22994587 sudarea mig mag

Download 22994587 Sudarea Mig Mag

If you can't read please download the document

Upload: suflet-de-copil

Post on 26-Jul-2015

609 views

Category:

Documents


80 download

TRANSCRIPT

MIRCEA BURCASTELIAN NEGOITESCUSUDAREA MIG/MAGEditia a II-aEDITURA SUDURA TIMISOARA 2004Referenti stiintifici: Prof.dr.ing. Voicu Safta Prof.dr.ing. Livius MilosDescrierea CIP a Bibliotecii NationaleBURCA, MIRCEA Sudarea MIG/MAG / Mircea Burca, Stelian Negoitescu Ed. a 2-a, rev. Timisoara: Sudura, 2004 Bibliogr. ISBN 973-8359-22-8 I. Negoitescu, Stelian 621.791.5Copyright Editura Sudura 2004 Toate drepturile rezervate editurii. Nici o parte din aceasta lucrare nu poate fi reprodusa, stocata sau transmisa prin indiferent ce forma, fara acordul prealabil 973-8359-22-8 scris al Editurii Sudura. ISBNSUDURA Timisoara EDITURABd. Mihai Viteazu nr. 30; tel./fax: 0256-228076 Consilier editorial ing. Takcs RudolfCuvnt nainte la editia a II-a Prima editie a lucrarii Sudarea MIG/MAGa fost lansata la finele anului 2002 si este epuizata n momentul de fata. Actualmente exista numeroase solicitari pentru alte exemplare, ceea ce a determinat Editura Sudura sa propuna autorilor reeditarea acestei lucrari care se bucura de un interes deosebit n rndul specialistilor, dar nu numai. Aceasta reflecta actualitatea temei abordate si preocuparea factorilor de decizie din industrie n implementarea sudarii MIG/MAG n productia de structuri sudate din Romnia. Fata de prima edit ie, autorii au revizuit si actualizat informatiile cu privire la aspectele teoretice si de ordin tehnologic ale procedeului, respectiv aspectele privitoare la echipamentul de sudare MIG/MAG. Se distinge n mod deosebit completarea cu un capitol nou dedicat sudarii cu srma tubulara. Sunt analizate aspectele teoretice si particularitatile specifice procedeului, fiind evidentiate avantajele de ordin tehnologic comparativ cu sudarea MIG/MAG clasica, n principal cresterea productivitatii si calitatii la sudare. Sudarea cu srma tubulara ST, n cele doua variante cu protectie suplimentara respectiv cu autoprotectie, reprezinta o tehnica utilizata pe larg n tari dezvoltate precum SUA si JAPONIA. Interesul tot mai crescut din ultima vreme din partea executantilor de structuri sudate pentru exploatarea avantajelor srmei tubulare va determina si n Romnia o crestere si extindere a procedeului, n detrimentul acelui aparent dezavantaj (mult vehiculat la noi) legat de costul mai ridicat al srmei tubulare comparativ cu srma plina, ceea ce justifica pe deplin abordarea acestui capitol de catre autorii lucrarii. n scurtul interval de timp care a trecut de la prima editie, ponderea de utilizare si de aplicare a sudarii MIG/MAG a crescut sensibil, att pe plan mondial, n Europa, ct mai ales n t ara noastra care are de recuperat o importanta ramnere n urma n domeniul sudarii n mediu de gaze protectoare MIG/MAG, depasind previziunile facute n ultima decada a secolului trecut privind perspectiva procedeului la nceput de mileniu. Cu ocazia celei de a 56-a Adunari Anuale a Institutului Internat ional de Sudura (IIS/IIW) care a avut loc la Bucuresti n iulie 2003, s-a aratat ca n Europa sudarea manuala cu arc electric scade cu cca. 5-8% anual, cea sub strat de flux cu cca. 2-3% pe an, iar procedeul MIG/MAG compenseaza din plin scaderile amintite. ndeosebi Romnia are o imperioasa nevoie de substituire a procedeului de sudare manuala cu electrozi nveliti (nca aplicat pe scara larga) prin aceast procedeu modern, iar lucrarea celor doi dascali, specialisti recunoscuti si apreciati ai Politehnicii Timisorene, reprezinta un argument important si un suport de referinta solid, n dezvoltarea si edificarea unei industrii romnesti moderne si competitive. Timisoara, la 25 iunie 2004 Dr. Ing. NICOLAE JONIPrefata la edit ia I-a Dezvoltarea sudarii, ca proces tehnologic de mbinare a materialelor metalice, din ultimii 10-15 ani este indisolubil legata de dezvoltarea sudarii n mediu de gaze protectoare n general si de sudarea MIG/MAG si cu srma tubulara n special. Se apreciaza ca ponderea de aplicare a sudarii MIG/MAG pe plan mondial se ridica la acest nceput de mileniu la un procent de 60-70% din totalul productiei de structuri sudate. La baza acestei dezvoltari dinamice stau avantajele incontestabile ale sudarii MIG/MAG si anume productivitatea ridicata, respectiv usurinta cu care procedeul se preteaza la mecanizare, automatizare sau robotizare. La acestea se mai adauga n mod special, dezvoltarea si perfectionarea echipamentelor si instalatiilor de sudare MIG/MAG. Din 1956, cnd Carl Cloos a inventat primul echipament de sudare MIG/MAG si pna n prezent - prin implementarea si tehnologia electronicii de putere, a invertorului si a microprocesorului n constructia acestora, performantele tehnologice si de ansamblu ale procedeului au crescut nencetat. Cartea Sudarea MIG/MAG se nscrie n contextul n care implementarea sudarii MIG/MAG n Romnia cunoaste aceeasi tendinta ascendenta existenta pe plan mondial, dar cu o ntrziere de 20 de ani si cu recuperarea unei perioade de aproape 50 de ani. Pe de alta parte aparitia unei lucrari de referinta n domeniul sudarii n mediu de gaze protectoare se impunea cu necesitate avnd n vedere numarul redus de referinte bibliografice n acest domeniu, dar si evolutia procedeului si a echipamentului din ultimul timp, cu att mai mult cu ct interesul pentru acest procedeu n rndul specialistilor, dar nu numai este tot mai mare. Lucrarea este structurata n principal pe doua problematici si anume aspectele de ordin tehnologic ale procedeului, respectiv aspectele legate de echipamentul de sudare. Sistematizarea si analiza unitara a problemelor tehnologice specifice sudarii n mediu de gaze protectoare MIG/MAG precum, materialele de sudare, definirea fortelor dezvoltate n arcul electric si actiunea lor n procesul de transfer, descrierea tipurilor de transfer al picaturii de metal topit s i caracterizarea acestora, parametrii tehnologici de sudare si actiunea lor asupra procesului de sudare sau asupra cusaturii sudate, modul de elaborare a tehnologiei de sudare si particularitatile acesteia, etc., permit 5ntelegerea profunda si facila a fenomenelor care guverneaza sudarea MIG/MAG. Alcatuirea si analizarea distincta a partilor componente ale echipamentului de sudare MIG/MAG ca, sursa de sudare, dispozitivul de avans al srmei electrod, pupitrul de comanda, pistoletul de sudare, etc, constituie un capitol important al cartii, util celor interesati de exploatarea si ntretinerea acestor echipamente. Se remarca prezentarea inedita a surselor de sudare sinergica pentru sudarea n curent pulsat. Tehnologiile cadru de sudare MIG/MAG prezentate n anexe si propun sa usureze munca tehnologului n elaborarea tehnologiilor de sudare, putnd contribui la importante economii de timp, manopera, energie, materiale. La baza cartii stau experienta teoretica si practica a autorilor ei, dascali ai renumitei scoli politehnice timisorene, specialisti cunoscuti si apreciati n domeniu pentru bogata activitate didactica si stiintifica desfasurata la catedra sau n cadrul contractelor de cercetare. Lucrarea se adreseaza n primul rnd specialistilor care lucreaza n domeniul sudarii n general si al sudarii MIG/MAG n special, pentru cresterea nivelului de pregatire teoretica si practica, studentilor de la sectiile de specialitate care doresc sa-si dezvolte si sa aprofundeze cunostintele acumulate la cursuri, persoanelor din intreprinderi sau firme private care doresc sa se documenteze si sa implementeze sudarea n mediu de gaze protectoare MIG/MAG, tuturor acelora care sunt interesati sau au tangenta cu acest procedeu de sudare deosebit de actual. Prezentarea logica, simplitatea s i claritatea expunerilor fac cartea accesibila, iar lectura placuta s i utila. Aparitia unei lucrari de nalt nivel stiintific, ntr-o perioada caracterizata mai degraba printr-un pragmatism excesiv, a fost posibila prin sprijinul acordat de Societatea Carl Cloos GmbH din Germania prin reprezentantul sau timisorean, RobconTM.Dr.ing. Alexandru Vas6Introduceren decursul secolului al XX-lea sudarea s-a impus ca unul din cele mai universale procese tehnologice aplicate n productia industriala si de bunuri materiale. Exista putine procese care sa fi cunoscut o dezvoltare att de importanta si care sa poata fi comparate prin diversitate s i volum de aplicare ca sudarea. Solutionarea multor probleme de importanta majora, revolutionara, este indisolubil legata de realizarea unor mbinari capabile sa opereze n conditii dintre cele mai diverse, complexe si extreme. Prin urmare exista motive ntemeiate sa se creada ca sudarea va continua sa se dezvolte si sa progreseze cu aceeasi intensitate si n secolul al XXI-lea, care va aduce n fata omenirii noi provocari dintre cele mai ispititoare, n toate domeniile de activitate, terestru, acvatic sau spatial, att la nivel micro ct si macrocosmic s i la care sudarea va avea un rol decisiv. Studiile intreprinse n tarile puternic industrializate ale lumii, ca S.U.A., Japonia sau Comunitatea Europeana, privind dinamica de dezvoltare a procedeelor de sudare prin topire n ultimii 25 de ani si ponderea acestor procedee la sfrsitul secolului al XX-lea si nceputul mileniului al III-lea arata fara echivoc ca sudarea n mediu de gaze protectoare cu electrod fuzibil MIG/MAG este procedeul cu cea mai spectaculoasa dinamica, respectiv cu cel mare mare volum de aplicare la ora actuala. Analiza cuprinde perioada anilor 1975 1992, fiind luate n considerare urmatoarele procedee de sudare prin topire: sudarea manuala cu electrod nvelit (SE), sudarea n mediu de gaze protectoare MIG/MAG, sudarea cu srma tubulara (ST), respectiv sudarea sub strat de flux (SF). n figura 1, se prezinta evolutia ponderii acestor procedee n perioada analizata, iar n tabelul 1, se prezinta n sinteza aceste date la nceputul perioadei considerate, anul 1975, respectiv la sfrsitul acesteia, anul 1992. Analiza efectuata s-a facut pe baza criteriului consumului de materiale de sudare. Se apreciaza ca situatia existenta la nivelul anului 1992 nu va suferi modificari esentiale n perioada urmatoare putnd fi considerata reprezentativa pentru nceputul de mileniu III. Estimarea facuta la nceputul anilor 90 este confirmata de analiza cea mai recenta efectuata n aceasta directie care cuprinde si perioada 1990 1999, ceea ce confirma justetea previziunilor facute n urma cu un deceniu, respectiv previziunile pentru perioada imediat urmatoare. n figura 2 este prezentat, de aceasta data schematizat, graficul dinamicii procedeelor de sudare din ultimul sfert de veac n cele mai dezvoltate tari din lume, Comunitatea Europeana, S.U.A. respectiv Japonia, prin raportarea la consumul de materiale de sudare.Figura 1. Evolutia procedeelor de sudare prin topire 1975 1992Figura 2. Schematizarea evolutiei procedeelor de sudare n perioada 1975 2000Tabelul 1. Ponderea procedeelor de sudare prin topire pe plan mondial Tara SE Procedeul de sudare MIG/MAG (%) (%) Srma plina Srma Comunitatea 58 28 4 10 1975 Europeana (CE) 20 65 6 9 100 1992 51 23 17 S.U.A. 33 42 19 6 100 1992 9 1975 70 1992 Japonia 18 54 20 8 100 16 2 12 1975 Analiza graficelor din figurile 1 si 2 permite desprinderea unor concluzii interesante: Volumul de aplicarea a sudarii manuale cu electrod nvelit a cunoscut o scadere substantiala n toate tarile analizate. Se observa nsa diferentieri clare de la o tara la alta. Cea mai mare scadere se constata n Japonia si anume de la aprox. 