52404466 tehnologia sudarii prin topire

Upload: florinel-tifrea

Post on 19-Jul-2015

260 views

Category:

Documents


8 download

TRANSCRIPT

Teodor MACHEDON PISU Elena MACHEDON PISU

T E H N O L O GS U D R II IA P R INT O P IR E

PROCEDEE DE SUDARE

Uf peps!NBDIFEPO !! QJTV Fmfob!N D IFEPO !! B QJTV

U F IO P M P H V E S J J JB!T Q S JO Q JS F !UPQSPDF EFF ! EF! TVEBSF

1

Recenzeni tiinifici: prof.dr.ing. prof.dr.ing. Consilier editorial: prof.dr.ing. Procesare text: Tehnoredactare: Copert: dr.ing. Corectur: dr.ing.

Cndea Virgil Florin Andreescu Florin Andreescu Autorii Andreea Rdulescu Bogdan Andreescu Elena Machedon-Pisu

Descrierea CIP a Bibliotecii Naionale a Romniei MACHEDON-PISU, TEODOR Tehnologia sudrii prin topire : procedee de sudare / dr. ing. Teodor Machidon-Pisu, dr. ing. Elena Machedon-Pisu. - Braov : Lux Libris, 2009 Bibliogr. ISBN 978-973-131-060-2 I. Machedon-Pisu, Elena 621.791

2009Editur recunoscut CNCSIS, cod 201

ISBN 978-973-131-060-22

CUVNT INTRODUCTIVn mediul nostru natural nu exist multe lucruri care s aib o structur monolitic i frumuseea unui cristal. Majoritatea lucrurilor necesare omului sunt compuse din multe pri individuale i aceste pri trebuie mbinate pentru a forma o singur pies. Pentru realizarea unor structuri necesare activitilor umane contemporane ingineria sudrii reprezint o opiune important pentru omul modern. Sudura este o mbinare nedemontabil dintre dou corpuri solide, prin realizarea unor fore de legtur ntre atomi marginali ai suprafeelor de mbinat, n anumite condiii de temperatur i/sau presiune. Azi a devenit dificil depistarea domeniilor de fabricaie n care asamblarea prin sudur sau a tehnicilor conexe, s lipseasc. Astfel ingineria sudrii este capabil s soluioneze problemele tehnice de vrf, de la sudarea microprocesoarelor pn la sudarea megastructurilor. Prezenta lucrare se refer la tehnologia de sudare prin topire, cu referire la bazele tehnologiei de sudare i prezentarea principalelor procedee de sudare prin topire. Lucrarea este structurat pe 11 capitole i se ocup de prezentarea principalelor procedee de sudare prin topire, se acord un spaiu important reglementrilor n domeniu i a standardelor SR ISO, SR EN, SR EN ISO. Primul capitol abordeaz bazele tehnologiei de sudare prin topire cu referire la clasificarea i simbolizarea procedeelor de sudare, reprezentarea, notarea i cotarea sudurilor, fixarea componentelor pentru sudare, susinerea bii de sudur, tensiuni i deformaii la sudare i aspecte privind prenclzirea i detensionarea la sudare. Unul din cele mai vechi procedee de sudare prin topire, sudarea cu electrozi nvelii este prezentat n capitolul doi unde este pe larg analizat modul de stabilire a parametrilor de sudare la sudarea manual. Capitolul trei este rezervat prezentrii procesului de sudare cu arc electric acoperit si anume sudarea sub strat de flux. Procedeul de sudare n atmosfer protectoare de gaze este prezentat amnunit n capitolul patru, fiind procedeul cu cea mai dinami dezvoltare si cu un grad ridicat de aplicabilitate industrial. n urmtoarele capitole se prezint sudarea cu plasm, n baie de zgur, cu flacr de gaze, cu fascicul de electroni.3

Capitolul nou este dedicat sudrii n rost ngust, respectiv: sudarea WIG, sudarea MIG-MAG. i sudarea sub flux n rost ngust. Ultimile capitole se ocup de sudarea cu termi i hidrogen atomic, procedee cu o aplicabilitate redus.

4

Lucrarea Tehnologia sudrii prin topire (Procedee de sudare) prezint o sintez a numeroaselor cunotine i informaii n domeniul sudrii prin topire, cristalizat n cei peste 30 de ani de experien n pregtirea inginerilor sudori la Universitatea Transilvania din Braov. Lucrarea este util n pregtirea specialitilor sudori, n documentarea necesar pentru atestarea calificrii de inginer sudor European i Internaional i este foarte util pregtirii studenilor la cursurile de licen, de masterat sau de doctorat. Autorii

5

CUPRINSCapitolul 1 BAZELE TEHNOLOGIEI SUDRII PRIN TOPIRE ........................... 9 1.1. Istoric ................................................................................................. 9 1.1.1. Descoperirea arcului electric 9 ......................................................... 1.1.2. Dezvoltarea sudrii 10 ..................................................................... 1.2. Sudarea o tehnic de mbinare nedemontabil 12 ....................................... a metalelor i aliajelor 1.3. Comportarea la sudare 13 ........................................ 1.4. Clasificarea procedeelor de sudare prin topire 16 ..................................... 1.5. Simbolizarea procedeelor de sudare i de lipire a metalelor 17 .......................procedeului de sudare prin topire la realizarea structurilor 1.6. Alegerea 19 sudate ... 1.7. mbinri sudate prin topire 22 .................................................................... 1.8. Reprezentarea, notarea i cotarea sudurilor 29 .......................................... pentru sudare 1.9. Fixarea componentelor 36 ................................................... 1.10. Susinerea bii de sudur 38 .................................................................... 1.11. Tensiuni i deformaii la sudare 41 ...........................................................sudare 1.12. Prenclzirea i detensionare la 44 ................................................ Capitolul 2 SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC I ELECTROZI NVELII .................................................................................................... 47 2.1. Arcul electric ....................................................................................... 47 2.1.1. Amorsarea i formarea arcului electric. Prile componente ale arcului electric ............................................................................................... 47 2.1.2 Caracteristica static a arcului electric de curent continuu ............... 51 2.1.3.Stabilitatea arcului electric i a procesului de sudare ...................... 53 2. 2. Principiul procedeului de sudare ......................................................... 58 2.3. Electrozi nvelii .................................................................................... 60 2.4. Stabilirea parametrilor de sudare la sudarea manual .............................. 67 2.5. Moduri practice de sudare cu electrod nvelit n diverse poziii la procedeul5

111 ........................................................................................................ 91 Capitolul 3 SUDAREA SUB STRAT DE FLUX .............................................................. 97 3.1. Materiale necesare la sudarea sub strat de flux ......................................... 99

