CAPITOLUL 1

PAGE 128Cap. 2 SUDAREA N PUNCTE

CAPITOLUL 2SUDAREA ELECTRIC PRIN PRESIUNE N PUNCTE2.1. Principiul sudrii electrice prin presiune n puncte

Sudarea n puncte este un procedeu de sudare electric prin presiune prin conducie a dou sau mai multe piese suprapuse, strnse ntre doi electrozi de contact i care se realizeaz ntre suprafeele de contact, n locurile prin care trece curentul electric. Deci, acest procedeu de sudare se bazeaz pe efectul Joule, de trecere a curentului electric prin coloana de metal cuprins ntre vrfurile electrozilor de contact (figura 2.1.).

Punctul de sudur care se obine este de form lenticular i se formeaz n planul de separaie al componentelor de sudat.Punctul de sudur realizeaz o mbinare nedemontabil ntre piesele de sudat, nlocuind cu succes celelalte tipuri de mbinri, respectiv, prin uruburi (fig. 2.2.a) sau prin nituire (fig. 2.2.b).

Dup poziia electrozilor de contact se deosebesc dou tipuri de sudare electric prin presiune n puncte, respectiv:

Sudarea direct n puncte, la care electrozii de contact sunt plasai de ambele pri ale componentelor. Principiul de lucru este cel prezentat n figura 2.1., unde componentele sunt strnse ntre electrozii de contact (2) cu o for (F), care sunt conectai la sursa de curent (3), ce furnizeaz un curent de intensitate ridicat (de ordinul miilor de amperi) i tensiune mic (de ordinul volilor);

Sudarea indirect n puncte, numit i sudare n puncte pe o singur parte, la care se utilizeaz un electrod ascuit (electrod activ) pentru realizarea punctului de sudur i un al doilea electrod cu suprafaa de contact mrit i este dispus de aceeai parte cu primul i prin intermediul cruia se realizeaz nchiderea circuitului electric (figura 2.3.). n acest caz piesele sunt aezate pe un suport (5), punctul sudat obinndu-se, n principiu, n acelai mod ca i n cazul precedent. Sursa de sudare se conecteaz o durat determinat de timp numai dup o strngere prealabil a componentelor de sudat cu fora de strngere F.

n ambele cazuri, curentul de sudare Is trece prin piese, concentrndu-se n coloana de metal cuprins ntre vrfurile electrozilor. Ca urmare a efectului Joule, masa de metal dintre electrozii de contact se comport ca o rezisten electric i se nclzete. n prim faz, nclzirea se va produce n zona de contact dintre componente, unde rezistena opus la trecerea curentului este mai mare. Sub aciunea forei de strngere, piesele vin n contact tot mai apropiat si se produce nclzirea ntregii coloane de metal.

Datorit rezistenei electrice de contact dintre componente, al rezistenei proprii a coloanei de metal i al efectului de rcire al electrozilor, temperatura maxim se obine la locul de contact dintre componente, ntre electrozi. Dup un anumit timp, n aceast zon se formeaz un nucleu de metal topit aparinnd ambelor componente de mbinat, nucleu ce va crete n dimensiuni pe msura trecerii curentului electric de sudare. La ntreruperea curentului de sudare, nucleul topit se va solidifica, formnd punctul de sudur.Rezistena de contact ntre piese i pierde din importan pe msura nclzirii pieselor i n aceast situaie rolul primordial n formarea nucleului topit ntre piese l preia efectul rcirii electrozilor.

O operaie simpl de sudare prin presiune n puncte necesit parcurgerea urmtoarelor faze (figura 2.4.).

a) introducerea componentelor de sudat suprapuse ntre electrozii de contact, n poziia necesar;

b) coborrea electrodului de contact superior i strngerea componentelor ntre cei doi electrozi cu fora F;

c) conectarea curentului de sudare pentru un timp determinat, care duce la iniierea i dezvoltarea nucleului topit (sudarea);

d) ntreruperea curentului de sudare i solidificarea nucleului topit sub aciunea forei de strngere F (forjarea);

e) ridicarea electrodului de contact superior i retragerea componentelor, urmnd ca succesiunea fazelor s se repete pentru un alt punct de sudur.

Diagrama prezentat n figura 2.4. reprezint un ciclu de sudare, n care fora de sudare i intensitatea curentului de sudare au valori constante n timp. Acesta este ciclul elementar de sudare prin presiune n puncte. n realitate, n funcie de mai muli factori, exist o multitudine de moduri de execuie a unei suduri, att cu fora variabil ct i cu curent de sudare variabil.

n cazurile concrete de sudare este necesar stabilirea judicioas a duratei fiecreia din fazele prezentate, astfel nct s se poat obine o calitate corespunztoare a punctului sudat, n condiiile unei productiviti ridicate.

2.2. Formarea punctului de sudurRezultatul sudrii este mbinarea componentelor ntr-un punct sau mai multe puncte de sudur.

Formarea punctului de sudur cuprinde, n esen, trei procese distincte, care se produc concomitent i se intercondiioneaz reciproc:

procesul electric;

procesul metalurgic;

procesul mecanic.

2.2.1. Procesul electric al formrii punctului de sudurProcesul electric se produce ca urmare a trecerii curentului electric de sudare prin piesele de sudat i mai exact, prin coloana de metal cuprins ntre vrfurile electrozilor de contact, n urma cruia, prin efectul Joule, se degaj o anumit cantitate de cldur. Aceast cantitate se poate exprima matematic printr-o relaie de calcul:

(2.1)

sau:

(2.2)

n care: Q reprezint cantitatea de cldur degajat; R este rezistena electric total ce intervine n zona de sudare []; Is intensitatea curentului de sudare [A]; iar t timpul de trecere a curentului de sudare [sec].

n relaia de calcul a cantitii de cldur parametrul care are cea mai mare influena este intensitatea curentului de sudare [Is], deoarece este la ptrat.

Rezistena electric la sudarea n puncte [R] reprezint de fapt o nsumare de mai multe rezistente (figura 2.5.): rezistena de contact dintre componente Rc; rezistena proprie a componentelor Rp (doar partea de metal ce este strbtut de curentul electric); rezistena de contact dintre electrozii de contact i suprafaa componentelor Rc .

n situaia n care componentele sunt din acelai material i au aceeai grosime, rezistena total R este dat de relaia:

(2.3)

Deci, cldura total degajat n mbinare poate fi scris astfel:

(2.4)

Modul de variaie n timp al acestor rezistene i importana lor la formarea punctului de sudur sunt prezentate n cele ce urmeaz.

2.2.1.1. Rezistena de contact [Rc]Indiferent de modul de prelucrare, suprafeele metalice ale componentelor nu sunt perfect plane, ci prezint o anumit rugozitate, mai mare sau mai mic.

Aspectul a dou suprafee metalice n contact, la o scar mare este prezentat n figura 2.6. Pe lng acestea, suprafaa metalic poate fi acoperit cu oxizi, impuriti, grsimi, etc., deci poate exista un strat nemetalic, care ngreuneaz procesul de sudare (figura 2.7.), iar ndeprtarea lui total este dificil de realizat practic.