70% n 1975 la mai putin de 20% n 1992, iar cea mai mica scadere n S.U.A., de la 51% la 33%, n timp ce n Comunitatea Europeana a scazut de la 58% la 20% n aceeas i perioada. Locul sudarii manuale cu electrod nvelit a fost luat n exclusivitate de catre sudarea n mediu de gaze protectoare MIG/MAG cu srma plina si cu srma tubulara, ponderea cumulata a acestora fiind la nivelul anului 1992 de aprox. 60% n S.U.A., respectiv de peste 70% n Comunitatea Europeana si Japonia. Ponderea de utilizare a srmei tubulare difera mult de la o tara la alta, respectiv de la o perioada la alta. n S.U.A. sudarea cu srma tubulara a fost larg raspndita de multi ani mentinndu-se la un procent de aprox. 18% n toata perioada analizata. n Japonia utilizarea timida a srmei tubulare la sfrsitul anilor 70 si nceputul anilor 80, a cunoscut o dezvoltare exploziva din a doua jumatate a anilor 80 atingnd un procent de 20% dupa anii 90. n Comunitatea Europeana ponderea utilizarii srmei tubulare s-a mentinut la un nivel scazut n aceasta perioada de sub 5%. n ultimii ani se manifesta nsa si aici o crestere rapida asemanatoare cu cea din Japonia, dar cu o ntrziere de aprox. 10 ani. Sudarea MIG/MAG cu srma plina si srma tubulara se va diversifica ndirectii ca: utilizarea amestecurilor de gaze, largirea gamei de srme tubulare cu miez rutilic, bazic sau cu pulbere de fier, extinderea gamei de srme tubulare cu protectie de CO2 (estimata la un procent detubularaSF (%)Total (%) Anulaprox. 50% n Europa si chiar mai mult n S.U.A. si Japonia) si a srmei tubulare cu autoprotectie. Sudarea manuala cu electrod nvelit se va stabiliza la nceputul mileniului III la valori de 20-30%, ca efect a principalelor avantaje conferite de procedeu si anume calitatea deosebita a mbinarii sudate, respectiv flexibilitatea ridicata. n acest context un pericol real l-ar putea prezenta doar srma tubulara cu autoprotectie. Sudarea sub strat de flux SF s-a mentinut constanta pe toata perioada analizata cu o pondere de 8-10%, cu mici fluctuatii de la o tara la alta s i se estimeaza ca nici pe viitor nu va cunoas te modificari esentiale ramnnd n jurul valorii de 10%. n tabelul 2 este prezentata dinamica principalelor procedee de sudare prin topire din tarile puternic industrializate, estimata pentru urmatorii ani, pe baza consumului de materiale de sudare, prin raportarea la evolutia acestora n ultimii 25 de ani (perioada 1975 1999). Se observa aceleasi tendinte dar ntr-un ritm mult mult mai scazut. Tabelul 2. Perspectiva de dezvoltare raportata la evolutia din ultimii 25 de ani Comunitatea Consum de materialeEuropeana S.U.A. Japonia de adaos/procedeu SE (MMA) -5,56 -4,29 -5,45 MIG/MAG 3,37 3,80 5,27 ST (FCW) 4,51 1,20 12,74 SF (SAW) -1,00 -1,96 -1,59 Dezvoltarea obiectiva a volumului de aplicare a sudarii MIG/MAG n detrimentul sudarii SE are la baza principalele avantaje ale sudarii n mediu de gaze protectoare:Productivitatea ridicata a procedeului determinata de rata mare a(%/an)depunerii (AD = 2-4g/s), patrunderea ridicata (j = 150-250 A/mm2), respectiv posibilitatea sudarii cu viteze de sudare mari (vs = 30-100 cm/min); a procedeului cu profunde implicatii economice si de calitate privind mbinarea sudata. n plus la aceasta dezvoltate dinamica a procedeului au contribuit indiscutabil si urmatorii factori: Dezvoltarea echipamentelor de sudare, care a cunoscut o adevarata revolutie la sfrsitul anilor 90. Dezvoltarea electronicii de putere si nPosibilitatea mecanizarii, automatizarii sau robotizarii cu usurintaprincipal a tranzistoarelor de mare putere (n primul rnd IGBT-urile), utilizarea (si perfectionarea) invertoarelor n constructia echipamentelor de sudare a condus la cresterea vitezei de raspuns a sursei la aparitia factorilor perturbatori, la posibilitatea modelarii dupa dorinta a parametrilor tehnologici de sudare, respectiv la reducerea gabaritului si chiar miniaturizarea surselor de sudare cu profunde implicatii asupra calitatii, respectiv pretului de cost, ntr-un cuvnt la cresterea performantelor echipamentelor de sudare MIG/MAG. Perfectionarea tehnicilor de filmare rapida a arcului electric si a transferului de metal topit. Largirea gamei (marcilor) de srma electrod ceea ce a condus la largirea domeniului de utilizare la un numar tot mai mare de materiale metalice. Dezvoltarea productiei de srma tubulara si diversificarea tot mai mare a acesteia din punct de vedere al destinatiei, (oteluri nealiate, slab aliate sau nalt aliate), al caracterului miezului, (rutilic, bazic si mai nou cu pulberi metalice), a asigurarii protectiei (cu amestecuri de gaze, cu bioxid de carbon, cu autoprotectie). Se largeste astfel domeniul de aplicare al sudarii n mediu de gaze protectoare cu electrod fuzibil att din punct de vedere al materialului de baza ct mai ales al temperaturii de exploatare a mbinarii sudate (si la temperaturi negative), mbunatatindu-se totodata caracteristicile mecanice si de calitatea ale acesteia. Dezvoltarea sudarii n amestecuri de gaze. Dezvoltarea tehnologiilor de sudare n curent pulsat. Dezvoltarea thenologiilor de sudare cu puteri mari (curenti nalti). Perfectionarea continua si permanenta de care a avut parte procedeul de sudare MAG/MAG n ultimele doua decenii ca de exemplu: perfectionarea echipamentelor si a tehnologiilor de sudare prin utilizarea microprocesoarelor n elaborarea si conducerea procesului tehnologic de sudare, largirea gamei materialelor de sudare (srma electrod - gaze de protectie), dezvoltarea unui numar mare de variante noi de sudare desprinse din acest procedeu; este interesant de observat ca acest lucru este valabil si n viitor, posibilitatile de perfectionare ale procedeului fiind practic inepuizabile. n ceea ce priveste tara noastra o analiza similara arata, la nivelul anului de referinta 1989, o situatie diametral opusa. n tabelul 3 se prezinta productia de materiale de sudare prin topire n Romnia la nivelul anului 1989. Se constata fara echivoc ca sudarea manuala cu electrod nvelit detinea la acea vreme de departe ponderea cea mai mare de aplicare dintre procedeele de sudare luate n considerare cu un procent de aprox. 85%. n ceea ce priveste sudarea n mediu de gaze protectoare MIG/MAGse poate afirma ca pna la finele anilor 80 aceasta a cunoscut cu mici exceptii (doar n cteva intreprinderi) o slaba dezvoltare, putndu-se afirma fara teama de a gresi ca se gasea nca ntr-o faza de experimentare, de tatonare, cu un procent n jurul a 7%, iar sudarea cu srma tubulara era ca si inexistenta cu un procent sub 1% (n special pentru operatii de ncarcare). Sudarea sub strat de flux detinea de asemenea o pondere n jurul valorii Tabelul 3. Product ia de materiale de sudareconsiderate corecte avnd n vedere de 8%. Calculele facute pot fi n Romnia, anul 1989 ca la acea perioada importurile M.A.materiale de sudare erau neglijabile. Nr. Sortimentul de Cantitatea Pondereac rt. 1. Electrozi nveliti 2. Srme SF 3. Srme MIG/MAG 4. Srme tubulare TOTAL (to/an) (%) 110000 84,7 10000 7,7 9000 6,9 900 < 1 129900 100n ceea ce priveste nsa sudarea MIG/MAG respectiv ST, estimarile sunt optimiste, n realitate ponderea acestor procedee fiind evident mai mica, multe materiale de adaos fiind produse sau raportate fictiv, la comanda sau nu puteau fi utilizate. Desigur factorul principal care a contribuit la aceasta stare de fapt poate fi considerat vechiul sistem politic si economic care pe de o parte bazndu-se pe economia planificata fara elementul concurential, cu teoria asigurarii locului de munca tuturor oamenilor a ramas indiferenta la criteriul de ordin economic privind cresterea productivitatii muncii pe care ar fi adus-o aplicarea sudarii MIG/MAG, iar pe de alta parte a blocat orice acces in domeniul informarii, documentarii, schimbului de experienta cu tarile occidentale sau importul de materiale, de echipamente si instalatii performante n acest domeniu. La acestea se mai pot adauga o serie de factori ca: performantele slabe ale echipamentelor de sudare MIG/MAG romnesti, calitatea necorespunzatoare a materialelor de sudare, srma electrod - gaze de protectie (vezi calitatea cuprarii suprafetei, bobinarea si ambalarea srmei electrod, calitatea gazelor, etc.) si pretul relativ ridicat al acestora, poate chiar ignoranta sau nepriceperea specialistilor, ingineri sudori, la impunerea procedeului n practica industriala. Trecerea de la economia planificata (cu toate neajunsurile acesteia) la economia de piata bazata pe elementul concurential si pe asigurarea unui nivel nalt de salarizare, spre care se tinde si la noi, nu este posibila dect prin cresterea productivitatii muncii, a nivelului tehnic al productiei, prin reducerea manoperei si a costurilor de fabricatie, ceea ce implica retehnologizarea fabricatiei de structuri sudate, respectiv cresterea graduluide mecanizare si automatizare a lucrarilor de sudare. O pondere importanta n acest sens o are desigur extinderea aplicarii sudarii n mediu de gaze protectoare MIG/MAG si ST. De fapt dupa anul 1990 analiza oportunitatii retehnologizarii fabricatiei de structuri sudate n Romnia a aparut ca o necesitate, dovada fiind numeroasele solicitari adresate unor institute de specialitate (ISIMTimisoara) de diversi agenti economici, n special santierele navale, care au cerut elaborarea unor studii privind oportunitatea introducerii sudarii MIG/MAG n cadrul acestor unitati pornind de la situatia existenta la momentul respectiv n societatea comerciala analizata. Analiza oportunitatii retehnologizarii fabricatiei de structuri sudate a constat n studierea posibilitatilor de crestere cu 30% a volumului de structuri sudate ca urmare a substituirii procedeului de sudare manuala cu electrod nvelit SE cu procedeul de sudare n mediu de gaze protectoare MIG/MAG. Din analiza rezultatelor obtinute a rezultat clar ca retehnologizare n Romnia este nu numai necesara dar si oportuna cu profunde implicatii economice care permit ntr-un timp relativ scurt amortizarea echipamentelor de sudare achizitionate n acest scop, asigurarea conditiilor de crestere a volumului productiei, cresterea productivitatii muncii si nu n ultimul rnd cresterea nivelului de salarizare a personalului muncitor cu profunde efecte n plan social si al nivelului de trai. Toate acestea conduc la concluzia ca o data cu relansarea economiei nationale a carei structura se bazeaza n mare masura pe producerea de structuri si constructii metalice, n mare parte sudate, care ncorporeaza un mare volum de sudura, va cres te interesul pentru introducerea n practica sudarii a procedeului MIG/MAG, incidenta aplicarii acestuia crescnd tot mai mult. Pentru pastrarea competitivitatii se impune ca ntr-un timp ct mai scurt sa se tinda spre valorile procentuale de pe plan mondial. Competitivitatea va fi astfel garantata daca se are n vedere costul foarte scazut al manoperei la noi n tara. De altfel ncepnd cu anul 1990 se poate spune ca interesul pentru procedeul de sudare MIG/MAG a crescut de la an la an, tot mai multe societati comerciale fiind interesate de implementarea acestui procedeu