile specifice procedeului WIG, ca exemplu, îmbinarea conductelor.

9.2. Sudarea MIG-MAG în rost îngust

În funcţie de modul de introducere a sârmei în rost se disting două tehnici de sudare şi anume:

a) pistoletul de sudare este introdus în rost;b) pistoletul de sudare este plasat deasupra rostului.

Varianta a se aplică în special în cazul utilizării unor sârme cu diametru mic (1-

1,6 mm) fiind caracterizată deci prin energie liniară redusă, în timp ce la varianta b se preferă sârme cu diametru mai mare (până la 3 mm), ceea ce presupune o energie liniară mai înaltă.

Page 451: Tehnologia Sudarii Prin Topire

245

În cazul depunerii unui singur rând pe strat, pentru a evita producerea unor defecte de sudare (în primul rând, lipsă de topire laterală) este necesară pendularea transversală a arcului electric. Aceasta poate fi realizată prin mai multe moduri, (figura

Page 452: Tehnologia Sudarii Prin Topire

246

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

9.4): prin oscilarea capului de sudare, prin rotirea alternativă a capului de sudare şi tensionarea corespunzătoare a sârmei; prin deformarea prealabilă a sârmei de sudare; prin utilizarea a două sârme împletite.

Figura 9.4. Moduri de pendulare a arcului la sudarea MIG-MAG în rost îngust, a - prin oscilarea capului de sudare, b - prin rotirea capului de sudare, c - prin

deformarea prealabilă a sârmei, d - prin utilizarea a două sârme împletite

La depunerea a două treceri pe strat, conducerea arcului electric se face fie prin înclinarea corespunzătoare a capului de sudare, fie prin tensionarea

adecvată a sârmei în duza capului desudare, figura 9.5.

Deschiderea rostului are valori uzuale între 6 şi 12 mm.

Figura 9.5. Conducerea arcului electric la sudarea în rost îngust

a - prin înclinarea arzătorului, b - prin tensionarea sârmei în duză

As ig ur ar e a unei protecţii cu gaz corespunză- toare reprezintă o problemă dificilă, mai ales la sudarea primelor straturi. Problema se complică o dată cu creşterea grosimii pieselor, respectiv la micşorarea deschiderii rostului. Sistemul de protecţie gazoasă

utilizat la sudarea convenţională în mediu de gaz protector nu asigură un nivel de protecţie suficient. Ca atare, sunt necesare sisteme speciale de protecţie gazoasă. Acestea pot fi grupate în:

¾ sisteme la care duza se află deasupra rostului;¾ sisteme la care duza de gaz este introdusă în rost.

În figura 9.6 se prezintă câteva tipuri de sisteme de protecţie cu portelectrozi plasat deasupra rostului. Ele asigură o protecţie dublă de gaz, ceea ce reduce pericolul aspirării aerului în zona sudurii şi a producerii defectelor de tip sufluri.

Page 453: Tehnologia Sudarii Prin Topire

247

Sistemele de protecţie gazoasă cu pistoletul introdus în rost sunt mai compli- cate, dar au o eficienţă mai bună decât celelalte sisteme. Ele se utilizează în cazul sudării

Page 454: Tehnologia Sudarii Prin Topire

9. SUDAREA ÎN ROST ÎNGUST

Figura 9.6. Sisteme de protecţie cu gaz pentru sudarea in rost îngust cu portelectrozi plasat deasupra rostului

pieselor cu grosime mare prin introducerea capului de sudare în rost. în figura 9.7 sunt prezentate două astfel de sisteme de protecţie.

Figura 9.7. Sisteme de protecţie cu gaz pentru sudarea in rost îngust cu portelectrozi introdus în rost.

Sistemul a este eficient până la grosimi de 300 mm, debitul de gaz total necesar fiind de cea.60 l/min. Sistemul b este mai complicat, fiind prevăzut cu 5 duze de gaz. El se pretează pentru sudarea pieselor de grosime foarte mare (până la 450 mm), debitul total de gaz ajungând la grosimea maximă la 110 l/min.

Sudarea MAG în rost îngust poate fi utilizată la sudarea unor elemente cu grosimi până la 300 mm.

9.3. Sudarea sub strat de flux în rost îngust

Motivaţia principală a dezvoltării sudării în rost îngust sub strat de flux a fost legată de încercarea de eliminare a unor neajunsuri specifice sudării MIG-MAG în rost îngust şi anume: necesitatea respectării unor toleranţe foarte reduse ale geometriei rostului şi a conducerii precise a capului de sudare, respectiv

Page 455: Tehnologia Sudarii Prin Topire

uzura rapidă a duzei de sudare datorită solicitărilor termice şi mecanice înalte.