6

3.1.1. Srme electrod pentru sudare ..................................................... 3.1.2. Electrozi lamelari (band) pentru sudarea sub strat de flux ............ 3.1.3. Fluxuri pentru sudare ................................................................... modul de fabricaie i de 3.1.4. Proprietile fluxurilor n funcie de compoziia chimic ............................................................................. 3.2. Tehnologia de sudare sub strat de flux ....................................................... sub strat de flux 3.2.1. Forma custurii executate ....................................... de sudare sub strat de flux 3.2.2. Parametrii regimului ................................ de sudare 3.2.2.1. Curentul .................................................................. 3.2.2.2. Tensiunea arcului ..................................................................... 3.2.2.3. Viteza de sudare ...................................................................... 3.2.2.4. Natura curentului .................................................................. 3.2.2.5. Diametrul srmei electrod .................................................... 3.2.3. Influena factorilor tehnologici la sudarea sub strat de flux .............. 3.2.3.1. Lungime liber ........................................................................ 3.2.3.2. Granulaia flux ........................................................................ 3.2.3.3. nlimea stratului de flux .......................................................... 3.2.3.4. nclinarea srmei electrod ...................................................... 3.2.3.5. nclinarea piesei ..................................................................... 3.2.3.6. Susinerea bii de sudur ........................................................ 3.2.3.7. Circuitul curentului de sudare .................................................... 3.2.4. Influena factorilor constructivi asupra custurii .............................. 3.2.5. Calculul i alegerea parametrilor regimurilor de sudare sub flux ...... Variante ale sudrii sub flux utilizate n practic 3.2.6. .............................. semiautomat sub flux 3.2.6. 1. Sudarea ................................................ arce separate 3.2.6.2. Sudarea simultan cu ....................................... cu arce independente care formeaz o 3.2.6.3. Sudarea sub flux baieomun ....................................................................................... c . 3.2.6.4. Sudarea sub flux cu arce gemene ......................................... 3.2.6.5. ncrcarea prin sudare sub flux ................................................ flux utilizate la depunerea 3.2.6.6. Variante de sudare sub straturilor de..................................................................................... ncrcare . 3.2.6.7. Alte aplicaii ale sudurii de ncrcare ....................................... flux 3.2.6.8. Electronituirea sub ........................................................... 3.2.6.9. Unele realizri n domeniul sudrii sub flux .............................. economice asupra sudrii sub flux 3.2.6.10. Consideraii ...................... Capitolul 4 SUDAREA IN MEDII DE GAZ PROTECTOR ......................................... 4.1. Principiul procedeului7

99 99 101 101 103 104 104 104 106 107 107 109 109 109 110 110 110 111 113 116 116 118 120 120 122 123 123 125 125 129 131 132 133 .. .. .. ..

................................................................... 135 135

8

4.2. Srma electrod ...................................................................................... 4.3. Gazul de protecie .................................................................................... 4.4. Transferul de metal la sudarea MIG/MAG ............................................... curentului pulsat 4.5. Parametrii tehnologici ai ................................................ sudare 4.6. Parametrii tehnologici de .............................................................. 4.7. Sudarea cu srm tubular ST .............................................................. cu srm tubular 4.7.1. Principiul procedeului de sudare ...........................de sudare la ST 4.7.2. Materiale ............................................................ 4.8. Sudarea WIG ...................................................................................... 4.8.1. Principiul procedeului WIG ......................................................... 4.8.2. Materiale utilizate la sudarea WIG ................................................ la sudarea WIG 4.8.3. Amorsarea arcului electric ....................................... 4.8.4. Stabilirea parametrilor tehnologici la sudarea prin procedeul WIG ... Capitolul 5 SUDAREA CU PLASM ........................................................................... 5.1. Generaliti privind plasma termic i utilizarea ei ................................. 5.2. Sudarea cu plasm ................................................................................. 5.3. Sudarea plasm - MIG ........................................................................... Capitolul 6 SUDAREA N BAIE DE ZGUR .............................................................. 6.1. Principiul sudrii n baie de zgur ........................................................... 6.2. Variante ale sudrii n baie de zgur ......................................................... Capitolul 7 SUDAREA CU FLACR DE GAZ ........................................................ 7.1. Combustibilii ....................................................................................... 7.2. Obinerea, structura i rolul flcrii de gaze ................................................ 7.3. Tehnologia sudarii prin topire cu flacar .................................................. 7.3.1. Sudarea tablelor de oel .................................................................. flacr oxigaz 7.3.2. Sudarea semifabricatelor de oel cu ........................... 7.3.3. Sudarea oxigaz a oelurilor aliate ................................................... 7.3.4. Sudarea oxigaz a fontelor ................................................................ 7.3.5. Sudarea metalelor i aliajelor neferoase cu flacr oxigaz ............... 7.3.6. Defectele pieselor sudate cu flacr ................................................ 7.3.7. Calculul mbinrilor sudate cu flacr ................................................ Capitolul 8. SUDAREA CU FASCICUL DE ELECTRONI7

137 140 152 161 163 174 174 176 179 179 182 185 187

191 191 194 107

199 199 202

204 204 210 213 214 218 219 220 221 228 228 ...... .......

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

8

8.1. Fascicul de electroni .............................................................................. 8.2. Sudarea cu fascicul de electroni ........................................................... electroni 8.4. Tehnologia sudrii cu fascicul de ............................................. 8.5. Sudarea cu fascicul de ioni ....................................................................... Capitolul 9 SUDAREA N ROST NGUST ................................................................... 9.1. Sudarea WIG n rost ngust ................................................................... 9.2. Sudarea MIG-MAG n rost ngust ........................................................... 9.3. Sudarea sub flux n rost ngust Capitolul 10 SUDAREA CU TERMIT .......................................................................... 10.1. Reacia aluminotermic ........................................................................... 10.2. Sudarea cu termit .............................................................................. Capitolul 11 SUDAREA CU HIDROGEN ATOMIC ................................................... BIBLIOGRAFIE ................................................................................... ....

233 234 235 239

241 241 243 245

247 247 247

249 251

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDRII PRIN TOPIRE

Capitolul 1 BAZELE TEHNOLOGIEI SUDRII PRIN TOPIRE1.1. Istoric 1.1.1. Descoperirea arcului electric Istoria sudrii cu arc electric ncepe cu descoperirea arcului electric de Sir Humphrey Davy n 1801. n timpul experimentelor de electricitate el a descoperit c se poate crea un arc electric de nalt tensiune prin aducerea a dou conductoare n apropiere. Acest arc producea o lumin strlucitoare i genera o cldur considerabil, putnd fi meninut dup dorin, iar durata i intensitatea puteau fi variate. Davy a demonstrat arcul electric la Institutul Regal al Angliei n 1808, unde descoperirea a strnit un mare interes. Oricum mult timp a rmas o jucrie tiinific, deoarece nimeni nu-i gsea o ntrebuinare practic. De fapt, Davy nu a utilizat termenul de arc la descoperirea lui dect 20 de ani mai trziu. Probabil prima ncercare de utilizare a cldurii intense a arcului cu electrod de carbon pentru sudare a fost fcut n 1881, cnd Auguste De Meritens a utilizat un electrod de carbon la sudarea cu arc a plcuelor conductoare a bateriilor. n acest experiment, el a conectat piesa la polul pozitiv al unei surse de curent, i a legat vergeaua de carbon la polul negativ n aa fel nct distana dintre vergea i pies s poat fi controlat. O parte din cldur s-a pierdut n aerul nconjurtor, dar n pies a ajuns suficient pentru a asigura mbinarea. Doi cer cet tori, Ni kola s de Ben ardos i St ani sla v Olszewski, experimentnd procesul British Meritens, n anul 1885 au obinut un patent britanic pentru procesul de sudare utiliznd electrozi de carbon. Bernados era rus i avea un patent n acest domeniu i n Rusia. Aplicaia lui descrie un proces n care piesa este conectat la polul negativ, iar vergeaua de carbon la polul pozitiv al unui circuit de curent continuu. Vergeaua nu era fixat ca n metoda De Meritens, dar era prevzut cu un mner izolator astfel nct putea fi manipulat de operator. Astfel, Bernados este n gen- eral creditat cu primul patent n sudura cu arc electric. n 1889, alt rus N.G. Slavianoff, anuna un procedeu n care vergeaua9

de metal se topea gradat i se aduga ca metal topit la sudur. n acelai an Charles Coffin din Statele Unite ale Americi, fr s cunoasc descoperirea lui Slavianoff a obinut un patent US pentru un procedeu similar de sudur