n productia de structuri sudate din cadrul societatilor respective. Acest lucru este cu att mai evident n cazul societatilor private, respectiv a IMM-urilor. n acest sens n cadrul unei mese rotunde organizate la ISIM Timisoara s-a realizat o ancheta ampla la care au raspuns peste 40 de societati comerciale din Romnia producatoare de structuri sudate. Ancheta a relevat cteva aspecte interesante si anume: dezvoltarea accentuata, la marii producatori de structuri sudate, a procedeelor de sudare n mediu de gaze protectoare MIG/MAG (si WIG), n detrimentul sudarii manuale cu electrod nvelit SE, figura 3;SFprocedeelor de sudare la SE MIG/MAG Figura 3. Ponderea marii producatori 1 de structuri sudate 1 - Sudarea MIG/MAG : 48% 232 - Sudarea SE: 44%3 - Sudarea SF: 8%cresterea tendintei de mecanizare a lucrarilor de sudare la mariiproducatori de structuri sudate, estimat prin scaderea indicele de consum al electrozilor inveliti Ie, tabelul 4;Tabelul 4. Indicele de consum al electrozilor nvelit i Nr. crt. Domeniul analizat 1. Romnia 2. Tarile dezvoltate industrial 3. Marii producatori de structuri sudate din Romnia 3 3,5 scaderea drastica a productiei interne de materiale de sudare la nivelul anului 2000: de 5,5-6 ori a productiei de electrozi, respectiv de 8-9 ori a productiei de srma; a crescut n schimb importul acestora, din care cel mai spectaculos importul srmelor pentru sudarea MIG/MAG, cca. 2000 to/an; distributia consumului de materiale de sudare din productia interna este de 15% la marii producatori de structuri sudate, respectiv de 85% la intreprinderile mici si mijlocii (IMM-uri). n acest sens stau marturie si numarul mare de firme aparute pe piata romneasca care comercializeaza echipamente de sudare, respectiv consumabile pentru sudarea MIG/MAG. Dintre acestea pot fi amintite firmele: CLOOS, ESAB, FRONIUS, LINCOLN, EWM, KEMPPI, REHM, MILLER, LINDE, AGA, OERLIKON, a caror cifra de afaceri este n continua crestere si care constituie o dovada clara ca sudarea MIG/MAG are un trend crescator cu o dinamica puternica. Din pacate datorita necompetitivitatii industria romneasca de echipamente si consumabile pentru sudarea MIG/MAG nu mai conteaza aproape de loc, eliminndu-se singura de pe piata, fiind depasita att din punct de vedere calitativ ct mai ales a performantelor de firmele straine. Indicele de consum alelectrozilor inveliti Ie(kg. el./to. ot el) 5,5 6 2,5 3CAPITOLUL I BAZELE TEORETICE SI PRACTICE ALE SUDARII MIG/MAG1.1 Definirea si clasificarea procedeuluiProcedeul de sudare MIG/MAG face parte din grupa procedeelor de sudare prin topire cu arcul electric n mediu de gaze protectoare. n functie de caracterul electrodului aceasta grupa cuprinde doua subgrupe mari: procedee de sudare cu electrod fuzibil; procedee de sudare cu electrod nefuzibil. n figurile 4 si 5 se prezinta structura genealogica a procedeelor de sudare prin topire cu arcul electric n mediu de gaze protectoare, cuprinznd abrevierile specifice fiecarui procedeu ntlnite n literatura de specialitate, att n limba romna ct si n limba engleza. Abrevierile din cadrul figurilor au urmatoarele semnificatii: SAEGP (GSAW): sudarea cu arcul electric n mediu de gaze protectoare; SAEEF (GMAW): sudarea cu arcul electric cu electrod fuzibil; SAEEW (GTAW): sudarea cu arcul electric cu electrod nefuzibil; MAG: sudarea n mediu de gaze protectoare active; MIG: sudarea n mediu de gaze protectoare inerte; WIG (TIG): sudarea cu electrod nefuzibil cu arc electric liber; SPW ( PAW ): sudarea cu electrod nefuzibil cu arc electric constrns (sudarea cu plasma); MAG C: sudarea MAG cu bioxid de carbon 100%; MAG M: sudarea MAG cu amestecuri de gaze (Mischgas). Ramurile de sus ale arborelui genealogic cuprind principalele tipuri de arce, respectiv modurile de transfer al picaturii de metal specifice sudarii n mediu de gaze protectoare MIG/MAG: arc scurt: transfer prin scurtcircuit (short arc); arc spray: transfer prin pulverizare (spray arc); arc lung: transfer globular (long arc); arc intermediar (tranzitoriu) (tranzition arc); arc pulsat: transfer sinergic (pulsed arc).1.2 Descrierea procedeuluiSudarea MIG/MAG este un procedeu de sudare prin topire cu arcul electric cu electrod fuzibil, pentru protectia arcului si a baii de metal folosindu-se un gaz de protectie. n functie de caracterul gazului de protectie se disting doua variante ale procedeului: sudarea MAG (metal-activ-gaz) n cazul unui gaz activ; sudarea MIG (metal-inert-gaz) n cazul unui gaz inert. Procedeul este ntlnit cel mai frecvent n varianta semimecanizata (viteza de sudare manuala, viteza de avans a srmei electrod ntotdeauna mecanizata), dar procedeul se preteaza cu usurinta la mecanizare, automatizare si chiar robotizare, dovada instalatiile de sudare tot mai numeroase care pot fi ntlnite n productia de structuri sudate (n special roboti de sudare).Figura 4 - Structura genealogica a procedeelor de sudare n mediu de gaze protectoare (abrevieri limba romna)Figura 5 - Structura genealogica a procedeelor de sudare n mediu de gaze protectoare (abrevieri limba engleza)Schema de principiu a procedeului de sudare MIG/MAG este prezentata n fig. 6. Arcul electric (1) amorsat ntre srma electrod (2) si componentele (3), produce topirea acestora formnd baia de metal (4). Protectia arcului electric si a baii de metal topit se realizeaza cu ajutorul gazului de protectie (5), adus n zona arcului prin duza de gaz (6) din butelia (7). Srma electrod este antrenata prin tubul de ghidare (bowden), (13) cu viteza de avans constanta vae de catre sistemul de avans (8) prin derularea de pe bobina (9). Alimentarea arcului cu energie electrica se face de la sursa de curent continuu (redresor), (10) prin duza de contact (11) si prin cablul de masa (12). Tubul de gidare a srmei electrod (13), cablul de alimentare cu curent (14) si furtunul de gaz (15) sunt montate ntr-un tub flexibil decauciuc (16) care mpreuna cu capul de sudare (17) formeaza pistoletul de sudare. Utilizare. Sudarea MIG/MAG are un grad mare de universalitate, putndu-se suda n functie de varianta de sudare (gazul de protectie) o gama foarte larga de materiale, oteluri nealiate, cu putin carbon, otelurile slab aliate sau nalt aliate, metale si aliaje neferoase (cupru, aluminiu, nichel, titan, etc.), ponderea de aplicare fiind n continua crestere pe masura largirii si diversificarii gamei de materiale de adaos (srma electrod), pentru Figura 6 - Schema de principiu a o varietate tot mai mare de de sudare MIG/MAG procedeului materiale metalice. Utilizarea procedeului se face cu prudenta n cazul mbinarilor sudate cu pretentii mari de calitate (mbinari din clasele superioare de calitate), la care se impune controlul nedistructiv (cu radiatii penetrante sau cu ultrasunete), datorita incidentei relativ mari de aparitie a defectelor, care depasesc limitele admise, n principal de tipul porilor, microporilor si lipsei de topire. Avantajele procedeului. Principalele avantaje ale procedeului MIG/MAG sunt productivitatea ridicata si facilitatea mecanizarii, automatizarii sau robotizarii. Productivitatea ridicata este asigurata de puterea ridicata de topire a arcului, patrunderea mare la sudare, posibilitatea sudarii cu viteze de sudare mari, respectiv eliFigura 7 - Analiza comparativa a ratei minarea unor operatii auxidepunerii la sudarea SE si MAG liare. Aceste aspecte sunt EI N electrod normal; EI PF electrod cu determinate de densitatile pulbere de fier n nvelis mari de curent ce pot fiutilizate: 150-250 A/mm2 la sudarea MIG/MAG clasica, respectiv 300-350 A/mm2 la sudarea cu srma tubulara. Ilustrativ n acest caz este graficulprezentat n figura 7 privind comparatia dintre puterea de topire (de aproximativ 2,5 ori mai mare) n cazul sudarii MIG/MAG clasice si sudarii manuale cu electrod nvelit SE. Este interesant de observat domeniul mult mai extins al puterii de topire n cazul sudarii MIG/MAG fata de sudarea SE datorita posibilitatilor mari de variatie a parametrilor tehnologici principali de sudare curentul Is si tensiunea arcului Ua pentru acelasi diametru de electrod. De exemplu n cazul srmei electrod cu diametru de 1,2 mm (cea mai frecvent ntlnita n prezent n practica sudarii MIG/MAG) valorile parametrilor Is - Ua este cuprins n domeniul 90300 (350) A, respectiv 17...30 V. Acest aspect constitui un avantaj deloc de neglijat daca ne gndim la faptul ca utiliznd un singur diametru de electrod se poate acoperi o gama mare de grosimi de materiale de baza la sudare (de la 1 mm la zeci de mm), respectiv este posibila sudarea cu acelasi diametru de srma electrod n orice pozitie prin corelarea corespunzatoare a parametrilor tehnologici de sudare, ceea ce n cazul sudarii SE evident nu este posibil. Flexibilitatea n directia mecanizarii si robotizarii este asigurata n principal de posibilitatea antrenarii mecanizate a srmei electrod (srme subtiri), de modul de realizare a protectiei la sudare (cu gaz), de usurinta reglarii si controlului parametrilor tehnologici de sudare, de gabaritul relativ mic al capului de sudare, etc. La aceste avantaje principale, se pot adauga: grad nalt de universalitate a procedeului; posibilitatea sudarii n orice pozitie; eliminarea operatiei de curatire a zgurii; grad nalt de utilizare a materialului de adaos ( 90-95%); cantitate redusa de fum; conducerea si supravegherea usoara a procesului de sudare (arcul este vizibil); factor operator superior sudarii SE, 60-65%, ca efect a eliminarii operatiei de schimbare a electrodului si de curatire a zgurii de pe cusatura sudata; tensiuni si deformatii mici la sudare (energie liniara mica). Dezavantajele procedeului. Se pot sintetiza astfel: echipamente de sudare mai scumpe si mai complicate; flexibilitatea mai redusa dect la sudarea SE: pistoletul de sudare mai greu s i cu manevrabilitate mai scazuta, cu raza de actiune limitata n cazul echipamentelor clasice la 3...5m fata de sursa de sudare, uneori necesita spatiu de acces mai mare; pierderi de material de adaos (n anumite conditii) prin stropi (510%); sensibil la curenti de aer (evitarea sudarii n locuri deschise, cu vnt, etc.); limitat la grosimi, n general, mai mari de 1 mm; riscul unei protectii necorespunzatoare a arcului electric si a baii de metal; probabilitatea relativ mare de aparitie a defectelor n mbinarea sudata, n principal pori si lipsa de topire. Performantele procedeului. n tabelul 5 se indica domeniile de valori ale parametrilor tehnologici de sudare MIG/MAG. Tabelul 5. Performantele procedeului de sudare MIG/MAG Nr. Parametrul tehnologic Simbolul U.M. Domeniul de crt. 1 Diametrul srmei ds mm 0,6...2,4 2 Curentul de sudare Is A 60...500 3 Tensiunea arcului Ua V 15...35 4 Viteza de sudare vs cm/min 15150 5 Debitul gazului de protectie Q l/min 8...20 valori1.3 Materialele de sudarePentru sudarea MIG/MAG se utilizeaza ca materiale de sudare srma electrod si gazul de protectie. 