Teoretic, suprafaa de contact este dat de relaia:

(2.5)

Suprafaa real de contact este ns mult mai mic dect seciunea A datorit existenei microasperitilor. La trecerea curentului electric prin cele dou suprafee metalice n contact, liniile fictive de curent se concentreaz n zonele n care denivelrile i microasperitile vin n contact. n cazul n care suprafeele metalice prezint oxizi sau impuriti, curentul electric va trece prin poriunile de contact metal-metal, iar n zonele cu oxizi vor opune rezisten sporit.

Rezistena opus trecerii curentului electric datorat concentrrii liniilor de curent printr-un numr de zone n contact i prezenei oxizilor sau impuritilor pe suprafeele metalice, formeaz rezistena de contact. Aceasta are rol primordial n localizarea i formarea punctului de sudur.

Astfel, n cazul sudrii n puncte, curentul de sudare ntmpin o rezisten mai mare n zona de contact dintre componente, fa de rezistena opus de coloana de metal () cuprins ntre cei doi electrozi i rezistenelor () ntre suprafaa componentelor i vrfurile electrozilor. Ca urmare a concentrrii liniilor de curent n poriunile de contact metal-metal ale suprafeelor componentelor, densitatea de curent fiind mai mare n aceste zone, se va produce nclzirea i topirea acestora mai repede dect n interiorul coloanei de metal a componentelor de sudat. Aceasta explic faptul ca, n condiii normale de sudare, n cazul existenei unei simetrii a cmpului termic, punctul de sudur se formeaz n planul de separaie al componentelor i nu n interiorul acestora.

Rezistena de contact a dou componente metalice suprapuse este influenat de urmtorii factori:

fora de apsare asupra componentelor de sudat F;

natura materialului componentelor de sudat, respectiv caracteristicile acestuia (duritate, rezistena mecanica, conductivitate);

starea suprafeelor componentelor de sudat (modul de elaborare, prelucrare, tratamente termice aplicate, curirea suprafeelor);

temperatura metalului la locul de contact.

Influena forei de apsare asupra rezistenelor de contact Rc si Rc este prezentat n figura 2.8.

Se observ c o dat cu creterea forei de apsare, rezistenele de contact scad ca urmare a aplatisrii asperitilor n contact i a mririi seciunii de contact.

Componentele de sudat fiind, n general, din acelai material se comport similar la aplatisarea asperitilor. Electrozii de contact, fiind executai din aliaj de Cu au o rezisten la deformare mai mic dect a componentelor de sudat i deci contactul acestora cu suprafaa exterioar a componentelor se va face ntr-un numr mai mare de zone, suprafaa real de contact apropiindu-se de cea teoretic. n acest caz:

(2.6)

Forma vrfului electrozilor de contact (tronconic, sferic, etc.) influeneaz rezistena de contact i anume, la un vrf sferic, contactul electric dintre electrozi i componente este mai bun dect la electrozii tronconici sau cu suprafaa plan, fiind mrit seciunea de trecere a curentului electric, obinndu-se o rezisten de contact mic.

De asemenea, caracteristicile materialului componentelor (duritate, rezisten mecanic, conductivitate, etc.) influeneaz rezistenele de contact. Astfel, pentru aceeai valoare a forei de apsare i aceeai grosime a componentelor se constat ca rezistena de contact este mai mare n cazul oelului inoxidabil dect n cazul oelului carbon moale, la care asperitile avnd o duritate mai mic se aplatiseaz mai uor.

Starea suprafeelor de sudat depinde de modul de prelucrare (laminare, prelucrare prin achiere, finisare, decapare, etc.) precum i de tratamentele termice aplicate, ce influeneaz puternic rezistenele de contact. n cazul componentelor prelucrate identic, variaia relativ mic a rezistenelor de contact n diferite zone ale aceleiai suprafee se datoreaz unei anumite eterogeniti a stratului superficial al componentelor. Omogenizarea valorilor rezistenei de contact pe ntreaga suprafa se obine prin aplicarea unor fore de strngere mai mari.

Existena oxizilor, grsimilor, impuritilor, a prafului, etc. pe suprafeele de sudat, conduce la obinerea unor valori ale rezistenelor de contact mari i variabile n timp n diferite zone ale aceleiai suprafee i de aceeai grosime, comparativ cu o suprafa curat, decapat. n tabelul 2.1. sunt prezentate valorile rezistenei de contact Rc dintre componentele de sudat din oel carbon obinuit, funcie de starea suprafeelor, la o temperatur de 20C i la o for de apsare ntre electrozi de 2000 N.

Aceast diminuare a rezistenei de contact este datorat aplatisrii complete a asperitilor n contact sub efectul temperaturii, obinndu-se o mrire accentuat a seciunii de trecere a curentului electric.

Trebuie subliniat faptul c impuritile de pe suprafaa componentelor de sudat pot ajunge n sudur, diminundu-i astfel calitatea.

Temperatura influeneaz mult asupra rezistenelor de contact, o cretere moderat a temperaturii determinnd o diminuare rapid i accentuat a lor (figura 2.9.).

n mod simplificat, dependena rezistenei de contact de diferii factori, la nceputul operaiei de sudare poate fi scris:

(2.7)

Aceast relaie exprim faptul c, rezistena de contact este invers proporional cu fora de apsare i direct proporional cu rezistena materialului, cu conductivitatea lui i cu gradul de impuriti al suprafeelor componentelor de sudat.

S-a prezentat mai nainte c relaia (2.2.) exprim o cretere a cantitii de cldur Q cu rezistena R, creterea acestei rezistene mai putndu-se realiza i prin micorarea forei de apsare F, deci:

(2.8)

Prin micorarea forei de apsare F crete nu numai rezistena de contact dintre componente Rc (ceea ce este favorabil formrii punctului de sudur), ci i rezistena de contact ntre electrozi i suprafaa componentelor Rc, ceea ce conduce la mrirea cantitii de cldur pentru ntreaga coloan de metal cuprins ntre vrfurile electrozilor, deci la pierderi energetice. n plus, datorit forei diminuate poate avea loc o topire la suprafaa materialului (ntre electrozi i componente) sau mbinarea prin difuzie a componentelor cu electrozii. Din acest motiv, fora nu poate fi micorat prea mult.

Pentru realizarea punctului de sudur ntre componente este necesar ca rezistenele de contact ntre electrozi i componente Rc s fie ct mai mici. Acest lucru se realizeaz prin utilizarea unor electrozi de contact dintr-un material cu conductivitate termic ridicat, care s fie rcii cu ap, ct i prin curirea componentelor de sudat i a electrozilor.

Pentru calculul analitic al rezistenei de contact se pleac de la ipoteza c ntre componentele de sudat se realizeaz un contact circular de raza r intr-o singur zon. n acest caz rezistena Rc se determin cu relaia:

(2.9)

n care este rezistivitatea metalului [mm2/m].

