Metode si Procedee Tehnologice - Cursuri

Imbinari

SUDAREA este procesul tehnol prin care se imbina doua sau mai multe piese printr-un ansamblu prin topirea lor in zona de imbinare cu sau fara mater de adaos.

Mater pieselor care sudeaza si a celui de adaos treb sa aiba o comp cat mai apropiata.

Ca procedee de imbinare, sudarea are urmat particularitati:

imbinarea

se obtin rezistente mecanice mari

dc sudarea este fol ca si contact elec are rezistenta de contact cea mai mica

Proc de sudare repr ansamblul operatiilor prin care se real imbinarea sudata.

Proc de sudare se pot clas dupa mai multe criterii:

1. dupa scopul urmarit:

a) sudare de imbinare

b) sudare de incarcare

2. dupa modul de desfasurare

a) sudare prin presiune

b) sudare prin topire

Sudarea prin topire: este caract de faptul ca incalzirea locala a elem de imbinare conduce la real unui temperat superioare temp de topire a mater. Se poate face cu arc elec, cu gaze(autogen), prin rezist elec.

Sudarea prin presiune: este caract de faptul ca temp de topire in zona imbinarii este inferioara temp de topire a metalelor, dar dat presiunii la care sunt supuse cele 2 mater, apareo deformare plast locala care real imbinarea. Se poate face prin en mec, cu ultrasunete, prin inductie, cu gaze.

3. dupa purtatorul de en necesara sudarii

a) sud cu descarcari elec in gaze

b) sud cu en termochimica transmise prin gaze

c) sud cu plasma

d) sud cu radiatii (laser)

e) sud cu fasciculi de electroni

f) sud cu en mec

4. dupa modul de executie

a) sudare manuala

b) sud mecanizata

c) automatizata

d) robotizata

Proc de sud prin topire utilizand arcul elec

Proc de imbinare prin topire utilizand arc elec se bazeaza pe incalzirea locala in zona de contact a pieselor de imbinat determinata de desc elec ce apare intre electrod si baia de metal topit.

In aceasta zona de material topit se amest cele 2 piese si electrodul.

Prin deplas electrodului in sensul zonei si prin solidificarea mater topit apare cusatura de sudura realizandu-se astfel imbinarea celor 2 elem.

Sursa de alim este specifica sudarii elec, poate fi de curent continuu sau alterntiv.

Electrodul poate fi fuzibil sau nefuzibil, poate avea sau nu invelis de protectie.

Sudarea prin topire cu arc elec prezinta o multitudine de variante:

cu arc elec descoperit, cu electrod fuzibil (in cazul sudarii normale)

cu electrod fuzibil, cu substrat de flux (la bobinaje) in mediu de gaz protector, cu electro nefuzibil (sudarea in vid WIG, MIG, MAG)

Sudarea substrat de flux folos electrod fuzibil neacoperit dar protectia baii de metal topit este asig prin intermediul unui flux.

Sudarea in mediu de gaz protector

SUDAREA WIG se face in mediu de gaz protector cu electrod de wolfram. Mater necesar complet zonei de imbinare se real cu ajutorul sarmei de adaos, fiind dirijata, indepartandu-se de zona sudata.

SUDAREA MAG: este sudare cu arc elec in mediu de gaz protector cu electrod fuzibil la care se util un gaz activ CO2.

Parametrii tehnol ai proc de sudare

Arcul elec, pt sudare, este o desc elec stabila intre un electrod si baia de metal topit, functionand cu densitate mare de curent intr-un mediu de gaze ionizate.

Principalii param electrotehnol care det caract cordonului de sudura sunt:

1. intensit curentului electric de sudare, definita ca fiind valoarea efectiva a curentului ce trece prin arcul elec. Treb corelata cu diam electrodului.

2. tens arcului elec, definita ca fiind valoarea efctriva a tens elec la extremiotatile arc elec, intre electro si baie. Tens arcului elec det in special latimea cusaturii.3. viteza de sudare: det in special grosimea cusaturii.4. lung arului elec: distanta dintre vf electrodului si baie de metal topit

5. forma si polaritatea tens de alimentare

6. tens de mers in gol la bornele sursei de alim cand arcul elec e intrerupt7. amplitudinea curent elec de sudare: det in principal adancimea cordonului de sudura.Tens de mers in gol det amorsarea arcului elec. Pt a asig o amorsare sigura a arcului elec, tens de mers in gol a sursei de alim treb sa aiba o val rel mare, dar din motive de securitate a muncii, valoarea treb det cat mai mica. La sursele pt sudare nu se depasesc 80 V.