1.3.1 Srma electrod Srma electrod se livreaza sub forma de bobine, dintre diametrele standardizate cele mai uzuale fiind 0,8; 1,0; 1,2; 1,6 mm. Livrarea n colaci ridica probleme la transport si la bobinarea n sectie. Calitatea bobinarii influenteaza mult stabilitatea procesului de sudare. Suprafata srmei trebuie sa fie curata fara urme de rugina sau grasimi. De obicei suprafata srmei se cupreaza pentru diminuarea pericolului de oxidare, respectiv pentru mbunatatirea contactului electric. Se recomanda ca ambalarea srmei sa se faca n pungi de polietilena etanse (eventual vidate) care sa contina o substanta higroscopica (granule de silicagel) si n cutii de carton, marinduse astfel durata de pastrare n conditii corespunzatoare a srmei de sudare. Compozitia chimica a srmei electrod la sudarea MIG/MAG depinde n principal de materialul de baza care se sudeaza (compozitia chimica) si de gazul de protectie utilizat. La sudarea MIG compozitia chimica a srmei se alege apropiata de a metalului de baza. n cazul sudarii MAG srma este aliata suplimentar cu elemente dezoxidante ca Mn, Si, Ti. Se recomanda ca raportul concentratiilor de Mn si Si sa fie cca. 22,5. Compozitiachimica a srmelor nealiate pentru sudarea MAG se situeaza n limitele: 0,07-0,12% C; 0,6-0,9% Si; 1,2-2,5% Mn; 0,2% Ti; 1600C (disocierea este completa la T > 4000C):CO2 = CO + O reactiile de oxidare si reducere:Fe + O = FeO Si + 2O = SiO2Mn + O = MnO 2FeO + Ti = TiO2 + 2Fe Ti + 2O = TiO2 FeO + C = CO + FeFeO + Mn = MnO + Fe 2FeO + Si = SiO2 + 2FeSe constata ca prezenta oxigenului n coloana arcului determina oxidarea sau arderea unor elemente de aliere. Aceasta conduce la pericolul formarii oxizilor de fier n cusatura cu efecte nefavorabile asupra reducerii caracteristicilor mecanice si de rezilienta. Diminuarea fenomenului se face prin alierea srmei electrod cu elemente dezoxidante ca Mn, Si, Ti care au aviditate mai mare fata de oxigen dect fierul, reducnd pericolul de oxidare a acestuia. Cel mai puternic dezoxidant este titanul. Oxizii de mangan, siliciu, titan formati, fiind insolubili n metalul topit ies la suprafata baii si se regasesc pe cusatura sub forma de mici insule de zgura de culoare bruna cu aspect sticlos. Reactiile chimice la nivelul baii de metal topit pot conduce de asemenea la pericolul formarii gazelor n baia metalica, ca de exemplu oxidul de carbon, avnd drept consecinta pericolul aparitiei porilor n cusatura sudata. Evitarea aparitiei porilor n cusatura se poate realiza prin alegerea corecta a cuplului sma-gaz de protectie, corelata si cu alegerea optima a parametrilor tehnologici de sudare, n special tensiunea arcului Prezenta oxigenului n coloana arcului conduce la oxidarea suprafetei picaturilor de metal formate la capatul srmei electrod si prin urmare la micsorarea tensiunilor superficiale ce actioneaza asupra picaturii. Prin urmare desprinderea picaturii din vrful srmei electrod se face mult mai usor si mai rapid. Efectul benefic este finisarea transferului picaturilor de metal, mbunatatirea stabilitatii arcului si reducerea mpros carilor de metal prin stropi. Se remarca n acest sens utilizarea oxigenului n proportie de 1...3 % sau a dioxidului de carbor n proportie de 2...5 % n amestec cu argonul la sudarea otelurilor inoxidabile. Procente mai mari de gaz oxidant nu sunt recomandate deoarece se produce o oxidare nepermisa a metalului cusaturii, respectiv la utilizarea dioxidului de carbon, n plus pericolul alierii cu carbon si prin urmare pericolul fragilizarii cusaturii ca urmare a formarii carburilor de crom. Reactiile de oxidare la nivelul baii de metal topit, fiind reactii exo-terme, conduc la cresterea temperaturii baii (de la 1800C la 2200C) cu consecinte asupra cresterii fluiditatii acesteia, cresterii patrunderii sau posibilitatii maririi vitezei de sudare. Corelata cu reducerea tensiunilor superficiale la interfata baie topita metal solid, determina mbunatatirea procesului de umectare cu efecte favorabile asupra latirii, respectiv reducerii supranaltarii cusaturii sudate.Tot din punctul de vedere al activitatii chimice remarcam utilizarea hidrogenului ca si gaz reducator n amestecurile gazelor de protectie, de formare, folosite la protectia radacinii pe partea opusa sudarii, la sudarea otelurilor aliate Inox si nu numai. Amestecul cel mai frecvent utilizat este format din azot plus 510% hidrogen. Hidrogenul reduce eventualele urme de oxigen ramase n zona radacinii evitnd astfel oxidarea acesteia cu consecinte asupra scaderii rezistentei la coroziune. Utilizarea hidrogenului trebuie facuta cu grija avnd n vedere pericolul de explozie pentru anumite concentratii n aer. Puritatea. Gazele utilizate la sudare trebuie sa aiba o puritate foarte nalta. n tabelul 11 se prezinta cerintele privind puritatea gazelor si amestecurilor de gaze utilizate la sudare.Tabelul 11. Puritat ile si punctele de roua ale gazelor si amestecurilor de gaze (conform SR EN 439/96)Grupa Puritate minima (%) n volum R 99,95 -50 40 I 99,99 -50 40 M1 99,70 -50 40 M2 99,70 -44 80 M3 99,70 -40 120 C 99,70 -35 200 F 99,50 -50 40 Oxigen 99,50 -35 200 Hidrogen 99,50 -50 40 Punct de roua maxim la 1,013 barr (C) Umiditate maxima (ppm)n mbinarea sudata, n special a porilor, cresterea stropirilor si a pierderilor de material de adaos prin stropi, pericolul fisurarii la rece, instabilitatea arcului electric etc.. Prezenta apei n gazul de protectie produce pori, stropiri intense sau chiar pericolul nghetarii reductorului de presiune cu formarea unui dop de gheata pe canalul fin al acestuia cu consecinte asupra obturarii iesirii gazului din butelie si a asigurarii protectiei necesare la sudare. Evitarea unor astfel de fenomene neplacute se poate face prin purjarea buteliei nainte de utilizare, prin montarea unui deshidrator de gaz pe butelie care contine o substanta higroscopica (silicagel) care absoarbe umiditatea, respectiv prin montarea pe butelie a unui prencalzitor alimentat la o tensiune de 24 V de la sursa de sudare. Ca regula generala nsa nu este recomandata utilizarea la sudare a unor gaze care nu satisfac conditiile de calitate impuse de norme. n cazul principalelor gaze utilizate la sudare conditiile tehnice de calitate sunt cuprinse n STAS 2962-86 pentru dioxid de carbon, respectiv STAS 7956-85 pentru argon.Lipsa de puritate a gazelor determina pericolul producerii defectelorClasificarea gazelor de protectie utilizate la sudarea n mediu de gaze protectoare n conformitate cu caracteristicile chimice ale acestora si care constituie o baza pentru alegerea combinatiilor srma electrod gaz de protectie la sudarea diferitelor materiale metalice este prezentata n standardul SR EN 439/96. n tabelul 12 este prezentata clasificarea gazelor de protectie pentrusudarea cu arcul electric, n functie de activitatea chimica, respectiv compozitia gazului.n tabelul 13 sunt prezentate recomandarile generale privind utilizarea gazelor de protectie n functie de metalul de baza. n tabelul 14 se prezinta principalele gaze de protectie produse la firma S.C. LINDE - Romania SRL utilizate la sudarea n mediu de gaze protectoare. Proprietatile termofizice ale gazelor de protectie actioneaza asupra procesului de sudare de o maniera complexa, n functie de tipul gazului, respectiv de concentratia gazelor n amestec. n cele ce urmeaza se face o prezentare succinta a efectelor produse la sudare de principalele gaze de protectie utilizate. Efectele principalelor gaze de protectie asupra caracteristicilor pe ansamblu la sudarea MIG/MAG sunt prezentate sintetic n tabelul 15. 1.3.3 Caracterizarea succinta a gazelor de protectie Prezentarea succinta a gazelor de protectie utilizate la sudarea MIG/MAG din punctul de vedere al activitatii chimice si al proprietatilor termo-fizice permite ntelegerea facila a actiunilor si efectelor pe care acestea le au n procesul de sudare. Cele mai utilizate gaze de protectie la sudarea MIG/MAG sunt: argonul, heliul, dioxidul de carbon, oxigenul, hidrogenul, azotul. Argonul (Ar): gaz inert nu reactioneaza cu materialul; mai greu ca aerul protectie buna a baii de metal; potential de ionizare scazut amorsare usoara a arcului; produce microsablarea suprafetelor; Heliul (He): gaz inert, respectiv nu reactioneaza cu hidrogenul; mai usor ca aerul necesita debite de gaz mai ridicate pentru protectia baii metalice; potential de ionizare ridicat amorsare dificila a arcului, tensiune mai mare a arcului, aport de caldura mai mare; conductibilitate termica mare aport de caldura mai ridicat; aport de caldura ridicat - umectare mai buna, patrundere adncasi lata, suprafata mai neteda, viteza de sudare marita;Tabelul 14. Gazele de protect ie produse la S.C. LINDE Romania SRL (Timisoara)Gaz de protectie Ar I 1 100He I 2 100 CO2 C 1 100Conform SR EN 439Ar O2 CO2 He N2 H2(%)CORGON 1 M 23 91 5 4 CORGON 2 M 24 83 13 4 CORGON 10 M 21 90 10 CORGON 15 M 21 85 15 CORGON 18 M 21 82 18 CORGON 20 M 21 80 20 CORGON 25 M 21 75 25 CORGON S 5 M 22 95 5 CORGON S 8 M 22 92 8 T.I.M.E. M 24(1) 65 8 0,5 26,5 CORGON He 30 M 21(1) 60 10 CRONIGON 2 M 12 97,5 2,5 CRONIGON CRONIGON CRONIGON CRONIGON CRONIGON30He 50 M 12(2) 48 2 50 He 20 M 12(1) 78 2 20 He 30 S M 11(1) Rest 0,05 30 He 50 S M 12(2) Rest 0,05 50 S 1 M 13 99 1CRONIGON S 3 M 13 97 3 VARIGON S M 13 Rest 0,03 VARIGON He 30 I 3 70 30 VARIGON He 50 I 3 50 50 VARIGON He 70 I 3 30 70 VARIGON He 30 S M 13(1) Rest VARIGON H 2 R 1 98 VARIGON H 5 R 1 95 VARIGON H 6 R 1 93,5 VARIGON H 10 R 1 90 VARIGON H 15 R 1 85 VARIGON H 20 R 2 80 N2 F 1 100 Gaz de formare 95/5 F 2 Gaz de formare 90/10 F 2 Gaz de formare 85/15 F 2 Gaz de formare 80/20 F 20,03 30 2 5 6,5 10 15 2095 5 90 10 85 15 80 20Dioxidul de carbon (CO2):gaz activ, cu efect oxidant, reactioneaza cu hidrogenul; mai greu ca aerul protectie buna a baii topite; conductibilitate termica mare amorsare mai dificila, tensiune mai mare a arcului, transport de caldura mbunatatit;disociaza n spatiul arcului CO2 = CO + O prin crestereavolumului de gaz se mbunatateste protectia baii reducnd sensibilitatea la formarea porilor; componenta de baza la sudarea n amestecuri de gaze reduce sensibilitatea la formarea porilor;recombinarea n zona materialului 2CO + O2 = 2CO2 + Q transfer intens de caldura, patrundere mai lata si mai sigura (fara defecte de legatura); tensiune de arc mai mare plus tansfer de caldura - patrundere mare, viteze de sudare ridicate;tensiunea creste o data cu cresterea continutului de CO2 stro-pire mai intensa, n special la sudarea cu arc lung; efect oxidant formeaza zgura pe suprafata cusaturii (oxizi deMn si Si), intensificndu-se o data cu cresterea proportiei de CO2;stabilizeaza arcul electric.Oxigenul (O2):gaz activ, cu efect puternic oxidant; (de 2-3 ori mai intens ca laCO2)efect stabilizator al arcului electric; reduce tensiunea superficiala a picaturii de metal si a baii topite: transfer fin a picaturii, stropire extrem de redusa, suprafata lata si plata; tensiune superficiala redusa baia metalica curge rapid n fata arcului la sudarea vertical descendenta (rezulta defecte de legatura); gaz foarte sensibil la formarea porilor; potential de ionizare scazut tensiune redusa a arcului, aport termic diminuat.Hidrogenul (H2):gaz activ, cu efect reducator; potential de ionizare ridicat si conductibilitate termica mare aport termic extrem de ridicat n metalul de baza; concentreaza arcul electric creste densitatea energiei arcului;prin disociere si recombinare - mbunatateste transferul de caldura al arcului catre componente; aport termic si arc concentrat cresterea patrunderii sau a vitezei de sudare;riscul formarii porilor la oteluri nealiate n anumite conditii; cresterea proportiei de H2 cresterea riscului de