Page 456: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Având în vedere dificultăţile legate de îndepărtarea zgurii la sudarea în rost îngust cu un rând pe strat, se preferă sudarea cu 2 sau 3 rânduri pe strat. Aceasta permite, în acelaşi timp, compensarea unor toleranţe mai mari la pregătirea rostului, respectiv optimizarea formei şi structurii sudurii. Prin alegerea convenabilă a parametrilor de sudare este posibilă o transformare a structurii grobe din subzonele de supraîncălzire ale ZIT într-o structură cu grăunţi fini, prin efectele tratamentelor termice efectuate de rândurile depuse succesiv. Datorită secţiunii mai mari a rostului, sudarea cu mai multe rânduri pe strat se caracterizează însă printr-o eficienţă economică mai redusă.

Sârma de sudare este introdusă în rostul de sudare printr-un cap de sudare special. De obicei, pentru a asigura realizarea unei pătrunderi laterale în materialul de bază capul de sudare este înclinat lateral sau, în cazul când el are poziţie fixă, sârma este condusă printr-o duză înclinată faţă de verticală.

Caracteristicile fluxului utilizat au un rol determinant asupra procesului de sudare. Un flux destinat sudării în rost îngust trebuie să prezinte următoarele caracteristici:

¾ zgura să fie uşor detaşabilă la o temperatură a acesteia relativ înaltă şi în condiţiile de constrângere în care are loc solidificarea

băii în rost îngust;¾ să degaje o cantitate cât mai mică de gaze pentru a evita

producerea defectelor de tip suflură;¾ activitatea şi comportarea fluxului să fie insensibile la modificări ale

parametrilor de sudare sau ale înălţimii stratului de flux.Deschiderea rostului la sudarea sub flux are valori de 12-25 mm. La

stabilirea formei rostului se va avea în vedere contracţia transversală ce se produce la sudare. Întrucât la grosimi mari este dificil de asigurat o ridigidizare suficientă a pieselor, pentru a menţine constantă deschiderea rostuluiîmpiedicând contracţia transversală se preferă teşirea rostului la un unghi de 1-2° (figura 9.8). Mărimea contracţiei la sudare şi, prin aceasta, închiderea rostului pe măsura desfăşurării procesului de sudare depind de energia liniară utilizată.

Din punct de vedere tehnologic, o atenţie deosebită trebuie acordată sudării primului strat. Acesta este diluat mai intens cu metalul de bază şi are, în

acelaşi timp, un co efic ient de fo r mănefavorabil (prea mic). Riscul de fisurare este mărit.

Fig. 9.8. Teşirea rostului la sudarea în rost

Page 457: Tehnologia Sudarii Prin Topire

îngust pentru compensarea contracţiei transversale

Su dare a s u b flux în rost îngust se aplică de o camdat ă ma i r a r, datorită dificultăţilor legate de îndepărtarea zgurii. Procedeul este preferat însă la îmbinarea unor grosimi foarte mari (400-

Page 458: Tehnologia Sudarii Prin Topire

p

sr vt gc

10. SUDAREA CU TERMIT

Capitolul 10

SUDAREA CU TERMIT

10.1. Reacţia aluminotermică

Prin arderea termitului se degajă o mare cantitate de energie care poate fi utilizată pentru încălzirea materialelor în vederea sudării.

Termitul este un amestec pulverulent, combustibil, format din metale şi oxizi de metale. Termitul cel mai des utilizat este un amestec de oxid de fier şi pulbere de aluminiu. După aprinderea amestecului arderea are loc extrem de violent, propagându-se cu viteză mare în întreaga masă de termit, după reacţia:

Fe O + 2Al = Al O + 2Fe2 3 2 3

Reacţia exotermă a unui kilogram de termit de aluminiu dezvoltă o energie de

cea.3 100 kJ. în timpul arderii rezultă o temperatură a metalului lichid de peste 3 000°C. Termitul folosit în România este format din 7 kg oxid de fier, 2 kg aluminiu. în urma arderii unei cantităţi de 1 kg de termit de acest tip se obţin cea. 550 g oţel topit şi 450 g zgură.

Pentru sudare poate fi utilizat şi un termit pe bază de cupru, arderea acestuia având loc conform reacţiei:

3CuO + 2Al = Al O + 3Cu2 3

10.2. Sudarea cu termit

Sudarea cu termit este un procedeu de sudare prin topire la care sursa termică este căldura degajată prin reacţia chimică exoterma de ardere a termitului. Principiul rocedeului este ilustrat în figura 10.1.