Mrimea suprafeei de contact depinde de fora de apsare F i de limita de curgere convenional a materialului c prin relaia:

(2.10)

nlocuind r din relaia (2.10) n relaia (2.9) rezult:

(2.11)

c lund valori diferite n funcie de temperatur:

la 20C c=40000 N/cm2

la 1200C c=4500 N/cm2Dac contactul dintre componente se produce simultan n mai multe zone, atunci este valabil relaia:

(2.12)

n care Rk este rezistena de contact pentru o for de apsare de 10 N, iar este un exponent al forei, determinat experimental n funcie de material i starea suprafeelor n contact.

Dac materialele n contact sunt diferite, rezistena de contact va fi calculat ca medie aritmetic a rezistenelor de contact pentru fiecare material n parte.

(2.13)

n cazul cuplului oel-cupru, Rc va fi jumtate din rezistena cuplului oel-oel, deoarece rezistena de contact a cuprului este neglijabil, deci Rc va fi:

(2.14)

2.2.1.2. Rezistena proprie a componentelor de sudat

Aceast rezisten proprie a componentelor poate fi determinat plecnd de la ipoteza c o plac de grosime s se afl n contact cu doi electrozi de diametrul de, iar curentul strbate placa prin poriunea cuprins ntre vrfurile electrozilor (figura 2.10.). n cazul unor electrozi tronconici (ca n figura), poriunea strbtut de curent este un cilindru cu diametrul bazei de i nlimea s. n acest caz rezistena se va calcula astfel:

(2.15)

i ar fi independent de fora de presare i n care este rezistivitatea materialului.

ns rezistivitatea materialului este variabil cu temperatura dup legea:

(2.16)

T rezistivitatea la temperatura T (C);

0 rezistivitatea la temperatura ambiant (20C);

coeficient de temperatur.

Folosind aceast relaie ar rezulta c, la finalul operaiei de sudare, rezistena electric a pieselor ar fi mai mare dect la nceput, cnd piesele sunt mai reci, ceea ce ar fi n contradicie cu rezultatele practice.

Acest lucru trebuie corectat cu anumii factori de corecie, care trebuie s in cont de urmtoarele aspecte:

seciunea real de trecere a curentului;

variaia temperaturii materialului;

influena forei de apsare.

Pornind de la studiul cmpului termic electric existent ntre placa dintre electrozii de contact, s-a observat c liniile de curent nu trec numai prin cilindrul delimitat de vrful electrozilor, ci printr-o seciune mai mare (figura 2.10.b.).

Din acest motiv i densitatea curentului este mai mare (figura 2.10.c.). n planul seciunii de contact cu electrozii densitatea este maxim la marginea acestora, iar n seciunea median a plcii densitatea este mai mic, descrescnd cu ct ne ndeprtm de axa electrozilor.

Deoarece seciunea de trecere a curentului se mrete la mijlocul plcilor, rezistena proprie a plcii R, va fi mai mic fa de rezistena cilindrului de material:

(2.17)

n care k1 este un coeficient subunitar, care ine cont de distribuia real a liniilor de curent n plac.

Configuraia cmpului electric i distribuia liniilor de curent depind, n mare msur, de raportul dintre diametrul de contact al electrozilor i grosimea plcii. La aceeai grosime a plcii, o data cu creterea seciunii de contact, distribuia liniilor de curent este mai redus. Pentru cazurile ce intervin la sudarea n puncte, cu de/s0=1 .. 3, se poate lua: k1=0,4 .. 0,8.

O a doua corecie, care trebuie aplicat, se refer la neuniformitatea nclzirii materialului dintre electrozi, care modific rezistivitatea acestuia n diferite zone. La nceputul nclzirii, densitatea maxim a curentului, n planul mediu al plcilor, se aplic pe axa electrozilor (figura 2.10.c), ducnd la creterea temperaturii n aceast zon. n continuare, trecerea curentului se face preferenial, de la partea central mai cald, spre prile periferice mai reci, cu rezistivitate mai mic, crescnd seciunea de trecere. Rezult o micorare a rezistenei materialului pieselor strbtute:

(2.18)

unde k2 este un coeficient de distribuie neuniform a liniilor de curent ca urmare a nclzirii neuniforme, cu valoarea: k2=0,75 .. 0,95.

n ultimul rnd, a treia corecie ce se aplic va tine seama de fora de apsare. n cazul real al sudrii n puncte, ntre electrozi se gsesc, n mod obinuit, dou plci de sudat i nu una singur, ca n situaiile de mai sus. Seciunea de trecere a curentului la contactul dintre table va fi determinat de mrimea suprafeei de contact dintre acestea. Suprafaa real de contact depinde att de fora de presare exercitat de electrozi ct i de rezistena la deformare plastic a materialului i temperatura la care se gsete acesta.

O data cu creterea forei F, diametrul de contact d0 crete (figura 2.11.), pn la o valoare limit, care depinde de grosimea plcii s, dup relaia:

(2.19)

Pentru calcule precise a rezistenei proprii, se va introduce n locul diametrului electrodului de, diametrul fictiv de contact d0.

Suprafaa fictiv de contact este dat de relaia:

(2.20)

unde: F este fora de apsare, iar p rezistena la deformare plastic a materialului.

Pentru un contact fictiv circular, diametrul fictiv de contact va fi:

(2.21)

Diametrul fictiv este diferit de diametrul electrodului. La nceputul operaiei de sudare d0 este mai mic dect de, iar pe msur ce temperatura crete, scznd rezistena la deformare plastic, d0 crete pn la valoarea de. La sfritul operaiei de sudare d0 poate fi mai mare dect de. Pentru calculul diametrului d0 la sudarea unor plci din oel moale, folosind electrozi din cupru cu duritate mare, se poate considera rezistena de deformare plastic a materialului:

p=400 N / mm 2 la nceputul operaiei de sudare;

p=40..50 N / mm 2 la sfritul operaiei de sudare.

2.2.1.3. Rolul rezistenelor electrice la formarea punctului de sudurInfluena acestor rezistene asupra desfurrii procesului de degajare a cldurii la sudare, se poate stabili prin analiza variaiei temperaturii n zona dintre electrozi, reprezentat ca n figura 2.12., pentru diferii timpi de la nceputul sudrii, n cazul unor componente din oel.

Din grafic se observ ca, la nceput, creterea temperaturii are loc n zonele de contact. n momentul urmtor, temperatura crete mai puin n zona de contact a electrozilor, datorit efectului de rcire produs de acetia, ca urmare a conductibilitii termice ridicate a cuprului. O dat cu nclzirea materialului dintre electrozi, crete i rezistivitatea materialului de sudat. Cldura ncepe s se dezvolte mai rapid n interiorul componentelor, rolul rezistenei Rc devenind neglijabil.

Temperatura maxim fiind atins ntre componentele de sudat n contact, o dat cu depirea temperaturii de topire a materialului, se formeaz i nucleul topit, n zona corespunztoare acestei temperaturi. Din studiile efectuate, rezult faptul c, rezistena proprie a materialului joac un rol principal n degajarea cldurii, partea generat de rezistena de contact nefiind mai mare de 10% din cldura total consumat n procesul de sudare.

La temperatura ambiant rezistena de contact ntre componente Rc are valoarea cea mai ridicat. Spre exemplificare, n figura 2.13. sunt prezentate valorile iniiale ale rezistenelor pentru cazul a dou table din oel carbon de 1 mm grosime, laminate la rece i decapate, strnse ntre electrozii tronconici cu o for de 5000 N.