formare aporilor la sudarea otelurilor inoxidabile austenitice.Azotul (N2):gaz reactiv reactioneaza cu metalul la temperatura ridicata, inert la temperatura redusa; formeaza pori n oteluri; determina durificarea materialului, n special la oteluri cu granulatie fina; stabilizeaza austenita, reduce proportia de ferita.1.3.4. Alegerea gazelor de protectie la sudarea otelurilor carbon La sudarea otelurilor carbon se utilizeaza n general amestecurile de gaze. Utilizarea acestora este justificata de mbinarea proprietatilor termo-fizice diferite, pentru obtinerea unor performante tehnologice superioare. n acest sens la sudare se pot ntlni amestecuri de doua trei sau mai multe amestecuri de gaze, dupa cum urmeaza: Argonul Nu se recomanda utilizarea argonului n proportie de 100% deoarece produce un arc electric instabil, formarea inevitabila de pori n cusatura, aspect mai putin placut a mbinarii sudate. Baia metalica este deosebit de vscoasa ceea ce duce la pori n cusatura, crestaturi marginale, supranaltare excesiva, solzi puternic conturati. Rezolvarea problemei se realizeaza prin adaosuri de elemente oxidante, O2 si/sau CO2.Dioxidul de carbon Are marele avantaj al obtinerii unei geometrii deosebit de favorabile a cusaturii (mai putin supranaltarea), al realizarii unor mbinari sudate cu porozitate extrem de redusa, respectiv a unui pret de cost scazut. n mod special la sudarea cu arc scurt, respectiv la puteri reduse ale arcului electric aportul termic ridicat al dioxidului de carbon permite obtinerea unor viteze de sudare superioare. Totodata la puteri reduse stropirea nu este mult mai ridicata comparativ cu sudarea n amestecuri de gaze. Intensitatea stropirii creste nsa semnificativ cu cresterea puterii arcului electric. Prin oxidarea intensa rezulta o cantitate marita de zgura pe cusatura, iarsupranaltarea mare si solzii grobi asigura o estetica mai putin placuta a cusaturii.Amestecul Ar + O2Aceste amestecuri pot fi mpartite n doua grupe:Ar + 4-5% O2. Sunt ideale la sudarea tablelor subtiri n pozitie normala(PA sau PB). Se caracterizeaza prin stropire redusa si sensibilitate marita la formarea porilor. a porilor. Sunt recomandate la sudarea tablelor murdare si cu tunder de laminare.Amestecurile Ar + O2 au de asemenea o mare capacitate deAr + 8-12% O2. Cresterea procentului de O2 reduce tendinta de formareumplere a rosturilor la sudare, dar si dezavantajul unei patrunderi necorespunzatoare la sudarea vertical descendenta, respectiv intensificarea formarii zgurii.Amestecul Ar + CO2amestecuri de gaze, distingndu-se combinatia 82% Ar + 18% CO2, (sau 80% Ar + 20% CO2). Combina avantajele CO2 pur cu stropirea redusa a amestecurilor Ar + O2. n domeniile n care stropirea si cantitatea de zgura sunt critice (ex. industria auto) tendinta actuala este reducerea proportiei de CO2 din amestec ceea ce duce la reducerea proportionala a stropilor. La sudarea tablelor ruginite, cu tunder sau murdare se recurge la cresterea proportiei de CO2 la 10 25% n vederea reducerii tendintei de formare a porilor. La sudarea tablelor pasivizate din domeniul constructiilor navale se utilizeaza + O2 + CO2 amestecurile cu 40% CO2, care asigura formarea unor cusaturi Amestecul Ar fara pori (solutia clasicacu 3 componente a urmarit obtinereaeste sudarea n CO2 cu Dezvoltarea amestecurilor totusi n acest domeniu unor amestecuri care sa combine stropirea redusa specifica amestecurilor srma plina sau tubulara. Ar + O2 cu avantajele sudarii n CO2, mbinare cu porozitate redusa, vitezade sudare ridicata, patrundere mare si sigura. Exista 2 tipuri fundamentale de amestecuri de gaze cu 3 componente. destinata sudarii tablelor unse, ruginite si cu tunder de grosime mare. Tendinta actuala este utilizarea amestecurilor cu 10-15% CO2, 3-6% O2, restul Ar.A doua clasa contine 3% CO2, 1-4% O2, restul Ar si este destinata Prima clasa dezvoltata n anii 60, 15% CO2 + 5% O2 + 80 Ar esteEste amestecul cel mai frecvent utilizat la ora actuala la sudarea nsudarii tablelor curate. Se remarca prin stropire extrem de redusa, iarcantitatea de zgura este mai mica dect la celelalte amestecuri de gaze cu 3 componente.Amestecul Ar + He + O2 + CO2S-au dezvoltat pentru sudarea MAG cu rata ridicata de depunere. Cel mai cunoscut este amestecul T.I.M.E., 26,5% He + 8% CO2 + 0,5% O2 + 65% Ar. Avantajelor cunoscute ale O2 si CO2 se adauga avantajul He de mbunatatire a capacitatii de umectare a baii metalice, respectiv latirea cusaturii. Pretul de cost al gazului este relativ ridicat. Cele mai noi dezvoltari n domeniul sudarii MAG cu rata ridicata de topire arata posibila stabilizarea arcului rotitor n amestecuri de Ar + He + O2, iar stabilizarea arcului spray n amestecuri de Ar + He + CO2, (variantele Rapid Arc si Rapid Melt). 1.3.5 Alegerea gazelor de protectie la sudarea otelurilor nalt aliate La sudarea acestor oteluri se urmareste n principal evitarea pericolului de degradare a caracteristicilor mecanice de plasticitate, si a rezistentei la coroziune pe de o parte, respectiv mbunatatirea transferului picaturii de metal pe de alta parte. Dintre amestecurile de gaze cele mai utilizate se amintesc: Argonul Nu se recomanda utilizarea singulara a gazului deoarece arcul este instabil, cu stropiri abundente, cu transfer n picaturi mari, baia metalica este vscoasa cu capacitate redusa de umectare ceea ce determina pericol de pori n cusatura, supranaltare mare, neregularitati. Si n acest caz introducerea gazelor oxidante n amestec O2, CO2, n procent limitat, diminueaza dezavantajele utilizarii argonului pur.Amestecul Ar + O2 (+ He) Amestecurile clasice contin 1-3% O2. Introducerea oxigenuluiproduce stabilizarea arcului electric, diminuarea tensiunii superficiale a metalului topit, finisarea transferului picaturii, diminuarea stropirilor, umectarea mai buna a baii metalice, mbunatatirea geometriei cusaturii (scade supranaltarea, creste latimea). Ca dezavantaje se mentioneaza aportul termic scazut, gradul de oxidare ridicat, sensibilitatea la formarea porilor. Aportul termic redus poate fi compensat prin adaosul de He, care mbunatateste capacitatea de umectare si mareste viteza de sudare. extrem de intense a metalului, respectiv suprafetei cusaturii. Cantitatea de zgura formata trebuie eliminata mecanic, iar procedeele clasice de pasivizare nu sunt suficiente pentru curatarea suprafetei.Amestecurile cu peste 3% O2 se utilizeaza foarte rar datorita oxidariiAmestecul Ar + CO2 (+ He)Gazele de protectie cu continut de CO2 destinate sudarii materialelor nalt aliate contin ntre 0,05 si 5% CO2 si influenteaza pozitiv stabilitatea arcului, porozitatea, capacitatea de umectare a baii metalice etc.. Cresterea proportiei de CO2 duce nsa la intensificarea fenomenelor de oxidare a cusaturii, respectiv la pericolul carburarii materialului cu consecinte asupra precipitarii carburilor de crom respectiv scaderii rezistentei la coroziune. Prin adaosuri de He este posibila cresterea semnificativa a vitezei de sudare.Amestecul Ar + CO2 (+ H2)Aceste amestecuri se utilizeaza rar (si numai la sudarea otelurilor inoxidabile austenitice), dar prezinta avantajul unei stabilitati deosebit de ridicate a arcului electric la sudarea cu arc scurt, totodata asigura o patrundere buna si o viteza de sudare marita. Cresterea puterii arcului duce la cresterea semnificativa a porozitatii mbinarii sudate. n tabelul 16 se prezinta sintetic alegerea gazului de protectie pentru sudarea diferitelor materiale metalice. Tabelul 16. Alegerea gazului de protectie n functie de metalul de bazaProcedeul MIG Comportarea chimica Gazul de pr otectie Materialul de baza Ar Toate materialele, mai putin oteluri Inerta He Alumin iu, cupruAr + He(25-75 %) Alumin iu, cupru Ar + O2(1-3%) Oteluri inoxid abile Ar + CO2(2-5%)MAGOxidantaAr + CO2(6-25%) Ar+CO2(2-5%)+O2(1-3%) Ar + O2 (4-9%) Oteluri carb on si slab aliate Ar + CO2(26-40%) Ar+CO2(5-20%)+O2 (46%)Ar + O2 (9-12%) Oteluri carb on CO2 Oteluri carb on si slab aliate1.4 Transferul de metal la sudarea MIG/MAGTransferul de metal la sudarea prin topire cu arcul electric cu electrod fuzibil este un proces complex, guvernat de o diversitate mare de fenomene de natura electrica, electromagnetica, mecanica, chimica, termodinamica, etc., respectiv de intensitatea de manifestare a acestor fenomene n anumite conditii date de sudare. Aceste fenomene se manifesta prin dezvoltarea n arcul electric a unor forte, a caror orientare si marime determina prin echilibrul realizat la un moment dat desprinderea sau mentinerea picaturii de metal topit n vrful electrodului fuzibil. Prin urmare actiunea acestor forte poate fi n sens favorabil desprinderii picaturii sau a mpiedicarii acestei desprinderi, ruperea echilibrului de forte prin cresterea ponderii unora n detrimentul celorlalalte producnd desprinderea picaturii de metal si transferul acesteia prin coloana arcului electric n baia metalica. Modul de transfer a picaturii de metal la sudarea prin topire cu arcul electric cu electrod fuzibil difera foarte mult de la un procedeu de sudare la altul, iar n cadrul aceluiasi procedeu depinde de conditiile tehnologice concrete de sudare. Institutul International de Sudura I.I.S./I.I.W. a facut o clasificare a formelor de transfer a picaturii de metal. n cazul sudarii n mediu de gaze protectoare cu electrod fuzibil MIG/MAG, modul de transfer a metalului topit cunoaste cea mai mare varietate de forme, ceea ce determina cresterea complexitatii 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 sa se tina cont la elaborarea tehnologiei de sudare, prin implicatiile tehnologice si nu numai pe care le are. Modul de transfer este o caracteristica principala a procedeului de sudare MIG/MAG. Figura 10 - Fort ele dezvoltate n arcul Pentru explicarea si ntelegerea corecta a fenomenelor care guver neaza transferul de metal topit prin coloana arcului este importanta cunoasterea principalelor tipuri de forte care actioneaza asupra picaturii si factorii care influenteaza marimea acestora. De valoarea si ponderea acestor forte depinde n anumite conditii concrete de sudare modul de transfer a picaturii la sudarea MIG/MAG. n electriccele ce urmeaza se prezinta si analizeaza fortele din arcul electric si fenomenele care le guverneaza. Diversitatea fenomenelor din arcul electric determina aparitia urmatoarelor forte care actioneaza n arc si asupra picaturii de metal topit, figura 10:1 forta electromagnetica Fem (forta pinch Fp); 2 forta tensiunii superficiale Fs; 3 forta gravitationala Fg; 4 forta de reactie anodica Fan; 5 Forta jetului de plasma Fj;6 forta electrodinamica Fed; 1.4.1 Forta electromagneticaForta electromagnetica Fem este generata de interactiunea liniilor ntlnita n literatura de specialitate,sau forta pinch Fp asa cum mai este de curent de acelasi sens care parcurg un conductor electric (srma electrod si coloana arcului), interactiune manifestata prin tendinta de apropiere a acestora. Fenomenul este vizibil la trecerea curentului printr-un mediu fluid (lichid sau gaz), fiind descoperit ntmplator n anul 1911 n cadrul unui experiment la trecerea unui curent electric printr-o vna de mercur, cnd sa observat ca o data cu cresterea curentului electric din circuit are loc o strangulare a acesteia, iar peste o valoare critica a curentului se produce