Pentru sudare, zona din jurul îmbinării e introduce într-o formă

executată din materiale efractare. La

Page 459: Tehnologia Sudarii Prin Topire

executarea formei se are în edere să existe un spaţiu suficient pentru metalul

opit şi zgură, respectiv pentru evacuarea azelor. Produsele topite se introduc printr-

un

Fig. 10.1. Principiul sudării cu termit

anal special de turnare executat în partea inferioară a formei, de unde se ridică treptat

Page 460: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

umplând întregul spaţiu liber al formei. Arderea termitului se face în creuzete din material refractar, aprinderea amestecului putându-se realiza cu un arc electric, cu o amorsa specială sau cu chibrite bengaleze (care produc o cantitate de căldură mai mare). La aprindere, termitul trebuie să fie uscat, deoarece apa poate provoca împroşcări si explozii. După terminarea reacţiei de ardere, care durează cea. 20-30 secunde, produsele topite pot fi evacuate în formă.

Sudarea prin termit se poate aplica la îmbinarea unor piese din oţel carbon, slab aliat, aliat, fontă si aluminiu, cupru cu grosimi de la 1-100 mm. în cazul sudării cuprului se foloseşte un termit pe bază de cupru, iar în celelalte cazuri unul pe bază de aluminiu.

Procedeul se aplică la îmbinarea unor piese de secţiune mare din oţel sau fontă ca, de exemplu, arbori cotiţi, cilindri de laminor, şine de cale ferată. în cazul sudării fontelor se adaugă în termit ferosiliciu. Se pot suda, de asemenea, cap la cap conductori din aluminiu sau cupru.

Procedeul are avantajul că nu necesită o pregătire a pieselor înainte de sudare, utilajul este foarte simplu, iar secţiunea sudată nu este limitată ca formă sau suprafaţă. Procedeul se pretează, mai ales pentru sudarea pe şantier, în zone în care nu există racord electric.

Page 461: Tehnologia Sudarii Prin Topire

2

11. SUDAREA CU HIDROGEN ATOMIC

Capitolul 11

SUDAREA CU HIDROGEN ATOMIC.

Sudarea cu hidrogen atomic (fig. 11.1) este un procedeu manual de sudare, la care căldur a necesară t o pir ii se transmite componentelor sudate , prin intermediul unui curent de hidrogen atomic , care rezultă din hidrogenul mo- lecular , după traversarea arcului elec- tric indirect, format între doi electrozi de wolfram . Hidrogenul este insuflat prin ajutaje concentrice cu electrozii de wolfram, iar ca material de adaos este ut iliza t ă o ver gea met a lică cu compoziţia chimică asemănătoare cu a

Fig. 11.1. Principiul sudării cu hidrogen atomic.

met alulu i de bază sau în cazul încărcărilor prin sudare, pot fi utilizate vergele de compoziţie chimică diferită.

La temperatura coloanei arcului, hidrogenul se disociază conform reacţiei H

→ 2H şi absoarbe căldura necesară acestei reacţii din arc.În contact cu metalul rece al componentelor, are loc reacţia inversă (de

recombinare) 2H → H2, urmată de căldură.

Acest procedeu de sudare are domeniu restrâns de aplicaţie, întrucât hidrogenul

consumat este scump, amorsarea arcului necesită tensiuni mari periculoase (250 – 300V) a căror deconectare şi reducere la valori mai mici (60 – 100 V), după formarea arcului, necesită instalaţii specializate.

De asemenea hidrogenul se poate dizolva în metalul sudat, provocând

Page 462: Tehnologia Sudarii Prin Topire

e

de

fulgi,pori, fisuri şi alte defecte.

Sudarea cu hidrogen atomic nu se poate utiliza la sudarea aluminiului, titanului, cuprului, întrucât aceste metale şi aliajele lor sunt sensibile la hidrogen.

Procedeul de sudare cu hidrogen atomic e cel mai des folosit la sudarea de îcărcare a matriţelor pentru deformări plastice la cald, la sudarea unor table subţiri din oţeluri nealiate, slab aliate şi inoxidabile.

Diametrul vergelei d se alege în funcţie de grosimea componentelor g= (1 + g/3) mm,

Page 463: Tehnologia Sudarii Prin Topire

250

s

e

2

2

s

s

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

iar curentul de sudare I se alege în funcţie de diametrul vergelei d ,după cum rezultă din fig. 11.2.