Aceste rezistene, naintea trecerii curentului electric, au urmtoarele valori: Rc=178 []; Rp=7 []; Rc=30 [].

Variaia pe parcursul sudrii a rezistenelor de contact sunt prezentate n figura 2.14., rezistena de contact dintre electrozi i pies, figura 2.15. rezistena de contact dintre componente i figura 2.16. rezistena proprie a componentelor.

Variaia rezistenei totale la sudare este reprezentat n figura 2.17. La nceputul operaiei de sudare, rezistena total este determinat de rezistena de contact i are o valoare considerabil care, pe msura nclzirii pieselor, scade foarte rapid, devenind neglijabil la temperaturi de peste 600C (n cazul sudrii oelurilor). Rezistena proprie a materialului crete la nceput, datorit creterii rezistivitii o dat cu temperatura, scznd apoi, datorit creterii suprafeei fictive de contact, sub aciunea forei de presare pe msura nclzirii pieselor.

n figurile 2.18. i 2.19. sunt reprezentate variaia n timp a rezistenelor 2Rp+Rc la sudarea n puncte a componentelor din oel i respectiv duraluminiu.

Se observa c la duraluminiu rezistena de contact dintre componente reprezint o surs termic de importan mai mare dect n cazul oelului.

Datorit efectului preponderent al rezistenei proprii a materialului, pentru simplificarea calculului rezistenei totale se consider numai rezistena proprie final a pieselor de sudat, amplificat cu un coeficient k3, care ine cont de variaia rezistenei n timpul sudrii i de proprietile materialului de sudat:

(2.22)

unde: k3=1..1,1 pentru sudarea pieselor din oel; k3=1,2..1,4 pentru sudarea pieselor din aliaje uoare; Tf temperatura final medie atins la sfritul operaiei de sudare; la sudarea oelurilor Tf=1200..1400C.

Considernd curentul de sudare Is constant pe durata desfurrii procesului, rezult cldura degajat Q la sudarea n puncte:

(2.23)

2.2.1.4. Cmpul termic la sudarea n puncteStudiul teoretic al cmpului termic la sudarea n puncte ntmpin dificulti din cauza caracterului spaial al cmpului i datorit numrului mare de factori care influeneaz procesul termic.

Studiul experimental poate fi fcut prin msurarea temperaturii atinse n diferite locuri ale mbinrii, cu ajutorul unor termocuple introduse prin orificii fine n zonele dorite n electrozii de contact sau n piesele sudate. Cmpul real de temperatur poate fi recunoscut pe o prob metalografic ce conine o seciune a unui punct sudat. Prin atacul cu reactiv metalografic se pune n eviden nucleul topit, cu structura dendritic, specific metalelor topite, conturul acestui nucleu corespunznd izotermei lichidus a metalului respectiv. Temperaturile atinse n apropierea nucleului pot fi recunoscute dup modificrile structurale din zona influenat termic.

Cmpul termic real la sudarea n puncte poate fi reprezentat ca n figura 2.20., dac se tine seama de urmtoarele:

plcile sunt nelimitate;

electrozii de contact sunt cu seciune circulara;

conductibilitatea termic a electrozilor este mai mare dect conductibilitatea termic a materialelor de sudat.

n aceste condiii cmpul termic va fi simetric fa de axa electrozilor OZ, izotermele reprezentnd suprafee de rotaie n jurul acestei axe. Variaiile temperaturii atinse n anumite puncte va fi urmrit n lungul axei OZ a electrozilor i pe direcie radial, n lungul axei OR.

Temperatura maxim se atinge n centrul nucleului, putnd ntrece temperatura de topire a materialului de sudat cu 350-500C.

Urmrind variaia temperaturii ]n lungul axei OZ, temperatura scade rapid din cauza transmiterii cldurii ctre electrozii de contact, ce au o conductibilitate termic mare. La suprafaa de contact cu electrozii, temperatura ajunge la cel mult (0,4-0,6) din temperatura de topire a materialului. Temperatura scade i n sensul axei OR, pe msura ndeprtrii de nucleu, datorit transmisiei cldurii n piesele de sudat. Zona nclzit va fi mai extins dac se sudeaz n regim moale sau materialul are o conductibilitate termic ridicat (curba 2) fa de sudarea n regim dur sau a materialelor cu conductibilitate termic redus (curba 1).

Cunoaterea cmpului termic la sudare permite calculul cantitii de cldur necesar la sudare Q, care va fi:

(2.24)

n care:

Q1 este cldura necesar nclzirii coloanei de metal cuprinse ntre electrozii de contact;

Q2 cldura absorbit de metalul din jurul coloanei centrale (din ZIT);

Q3 cldura transmis electrozilor;

Q4 cldura cedat mediului ambiant prin suprafaa pieselor supuse sudrii; datorit timpilor foarte scuri de sudare, aceast cldur poate fi neglijat, deci Q4=0.

Pentru simplificarea calculelor, se consider cmpurile termice convenionale reprezentate n figura 2.21.

Cantitatea de cldur Q1 se calculeaz n ipoteza c tot materialul dintre electrozi, cu diametrul nucleului dn se nclzete pn la temperatura de topire Tt. Nu se ine seama de cldura latent de topire deoarece se consider temperatura constant pn la suprafaa de contact cu electrozii, dei acesta nu depete (0,4-0,6)Tt. Rezult deci:

(2.25)

Coloana central este nconjurat de zona influenat termic, de form inelar, n care temperatura scade de la temperatura de topire Tt pn la temperatura mediului ambiant T020.

Extinderea zonei nclzite prin conducie crete o dat cu difuzivitatea termic a materialului i cu timpul de nclzire (respectiv de sudare ts), dup relaia:

(2.26)

unde K4 depinde de conductibilitatea termic a materialului, avnd valoarea: 1,2 pentru oel carbon, 3,1 pentru aliaje de aluminiu, 3,6 pentru cupru.

n acest caz, cldura necesar Q2 transmis n zona inelar de diametru D=dn+2X, considernd temperatura medie 0,5Tt, va fi:

(2.27)

(2.28)

Pentru calculul cldurii absorbite de electrozi se consider c acetia se nclzesc pe lungimea X2 (calculat cu constanta K4 pentru cupru) cu o temperatur medie 0,25Tt (de la 0,5Tt la suprafaa de contact cu T0=20C). Rezult:

(2.29)

n relaie a fost introdus un coeficient de corecie K5 care ine seama de vrful electrodului, care determin cantitatea de cldur transmis n electrozi. Acest coeficient, determinat experimental, are valorile: 1 pentru vrf cilindric; 1,5 pentru vrf conic; 2 pentru vrf sferic.

n electrozii de contact se pierde o cantitate important de cldur, ajungnd la 30-50% din cantitatea total de cldur degajat.