chiar ruperea vnei. De aici si denumirea de forta pinch data de autorul descoperirii.Parcurgerea liniilor de curent prin mediul lichid asa cum este vrful topit a srmei electrod determina constrngerea (strangularea) mediului respectiv nsotita de formarea si desprinderea unei picaturi de metal topit din vrful srmei. Fenomenul este nsotit si de un efect de autoascutire a vrfului srmei electrod cu efecte favorabile asupra stabilitatii, amorsarii sau reaprinderii arcului electric. Acumularea sub influenta fortelor de tensiune superficiala a unei noi cantitati de metal topit n vrful srmei electrod, sub influenta arcului electric, va produce prin acelasi efect sub actiunea fortei pinch o noua picatura de metal, s.a.m.d. Cu ct valoarea acestei forte este mai mare cu att desprinderea picaturii din vrful srmei se face mai repede, respectiv transferul metalului topit are loc n picaturi mai fine si cu o frecventa mai mare. Modulul fortei pinch depinde n principal de valoarea curentului desudare, fiind direct proportional cu patratul acestuia. Pentru calculul fortei pinch Fp se foloseste relatia:4Fpd= p8 20 I2 [N] r4 2 p(1)sau relatia:2Fp = p20 I2 [N] 4 a(2)unde:Is curentul de sudare (A); permeabilitatea magnetica; r (a) distanta punctului de aplicatie a fortei pinch fata de axa picaturii (srmei);dp diametrul picaturii; Pentru calculul aproximativ a fortei Fp, ilustrativ pentru sudare, sepoate folosi relatia:F=[dyn] 2 p2 SI(3)Fiind direct proportionala cu patratul curentului de sudare rezulta caponderea fortei pinch Fp la sudare este mare la utilizarea curentilor de sudare de valori ridicate. Acesta este cazul sudarii MIG/MAG cu transfer prin pulverizare (spray arc) si cazul sudarii MIG/MAG n curent pulsat, unde forta pinch de valori ridicate favorizeaza transferul metalului topit n picaturi foarte fine, evitnd pericolul scurtcircuitarii baii metalice cu toate dezavantajele acestuia. Si n cazul transferului prin scurtcircuit influenta fortei pinch Fp se manifesta n faza de scurtcircuitare a arcului electric de catre picatura de metal topit ca urmare a cresterii valorii curentului de scurtcircuit la valori mari, comparativ cu valoarea curentului de sudare. n acest caz forta pinch grabeste ruperea puntii de metal dintre baia metalica si vrful srmei electrod favoriznd reamorsarea arcului si cresterea Directia fortei electromagnetice este normala la directia liniilor de stabilitatii acestuia.curent. Prin urmare modificarea directiei liniilor de curent, fenomen ce are loc n baia metalica din vrful srmei pe toata perioada de formare a picaturii, va determina la rndul ei modificarea instantanee a directiei fortei electromagnetice. Sub actiunea fortei pinch se produce curbarea liniilor de curent n baia metalica s i prin urmare modificarea directiei de actiune a fortei electromagnetice. Aceasta modificare determina descompunerea fortei electromagnetice n doua componente: o componenta radiala dupa axa x, respectiv o componenta axiala dupa axa y, cu actiune distincta asupra picaturii de metal.n figura 11 se prezinta actiunea fortei electromagnetice asupra metalului lichid din vrful srmei electrod n perioada formarii unei picaturi demetal. Se observa doua etape distincte n manifestarea fortei electromagnetice.Figura 11 - Actiunea fortei electromagnetice asupra metalului lichid n prima faza, de topite a vrfului srmei electrod si de formare a picaturii figura 11.a, componenta axiala a fortei electromagnetice Fem y este orientata n sens contrar curentului de sudare (de jos n sus) opunndu se desprinderii picaturii. n aceasta etapa are loc acumularea metalului topit la baza srmei sub actiunea conjugata a fortei tensiunilor superficiale care actioneaza pe suprafata metalului, respectiv a componentei axiale a fortei electromagnetice. Componenta radiala a fortei Fem x are o actiune nesemnificativa datorita cantitatii reduse de metal topit. Totusi se observa o usoara deformare a suprafetei exterioare a metalului topit concretizata prin tuguierea acestuia, pregatind etapa a doua. n faza a doua acumularea de metal topit determina cresterea volumului picaturii si implicit cresterea diametrului acesteia la o valoare comparabila cu diametrul srmei sau usor mai mare. Forta electromagnetica si schimba directia ca urmare a modificarii curbarii liniilor de curent, figura 11.b. Componenta radiala a fortei electromagnetice Femx produce prin efectul pinch strangularea picaturii de metal acumulat n vrful srmei, la baza acesteia (la interfata srma picatura) si formarea unei punti de metal de dimensiuni foarte reduse (de ordinul zecimilor de mm) care face ca densitatea curentului n aceasta zona sa creasca foarte mult ceea ce conduce la vaporizarea instantanee a puntii. Componenta axiala a fortei Fem y de aceasta data, fiind orientata n sensul trecerii curentului de sudare (de sus n jos), actioneaza favorabil desprinderii picaturii de metal. Are loc acumularea de metal topit si formarea unei noi picaturi nsotita de reluarea fazelor prezentate mai sus.Din analiza relatiei de calcul a fortei electromagnetice, (1), se observa dependenta invers proportionala dintre marimea fortei si diametrul conductorului fluid strabatut de curent. Aceasta produce cresterea intensitatii fortei pinch n zona strangularii incipiente, ceea ce echivaleaza cu o concentrare a acestei forte n acel punct fix de pe suprafata picaturii (de fapt pe o circumferinta). Acest fenomen produce intensificarea procesului de desprindere a picaturii din vrful srmei. Ilustrarea fenomenului este prezentata n figura 12.Figura 12 - Manifestarea actiunii fortelor electromagnetice asupra picaturii de metal Actiunea complexa a fortei electromagnetice si ponderea acesteia la producerea mecanismului de desprindere a picaturii fac ca aceasta forta sa fie considerata cea mai importanta forta dezvoltata n arcul electric cu implicatiile cele mai mari asupra modului de transfer a picaturii la sudarea prin topire cu arcul electric n general si la sudarea MIG/MAG n special. n concluzie forta electromagnetica sau forta pinch favorizeaza desprinderea picaturii de metal din vrful srmei electrod la sudarea MIG/MAG, producnd finisarea transferului picaturilor de metal si prin urmare este de dorit sa fie ct mai mare. 1.4.2 Forta tensiunilor superficialeTensiunea superficiala s actioneaza cu o forta Fs. Aceasta fortaactioneaza n toate fazele de transfer a picaturii de metal topit n baia metalica. n prima faza sub actiunea ei are loc acumularea metalului topit s iformarea picaturii n vrful srmei. Punctul de aplicatie a fortei se afla pe circumferinta picaturii n zona de contact dintre picatura si srma, actionnd ca o forta uniform distribuita, orientata n sus. Prin urmare n aceasta etapa forta se opune desprinderii picaturii din vrful srmei electrod si este forta principala, raspunzatoare n cel mai nalt grad de formarea picaturii de metal. n faza a doua dupa desprinderea picaturii din vrful srmei, la trecerea prin coloana arcului, tensiunea superficiala actio-neaza pe suprafata picaturii mentinnd forma sferica a acesteia. n faza a treia n momentul atingerii baii metalice de pe suprafata piesei, sub actiunea tensiunii superficiale din zona de contact dintre picatura si baie, are loc atragerea (absorbtia) picaturii n baie. Valoarea fortei n prima faza este cu att mai mare cu ct suprafata incipienta de contact dintre picatura si baie este mai mare. Valoarea ei creste continuu pe masura ce suprafata de contact se extinde pna la absorbtia totala a picaturii n baia metalica. n aceasta etapa actiunea tensiunii superficiale este favorabila facilitnd trecerea picaturii n baie. n cazul transferului prin scurtcircuit forta data de tensiunea superficiala Fs, este considerata forta principala care determina transferul picaturii de metal topit n baia metalica. Cu toate acestea datorita importantei ei la formarea picaturii n vrful srmei si actiunii pe care o are n aceasta faza forta data de tensiunea superficiala este perceputa n general la sudare ca fiind o forta care se opune desprinderii picaturii. Tensiunea superficiala (s) este n principal o caracteristica de material. Cunoasterea ordinului de marime a acesteia permite ntelegerea mai buna a fenomenelor de transfer la sudarea acestor materiale. Valoarile tensiunii superficiale pentru cele mai importante materiale metalice utilizate la sudare sunt: s = 1,2 N/m pentru otel carbon nealiat sau slab aliat; s = 0,9 N/m pentru cupru; s = 0,6 N/m la aluminiu; s = 1,7 1,9 N/m pentru otel nalt aliat inoxidabil. Tensiunea superficiala este puternic influentata de starea suprafeteipicaturii, respectiv a baii metalice. Suprafetele oxidate se caracterizeza prin tensiuni superficiale mult mai reduse. De exemplu n cazul oxizilor de siliciu tensiunea superficiala are valoarea s = 0,2 0,26 N/m. Reducerea tensiunilor superficiale determina desprinderea mai usoara a picaturii din vrful srmei si prin urmare o picatura mai mica, respectiv un transfer mai fin. n consecinta utilizarea gazelor de protectie cu caracter oxidant conduce la finisarea picaturilor de metal formate n vrful srmei. De exemplu la sudarea otelurilor inoxidabile adaugarea unei cantitati de 13 % O2 sau 25 % CO2, gaze cu caracter oxidant, duce la mbunatatirea transferului de metal, cresterea stabilitatii arcului si reducerea stropirilor. De exemplu la sudarea otelurilor inoxidabile, caracterizate prin tensiunea superficiala cea mai ridicata, adaugarea n argon a unei cantitati de 13 % O2 sau 24 %CO2, gaze cu pronuntat caracter oxidant, duce la mbunatatirea transferului de metal prin finisarea picaturilor, creste stabilitatea arcului si reduce stropirile. Aceasta este ratiunea folosirii amestecurilor de gaze, argon plus oxigen, respectiv argon plus dioxid de carbon la sudarea otelurilor inoxidabile. Ponderea gazelor de protectie cu caracter oxidant n argon trebuie nsa mentinuta la nivelul de mai sus pentru evitarea degradarii caracteristicilor mecanice si de plasticitate a acestor oteluri prin oxidare, respectiv prin mbogatirea cu carbon si pericolul formarii carburilor de crom dure si fragile sau a aparitiei coroziunii intercristaline.Pentru calculul fortei date de tensiunile superficiale Fs se foloseste urmatoarea relatie:gunde:Fsh = m (4) mh masa maxima a picaturii ce se poate forma la vrful srmeielectrod, nainte de desprinderea acesteia; g acceleratia gravitationala. mult mai usor masa mp masa picaturii desprinse din vrful srmei electrod. ntre cele doua mase mh si mp exista o relatie empirica, si anume raportul mp / mh, care poate fi definit ca o functie ntre raza srmei electrod r si constanta de capilaritate a materialului a:Masa mh este nsa foarte greu de determinat. Se poate masura nsasi deci:m h p m=f a cur gFs = pa =2 s (5)m g (6) fPentru 0r functia are expresia: = 1, aa ra = 1 - 0, (7) a r r n cazul picaturilor mari forta data de tensiunea superficiala aref4expresia:Fss2= a p r (8)unde:fr s tensiunea superficiala a metalului lichid al picaturii; r raza srmei electrod; f functie complexa ce depinde de raportul (r/a); a constanta de capilaritate a materialului lichid. daca:a r< 0 ,15 5 fr ()r = 1 - 2, a r(9)daca:()r c 1 f a = 0,6 - 5 (10) r Alaturi de forta electromagnetica, forta datorita tensiunilor superfi0,< = 5ciale este considerara o forta foarte importanta n mecanismul de transfer al picaturii de metal topit la sudarea MIG/MAG. Importanta acestei forte asupra mecanismului de transfer a picaturiide metal se poate observa si din aparitia recenta a unui nou mod de transfer bazat exclusiv pe actiunea tensiunilor superficiale, carei poarta numele si anume transferul prin tensiune superficiala sau S.T.T. (Surface 1.4.3 Forta gravitationala Tension Transfer), care va fi prezentat ntr-un subcapitol ulterior.Forta gravitationala (Fg) actioneaza n general ca o forta care favorizeaza desprinderea picaturii, cu exceptia sudarii n pozitii dificile (peste cap). Valoarea ei este determinata n principal de marimea picaturii conform relatiei: gunde: mp - masa picaturii;= Gpm(11) g - acceleratia gravitationala.Este forta predominanta la sudarea cu arc lung cnd picaturile sunt mari, respectiv la sudarea cu arc intermediar. Cu ct masa picaturii este mai mare cu att valoarea fortei gravitationale este mai ridicata. Desprinderea picaturii din vrful srmei are loc cnd volumul acesteia este suficient de mare pentru ca forta gravitationala sa nvinga actiunea fortelor care se opun desprinderii ei, forta de reactie anodica si forta datorita tensiuniisuperficiale. Transferul gravitational, specific sudarii cu puteri mari ale arcului electric n mediu de dioxid de carbon, este legat de numele acestei forte datorita rolului ei important la producerea transferului de metal. 