9

TEHNOLOGIA SUDRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

cu arc de metal. Procedeul descoperit a fost un uria pas nainte deoarece electrodul metalic nu numai c alimenta energia de topire, dar aduga metalul necesar sudurii. n ciuda acestor avantaje, aplicaiile comerciale au crescut greu n urmtorii ani deoarece nu erau disponibili electrozi metalici corespunztori. n perioada de pionerat a sudurii era limpede c factorul limitativ erau electrozii. Primi electrozi erau srme din fier norvegian sau suedez care produceau suduri slabe, fragile. Arcurile supranclzeau metalul de sudat i electrozii care se fragilizau n contact cu aerul. ntr-o ncercare de a elimina aceste dificulti, cercettorii au dezvoltat un numr de electrozi care erau uor acoperii cu diferite materiale organice sau minerale. Oscar Kjellberg din Suedia n 1907 a obinut primul patent, fiind pionerul electrozilor nvelii. nveliurile s-au dezvoltat n acest timp, contribuind mai mult la stabilirea arcului dect la protejarea sau la purificarea metalului pentru sudat. Abia n 1912, Strohmenger a primit un patent US pentru un electrod gros acoperit, iar industria avea un electrod capabil s produc o mbinare sudat cu proprieti mecanice bune. Datorit preului ridicat, acest electrod a ptruns greu n producie. Procesul acoperirii necesit operaii scumpe, incluznd acoperiri cu azbest, srme de aluminiu fine i alte materiale. n anul 1927, dezvoltarea unui procedeu de extrudare pentru aplicarea unor acoperiri a miezului metalic a micorat mult costul electrozilor nvelii. Aceasta fiind una din cele mai importante descoperiri n evoluia sudrii cu arc electric. Procedeul permitea diferite compoziii ale nveliului care conduceau la obinerea de caracteristici operaionale benefice. n acest fel, electrodul nvelit a devenit o realitate. n jurul anului 1935 au aprut sudori specializai n curent alternativ. Cu toate acestea, arcurile de c.a. erau greu de meninut. Din acest motiv, productorii de electrozi au elaborat nveliuri care ionizau mai mult i stabilitatea arcului era mai bun. n aceast perioad se utilizau mai mult oelurile inoxidabile care erau greu sudabile, datorit hidrogenului din nveliul electrodului. n acest fel au nceput s se dezvolte electrozi cu un coninut mic de hidrogen.

1.1.2. Dezvoltarea sudrii. Un incident dramatic n timpul primului rzboi mondial a fcut posibil aplicarea pe scar mare a sudrii cu arc. Vasele germane staionau n portul New York la izbucnirea rzboiului, au fost avariate de echipajele lor, astfel nct vasele s nu poat fi folosite de aliai. Paguba era att de mare nct era clar necesitatea revoluionrii proceselor pentru a repara vasele rapid. 10 Marina a chemat experi n sudur de la dou companii de ci ferate i

acetia au recomandat ca reparaiile s se fac prin sudur cu arc electric. Majoritatea vaselor avariate au fost restaurate substanial prin acest procedeu, dup care s-a dezvoltat rapid.

11

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDRII PRIN TOPIRE

Primele aplicaii ale sudrii cu arc electric n aviaie s-au fcut tot n timpul primului rzboi mondial. Anthony Fokker, constructor olandez de avioane, a folosit sudarea la fabricarea fuselajelor pentru avioane de lupt germane. n anii 1930, sudura a cptat o importan crescnd n construcia de vapoare. Marina US, care a contribuit mult la cercetarea n sudur, a utilizat sudura din motive practice, dup tratatul naval de la Londra din 1930. Acest tratat impunea limite n privina tonajului brut la navele mari. Marina a gsit sudura ca fiind avantajoas pentru c minimaliza greutatea i permitea constructorilor de vase s maximalizeze puterea de foc permis de restriciile de tonaj. Fluxul granular cu srme cu alimentare continu a condus la dezvoltarea, n 1935, a procedeului de sudare sub strat de flux care a fost aplicat pentru prima oar n fabricaia de evi i construcia de vase. O cistern a fost fabricat prin acest procedeu n 1936. n jurul anului 1940, procedeul de sudare sub strat de flux a fost acceptat. n jur de 1942, procedeul a fost mbuntit pentru a deveni automat. S-au dezvoltat semiautomate, ce pot fi inute n man, pentru sudarea sub strat de flux, n 1946. La acest procedeu, tensiunea i intensitatea erau controlate automat, astfel calitatea sudurii era uniform. Sudarea cu arcuri multiple a fost introdus n 1948, iniial pentru evi cu perei groi. Ulterior, mbuntirea sudurii sub strat de flux s-a fcut n special n domeniul fluxurilor i echipamentelor. Primele procese de protecie cu gaz a unui electrod de tungsten (wolfram au devenit cunoscute ca procese de sudare cu gaz inert i tungsten (TIG, WIG). Iniial electrodul de tungsten avea tendina de a se supranclzi i de a transfera particule de tungsten n sudur. S-au utilizat electrozi legaila borna negativ, aceast variant fiind satisfctoare pentru sudarea oelului inoxidabil, dar nesatisfctoare pentru sudarea magneziului i aluminiu. Pentru aceasta s-a utilizat un curent alternativ de nalt frecven. n 1935 procedeul a fost modificat prin dirijarea arcului rezultnd procedeul plasm arc. Procedeul de gaz arc tungsten (GTA) a fost nesatisfctor pentru tablele subiri din materiale cu conductivitate mare. Pentru aceasta electrodul metalic consumabil a fost nlocuit cu electrod tungsten neconsumabil, procedeul devenind n 1938 sudur cu arc i gaz metal (GMA) sau MIG. Acest procedeu fiind foarte utilizat la sudarea aluminiului i pentru alte materiale neferoase. Cum procedeele GMA i GTA au fost introduse pe scara industrial la nceputul anilor 1950, s-a constatat c argonul i heliul sunt foarte scumpe. Din acest motiv cercettorii au utilizat ca gaz de protecie bioxidul de carbon. John Lincoln a obinut un patent pe aceast idee n 1918. Perfecionrile ulterioare a procedeului i a echipamentului pentru sudarea CO au condus la 12 2

scderea preului de cost. Acest procedeu a fost rapid introdus n practic acolo unde sudura nu era excesiv de important. O descoperire important a fost, n 1958 de Lincon Electric, srma tubular cu autoprotecie. Aceasta a permis folosirea unor procedee automate. Alte

13

TEHNOLOGIA SUDRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

date importante privind inventarea procedeelor de sudare sunt: 1951 Paton inventeaz sudarea n baie de zgur, inventarea sudrii n mediu de bioxid de carbon, 1953 1957 Stohr inventeaz sudarea cu fascicul de electroni 1961 se inventeaz sudarea cu plasm, 1970 se inventeaz sudarea cu LASER.