Neglijnd cldura pierdut n mediul nconjurtor pe durata sudrii, datorit timpului scurt n care se efectueaz sudarea n puncte, cldura necesar la sudare va fi:

(2.30)

2.2.2. Procesul metalurgic al formrii punctului de sudurSudarea n puncte, sub aspectul metalurgic, const n aducerea materialului la temperatura de topire, urmat apoi de o rcire a unui volum determinat de metal situat la contactul dintre componentele care se sudeaz.

Perioada de nclzire corespunde duratei de trecere a curentului de sudare prin componentele de sudat. Ca rezultat al aciunii comune de nclzire i cedare a cldurii, naintea apariiei unei faze lichide, se formeaz ntre componentele de sudat un nucleu cu gruni cristalini comuni, care cuprinde atomi ai ambelor componente. Dac s-ar ntrerupe curentul electric prin piesele de sudat ntr-un asemenea moment, atunci s-ar obine o mbinare sudat cu caliti slabe. Dac curentul de sudare nu se ntrerupe n acest stadiu, nucleul format se topete i extinderea lui depinde de durata de trecere a curentului. Nucleul de metal topit este nconjurat de o zon influenat termomecanic (ZITM), n care temperatura variaz de la temperatura de topire a nucleului pn la temperatura ambiant. Totodat, aceast zon este supus i solicitrilor mecanice, datorit forelor de apsare aplicate electrozilor de contact i presiunii exercitate de metalul lichid din nucleu, care are tendina de evacuare n exterior. n figura 2.22. este reprezentat schematic variaia temperaturii n jurul nucleului topit, n cazul sudrii a dou table din oel moale. n fia central A se gsete nucleul topit, n jurul cruia temperatur este inferioar temperaturii de topire. Temperatura n fia B este mult superioar temperaturii de transformare critic; n fia C temperatura atinge aproape temperatura critic; fia D este adus la o temperatur inferioar temperaturii critice, iar fia E este rmas la temperatura ambiant.

Cnd curentul este ntrerupt, se termin perioada de nclzire i acest lucru marcheaz nceputul celei de-a doua faze, respectiv, rcirea sau solidificarea nucleului topit. Aceast rcire are o mare importan cu privire la caracteristicile mbinrii sudate.

Rcirea poate avea loc n dou moduri diferite.

Nucleul se rcete liber, fora de apsare aplicat se ntrerupe o data cu ntreruperea curentului de sudare;

Nucleul se rcete cu meninerea forei de apsare un anumit timp dup ntreruperea curentului de sudare.

Rcirea nucleului topit progreseaz de la exterior spre centru, fiind cu att mai mare cu ct gradientul de temperatur este mai ridicat. Schimbul de cldur se stabilete ntre o surs rece zona exterioar nucleului i o surs cald nucleul topit.

n cazul rcirii sub presiune sursa rece, meninut la o temperatur aproape constant, este constituit din electrozii de contact, rcii cu ap i din masa metalic a componentelor, care nconjoar nucleul topit. Cristalizarea ncepe de la periferia zonei B i are loc sub form de dendrite care converg spre centrul punctului. n continuare structura i mrimea grunilor este funcie de temperatura atins.

n cazul rcirii libere, solidificarea se aseamn cu rcirea unei mase de metal topit ntr-o cochil, aceasta fiind constituit din metalul netopit al componentelor care nconjoar nucleul. n acest caz singura surs rece fiind constituit din masa metalic a componentelor, schimbul de cldur este mai lent dect n cazul precedent, iar fia supranclzita (respectiv zona imediata nucleului) este mai mare. Solidificarea ncepe de la exterior spre interior sub forma unor dendrite mari, iar prin contracia zonelor periferice solidificate se formeaz n interiorul punctului sudat retasuri. n plus, pot apare sufluri i pori care alturi de retasuri, constituie amorse de fisuri. Structura cu gruni mari, care se formeaz n exteriorul nucleului solidificat, este fragil i nedorit.

Caracteristicile mecanice ale punctelor sudate, rcite sub presiune, sunt superioare celor obinute prin rcire liber, celelalte condiii de sudare fiind aceleai pentru ambele moduri de rcire.

2.2.3. Procesul mecanic al formrii punctului de sudurProcesul mecanic la sudarea prin presiune este reprezentat prin aciunea forei de apsare n timpul operaiei de sudare.

n decursul unui ciclu de sudare, exist trei faze consecutive de acionare a forei de apsare: prinderea componentelor n vederea sudrii, sudarea propriu-zis sub efectul forei i forjarea (tratamentul sudurii).

n prima faz, fora de apsare are rolul de a apropia componentele una de cealalt i de a realiza un contact ct mai intim ntre ele, n locul n care trebuie efectuat punctul de sudur. La alegerea forei, n aceast faz, trebuie s se in seama de faptul c tablele nu sunt ntotdeauna perfect plane i deci ele trebuie deformate spre a ajunge n contact (figura 2.23.a.).

n faza a doua, n timpul trecerii curentului de sudare, fora de apsare aplicat electrozilor de contact produce o deformare plastic a suprafeei cuprins ntre acetia. Deformarea plastic a zonei care nconjoar nucleul topit este favorabil, deoarece mpiedic expulzarea metalului lichid prin spaiul dintre componente. Concomitent se produc dilatri (figura2.23.b.) ale zonelor nclzite, care parial sunt anihilate de fora de apsare.

n ultima faz, cnd deja este format nucleul topit i ncepe s se solidifice, se produc contracii (figura2.23.c.) ale metalului lichid. Dac aceste contracii se produc liber, n punctul de sudur pot s apar defecte tipice de turnare: retasuri, pori, structur dendritic mare, etc. Prin meninerea forei de apsare (de obicei i mrit) dup ntreruperea curentului de sudare se realizeaz forjarea punctului de sudur cald, mbuntindu-i proprietile mecanice. La sudarea materialelor mai groase prin efectul de presare se evit formarea retasurilor i a porilor. Totodat, amprentele (figura2.23.d) lsate de electrozi n piese cresc. Adncimea admis a acestora este, n general:

(2.31)

Schematic, principalele etape ale formrii punctului sudat pot fi urmrite n figura 2.24., i anume:

1. nceperea nclzirii;

2. sudare n solid;

3. apariia nucleului;

4. extinderea nucleului;

5. solidificarea nucleului.

2.2.4 Geometria punctului de sudurRezultatul unei operaii de sudare este mbinarea pieselor printr-un punct de sudur, situat n planul de separaie dintre acestea si format din metal topit i solidificat din ambele piese.

Dac se efectueaz o seciune transversal printr-o mbinare sudat n puncte ntre dou table, prin prelucrare metalografic se poate observa geometria punctului sudat si vecintile acestuia (figura 2.25.).