1.4.4 Forta de reactie anodicaForta de reactie anodica (Fan) este generata de presiunea vaporilor de metal care se degaja ca urmare a temperaturii locale ridicate care apare pe suprafata picaturii (n pata anodica) datorita concentrarii arcului electric pe o zona foarte mica asa cum este extinderea petei anodice, 10-8 10-6 m. n plus este ndeobste cunoscut ca datorita neconsumarii de energie pentru emisia de particole (electroni), temperatura petei anodice este superioara temperaturii petei catodice Tan = Tk + (400 600)C.Intensitatea fortei de reactie anodica depinde n principal de gazul de protectie utilizat la sudare si apoi de intensitatea curentului electric. Influenta gazului de protectie este determinata de conductibilitatea termica a gazului, care difera mult de la un gaz la altul (vezi scap. 1.3.2). Pentru analiza fenomenului vom lua n considerare gazele cele mai utilizate la sudarea MIG/MAG si anume argonul si dioxidul de carbon. Conductibilitatea termica mica (cea mai mica) a argonului determina un gradient de temperatura redus n coloana arcului. Aceasta face ca miezul coloanei arcului, cel care conduce curentul electric (n care sunt concentrate liniile de curent), sa se extinda pe o zona relativ mare n sectiunea coloanei arcului. Practic arcul electric cuprinde (mbratiseaza) vrful srmei, figura 13. Densitatea redusa a liniilor de curent din miezul coloanei arcului determina o anumita valoare a temperaturii n aceasta zona, constanta nsa ntr-o sectiune relativ mare. Temperatura picaturii metalice n zona petei anodice va atinge o temperatura ridicata 2800 3000C, dar sub temperatura de fierbere a fierului, 3200C. Totus i mici vaporizari pe suprafata picaturii este posibil sa apara. Conductibilitatea termica mai ridicata a dioxidului de carbon dect a argonului determina un gradient de temperatura mult mai mare n coloana arcului. Prin urmare miezul coloanei arcului n acest caz va fi la rndul lui foarte redus. Practic arcul elecFigura 13 - Mecanismul generarii fort ei tric este concentrat punctiformreact ie anodica de pe suprafata picaturii ce se formeaza n vrful srmei, figura 13. Cresterea densitatii curentului n miezul coloanei arculuidetermina cresterea temperaturii n axa coloanei arcului la valori superioare arcului n argon. Aceasta concentrare aproape punctiforma a unei temperaturi ridicate pe suprafata picaturii n pata anodica determina depasirea temperaturii locale de fierbere a fierului. Vaporizarea intensa a metalului topit din aceasta zona genereaza un jet de vapori care va produce o forta de reactie (conform principiului oricarui jet) care va mpinge picatura n sus opunndu-se desprinderii ei sub actiunea celorlalte forte favorabile din arc. Directia jetului de vapori produce dezaxarea picaturii din axa coloanei arcului ceea ce conduce la formarea picaturii lateral fata de aceasta axa. n aceste conditii volumul picaturii creste foarte mult, rezultnd niste picaturi mari de forma globulara, iar nivelul stropirilor din arc este ridicat. Totodata cresterea curentului de sudare n aceste conditii determina amplificarea fortei si prin urmare cresterea volumului picaturii. n concluzie forta de reactie anodica se manifesta foarte puternic n cazul sudarii n dioxid de carbon 100%, sau n amestecuri bogate n CO2, si are o intensitate foarte redusa n cazul sudarii n argon sau amestecuri de gaze bogate n argon, cu mai mult de 80% procente de argon n amestec. Este forta direct raspunzatoare de imposibilitatea sudarii cu transfer prin pulverizare sau n curent pulsat n cazul folosirii dioxidului de carbon 100%, sau a amestecurilor de gaze bogate n dioxid de carbon ca si gaze de protectie. Este forta care se opune desprinderii picaturii din vrful srmei, favoriznd formarea picaturilor mari, nedorite la sudare. Acest lucru este unul din motivele pentru care n ultimul timp s-a renuntat aproape total la sudarea n CO2, n special la puteri ridicate ale arcului electric (curenti de sudare mari). Cu alte cuvinte forta de reactie anodica este specifica sudarii MAG n dioxid de carbon, sau a amestecurilor bogate n dioxid de carbon (peste 20% CO2), actionnd n sens contrar desprinderii picaturii din vrful srmei, favoriznd cresterea volumului acesteia. Are o pondere importanta n cazul transferului cu arc lung, sau transferului globular. 1.4.5 Forta electrodinamicaForta electrodinamica Fed apare ca efect conjugat a doua actiuni.Punctul de aplicatie a fortei se gaseste pe interfata picatura srma n axa srmei electrod. n prima faza actiunea de strangulare a picaturii sub efectul fortelor pinch determina o reducere puternica a suprafetei de contact dintre srma si picatura cu formarea unei punti de metal foarte nguste cu un diametru de ordinul zecimilor de mm. Aceasta punte de metal determina cresterea puternica a densitatii de curent n aceasta zona ceea ce conduce la cresterea importanta a temperaturii pna la temperatura de vaporizare a metalului. Vaporizarea instantanee a puntii de metal determina apartia unei forte reactive ca efect al jetului de vapori generat n acelspatiu foarte ngust. De aceasta data forta reactiva este orientata n sens favorabil spre deosebire de forta de reactie anodica si sub actiunea ei picatura este plonjata prin coloana arcului spre baia metalica. Forta electrodinamica are o pondere importanta n cazul transferului prin pulverizare (curenti mari de sudare), transferului n curent pulsat n perioada timpului de puls si n cazul transferului prin scurtcircuit cnd aparitia curentului de scurtcircuit determina cresterea importanta a fortelor pinch, respectiv cresterea densitatii de curent din zona puntii de metal topit la vrful srmei. Aceasta forta poate fi amplificata n unele cazuri (srme de sudare cu mult carbon) de efectul acumularii n zona puntii a unor pungi de gaze (oxid de carbon) care prin dilatare sub efectul caldurii produc microexplozii marind forta de mpingere a picaturii nspre baie, respectiv fragmenteaza picatura n picaturi foarte fine, asa numitul transfer prin explozie. Prin urmare forta electrodinamica este favorabila desprinderii picaturii din vrful srmei, respectiv este forta care asigura transferul picaturii la sudarea n pozitii dificile, sudarea peste cap, sudarea verticala, etc., nvingnd efectul gravitatiei care actioneaza asupra picaturii. 1.4.6 Forta jetului de plasmaForta jetului de plasma Fj este determinata de curgerea cu vitezafoarte mare a plasmei generate n coloana arcului ca urmare a temperaturilor foarte mari atinse n miezul coloanei. Actiunea jetului de plasma asupra picaturii poate fi comparata cu actiunea unei vne de fluid (lichid sau gaz), care se deplaseaza printr-o conducta, asupra unui corp de forma sferica, asa cum se considera ca este picatura de metal aflata n interiorul ei. Viteza jetului de plasma poate atinge valori de peste 100 m/s n axa coloanei arcului si de Figura 14 - Repartitia vitezei jetului de aproximativ 20 m/s la o displasma n coloana arcului electric tanta de 3 mm fata de axa. Repartitia radiala a vitezei de curgere a plasmei prin coloana arcului este prezentata n figura 14.srmei electrod si aflata n jetul de plasma deplasat cu o viteza foarte mare se poate calcula cu relatia: p Fj C v2 p R2 p2 = (12) d 2unde: v viteza de curgere a jetului de plasma; p densitatea jetului de plasma; Rd raza picaturii; Cp coeficient de curgere a jetului de plasma, invers proportional cuForta care actioneaza asupra picaturii de metal desprinse din vrfulnumarul Reynolds (Re):Re =unde:Rd v(13)- vscozitatea jetului de plasma.Coeficientul de curgere a jetului de plasma Cp se determina din grafice specializate n functie de numarul Reynolds, figura 15. Aceasta forta determina accelerarea picaturii prin coloana arcului la valori foarte mari n functie de curentul de sudare (densitatea curentului). n tabelul 17 sunt prezen-Figura15 - Determinarea coeficientului de curgere a jetului de plasmaAceasta accelerare puternica a picaturii poate avea efecte nefavorabile prin stropirile pe care le poate produce la plonjarea picaturii n baie, respectiv prin defectele produse n mbinarea sudata (crestaturi marginale). Din acest motiv valoarea curentului de sudare nu poate fi crescuta orict de mult.tate valorile acceleratiei picaturii de metal determinata de actiunea jetului de plasma n functie de curentul prin arc, la care se adauga si acceleratia gravitationala.Tabelul 17. Acceleratia picaturii de metal n jetul de plasma (A) (mm) (m/s) 60 2,35 7,5 5,2 6,66 0,54 10,35 100 2,12 21 13,1 3,25 2,33 12,14 150 1,53 47,5 21,4 2,18 11,12 20,93 200 1,06 85 26,6 1,98 46,6 56,4 220 0,9 103 27,3 2,01 81,7 91,5Is Rdve fRe Cp a (m/s2 )a+g(m/s2)1.5 Tipurile de transfer al picaturii de metal topit la sudarea MIG/MAG Diversitatea modurilor n mediu de gaze protectoare cu electrod o caracteristica specifica sudariide transfer a materialului de adaos constituie fuzibil MIG/MAG. Tabelul 18 Tipuri de transfer a picaturii de metal la sudarea MIG/MAG Tipul arcului electric Marimea picaturii Arc scurt MAG-MMAG-CO2Aspectul transferului Modul de transferfina fina pna la grobaprin scurtcircuitArc intermediar (de tranzit ie) MAG-MMAG-CO2globular cu scurtcircuitari aleatoare prin pulverizare, fara scurtcircuitariArc spray MAG-Mfoarte finaArc lungMAG-CO2grobaglobular cu scurtcircuitari fara scurtcircuitari (o picatura/puls)Arc pulsat (sinergic) MAG-Mfinaeste influentat n principal de doi factori de baza si anume gazul de protectie, respectiv valoarea curentului de sudare. Transferul picaturii prin coloana arcului este guvernat de echilibrul fortelor care actioneaza n conditiile date de sudare asupra acesteia. Prin urmare modul de transfer al picaturii va fi determinat de forta care actioneaza asupra picaturii cu ponderea cea mai mare. Asa cum sa vazut n scap. 1.4 exista o strnsa legatura ntre fortele care actioneaza n arcul electric si cei doi factori de