1.2. Sudarea o tehnic de mbinare nedemontabil Sudarea prin topire se realizeaz prin nclzirea local, pn la topire, a pieselor de sudat, fr aplicarea unei fore, cu sau fr utilizarea unui materia! de adaos. Sudarea metalelor este o metod de mbinare nedemontabil a dou sau mai multe componente, pentru a se realiza piese sau ansambluri necesare produciei de bunuri materiale. n cadrul procesului de producie sudarea aparine tehnologiilor de fabricaie. Nivelul tehnologic al sudrii se poate estima cu ajutorul unor indicatori prezentai n continuare: Indicatorul de pondere PO este raportul dintre producia anual de I OL structuri sudate PS i producia anual de oel P I PO = Pe plan mondial valoarea I PS 100% POLPO

(1)

este de circa 27 % i conformprognozelor Institutului Internaional de Sudur (I.I.S.) acest indicator va crete pn la 45 % n anul 2010. La acest calcul s-a inut seama numai de producia de oel, fr a mai fi considerate i piesele sudate din metale neferoase, dintre care cele din aluminiu nu sunt lipsite de importan. S Indicatorul de productivitate I este raportul dintre producia anual PR de structuri sudate S i numrul de sudori folosii la realizarea ei, N . P I PR = PS N S (tone/sudor an) (2)

n ansamblul produciei de structuri sudate se estimeaz o cretere relativ lent a indicatorului , care n anul 2010 va atinge circa 110 t/sudor an. I PR Indicatorul de folosire a echipamentului de sudare este raportul dintre ES 14 I

valoarea echipamentelor de sudareS i producia anual de structuri E sudate P cu ele: E I ES = S (dolari/t.an) PS

realizat

(3)

Se prevede c pn n anul 2010 valoarea indicatorului va scdea la circa ES I 5 dolari/t an.

S

15

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDRII PRIN TOPIRE

Indicatorul de folosire a electrozilor este raportul dintre EL nvelii I cantitatea OL de electrozi folosii ntr-un anL i producia anual de oel P E I EL = EL POL (kg electrozi/t) (4)

n perioada urmtoare, pn n anul 2010 valoarea tinde s se EL indicatorului I uniformizeze, iar pe plan mondial va tinde ctre valoarea 3 kg/t. este raportul Indicatorul de mecanizare i automatizare a dintre MA sudrii I metalul depus prin procedee de sudare n decursul unui an, MD. MD (5) = MDA 100% Calcululacestuiindicator se poate efectua practicuor, dar cu erori maimari, lund n consideraie raportul dintre materialele de adaos utilizate la procedeele de sudare automate i semiautomate A i totalulmaterialelor de adaos MA, utilizate n aceeai perioad. MA IMA I'MA = MA A 100% MA (6)

Acelai indicator se mai poate calcula cu relaia: PA 100% (7) P n care: PA este puterea surselor electrice pentru sudarea automat si semiautomat, iar P este puterea total a surselor electrice pentru sudare. Pentru indicatorul I se mai folosete i denumirea de grad de GM. mecanizare Se apreciaz c indicatorul MA ve depi 80 % n anul 2010. I Considernd valorile prognozelor pentru producia mondial de i pentru OL oel P S indicatorul de ponderePO, se poate estima producia mondial de structuri sudate P I PS = IPO POL (7) Situaia sudrii n ara noastr privit sub aspectul celor cinci indicatori amintii, arat diferene semnificative la ,I ,I ,I . indicatorii I PR ES EL MA I ''MA =

MA

Indicatorul de pondere se situeaz la nivelul mondialavnd valoarea peste PO I 40 %.

1.3. Comportarea la sudare a metalelor i aliajelor Comportarea la sudare sau sudabilitatea este o noiune complex, definit pe seama unui ansamblu de factori tehnologici, constructivi i de exploatare, prin care se apreciaz capacitatea unui metal sau aliaj de a forma mbinri sudate de bun calitate, n condiii economice de realizare.

TEHNOLOGIA SUDRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Comportarea la sudare este influenat de metalul de baz, tehnologia de sudare i concepia constructiv a structurii sudate. ntre aceti factori de influen se stabilete legtura prezentat n figura 1.1., rezultnd trei noiuni derivate care completeaz definiia sudabilitii i anume:

Fig. 1.1. Comportarea la sudare a metalelor i aliajelor

- sudabilitatea metalurgic, care descrie reacia metalului supus sudrii la aciunea cmpului termic specific procedeului de sudare aplicat. Sudabilitatea metalurgic este influenat de factorii care caracterizeaz metalul de baz, compoziia chimic, structura metalografic i nsuirile sale fizice. Cu ct nsuirile proprii metalului supus sudrii influeneaz mai puin tehnologia de sudare, cu att sudabilitatea metalurgic este mai bun. - Sudabilitatea constructiv, determinat de capacitatea unui material de baz de a realiza o structur sudat care s funcioneze corespunztor n condiii date de exploatare. O construcie sudat poate influena n msur mai mare sau mai mic tehnologia de sudare. Complicaiile con- structive pot avea urmri asupra soluiile tehnologice care fac posibil realizarea mbinrilor. Sudarea poate genera tensiuni i fluxul de fore poate fi influenat de soluia constructiv. Interseciile de cordoane de sudur, sudarea mai multor elemente ntr-o singur custur, pot complica tehnologia realizrii structurii sudate. - Sudabilitatea tehnologic reprezint nsuirea metalelor i aliajelor de a forma mbinri sudate cu proprieti de rezisten comparabile cu ale metalului de baz, fr defecte sau reducerea

plasticitii, n condiiile aplicrii unei anumite tehnologii de sudare. Sudabilitatea tehnologic

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDRII PRIN TOPIRE

depinde de: Natura i proprietile metalului de baz i ale celui de adaos Materialele de protecie (nveliuri, fluxuri, gaze) folosite; Procedeul i tehnologia de sudare aplicate; Tipul, forma i dimensiunile structurii sudate; Msuri tehnologice aplicate anterior i dup efectuarea sudrii; Condiiile de exploatare n care lucreaz structura sudat. Aprecierea sudabilitii se face pe baza unor metodologii care scot n eviden comportarea la sudare a metalelor i aliajelor din punctul de vedere al unui numr restrns de factori, cel mai des al unui singur factor. Metodologiile de testare a sudabilitii sunt: Metodologii pentru determinarea rezistenei la fisurarea la cald; Metodologii pentru determinarea rezistenei metalului din zona influenat termic la apariia crpturilor la rece; Metodologii pentru evaluarea rezistenei metalului de baz zonei influenate termic, cordonului de sudur i mbinrii n ansamblu la apariia fenomenului de fragilizare; Metodologii pentru punerea n eviden a rezistenei n condiiile de exploatare, pentru metalul de baz, zona influenat termic i mbinarea n ansamblu (rezistena la coroziune, proprietile mecanice, la diferite temperaturi, rezistena la uzur etc.) Fisurile la cald, apar la cordonul de sudur n timpul cristalizrii primare a bii de metal topit. Cauza apariiei fisurilor la cald o constituie tensiunile de ntindere care apar la rcire n custura sudat. La anumite metale, la care se menin pelicule lichide la limitele cristalelor, pot apare fisuri sub influena tensiunilor proprii de ntindere. Aceste fisuri se produc la temperatur ridicat, n procesul de rcire a cordonului de sudur, de regul n intervalul de cristalizare. Temperatura la care se produce fenomenul de fisurare la cald depinde de compoziia chimic a metalului supus sudrii. n cazul oelului cu coninut mic i mediu de carbon, fisurarea la cald apare de regul n intervalul 12001350oC. Fisurile de cristalizare pot fi longitudinale, transversale i combinate n raport cu axa de sudur a cordonului. Ele ajung sau nu la suprafa. Cele deschise au suprafaa oxidant, ca dovad c s-au produs la temperatur ridicat. Fisurarea la cald este influenat de : Tensiunile interne, care se formeaz n cordon din cauza contraciei termice la rcirea metalului topit, Compoziia chimic a bii de metal topit, unde elemente ale compoziiei chimice avnd influen negativ asupra plasticitii

cordonului de sudur, n curs de formare i rcire. Unele elemente formeaz combinaii eutectice cu temperatura de topire sczut, meninnd pelicule lichide la marginile

TEHNOLOGIASUDARE

SUDRII PRIN

TOPIRE

-

PROCEDEE

DE

cristalelor formate anterior, n procesul de cristalizare. Sulful i fosforul sunt elementele cele mai duntoare, ele se limiteaz la valori minime pentru a preveni fenomenul de fisurare la cald.