Pe figur se poate observa diametrul punctului de sudur (d1), diametrul amprentei lsate de electrozi n piese (d2), ca urmare a strngerii acestora cu o anumit for i respectiv adncimea amprentei (h2), nlimea punctului de sudur (h1), zona influenat termomecanic (ZITM), precum si faptul ca ntre piese apare o separare, aceasta datorit efectului de rcire, care provoac contracii ale materialului de baz. Diametrul punctului de sudur poate ajunge la 90-110% din diametrul activ al electrodului. Caracteristicile mecanice ale mbinrii sunt n principal influenate de mrimea nucleului topit i n particular de diametrul su n planul celor dou table. Dac puterea electric este prea mic, nucleul topit este mic, poate chiar inexistent; n acest caz caracteristicile mecanice ale mbinrii vor avea valori mici. Dac se crete puterea electric furnizat, atunci zona topit se extinde i punctul este mai rezistent la solicitrile mecanice. n acelai timp, trecnd de un anumit prag i sub efectul presiunii mecanice exercitate se poate observa evacuarea metalului topit sub form de scntei (fenomen numit expulzare), iar calitatea punctului se poate degrada. n prim faz la sudare, nlimea i diametrul punctului de sudur cresc n aceeai msur, urmnd ca apoi acesta s se dezvolte mai mult n diametru dect n nlime. Acest lucru se datoreaz faptului ca fora de strngere blocheaz creterea punctului n nlime, dar favorizeaz dezvoltarea lui n prile laterale unde nu este constrns de nici un obstacol i att timp ct curentul de sudare este conectat.

Tot datorit aciunii forei, la finalul operaiei de sudare poate fi observat o amprent n piese. Diametrul acesteia este de acelai ordin de mrime cu al diametrului activ al electrodului, iar adncimea ei depinde de mrimea forei, timpul de strngere al pieselor ntre electrozi i de natura materialului ce se sudeaz.

La finalul procesului de sudare, n procesul de rcire al punctului apar contracii n materialul de baz, fapt ce duce la discontinuitatea asamblrii (acest lucru este evideniat prin separarea pieselor).

2.3. Parametrii regimului de sudare n puncteParametrii regimului de sudare sunt acele mrimi pe care sudorul le poate regla de la panoul de comand i anume: intensitatea curentului de sudare Is [A], timpul de sudare sau durata conectrii curentului de sudare ts [sec sau perioade] i fora de apsare aplicat electrozilor de contact F [N].

n afar de parametrii menionai, calitatea sudrii este influenat i de factorii tehnologici: grosimea materialului, diametrul la vrf al electrozilor de contact, calitatea suprafeelor n contact a componentelor de sudat, precum i factorii constructivi: influena circuitului secundar i a masei magnetice introdus ntre braele instalaiei de sudat, fenomenul de untare, amplasarea punctelor fa de marginea componentelor de sudat, pasul ntre punctele sudate, direcia de solicitare, etc.

2.3.1. Intensitatea curentului de sudare

Dup cum s-a artat anterior, cantitatea de cldur dezvoltat local prin trecerea curentului de sudare este proporional cu complexul de rezistene R, cu ptratul intensitii curentului de sudare Is i cu timpul de trecere a curentului de sudare ts (relaia 2.2). Se constat c pentru un anumit F=ct, pentru a obine cantitatea necesar de cldur se poate aciona asupra parametrilor ls i ts. Acetia se intercondiioneaz reciproc. adic la o intensitate de curent dat corespunde un timp determinat, existnd un mare numr de combinaii care dau aceeai valoare a lui:

EMBED Equation.3 (2.32)Dar, nu se poate micora pn la infinit valoarea lui ls i majora valoarea timpului ts. Exist o intensitate a curentului minim, Imin, sub care formarea punctului de sudur nu mai este posibil. Valoarea minim a intensitii curentului, sau ntr-un mod mai general a densitii de curent pe suprafaa de contact dintre electrod si componenta de sudat, este aceea, la care cantitatea de cldur dezvoltat n zona de sudare este superioar pierderilor de cldur, prin conducie i radiaie, prin componente, electrozii de contact si aer. Aceast intensitate minim depinde de caracteristicile componentelor de sudat, de grosimea lor, diametrul la vrf al electrozilor i de fora de apsare aplicat electrozilor de contact.

Pentru fiecare caz n parte de sudare n puncte, cu dimensiuni date ale punctului si cu o valoare determinat a forei de strngere se poate trasa o diagram, care d relaia ntre intensitatea curentului de sudare ls i timpul de sudare ts. (figura 2.26.).Curbele Is= f(ts) pentru F=constant, dup cum se vede din figur, delimiteaz trei zone caracteristice:

zona A, n care energia termic necesar pentru sudare este insuficient, corespunde domeniului sudurilor n stare solid; zona B, corespunde unei combinaii a parametrilor Is si ts care asigur o calitate bun punctelor de sudur (zona de sudabilitate); zona C, n care energia termic este mai mare dect cea necesar, este o zon de supranclzire i de mprocare de metal topit.

Pentru un curent Is, inferior curentului Imin, sudarea nu poate avea loc, indiferent de valoarea timpului ts. Componentele se nclzesc, dar cldura dezvoltat se disip n ele pe msur ce se produce. Pentru o intensitate I2, superioar lui I1, la timpii t1, t2, t3, t4, nu se produce o topire n locul de mbinare. Dup timpul t5 temperatura crete i punctul se formeaz odat cu creterea timpului de la t5 la t7. La o intensitate de curent l3 superioara lui I2, temperatura de topire este atins dup un timp t2 inferior lui t5.

Zona B, care caracterizeaz domeniul de variaie admis a parametrilor Is, ts, este bine delimitat pentru fiecare metal. Pentru unele metale aceasta zon este ngust, necesitnd o reglare precis a parametrilor Is si ts.

Dac pentru un timp de sudare t4 valoarea intensitii curentului este I4, pentru un efort de compresiune dat, cantitatea de cldur dezvoltat n zona de sudare este excesiv i apare fenomenul de expulzare de material topit. Dac se mresc in continuare valorile parametrilor Is si t5 mprocarea se amplific.

Curentul de sudare poate fi constant n timpul sudrii, variabil sau sub form de impulsuri, dup cum urmeaz (vezi cap. 2.3.4.):

curent sub form de impuls constant, n cazurile simple de sudare; curent sub form de impuls variabil. Valoarea iniial mic asigura o prenclzire a materialului componentelor de mbinat i este urmat de creterea intensitii n scopul formarii nucleului topit. Pentru reducerea vitezei de rcire se poate menine un curent cu o valoare mai mic; curent sub form de impulsuri repetate, ce asigur nclzirea treptat a mbinrii; curent din dou impulsuri. Primul impuls realizeaz sudarea, iar al doilea tratamentul termic ulterior sudrii.Curentul de sudare necesar crete odat cu grosimea componentelor de sudat O valoare orientativ pentru intensitatea curentului Is, (n A) la sudarea unor table din otel cu procent redus de carbon, cu grosime s (n mm), se poate stabili cu relaia:

(2.33)

Se menioneaz c, n funcie de preteniile fa de calitatea punctului sudat si de alte inconveniente, pot interveni situaii n care curentul utilizat s difere chiar cu 50% fata de valoarea calculat de mai sus.Valoarea curentului de sudare depinde de: materialul i dimensiunile componentelor de sudat, ritmul de sudare impus, precum i de lungimea circuitului secundar exterior i a masei magnetice introduse ntre braele instalaiei i fenomenul de untare.