8. diametrul electrozilor: se det in fc de grosimea componentelor ansamblate.

Constructorii de electrozi indica domeniul optim de lucru ale intensitatii curentului in fc de diametrul electrozilor.

La sudarea cu un curent mai mic decat cel recomandat, arcul elec este instabil si apar intreruperi in cusatura.

Sudarea cu un curent mai mic decat cel recomandat, arcul elec este instabil si apar intreruperi in cusatura.

Sudarea cu un curent mai mare decat cel recomandat duce la incalzirea excesiva a electrodului degradarea invelisului electroduluim ceea ce det defecte in cordonul de sudura.

Pt alegerea intens curent de sudare se poate fol o formula empirica:

I=(m+nde)de

unde m=20, n=6, de=diametr electrod

Tens arcului elec depinde de tipul eletrodului si poate avea valori intre 40-80 V.

Sudarea cu valori reduse corespunde unei lungimi mai mici a arcului elec si asig o protectie mai buna a baii cu metal lichid, dat este o op mai dificila si impune un sudor cu experienta.

Surse de alimentare pt instalatii de sudare

In fc de curentul din arcul elec, surse pt alim sunt:

a) de tens alternat la frecv industrial

b) de tens continua (generat rotative, instalatii de redresare)

c) de inalta frecv

d) cu curent pulsant

Sursele de alim a instalatiei de sudare treb sa permita reglarea val tns la bornele arc elec si a val curentului in circuitul de sudare pt a asig adaptarea la grosimea materialului care se sudeaza la regimul de lucru, respectiv sudare, taiere, incalcare de material

U0=z IA + UAIA = (U0 UA)/z=> cele 3 metode de reglare a regimului de lucru:1. modif tens de mers in gol a sursei de alim (U0)

2. modif inpedantei a circuitului de alim a arcului elec (z)

3. combinarea celor 2 metode

1. principalul dezavantaj al acestei metode consta in faptul ca la valori reduse ale curentului de sudae, tens de mers in gol scade f mult, arcul elec seamorseaza cu difict si devine instabil (in special la alim cu curent alternativ). Metoda se fol cu precadere la alim cu generat rotative de curent cont

3. metoda este util la maj surselor de sudare clasice

Forma caracteristicii externe este U=f(I)

Forma caract externe se alege in fc de procedeul de sudare util urmarindu-se asig stabilitatii arcului elec.

In cazul proc clasice (la gen, transform) sursele de sudare prezinta o caract exterioara cazatoare.

La sudarea WIG, MAG, sursele asig o caract ext rigida.

SURSE PT SUDARE DE TENS ALTERNATIVA

In mod uzual ol transformatoare pt sudare monofazate (sunt de constructie speciala, asig tens de mers in gol necesara amorsarii rcului elec si o forma corespunzatoare a caract ext a.i. sa avem o ardere stabila a arcului elec)

Pt modificarea caract ext a transform adoptam urm masuri:

modif tens de mers in gol prin modif numarului de spire

modif curentului d scurt circuit prin modif reactantei de dispersie a transform sau prin utilizarea unei bobine ext.

D.p.d.v. constructiv, transform are plasat pe una din coloane infasurarea primara, iar pe coloana a 2-a are o parte a infasurarii secundare.Suntul magnetic: pozit intre cele 2 coloane.

Prin modif poz suntului (mai sus, mai introdus), pe o directie perpendiculara pe planul ferestrei transformate, se modifica fluxurile multimea vida1 si multimea vida2 si atomul tens de aliment a arcului elec => modif tens curentului prin arc .

IA= (U0-UA)/zSurse pt sudare de tensiune continua

Sursele de tensiune continua utilizate in procesul de sudare, in variantele clasice, sut de 2 tipuri:

a) generatoare rotative: antrenate de masini electrice (convertizor de sudare) sau sunt atrenate de masini cu ardere interna (grupuri electrogene)

b) redresoare pt sudare

Generatoare rotative

Generatoarele rotative sunt masini electrice cu o parte de excitatie.