influenta de mai sus.Tipul de transfer al picaturii de metal topit din vrful srmei electrodFigura 16 - Domeniile tipurilor de transfer la sudarea MIG/MAGPrincipalele moduri de transfer a picaturii, respectiv tipurile de arce ntlnite la sudarea MIG/MAG sunt prezentate sintetic n tabelul 18. n figura 16 se prezinta zonele specifice tipurilor de transer n functie de parametrii tehnologici principali de sudare curent de sudare (viteza de avans a srmei) tensiunea arcului, pentru toate modurile de transfer ntlnite la sudarea MIG/MAG.Figura 17 - Influent a curentului de sudare si a gazelor de protect ie asupra zonelor de transferfunctie de curentul de sudare, respectiv influenta curentului de sudare si a gazelor de protectie asupra modificarii granitelor zonelor de transfer, respectiv asupra frecventei scurtcircuitelor sau a picaturilor de metal transferate prin arc.1.5.1 Transferul prin scurtcircuit, cu arc scurt sau short arc sha se caracterizeaza prin scurtcircuitarea arcului electric de catre picatura de metal topit formata n vrful srmei electrod cu o anumita frecventa. Modul de desfasurare a procesului de transfer n strnsa corelatie cu modul de variatie a parametrilor tehnologici principali de sudare curentul de sudare Is respectiv tensiunea arcului Ua este prezentat n figura 18.n figura 17 se prezinta repartitia principalelor tipuri de transfer nFigura 18 - Etapele transferului prin scurtcircuitSub actiunea caldurii arcului electric amorsat ntre srma electrod si piesa are loc topirea vrfului srmei, respectiv topirea locala a piesei, (faza 1).Sub actinea tensiunilor superficiale metalul topit se acumuleaza n vrful srmei, (faza 2). Acumularea metalului topit determina cresterea dimensiunii picaturii la valori dp > de (faza 3). Datorita lungimii reduse a arcului electric la un moment dat picatura atinge piesa formnd o punte de metal topit care scurtcircuiteaza arcul (faza 4). Are loc cresterea curentului la valoarea curentului de scurtcircuit ceea ce determina cresterea puternica a fortelor pinchsub actiunea carora se produce gtuirea (strangularea) puntii metalice la valori de ordinul zecimilor de milimetru (faza 5). Strangularea puntii determina cresterea densitatii de curent producnd o ncalzire puternica a metalului prin efect Joule-Lenz, pna la temperatura de vaporizare a metalului. Are loc ruperea puntii metalice si sub actiunea presiunii vaporilor de metal picatura rezultata este mpinsa (plonjeaza) n baia de metal. La atingerea baii, sub actiunea tensiunilor superficiale de la suprafata acesteia picatura este atrasa n baia metalica. Are loc reaprinderea arcului electric care creeaza premisele formarii unei noi picaturi si procesul de transfer se reia, (faza 6).Frecventa scurtcircuitelor depinde de gazul de protectie, tensiunea arcului electric (lungimea arcului), valoarea curentului de sudare, materialul srmei, diametrul srmei electrod, etc., variind ntr-un domeniu foarte larg de valori de la 70 la 200 Hz (scurtcircuitari pe secunda). n figura 19 se prezinta corelatia dintre parametrii tehnologiciprincipali de sudare, curent tensiune si frecventa de scurtcircuit a arcului electric, respectiv frecventa picaturilor la sudarea n CO2, folosind o srma SG2 cu diametrul de 0,8 mm.Caracterizarea transferului prin scurtcircuit: specific puterilor reduse ale arcului electric (curenti de sudare mici, tensiuni de arc coborte (lungimi mici de arc) arc scurt;Is < Is cr shaproductivitate scazuta: puterea mica a arcului determina puterea de topire redusa; rezulta: rata de depunere mica, viteza de sudare redusa, patrundere mica; energie liniara relativ mica: Figura 19 - Influent a parametrilor de introduce tensiuni si deforsudare asupra frecv entei de scurtcircuit matii mici la sudare ; fortele dominante din arc: forta de tensiune superficiala, forta pinch si forta electrodinamica; transferul picaturii nu este conditionat de gazul de protectie utilizat; transferul picaturii nu este conditionat de polaritatea curentului; pierderi (mari) de material prin stropi, inerente acestui tip de transfer, care pot ajunge la un procent de 4 6 %; cai de reducere a stropirilor: utilizarea amestecurilor de gaze bogate n argon, reducerea tensiunii arcului, introducerea unei inductante reglabile n circuitul de sudare; utilizare: sudarea tablelor subtiri (s Is cr spa (16)productivitate ridicata determinata de puterea de topire mare a arcului electric; rezulta: rata de depunere mare, patrundere mare, viteze de sudare mari; energie liniara mare introdusa n componente, (pericol de tensiuni si deformatii la sudare); forte dominante n arc: forta electromagnetica pinch, forta electrodinamica (ambele favorabile desprinderii picaturii); transferul picaturii este conditionat de gazul de protectie: argon sau amestecuri bogate n argon cu > 80% Ar; transferul este conditionat de polaritatea curentului: numai n curentcontinuu, polaritate inversa cc+ (plus pe srma);stropiri foarte reduse (cnd se produc, acestea sunt accidentale) sau chiar fara stropiri; avantaje: eliminarea pierderilor de material de adaos prin stropi, eliminarea operatiei auxiliare de curatire a stropilor, evitarea pericolului de coroziune (la otel inox); stabilitate mare a arcului electric; nu necesita prezenta unei inductante n circuitul de sudare (inductanta este inoperanta) deoarece lipsesc scurtcircuitele; utilizare: sudarea tablelor groase: sudarea n pozitie orizontala sau n jgheab; Daca continutul de argon scade sub 80% conductibilitatea termica aamestecului de gaze creste reducnd fenomenul de autoascutire a srmei cel care favorizeaza transferul fin si astfel dimensiunile picaturilor cresc. Cresterea ponderii gazelor active, ca de exemplu dioxidul de carbon la valori peste 20%, va genera aparitia fortei de reactie anodica Fan cea care se opune desprinderii picaturii din vrful srmei. n cazul gazelor de protectie bogate n argon valoarea fortei de reactie anodica este foarte mica, iar manifestarea ei nu este perceptibila. Cu ct cantitatea de CO2 n amestec este mai mare cu att ponderea fortei de reactie anodica este mai mare, ajungnd maxima la sudarea n CO2 100%, respectiv efectul ei nefavorabil creste. Cele doua fenomene determina cresterea dimensiunilor picaturii si prin urmare modificarea modului de transfer. Din acest motiv transferul prin pulverizare nu este posibil n CO2 100% sau amestecuri bogate n CO2.Aspectul transferului prin pulverizare este prezentat n figura 26.Se observa fenomenul de autoascutire a vrfului srmei, vna de metal topit (siragul de margele), forma inconfundabila de clopot cu concentrarea foarte puternica a arcului electric. Transferul prin pulverizare este nsotit de caldura si lumina puternice, nivel ridicat de radiatii (n special ultraviolete), ceea ce impune luarea unor masuri speciale de protectie a operatorului sudor si a personalului auxiliar, eventual mecanizarea sau automatizarea procesului de sudare. n schimb nivelul de zgomot este mai scazut (variatiile de Figura 26 - Aspectul transferului presiune din coloana arcului redupicaturii prin pulverizare se). 1.5.3 Transferul globular, cu arc lung sau long arc se caracterizeaza prin trecerea metalului topit din vrful srmei electrod spre baia metalica sub forma unor picaturi mari de metal numite globule fara scurtcircuitarea arcului electric. De aici si denumirea de transfer globular. Cnd picatura de metal creste foarte mult pot avea loc scurtcircuite accidentale nsotite de stropiri intense. Deoarece transferul picaturii se realizeaza exclusiv sub actiunea fortei gravitationale, care are ponderea cea mai mare, mai este ntlnit si sub denumirea de transfer gravitational. Acest mod de transfer este specific sudarii n dioxid de carbon 100% sau n amestecuri de gaze bogate n dioxid de carbon, cu mai multDin punct de vedere al parametrilor tehnologici primari de sudare curent tensiune, respectiv a domeniului de lucru, transFigura 27 - Etapele transferului globular al ferul globular se situeaza n picaturii de metal aceeasi zona cu transferul prin pulverizare, vezi figura 17. Din acest punct de vedere cele doua moduri de transfer pot fi considerate echivalente, diferenta facndu o gazul de protectie utilizat si anume dioxid de carbon sau amestecuri bogate n dioxid de carbon la transferul globular, respectiv argon sau amestecuri bogate n argon cu mai mult de 80% Ar la transferul prin pulverizare.de 20% CO2. Cu ct ponderea dioxidului de carbon este mai mare cu att transferul picaturii se face n globule mai mari.Modul de desfasurare a procesului de transfer a picaturii este prezentat n figura 27. Puterea mare de topire a arcului electric determina acumularea rapida sub actiunea tensiunilor superficiale a unui volum mare de metal topit n vrful srmei, faza a. Cresterea dimensiunilor picaturii fara scurtcircuitarea arcului electric se datoreaza lungimii relativ mari a acestuia (tensiune de arc mare), respectiv fortei de reactie anodica Fan de valori ridicate care mpinge picatura n sus si lateral, dezaxnduo din axa srmei electrod, favoriznd prin aceasta si mai mult acumularea de metal topit, faza b. Sub actiunea fortelor pinch de valori ridicate (curent de sudare mare) se produce strangularea picaturii de metal topit nsotita de formarea unei punti de metal, faza c. Forta gravitationala de valoare ridicata (picatura mare) nvinge fortele de tensiune superficiale care tin picatura la vrful srmei (prin intermediul puntii) si forta de reactie anodica, producnd desprinderea picaturii, care sub actiunea greutatii proprii ajunge n baia metalica, faza d, fara scurtcircuitarea arcului. Ruperea puntii de metal de aceasta data se face sub actiunea fortei gravitationale nainte ca dimensiunile acesteia sa scada la valori att de mici nct sa expulzeze puntea prin vaporizare ca efect a cresterii densitatii de curent asa cum se ntmpla n cazul transferului prin pulverizare. Cu alte cuvinte gradul de vaporizare a puntii de metal este mai scazut si prin urmare actiunea fortei electrodinamice nu este hotartoare pentru desprinderea picaturii. Daca dezaxarea picaturilor este foarte mare este posibila aruncarea ei n afara baii pe suprafata tablei sub forma unor stopi foarte mari si deosebit de aderenti. De asemenea daca volumul picaturilor creste exagerat de mult se produc scurtcircuitari puternice nsotite de stropiri mari de material din baie, figura 28. Cele doua fenomene conduc la pierderi nsemnate de material de adaos, respectiv la operatii costisitoare de ndepartare- a Producerea scurtcircuitelor nsot ite Figura 28 stropilor de pe componentele de la sudarea n CO2 de stropiri sudat. Caracterizarea transferului globular: specific puterilor mari ale arcului electric: curenti de sudare mari, tensiuni de arc ridicate (lungime mare de arc):Is > Is cr g (17)productivitate ridicata la sudare determinata de puterea de topire mare a arcului electric; rezulta: rata de depunere mare, patrundere mare, viteze de sudare mari; energie liniara mare introdusa n componente (pericol de tensiuni si deformatii la sudare); forte dominante n arc: forta gravitationala si forta de reactie anodica; transferul picaturii este conditionat de gazul de protectie, dioxidul decarbon sau amestecuri bogate n dioxid de carbon;Se poate obtine transfer globular si la sudarea n amestecuri de gaze boga