Intensitatea poate fi stabilit i n funcie de: mrimea suprafeei de contact, ansamblul electrod-piesa si densitatea de curent, j [A/mm2] necesar sudrii, n ipoteza repartizrii uniforme a curentului n seciunea sa de trecere.

n scopul obinerii unor puncte sudate de calitate, densitatea curentului de sudare trebuie s fie cu att mai mare cu ct urmtoarele mrimi au valori mai mici:

rezistena de contact dintre piese; rezistena electric a materialului pieselor cuprinse ntre vrfurile electrozilor, ce depinde de rezistivitatea i grosimea componentelor; timpul de sudare; randamentul procesului de sudare, care la rndul lui depinde de conductibilitatea termic i grosimea componentelor.Plecnd de la relaia cantitii de cldur Q necesar la sudare pentru topirea volumului de metal ce formeaz punctul de sudur, pentru un anumit metal se poate scrie:

(2.34)

unde: - randamentul procesului de sudare; K - echivalentul n calorii al unui joule; R - rezistena complex, n ; I5 - curentul de sudare, n A; ts - timpul de sudare, n secunde; K1 - constant ce depinde de proprietile metalului ce se sudeaz; V - volumul punctului de sudur, n cm3.Considernd c nlimea punctului sudat este proporional cu grosimea pieselor ce se sudeaz, iar acestea au fiecare grosimea s, se poate scrie

(2.35)

unde este seciunea punctului sudat.

Dac se consider c rezistena R are o valoare medie ce se presupune constant, rezult:

(2.36)

(2.37)

(2.38)

Pentru un timp de sudare egal cu unitatea (o perioad este egal cu 0,02 secunde) relaia devine:

(2.39)

Valoarea lui K (A/mm2), pentru o perioad de 0,02 secunde, s-a determinat experimental avnd mrimi diferite funcie de materialul care se sudeaz (tabelul 2.3.).

n general densitatea de curent trebuie s fie mai mare la sudarea tablelor subiri, comparativ cu sudarea tablelor groase.

Densitatea curentului de sudare este dependent i de dimensiunile capetelor electrozilor de contact. Modificarea densitii curentului de sudare ca urmare a tocirii capetelor electrozilor impune intervenii asupra sistemului de reglaj al intensitii curentului de sudare.

2.3.2. Timpul de sudare

Alturi de intensitatea curentului, timpul de sudare contribuie direct la formarea punctului de sudur i depinde de curentul de sudare, natura materialului i dimensiunile componentelor de sudat, de gradul de curire al suprafeelor n contact.

Se obinuiete ca la reglarea timpului de sudare, acesta s se calculeze n perioade. Pe msura creterii timpului de trecere a curentului de sudare, crete i diametrul punctului sudat, obinerea diametrului dorit putndu-se realiza ntr-un timp mai scurt n funcie de valoarea timpului de sudare. Acest lucru este artat n figura 2.27.

Pentru un timp de trecere a curentului t1, foarte scurt, nu se formeaz nici un punct de sudur, chiar dac se folosete curentul I6. Pentru timpii t2 si t3, se constat formarea unui punct de sudur din ce n ce mai mare, iar pentru timpii t4,t5, t6 diametrul practic se stabilizeaz. n aceast poriune a curbei, toat energia caloric nmagazinat este evacuat n exterior, prin componentele de sudat i electrozii de contact i nu contribuie deci la topirea n continuare a materialului.

O reglare buna a timpului de sudare corespunde lui t4, punct aflat pe cotul curbei. Se evit timpii pe partea ascendent a curbei unde o mic variaie a timpului de sudare produce o variaie mare a diametrului punctului. Astfel pentru curba I5, pentru timpul t2, corespunde diametrul 2 mm sau pentru timpul t5 corespunde diametrul 5 mm.

Curbele sunt diferite pentru componente subiri (pn la 3 mm) i groase (pn la 5 mm); spre exemplificare n figura 2.28. este prezentat variaia diametrului punctului de sudur funcie de ts pentru table din otel carbon cu s = 1 mm (pentru Is, F=ct), iar n figura 2.29., aceeai variaie pentru table din otel carbon cu s = 3 mm (Is, F=ct.).

Timpul de meninere a curentului de sudare ts, crete odat cu grosimea s. Pentru table cu grosimea s < 3 mm se pot calcula valori orientative ale timpului de sudare (n secunde), cu relaiile practice:, pentru regimuri dure; , pentru regimuri moi.

2.3.3. Fora de apsare

mpreun cu ceilali doi parametri, fora de apsare este la fel de important n formarea punctului de sudur, din cauza influenei asupra localizrii punctului i a rezistenei de contact. n subcapitolele anterioare s-a prezentat deja modul cum influeneaz fora de apsare asupra rezistenei de contact i rolul pe care l are n decursul unui ciclu de sudare.

n figura 2.30. este reprezentat variaia diametrului punctului de sudur n funcie de fora de apsare aplicat electrozilor de contact pentru cazul sudrii a dou table de oel carbon. S-a constatat c, pentru o anumit intensitate de curent, un timp de sudare dat i dimensiuni constante ale electrozilor de contact, diametrul punctului de sudur scade cu creterea forei de strngere, aceasta datorndu-se scderii rezistentei de contact. Exista o interdependen i ntre fora de apsare i curentul de sudare. n figura 2.31. este reprezentat, limita dintre domeniul sudurilor fr expulzri i domeniul cu expulzri de material topit i cu amprente adnci, lsate de electrozii de contact. Se observa o variaie exponenial a acestei granie.

n practica sudrii n puncte, fora de apsare poate sa fie constant n tot timpul formrii punctului de sudur sau poate sa fie variabil (vezi cap. 2.3.4. - cicluri de sudare).

Valoarea necesar forei F depinde de grosimea componentelor de sudat. n cazul oelului cu coninut n carbon C < 0,2 %, valorile orientative se pot calcula cu relaia:

(2.40)n care F este fora de apsare n daN, iar s grosimea componentelor de sudat, n mm.Fora necesar crete odat cu rezistena materialului la deformare plastic, dar depinde i de caracterul regimului de sudare folosit. La un regim dur de sudare, datorit extinderii mai reduse a zonei nclzite, fora de apsare trebuie sa fie de 1,5..2 ori mai mare dect n regim moale.

Fora de apsare poate fi calculat n funcie de presiunea specific p [MPa] necesar realizrii deformrii plastice i seciunea punctului de sudat, recomandndu-se valorile: 7-12 MPa pentru otel carbon cu coninut redus de carbon; 13-25 MPa pentru oel aliat inoxidabil; 8-25 MPa pentru aluminiu i aliajele sale.

n domeniul indicat se aleg valori din ce n ce mai mari, odat cu creterea grosimii componentelor de sudat. Acestea se justific prin faptul c la table mai groase, solidificarea nucleului se face cu ntrziere.2.3.4. Tipuri de regimuri de sudare n puncte

n funcie de caracteristicile materialului de sudat se pot obine puncte de sudur cu aceeai rezisten mecanic, folosind diferite combinaii ale parametrilor regimului de sudare. Dup cum rezulta din figura 2.25 pentru valori ale intensitii curentului egale sau ceva superioare intensitii minime de sudare, timpul de sudare trebuie s fie foarte lung. n acest caz sudarea se produce lent, corespunztor unui regim de sudare moale. Pentru valori ale intensitii curentului mult superioare intensitii minime de sudare, timpul de sudare este foarte scurt ceea ce corespunde unui regim de sudare dur.

n cazul regimului dur, numai zona punctului de sudur este adus la o temperatur ridicat, sudarea terminndu-se nainte ca suprafaa elementelor de sudat n contact cu electrozii s ating o temperatur ridicat. Ca atare, capetele electrozilor sunt meninute la o temperatur sczut pstrndu-se la valoare iniial duritatea i diametrul la vrf. Densitatea de curent rmne astfel constant, asigurndu-se o bun repetabilitate a valorii rezistenei punctelor sudate.

n cazul regimului moale, se nclzete un volum mare de metal, care depete zona punctului de sudur, iar electrozii n contact cu metalul n stare plastic las n componentele de sudat amprente adnci.