E=UG + RAI + deltaUpE=Kn + multimea vida

RA=E RAI = Knmultimea vida - RAI

RA = rezistenta interna a gener + rezistenta conductorului de leg

Specific gener rotative este, pt sudare, prezenta unei infasurari de excitatie demagetizanta parcursa de ansamblul de sudare care determina reducerea fluxului prin generator la cresterea curentului de sudare.

Realizarea caracteristica cazatoare se obtine printr-o alegere adecvata a sist de excitatie al generat. (Iexcitatie)

In acest ses scunt construite mai multe variante de gener rotative de sudare:

a) cu excitatie separata sau derivatie si infasurare in serie antagonista

b) cu poli divizati

c) cu camp transversal

Fluxul de excitatie este creat cu ajutorul curentului de excitatie care parcurge infasurarea de excitatie.

Infasurarea de demagnetizare va fii parcursa de currentul de sudare si este reglabila in trepte cu ajutorulcomultatorului k.

Fluxul magnetic prin generator este det de difer dintre fluxul de excitatie si fluxul demagnetizant.

Reglarea intensitatii current pt sudare se poate face prin curentul de excitatie si prin nr de spire a infasurarii de demagnetizarre.

Surse de sudare cu control electronic al parametrilor de sudare:

Utilizarea semiconductorilor de puterea permis realiz unor surse pt sudare de tensiune continua cu parametrii economici.

Acest tip de sursa a inlocuit in mare parte generatoarele rotative.

In general, o sursa de sudare de tensiune continua cu redresor e alcatuita dintr-un transformator de adaptare, cu un variator de tensiune alternativa, o bobina de filtrare, o redresare si blocuri electronice de comanda si reglare.Comanda:

Informatiile privind valoarea reala a curentului desudare furnizate de traductorul de current sunt aduse la comparatorul c unde sunt trnsmise si informatiile privind regimul dorit de sudare.

Regulatorul de curent transmite blocului de comanda pe grila (BCG) tensiunea de comanda pt alfa de intrare in conductie a tiristoarelor VTA-ului (variatorului de tensiune alternativa)

In circuit rezulta valoarea impusa a curentului.

Astfel de surse se folosesc cu precadere la MIG, WIG si MAG.

Sursa pr sudare cu invertor si control electronic al puteriiPrincipiul sursei cu invertor pt sudarea cu arc electric pe comutatia de inalta frecventa, ele lucrand de la 20-100 KHz, acest invertor este realizat in diverse configuratii topologice, in fc de tipul dispozitivelor de semiconductoare, de cerintele specifice de control al puterii, de comanda blocului invertor.Electrozii:

Electrodul fuzibil folosit in mod curent la sudarea cu arc electric sunt formati dintr-o vergea cu diametrul de 1,5 8 mm si lungimi de 225-450 mm.

Aceste vergele sunt procesate din otel din otel slab aliat (cu continut redus de C) cu adaosuri de Mn, Si, Cr, molibden peste care se aplica prin imersie, prin presare, un invelis.

Rolul invelisului este de a asig stabilitatea arcului, topirea unoforma a electrodului, de a forma in jurul arcului si a metalului topit un stratprotector compus din gaze si zgura, de a introduce in metalul topit elemente de aliere si de a asig o productivitate sporita la aigurare.

Materialul di care este alc pasta de electrod este dioxid de titan, ammoniac, feromolibden, ferotitan.

Sudarea prin puncte:

Procedeul se folos pt ansamblarea tablelor si profilelor foroase/neferoase de aceeasi grosime sau grosime apropiata.

Sudarea prin puncte se bazeaza pe incalzirea locala produsa la trecerea current elec prin piesele aflate in contact mechanic, realizat prin presiunea exercitata de electrod.

Conectarea la sursa de tensiune dupa realizarea presiunii pe piese conduce la un current cu densitatea maxima in acest punct aflat pe axa celor 2 electrozi.

Zona de contact se va incalzi creand un nucleu sudat la indepartarea electrozilor.

Valoarea intens curentului, a presiunii si timpului de conductie sunt reglate in fc de tipul de material si de grosimea acestuia.

Curentii sunt mari J=80-200A/mm2Sudarea cu gaze:La sudarea cu gaze prin topire, materialul de baza sicel de adaos sunt aduse local in stare topita cu ajutorul unei flacari rezultata prin arderea unui gaz combustibil.