Debitul de hidrogen

Fig. 11.2. Corelaţia DH se calculează în funcţie de

dintre curentul de curentul de sudare I [A], cusudare I

s şi de. ajutorul relaţiei:

DH = 800 + 15 I [l/h]

Page 464: Tehnologia Sudarii Prin Topire

BIBLIOGRAFIE

BIBLIOGRAFIE

1. Andreescu F., Andreescu B. - Echipamente pentru sudare, vol I, surse de curent pentru sudare

2. Andreescu F., ForişA., Pisu-Machedon T., Eftimie L - .Proiectarea secţiilor şi fluxurilor tehnologice pentru sudare Editura Lux Libris, Braşov, 1997

3. Aichele G. – 116 Reguli de sudare în mediu de gaz protector. Ed. Sudura, Timişoara, 1999.

4. Anghelea, N. ş.a. – Sudarea în mediu de gaze protectoare. Ed.5. Tehnică, Bucureşti, 1982.6. Badescu P., - Metode practice pentru reducerea deformatiilor remanente

la sudarea constructiilor metalice Editura Sudura 20017. Burca M., Negoitescu S.- Sudarea MIG/MAG (2004 Editia a II-a ISBN –973-

8359-22-8)8. Dehelean, D. - Sudarea prin topire, Editura Sudura, 19979. Constantin, E. – Tehnologia sudării prin topire, vol. I şi II, Ed. Universităţii din

Galaţi, 1984,10. Drăguţ, L. – Aspecte privind consumul materialelor de sudare în

România, Conferinţa ASR „Sudura 2000“, Arad, 200011. Gliţă G. Machedon – Pisu T. Miloş L.- Proiectarea dispozitivelor pentru

sudare, Editura Lux Libris, Braşov,199712. Francisc T.-Tratat de sudura, Editura Sudura ,2003 , Timişoara13. Iordănescu, D., Georgescu, C.- Construcţii pentru transporturi, în

România, monografie,CCCF, Bucureşti, 198614. Joni N., Trif N.- Sudarea robotizata cu arc electric Ed. Lux Libris Brasov 200515. Joni, N. – „Calculul energiei introduse în îmbinările sudate în cazul

sudării MIG/ MAG în impulsuri“, Sudura 4/2001, pag. 63-67, Asociaţia de Sudură din România

16. Kovács F., Túsz F., Varga S.- Fabrica viitorului –Multimedia International 1998

Arad17. Machedon - Pisu T.- Tehnologii de montaj sudura aplicate structurilor sudate

Page 465: Tehnologia Sudarii Prin Topire

(poduri, nave). Editura Lux Libris, Brasov, ISBN 9739458-62-9, pag.172 , 2006

18. Machedon - Pisu T.- Tratamente termice pentru produse sudate. Editura Lux

Libris, Braşov , 199719. Machedon - Pisu T. Andreescu F.- Materiale metalice pentru produse

sudate , Editura Lux Libris, Braşov, 199620. Machedon T., Machedon E.- Alegerea optimă a electrozilor pentru sudare în

Page 466: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

funcţie de materialul de bază, Editura Academiei Forţelor Aeriene Henri CoandăBraşov, 2002

21. Machedon - Pisu T., Andreescu F., Trif N.,- Cercetări privind aplicarea vibratiilor fortate la tăierea termică, Revista “SUDURA”, nr. 4/1996. 1996

22. Machedon T., Ţierean M., Cătană D., Maniu A. – Tehnologia de montaj – Sudarea macaralelor portuare de dimensiuni mari - Bulletin of the Transilvania University of Braşov, Vol. XXXIII – 1991

23. Machedon T., Ţierean M., Cătană D., Maniu A. – Consideraţii cu privire la cauzele apariţiei fisurilor în pachetul de platbande al unei grinzi dublu „T” - Bulle- tin of the Transilvania University of Braşov, Vol. XXXII – 1990;

24. Machedon T., Cătană D., Ţierean M., Maniu A. – Proiectarea regimului de sudare al oţelurilor cu rezistenţă mărită, cu ajutorul calculatorului - Bulletin of the Transilvania University of Braşov, Vol. XXXII – 1990

25. Mihăilescu, D., Mihăilescu, A., Lupu, G., Tehnologia sudării prin topire - Îndrumar de proiectare, Editura Fundaţiei Universitare Dunărea de Jos” Galaţi, ISBN 973- 627 - 124 - 2, 2004.