1.4. Clasificarea procedeelor de sudare prin topire n figura 1.2. este prezentat o clasificare a principalelor procedee de sudare prin topire n funcie de sursa de energie utilizat pentru nclzire.

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

n funcie de modul de execuie, procedeele de sudare prin topire se pot clasifica n procedee de: sudare manual - la care toate operaiile se realizeaz manual; sudare semimecanizat - la care o parte din operaiile de baz se realizeaz mecanizat (de exemplu alimentarea cu material de

adaos); sudare mecanizat - la care toate operaiile de baz se realizeaz

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDRII PRIN TOPIRE

1.5. Simbolizarea procedeelor de sudare i de lipire a metalelor Simbolurile procedeelor de sudare i lipire se folosesc n mod obinuit, n desene tehnice de reprezentare i de notare a mbinrilor sudate . n tabelul 1.1. sunt prezentate simbolurile procedeelor de sudare prin topire conform ISO 4063Tabelul 1.1. Simbolurile procedeelor de sudare prin topire Nr. Nr. de Proces de sudare Simbol conform ordine ISO 4063 Sudarea cu gaze G 3 4.6.2.3.02 Sudarea C2H2 O2 G 311 Sudarea cu arc electric 11 Sudarea manual cu arc E 111 4.6.2.4.08 electric Sudarea cu arc electric cu electrozi tubulari MF 114 4.6.2.4.14 (autoprotectori) Sudarea sub strat de flux UP 12 4.6.2.4.22 Sudarea cu gaz protector SG Sudarea metal + gaz de MSG 13 protecie MAG MAG 135 MAG cu srm tubular MAG 136 MIG MIG 131 4.6.2.4.34 W + gaz protecie WSG 14 WIG WIG 141 4.6.2.4.42 W + plasm WP 15 Sudarea cu fascicul laser LA 751 4.6.2.5.04 Sudarea fascicol de EB 76 4.6.2.5.08 electroni Sudarea bolurilor cu arc B 781 electric n tabelul 1.2. sunt prezentate principalele abrevieri europene si americane a procedeelor de sudare prin topire Tabelul 1.2. Abrevierile europene i americane a procedeelor de sudare prin topire Simbolizarea Abreviere Abreviere Denumirea Denumirea Denumirea procedeului procedeului conform EN european amercican procedeului ISO 4063 (E.A.) (A.A.) (E.A.) (A.A.) (RO)111 MMA SMAW Manual Metal Arc Welding Shielded Metal Arc Welding Sudarea manual cu arc electric

TEHNOLOGIA SUDRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE Tabelul 1.2. (continuare) Denumirea Denumirea procedeului procedeului (A.A.) (RO)Flux-cored arc welding Submerged Arc Welding Gas Metal Arc Welding Gas Metal Arc Welding Sudarea cu srm tubular in medii de gaz Sudarea sub strat de flux Sudarea n mediu de gaz protector Sudarea n mediu de gaze protectoare inerte Sudarea n mediu de gaze protectoare activ Sudarea cu srm tubular cu gaz activ Sudarea cu srm tubular cu gaz inert Sudarea cu electrod nefuzibil cu arc electric Sudarea oxigaz Sudarea oxiacetilenic Tiere cu flacr Tiere termic

Simbolizarea conform EN ISO 4063 114

Abreviere european (E.A.) FCAW

Abreviere amercican (A.A.) FCAW

12 13

SAW GMAW

SAW GMAW

Denumirea procedeului (E.A.) Flux-cored wire metal arc welding without gas shield Submerged Arc Welding Gas Shielded Metal Arc Welding Metal-arc Inert Gas Welding

131

MIG

GMAW

135

MAG

GMAW

Metal-arc Active Gas Welding Flux-cored wire metal arc welding with active gas shield Flux-cored wire metal arc welding with inert gas shield Tungsten Inert Gas Welding Gas Welding Oxy-acetylene Welding Flame Cutting Flame Gouging

Gas Metal Arc Welding

136

FCAW

FCAW

Flux-cored arc welding

137

FCAW

FCAW-S

Flux-cored arc welding

141

TIG

GTAW

Gas Tungsten Arc Welding Oxy-fuel Gas Welding Oxy-acetylene Welding Oxyfuel Gas Cutting Thermal Gouging

3 311 81 86

OFW OAW OFC

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDRII PRIN TOPIRE

1.6. Alegerea procedeului de sudare prin topire la realizarea structurilor sudate Calitatea construciilor sudate i costul acestora sunt n mare msur influenate de metoda de sudare aplicat, ntruct aceasta influeneaz direct timpul de sudare, consumul de material de adaos i de energie, productivitatea de topire i calificarea personalului necesar etc. La alegerea procedeului de sudare este necesar s se in seama de urmtorii factori : - calitatea i dimensiunile metalului de baz; - dimensiunile i alctuirea custurii; - condiiile de solicitare n timpul exploatrii; - seria de fabricaie; - productivitatea impus i preul de cost. Se constat o tendin general de nlocuire a procedeelor de sudare manual, cu procedeele de sudare mecanizate sau automatizate. n continuare sunt prezentate aspectele generale a unor procedee de sudare utilizate n practic. Sudarea cu flacr, este unul dintre primele procedee de sudare, este scump, neproductiv, iar calitatea custurii este inferioar. Chiar n aceast situaie sudarea cu flacr mai este utilizat la lucrri de reparaie, la lucrri pe antier i uneori la sudarea tablelor subiri. Sudarea cu arc electric i electrozi nvelii, este un procedeu deosebit de frecvent utilizat mai ales la produsele fabricate n serie mic sau unicate, avnd custuri de poziie greu accesibile sau cu lungimi reduse. Datorit productivitii sale reduse exist tendina de a fi nlocuit cu alte procedee. Sudarea cu arc electric sub strat de flux este un procedeu superior de sudare, att sub aspect productiv ct i calitativ. Aplicabilitatea sa este ns limitat la suduri orizontale sau uor nclinate, avnd lungimi suficient de mari. Avantajul esenial al sudrii sub flux este posibilitatea sudrii elementelor cu grosime mare cu prelucrare redus sau chiar fr prelucrarea rostului. Sudarea MIG/MAG este de asemenea un procedeu de sudare cu o pondere n continu cretere la realizarea construciilor sudate, datorit ptrunderii mari la sudare, a calitii excepionale a metalului depus (coninut minim de hidrogen n sudur) ct i datorit productivitii i aplicabilitii deosebit de favorabile. Sudarea WIG este un procedeu de sudare n urma cruia rezult o custur cu puritate maxim. Datorit productivitii sale relativ reduse i a ptrunderii reduse se utilizeaz numai n cazurile n care nu poate fi aplicat

procedeul MIG, la sudarea oelurilor aliate i a aliajelor neferoase. Sudarea n baie de zgur este un procedeu de sudare avnd aplicabilitate la sudarea materialelor cu seciune mare, care asigur o rcire relativ redus a sudurii. La