Dintre gaze, cel mai folosit este acetilena, obtinuta prin reactia dintre carbura de calciu si apa;

CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca(OH)2

Se mai folosesc si vapori de benzina, CH4, gaze petroliere lichefiate.

Sudarea cu laseri:

Efectul laser consta in amplificarea luminii prin emisie stimulata de radiatii.

Fen. de producere a efectului laser este legat de tranzitia atomilor de pe un nivel energetic pe altul.

Atomii se pot gasi in diferite stari de excitatie in fc de energia pe care o poseda.

Daca bombardam cu energie un atom, el poate lua un semn discontinuu e=hf unde h=6.625 x 10-34 Js si poate parasi nivelul de energie pe care se gaseste trecand pe un nivel superior.

Practic, in acest transfer energetic, electronii atomului se muta de pe orbita cu energie redusa pe orbite cu energie mai mare.

Un electrod ajuns pe u nivel energetic superior revine pe cel inferior emitand un foton => emisie spontana inatnita in cazul radiatiilor surselor obisnuite de lumina cum sunt lampile cu incadescenta, metalele incinse, lampile cu descarcari in gaze.

In cazul laserului, revenirea electronilor de pe un nivel eergetic superior pe unul inferior se face sub actiunea unui camp electromagn superior.

Un foton inductor bombardeaza atomul stimulandu-l sa emita u foton.

Caracteristic este faptul ca fotonul emis are aceleasi caracteristici cu fotonul inductor => se amplifica emisia stimulata.

Pt ca procesul sa nu se opreasca este necesar sa existe un nr. mare de atomi in stare excitata , deci este nevoie de un mecanism de pompare care sa furnizeze continuu energie atomilor.

Avem nevoie si de un rezonator optic. Acesta este realizat din 2 oglinzi fata in fata intre care fortonii se reflecta si parcurg de mai multe ori mediul activ, fiecare foton provocand o avalansa de foton asemenea lui.

Procesul de amplificare nu este nelimitat intrucat una din oglinzi permite luminii sa iasa sub forma unui fascicul intens cu o mare densitate de energie.

Radiatia laser difera delumina de la lampi, soare... prin proprietatile sale:

coerenta

directionalitatea

monocromaticitatea

Orice dispozitiv laser este alc dintr-un mediu activ, o cavitate rezonanta, o sursa de pompare a energiei catre mediul activ (generator de inalta frecventa).

Dupa natura mediului activ, laserii sunt cu mediu solid (cu rubin), cu gaze (He-Ne), cu mediu lichid.

Pompajul se poate realiza prin diverse procedee:

pompaj optic : real pri iluminarea cu o lampa de argon sau prin descarcari in gaze.

Pompaj chimicUTILIZARI TEHNOLOGICE

Utilitatea tehnologica a instalatiilor cu laser se bazeaza pe urmatoarele avantaje:

a) posibilitatea realizarii unei densitati de putere f mari 1011 1012 w/m2b) realizarea unui diametru a zonei de lucru sub 0,1 mm

c) radiatia electromagnetica cu un spectru de frecventa f redus = monocromaticitate

d) zona de influienta termica neglijabila

e) posibilitatea obtinerii unor impulsuri scurte si cu o repetabilitate ridicata.

Datorita densitatii f mari de energie, fascicolul laser face posibila prelucrarea oricarui material.

Operatii tehnologice importante:1. sudarea cu laser (permite imbinarea de componente cu sectiune mica, imbinarea cu dimensiui diferite, cu caracteristici diferite). Se caracterizeaza prin zona ingusta de topire si de influieta termica. Puterea laserului utilizat determina adancimea de sudare

exp: - un laser de 1 kw permite sudarea pieselor de otel cu grosimi de 3-4mm;

un laser de 15 kw permite sudarea pieselor de otel cu grosimi de 12 mm;

un laser de 30 kw permite sudarea pieselor de otel cu grosimi de 30 mm;

In industria semiconductoarelor, pt decuparea elementelor ceramice se folos sudarea cu laser, una din conditiile de baza fiind sterilitatea procesului. Se foloseste si in medicina

Dezavantaje: randament energic scazut

cost ridicat al utilitatilor

cost ridicat al unei ore de functionare