26. Micloşi, V. ş.a. – Bazele proceselor de sudare. EDP, Bucureşti, 1982.27. Micloşi, V. ş.a - Echipamente pentru sudare, Braşov, 1993.28. Miclosi V.- Tratamente termice conexe sudarii prin topire a otelurilor –

Vol. I Editura Sudura ,2004 , Timişoara29. Pascu D.R., Iacob M., Busila C.- Atlas metalografic pentru imbinari

sudate , Ed. Eurostampa Timisoara 200230. Safta V. I., Safta V. I. - Incercari tehnologice si de rezistenta ale

imbinarilor sudate sau lipite Editura Sudura ,2006 , Timişoara31. Teodorescu, D.U., Zamfir, I.- Probleme de uzinare şi premontaj la execuţia

tablierelor metalice ale podurilor dunărene. În: Buletinul tehnic RNR, România,nr.3,1985.

32. Safta, V. – Controlul îmbinărilor şi produselor sudate, Ed. Facla, Timişoara, Vol.

I 1984, Vol. II 1986.33. Safta, V., Burcă, M. ş.a. - Particularităţi ale polarităţii curentului la

sudarea în mediu de gaze protectoare MIG/MAG. Noutăţi în domeniul tehnologiilor şi utilajelor pentru prelucrare la cald a metalelor, Vol. VI,

34. Safta, V.I. şi Safta, V.I. jr. – Defectoscopie industrială nedistructivă. Ed. Sudura, Timişoara, 2001.

35. Sălăgean, Tr. – Sudarea cu arcul electric. Ed. Facla, Timişoara, 1977.

Page 467: Tehnologia Sudarii Prin Topire

36. Sălăgean, Tr. – Tehnologia procedeelor de sudare cu arc. Ed. Tehnică, Bucureşti,

1985.37. Stenke, V. – Gaze utilizate pentru protecţia rădăcinii şi pentru sudare.

Rev. Sudura, nr. 3, 1991.38. Trofin, I. – Sudarea sinergică. SID 115, OID-ICM,

1992.

Page 468: Tehnologia Sudarii Prin Topire

BIBLIOGRAFIE

39. Ţierean M., Machedon – Pisu T. Luca V.- Ghid pentru controlul cu ultrasunete , Editura Universităţii, Braşov, 1999

40. Vaş, Al ş.a. – Analiza oportunităţii retehnologizării în România a sudării manuale prin sudare în mediu de CO2. Conferinţa comună DVS-ASR “Tendinţe noi de dezvoltare în sudură”, Timişoara, 1993.

41. *** – Cataloage de materiale de sudare livrate de firmele Oerlokon, Böhler, Thyssen, NITTETSU (Japonia), ESAB

42. x x x – Germanischer Lloyd - Rules for Classification and Construction, vol.II Material and Welding Technology, ediţia 1992

43. *** – Welding Handbook-Welding Processes, 8th edition, vol.2. R.L.O. Brien

Editor, 1991.44. *** – Welding Handbook-Welding Technology, 8th edition, vol.1. R.L.O. Brien

Editor, 1991.45. *** – Welding power sources-The requirements and the options. Rev. Welding

& Metal Fabrication, nr. 8, 1995.46. *** – Welding processes for year 2000. Rev. Svetsarea, vol. 46, nr. 2, Suedia,

1992.47. *** – Filler materials for manual and automatic welding, ESAB Welding

Hand- book, Fifth edition, Gőteborg, Suedia, 1998.48. *** – Gaze de protecţie la sudare. Dezvoltare-consultanţă-utilizare. Linde, Linde

Gaz România SRL.49. *** – SR EN 29692/94 – Sudarea cu arc electric cu electrod învelit,

sudarea cu arc electric în mediu de gaz protector şi sudarea cu gaze prin topire. Pregătirea pieselor de îmbinat de oţel.

50. *** – SR EN 439/96 –. Materiale pentru sudare consumabile. Gaze de protecţie pentru sudare şi tăiere cu arc electric.

51. *** – SR EN 440/96 – Materiale pentru sudare consumabile. Sârme electrod şi depuneri prin sudare pentru sudare cu arc electric în mediu de gaz protector cu electrod fuzibil a oţelurilor nealiate şi cu granulaţie fină. Clasificare.

Page 469: Tehnologia Sudarii Prin Topire

TEHNOLOGIA SUDĂRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

25 4

Bun de tipar la data de: 10.12.2009Tiraj: 200

Coli de tipar: 127 - 21 x 29,8

Tiparul: S.C. ANIL COMPUTER s.r.l. Braşov