TEHNOLOGIA SUDRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

acest procedeu este redus i pericolul formrii unor constitueni duri n zona sudurii, datorit vitezelor reduse de rcire a mbinrilor. Sudarea cu plasm poate fi realizat manual sau automat cu aplicabilitate la toate aliajele utilizate n industrie. Procedeul de sudare cu plasm este foarte productiv i datorit factorului de concentrare a puterii sursei, care are valori mari, adncimea de ptrundere a sudurii este foarte bun. Avantajele principale ale sudrii cu plasm constau n productivitatea ridicat, calitate superioar a custurii i posibilitatea sudrii elementelor cu grosime mare fr prelucrarea rostului, utiliznd cantiti minime de metal de adaos. Costul ridicat al instalaiilor i al gazelor plasmogene, limiteaz deocamdat aplicarea acestui procedeu numai pentru sudarea oelurilor i aliajelor speciale. Sudarea cu fascicul de electroni este un procedeu care asigur ptrunderea maxim, fr a fi necesar utilizarea materialului de adaos i fr a necesita prelucrarea rostului. Acest procedeu asigur o zon influenat termic minim precum i o productivitate i o calitate bun a mbinrilor. Limitarea procedeului se datoreaz faptului c sudarea are loc n vid, iar mrimea pieselor care pot fi sudate depinde de mrimea camerei de vid a instalaiei, care la rndul ei depinde de eficiena pompelor de vid ale instalaiei. Sudarea cu laser este utilizat la sudarea aliajelor speciale i lucrrilor de mare precizie i finee, ntruct nclzirea este instantanee i cu o dozare precis a energiei, la fel ca i la sudarea cu fascicul de electroni. Avantajul sudrii cu laser fa de sudarea cu fascicul de electroni const n faptul c nu necesit instalaia n camera de vid, ntruct sudarea se realizeaz la presiunea atmosferic. n tabelul 1.3 sunt prezentate caracteristicile principalelor procedee de sudare prin topire . Observaii: I intensitatea curentului de sudare; U tensiunea de sudare; v s a sTabelul 1.3. Caracteristicile metodelor de sudare prin topire.Denumirea metodei 0 Date tehnologice 1 Materiale sudabile 2 Domeniul de utilizare 3

Sudarea cu flacr oxiacetilenic

- acetilen: p = 0,050,2 at; Q = 2002000 l/h; - oxigen: p = 2,53,5 at; Q = 2503000 l/h; - srm: 13,2 mm Vs = 7020 cm/min;

- g = 0,512 mm; - oeluri carbon i aliate de construcii, oeluri nalt aliate, fonte, metale i aliaje neferoase;

- sudarea tablelor subiri, la diferite produse metalice, maini agricole, vehicule, conducte; - reparaii;

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDRII PRIN TOPIRE Tabelul 1.3. (continuare)0 Sudarea cu arc electric i electrod nvelit 1 - Is = 50400 A; - Ua = 1540 V; - de = 16 mm; - vs = 128 cm/min; - Is = 10300 A; - Ua = 1030 V; - dw = 0,56 mm; - de = 26 mm; - QAr = 525 l/min; - vs = 3010 cm/min; - Is = 40500 A; - Ua = 1635 V; - de = 0,82,5 mm; - QCO2 = 1025 l/min; - vs = 10030 cm/min; - Is = 120500 A; - Ua = 2030 V; - de = 1,22,5 mm; - QAr = 1020 l/min; - vs = 15020 cm/min; - Is = 2002000 A; - Ua = 2050 V; - de = 1,56 mm; - vs = 30015 cm/min; 2 - g = 240 mm; - oeluri de construcii, oeluri slab, mediu i nalt aliate, fonte; - g = 110 mm; - oeluri aliate i nalt aliate, Al, Cu, Ni, Ti i aliajele lor; 3 - sudarea de mbinare i de ncrcare, pentru custuri scurte, curbilinii, n toate domeniile construciei de maini i utilaje; - construcii de aparate i rezervoare, vagoane, nave, aeronave; - reparaii;

Sudarea cu arc electric n atmosfer de argon, cu electrod de wolfram (WIG) Sudarea cu arc electric n atmosfer de CO2, cu electrod fuzibil (MAG) Sudarea cu arc electric n atmosfer de argon cu electrod fuzibil (MIG) Sudarea cu arc electric acoperit sub strat de flux

- g = 130 mm; - oeluri carbon i slab aliate cu Mn, Si;

Construcia de maini, vehicule, conducte, rezervoare i cazane, aparate chimice, construcii metalice; - construcii de aparate i rezervoare, vehicule de cale ferat, aeronave;

- g = 330 mm; - oeluri aliate i nalt aliate; - Al, Cu, Ni, Ti i aliajele lor; - g = 260 mm; - oeluri carbon i slab aliate; oeluri de construcii, de cazane, oeluri nalt aliate; - Ni i aliaje;

Sudarea cu plasm

- Is = 40400 A; - Ps = 115 kW; - Qg = 420 l/min; - vs = 0,42,5 m/min; - Is = 2003000 A; - Ua = 2550 V; - e = 26 mm; - vs = 0,51,5 m/h;

Sudarea n baie de zgur

- g = 0,825 mm; - oeluri carbon slab i nalt aliate; - Cu, Ni, Ti, Zr, Pt i aliajele lor; - g = 12600 mm; - oeluri carbon de uz general, oeluri refractare;

- sudarea de mbinare i de ncrcare, custuri lungi n linie dreapt i circulare; - construcia de maini grele, aparate pentru industria chimic, rezervoare, cazane, nave, stlpi - custuri longitudinale i circulare ptrunse; - rezervoare, cazane, evi etc; - sudarea de mbinare i de ncrcare; - aparate pentru industria chimic, batiuri de maini, nave, instalaii metalurgice i siderurgice;

TEHNOLOGIA SUDRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE Tabelul 1.3. (continuare)0 Sudarea n baie de CO2 1 - Is = 400800 A; - Ua = 30040 V; - e = 1,52,5 mm; - QCO2 = 1020 l/min; - vs = 153 cm/min; - Is = 1001000 A; - Ua = 2535 V; - gaz protector de CO2, Ar etc; - Q = 510 l/min; - narc = 50300t/min; - magnetismul: 1000Aw; - ts = 0,310 s; - Ua = 15200 kV; - Pe = 0,5100kW; -5 - p = 10 torr; - vs = 0,25 m/min; - P1 = 120 (60) kW; - laser de CO2; - vs = 0,32,5 m/min; 2 - g = 1060 mm; - oeluri carbon i slab aliate; 3 - construcii navale, rezervoare, cazane, cuptoare nalte, reactoare; - industria prelucrtoare de table subiri, rezervoare, aparate, vehicule;

Sudarea cu arc electric rotitor

- g = 0,12 mm; - max = 300 mm; - oeluri carbon, nalt aliate; - metale neferoase;

Sudarea cu fascicul electronic

Sudarea cu laser

Sudarea aluminotermic

Termit format din 25 % Al + 75 5 Fe2O3; - timp de reacie: 420s; - form de nisip;

- g = 0,01200 mm; - oeluri i aliaje inoxidabile i refractare; - metale i aliaje de Ti, Ni, = 0,0620 mm; - g Mo, Zr, Cu etc; - oeluri i aliaje greu fuzibile, inox, refractare; - Al, Mo, Cu, Ti, Zr, Te, W etc; - oeluri cu Ce 1,2 %; - oeluri turnate, fonte, aluminiul; - A 200 mm economic;

- construcii de rachete, aeronave, vehicule, organe de maini, scule etc; - rachete, reactoare, rezervoare, aeronave, scule etc;

- sudarea de mbinare i de ncrcare; - montarea inelor, cilindrilor de laminoare, oelurilor beton, zalelor de lan.

viteza de sudare;e,w,s diametrul electrodului sau a srmei de sudur; Q debitul d de gaz; P puterea sursei; t timpul de sudare; g grosimea materialului;A seciunea s materialului. . 1.7. mbinri sudate prin topire Clasificarea mbinrilor sudate n funcie de poziia relativ a pieselor, mbinrile sudate se mpart n:

mbinri sudate cap la cap; mbinri sudate n col; mbinri sudate prin suprapunere, figura 1.3.