Timpul lung de sudare face ca rezistena iniial de contact s joace un rol relativ mai puin important n ceea ce privete stabilirea cmpului termic final. n aceste condiii, deci, starea iniial a suprafeelor componentelor influennd n mai mic msur dimensiunile i rezistena punctului sudat, este admis o pregtire mai puin pretenioas a lor.

n figura 2.32. este reprezentat forma punctului sudat obinut cu un regim dur i cu un regim moale de sudare.

Din compararea dimensiunilor punctelor obinute cu cele doua regimuri de sudare rezulta:

d1 > d2, ceea ce nseamn c rezistena la forfecare a punctului sudat cu regimul dur este mai mare dect a celui obinut cu un regim moale de sudare; h1 < h2, ca atare la regimul moale se obine mai mult metal topit, deci mai mult structur dendritic, care este mai fragil i mai puin rezistent; la regimul dur h10,3 H, iar la regimul moale h20,9H.Alegerea ntre regimurile de sudare moi i cele dure se face de la caz la caz, inndu-se seama de particularitile lor, de condiiile impuse punctului sudat.

Avantajul principal al regimului moale const n aceea c nu necesit maini de sudat de putere mare. Dezavantajele regimului moale sunt:

necesit timpi lungi de sudare, deci productivitatea este mic; produce amprente adnci i deformaii mari; ia natere o structur dendritica grosolan, deci sudura cu rezisten mecanic mai mica; energia necesar pentru realizarea unui punct este mai mare, din cauza cldurii transmise ctre prile mai reci ale componentelor; necesit o reparaie frecvent a electrozilor de contact.Regimul dur s-a generalizat datorita avantajelor care le prezint:

pierderile calorice prin conducie n componentele de sudat si electrozi sunt mai sczute dect la regimul moale; necesit timpi de sudare scuri i deci productivitatea se mrete; produce deformaii minime; consumul electrozilor i al energiei electrice este mai mic.Dezavantajele regimului dur constau n aceea c necesit maini de sudat de putere mare i o situaie energetic bun n ntreprinderi.

Regimul dur se impune pentru diferite situaii de asamblare, ca o condiie indispensabil. Astfel, se utilizeaz n cazul materialelor cu o conductibilitate termica i electric ridicat, ca de exemplu aluminiul i aliajele sale, n cazul pieselor de form special, care necesit o localizare a dezvoltrii ntr-o zona ngust, precum i n cazul sudurii metalelor cu temperatura de topire mult diferit.

Timpul de sudare influeneaz, viteza de rcire a punctului, dup ntreruperea curentului. Prin nclzirea mai lent a componentelor de sudat, deci prin folosirea unor regimuri moi de sudare, rezult i o rcire mai lenta. La acest regim de sudare sunt pierderi termice mari, pierderi care sunt utilizate pentru reducerea gradientului de temperatur. Regimurile moi se folosesc la sudarea oelurilor cu coninut de carbon mai mare de 0,1% i a unor oeluri aliate, pentru diminuarea efectului de contracie i evitarea fisurilor.2.3.5. Cicluri de sudare n puncte

Ciclurile de sudare reprezint variaia n timp a principalilor parametrii de sudare: curentul de sudare ls i a forei de apsare F, n diverse faze de formare a punctului de sudur. n anumite condiii se prezint n cadrul ciclului de sudare i variaia temperaturii n nucleul punctului de sudur.

Dup cum s-a artat, aceti parametrii pot fi constani sau se pot modifica n timpul sudrii n funcie de grosimea componentelor de sudat, caracteristicile mecano-metalurgice ale acestora, calitatea i rezistena mbinrii, n strns concordan cu performanele instalaiei de sudare n puncte.

Dup modul de combinare a acestor variante, n cazurile concrete de sudare se deosebesc mai multe variante de cicluri de sudare n puncte.2.3.5.1. Cicluri de sudare cu for de apsare constant

Ciclurile de sudare cu for de apsare constant (F=constant) sunt reprezentate in figura 2.33.

Deplasarea electrodului pe durata ciclului de sudare poate fi urmrit n figura 2.33.a., n care: te1- este timpul de coborre al electrodului; te2 - timpul de contact al electrodului cu suprafaa pieselor de sudat; te3 - timpul de ridicare al electrodului.

Variaia forei de apsare, pe durata de contact a electrozilor, se poate urmri n aceeai figur, unde: tF1 - timpul de aplicare a forei de apsare; tF2 - timpul de meninere constant a forei de apsare: tF3 - timpul de anulare al forei de apsare.

Dup modul de aplicare a curentului se deosebesc urmtoarele cicluri:

Sudarea cu un singur impuls constant de curent (figura 2.33.a.). Dup ce fora de apsare a atins valoarea necesar F, constant pe toat durata procesului, se conecteaz un curent de sudare, constant pe durata ts (timpul de sudare). Temperatura n nucleul punctului de sudare crete pn la o temperatur mai mare dect temperatura de topire a materialului componentelor. Conectarea curentului se realizeaz dup timpul ti1, iar deconectarea n timpul ti2. Dup aplicarea i respectiv anularea forei de apsare, aceti timpi sunt: ti1 - timp de ntrziere a curentului fa de fora de apsare; ti2 - timp de ntrziere a forei fa de ntreruperea curentului de sudare.

n toate variantele sudrii n puncte, curentul de sudare se conecteaz dup atingerea valorii prescrise pentru fora de apsare. n caz contrar, dac electrozii se afla sub tensiune n momentul n care ating suprafaa pieselor de sudat sau dac fora de apsare nu are nc o valoare suficient de mare, datorit rezistenelor de contact mari, pot s apar supranclziri locale ce deterioreaz suprafaa mbinrii sudate sau a electrozilor.La un interval de timp, ti2, msurat din momentul ntreruperii curentului, fora de apsare se anuleaz. Rolul timpului de ntrziere este de a menine sub presiune nucleul topit, astfel ca micorrile de volum datorate contraciei n timpul solidificrii s nu duc la apariia unor goluri de contracie. n acelai timp, se evit arderea superficial a suprafeei pieselor i a electrozilor, fenomene ce ar aprea dac fora de apsare ar fi ntrerupt nainte de ntreruperea curentului.Acest ciclu se aplic la sudarea oelurilor cu coninut redus de carbon i grosime mic (s