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDRII PRIN TOPIRE

mbinrile sudate pot fi realizate n urmtoarele poziii de sudare, figura 1.4

Figura 1.3. Tipuri de mbinri sudate

(SR-ISO 6947): orizontal i orizontal n jgheab (simbolizare PA); orizontal cu perete vertical (simbolizare PB); orizontal pe perete vertical (simbolizare PC); orizontal peste cap (simbolizare PD); vertical ascendent (simbolizare PE) vertical descendent (simbolizare PF). mbinri cap la cap

Figura 1.4 Poziii de sudare

Elementele geometrice ale cordonului Forma cordonului de sudur depinde de mai muli factori, n special la sudarea manual unde intervine i calificarea operatorului sudor. Forma

cordonului, la mbinarea

TEHNOLOGIA SUDRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

cap la cap, este prezentat n figura 1.5. Pe msur ce se topete electrodul, se topete i metalul de baz, care particip la formarea cordonului. Cantitatea de metal de baz, ce int r n fuziune, respectiv adncimea pn la care ptrunde arcul electric, depinde de intensitatea curentului de Figura 1.5 . Elementele geometrice sudare. De aceea, la sudarea manual, ale mbinrii cap la cap. care se face cu intensiti mici, adncimea de ptrundere H este limitat. Experimental s-a stabilit, pentru sudarea manual cap la cap fr teirea marginilor, c adncimea de ptrundere maxim este de = 5mm. Din max H aceste motive, tablele cu grosimi mici s < 4mm, pot fi sudate pe o singur parte, iar la grosimi s = (5...8)mm tablele se sudeaz pe ambele pri, fr teirea marginilor. Pentru grosimi mai mari muchiile se teesc, iar rostul b va fi mai mare. Limea cordonului are valoarea E = (5...15)mm, iar raportulY = E/H ia valori cuprinse ntre (2...8). raport ce poart numele de coeficient de form al cordonului. Cordonul de sudur este caracterizat, n afara mrimilor prezentate mai sus, i de supranlarea h < 0,1 s (valoare recomandat). Prelucrarea marginilor la mbinrile cap la cap Forma marginilor pieselor supuse sudrii depinde de grosimea materialului i de procedeul folosit pentru sudare. n general, la sudarea grosimilor mari apare pericolul scurgerii metalului topit n partea opus cordonului, datorit cantitii mari de metal din baia de sudur i datorit rostului mai mare al mbinrii. n acest caz este necesar adoptarea unor msuri pentru susinerea bii de metal topit. Sudarea ntr-un singur strat, fr prelucrare, necesit msuri riguroase pentru pregtirea i poziionarea tablelor, pentru a asigura un rost ct mai constant. Din acest motiv, n practic, se recurge adesea la sudarea n mai multe straturi, cu prelucrarea marginilor. Pregtirea marginilor se realizeaz n urmtoarele apte moduri (fig. 1.6). Geometria marginilor asigur condiiile necesare pentru ptrunderea cordonului la rdcina custurii. n cazul teirii cu un unghi, prea mic, nu exist posibilitatea realizrii rdcinii, dup cum se observ n figura 1.7 (cazul a), spre deosebire de cazul b, la care teirea s-a executat corespunztor. Principalele tipuri de prelucrare prezentate se pot aplica ntr-o gam larg de grosimi ale materialului. Pentru aceeai grosime se pot adopta moduri de teire diferite. Alegerea modului de teire se va realiza n urma unui studiu

asupra economicitii sudrii, n aa fel nct s se consume o cantitate ct mai mic de metal de adaos, deci i o cantitate minim de energie, iar sudura s rezulte cu o penetraie suficient. Dac se face un calcul al masei de metal de adaos, pentru o gam de grosimi i pentru diferite moduri de prelucrare a marginilor, se poate trasa diagrama prezentat n figura 1.8.

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDRII PRIN TOPIRE

1) 1/2 V; s = (5...25)mm; = 50;b.c = f(s).

2) V; s = (5...25)mm ; = 60; b,c = f(s).

3) K; s = (1 2...40)mm;. = 50; b,c = f(s).

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

6)U; s = (20...60)mm =10; b,c = f(s).

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

Figura1.6. Prelucrarea marginilor la mbinrile cap la cap.

a)

b)

Figura 1.7. Ptrunderea cordonului n funcie de unghiul de prelucrare a marginilor.

Figura 1.8. Consumul de metal de adaos n funcie de grosimea tablelor i de modul de prelucrare a marginilor.

TEHNOLOGIA SUDRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Din analiza acestei diagrame, rezult c pentru grosimi s < 25mm este mai convenabil prelucrarea n V dect prelucrarea1/2 V, iar pentru grosimi s > 20mm, cea mai economic este prelucrarea n X, urmnd prelucrrile n form de U i K. Trebuie subliniat, ns, faptul c prelucrrile n V, X i U trebuie realizate pentru ambele margini, ceea ce conduce la creterea consumului de manoper i energie la prelucrare. Deci, adoptarea modului de prelucrare a marginilor se va face analiznd ambii factori. n ceea ce privete sudarea cap la cap a tablelor cu grosimi diferite, tabla mai groas trebuie teit pe o anumit lime, dac diferena de grosime depete valoarea admis (tabelul 1.4).Tabelul 1.4 Diferena de grosime admisibil de la care este necesar teirea.

s2[mm] s1-s2[mm]

2...3 1

4...30 2

30...40 4

40...50 6

Teirea poate fi fcut i pe ambele pri, dar n construcia de nave nu se poate face dect pe partea opus celei pe care se sudeaz osatura (fig. 1.9).

Figura 1. 9. Teirea marginii n cazul diferenelor mari de grosime.

n ceea ce privete sudarea automat, trebuie menionat faptul c prelucrarea muchiilor este necesar la grosimi mai mari de 14 mm, deoarece la acest procedeu de sudur adncimea de ptrundere este mai mare. n acest caz, prelucrrile sunt n principiu de aceeai form ca la sudarea manual, diferind doar unele valori pentru a, b i c, ct i gamele de grosimi la care se recomand fiecare prelucrare. Ca observaie general, trebuie menionat faptul c unghiul este mai mic la toate prelucrrile, iar pragul c este mai mare. n ceea ce privete rostul b, acesta este n general acelai ca la sudarea manual. Consumul de metal depus va fi n consecin mai mic pentru aceeai mbinare sudat automat. mbinri de col Aceste mbinri sunt alctuite din elemente aezate perpendicular, avnd marginile teite sau nu, n funcie de grosimea materialului, mbinrile de col pot fi:

continue - unilaterale; -bilaterale.

discontinue

-unilaterale; -n zig-zag; -n pieptene; -n lan.

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDRII PRIN TOPIRE

mbinrile discontinue (fig. 1.10) sunt caracterizate de lungimea cordonului 1 i pasul sudurii p.

a) unilateral discontinua

c) n pieptene

b) n zig-zag lanFigura 1.10. Tipuri de mbinri discontinue.

d) n

mbinrile n guri constituie un caz particular al mbinrilor de col, caz n care cele dou elemente mbinate sunt suprapuse. Cordonul de sudur are aspectul unui cordon de col, fiind depus n orificiile practicate n una din piese. mbinrile n guri pot fi cu guri rotunde sau ovale (fig.1.11).

a) n guri rotunde

b) n guri ovale

Figura 1.11. Tipuri de mbinri n guri.

mbinrile n guri sunt caracterizate de urmtoarele dimensiuni: pasul p i diametrul d pentru gurile rotunde respectiv de lungimea 1, limea b i pasul p pentru gurile ovale. Elementele geometrice ale cordonului

Seciunea transversal a cordonului de sudur este caracterizat de urmtoarele elemente geometrice (fig. 1.12):

TEHNOLOGIA SUDRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

So , Sv - adncimea de ptrundere n tabla orizontal i vertical; - adncimea de ptrundere; Ko , Kv - cateta orizontal, respectiv vertical; a - nlimea cordonului; f-sgeata cordonului.

Figura 1.12. Elementele geometrice ale cordonului n cazul mbinrilor de col.

Pentru mbinrile de col se constat experimental c vS =o = 0,5...1 mm. S Din acest motiv se consider c mbinarea se formeaz exclusiv din materialul de adaos, deci e = 0. Pentru ca sudura s fie eficace, trebuie ca valorile K i K s fie egale: K = v o v Ko = K => Fc = K*K/2 K = 2Fc Cordonul de sudur se poate forma astfel nct sgeata f s fie pozitiv sau negativ, nlimea a lund n acest caz valori cuprinse ntre (0,7 ...1)K. Trebuie menionat c nu se accept sgeat negativ. Acoperitor, se consider c relaia dintre acestea trebuie s fie a = 0,7K. n calcule, seciunea rezistent a cordonului este definit de nlimea acestuia a, neglijndu-se supranlarea. Din acest motiv, se caut ca sudurile de col s aib sgeata f = 0, valoare pentru care c seciunea F este minim. Prelucrarea marginilor La mbinarea prin sudare manual a pieselor groase, pentru a mri adncimea de ptrundere a cordonului, i deci seciunea acestuia, se prelucreaz muchiile adiacente, n conformitate cu unul din cele dou desene prezentate n figura 1.13.

a) prelucrare n 1/2V

b) prelucrare n K

Figura 1.13. Prelucrarea marginilor pentru mbinrile de col

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDRII PRIN TOPIRE

Prelucrarea tip 1/2 V, se practic pentru table cu grosimi cuprinse ntre 1 valorile S = (10...24)mm, iar prelucrarea tip K pentru grosimi S = (16 ...40)mm, celelalte 1 dimensiuni lund urmtoarele valori: = 50 5, b = (0...3)mm = f(S1) i c = (0...2)mm = f(S1). Pentru sudarea automat, unghiul a i pragul c se aleg mai mari dect la sudarea manual, prelucrrile utilizate fiind aceleai.

1.8. Reprezentarea, notarea i cotarea sudurilor n desenul tehnic industrial, sudurile pot fi reprezentate detaliat, respectnd regulile generale ale desenului tehnic, sau simplificat prin simboluri i specificaii. n gen- eral, asamblrile sudate se reprezint n dou proiecii: o vedere longitudinal i o seciune transversal. Reprezentarea detaliat a sudurilor Aceast reprezentare cuprinde toate formele i dimensiunile sudurii i se utilizeaz n cazul n care reprezentarea simplificat nu determin univoc forma i dimensiunile sudurii. n vedere longitudinal, cordonul de sudur se reprezint prin linii subiri curbe i echidistante. n seciune, conturul cordonului se traseaz cu linie continu groas, iar atunci cnd nu se urmrete redarea detaliat a rostului, cordonul se reprezint nnegrit (fig. 1.14).

Figura 1.14. Reprezentarea cordonului de sudur n vedere i seciune.

La reprezentarea detaliat a sudurilor, att forma rostului, ct i dimensiunile trebuie s rezulte din desen. n figura 1 15, semnificaia notaiilor este urmtoarea: b - deschiderea rostului; c -rdcina rostului; s - grosimea piesei; r - raza rostului; a - unghiul rostului; l - lungimea rostului. n cazul sudurilor intermitente se coteaz lungimea util a unui element

al cordonului i intervalul dintre ele. Seciunea sudurii intermitente de col nu se nnegrete (fig. 1.16).

TEHNOLOGIA SUDRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Figura 1.15. Forma i dimensiunile rostului.

Figura. 1.16. Reprezentarea sudurilor intermitente.

Reprezentarea simplificat a sudurilor n vedere longitudinal, frontal i n seciune transversal, cordonul de sudur se reprezint cu linie continu groas, excepie fcnd sudurile n guri rotunde i prin puncte care se reprezint prin axele gurilor/punctelor de sudur i sudurile n linie care se reprezint prin axa sudurii (fig. 1.17)

Figura 1.17. Reprezentarea simplificat a sudurilor.

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDRII PRIN TOPIRE

Cotarea i notarea sudurilor reprezentate simplificat Sudurile reprezentate simplificat se vor nota pe desene cu ajutorul urmtoarelor elemente (fig. 1.18): - simboluri principale; - simboluri secundare; - o linie de reper; - dou linii de referin; - un numr de cote i indicaii suplimentare.

Figura 1.18. Cotarea sudurilor.

Simbolurile principale ale sudurilor determin forma sudurii, indiferent de procedeul de sudare folosit. Simbolurile principale se traseaz cu linie continu groas, cu nlimea egal cu 1,5xh, unde h reprezint dimensiunea nominal a cotelor nscrise pe desenul respectiv (tabelul 1.5). n cazul sudurii simetrice (pe ambele pri) se pot utiliza combinaii de simboluri principale (tabelul 1.6). Simbolurile secundare indic forma suprafeei exterioare a sudurii. Acestea se nscriu doar dac se impun condiii privind forma exterioar a sudurii (tabelul 1.7). Linia de reper face cu liniile de referin un unghi diferit de 90, se termin cu o sgeat ce se sprijin fie pe mbinare, fie pe suprafaa exterioar a sudurii. Linia de reper se orienteaz obligatoriu spre piesa prelucrat n cazulsudurilor 1/2V, 1/2U, 1/2Y(fig. 1.18 ); dac nu sunt piese prelucrate, linia de reper poate avea o poziie oarecare (fig. 1.19).

Figura 1.18. Linia de reper n cazul pieselor prelucrate

Figura 1.19. Linia de reper n cazul pieselor neprelucrate

TEHNOLOGIA SUDRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Tabelul 1.5. Simbolurile sudurilor.

Tabelul 1.6. Simbolurile sudurilor simetrice.

Tabelul 1.7. Simbolurile secundare1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDRII PRIN TOPIRE

TEHNOLOGIA SUDRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Liniile de referin, n numr de dou, se traseaz paralel cu chenarul formatului. Linia de referin 1 se reprezint cu linie continu subire, n captul liniei de reper. Simbolurile sudurii, fa de liniile de referin, au urmtoarele poziii (fig. 1.20): - deasupra liniei de referin 1, dac suprafaa exterioar a sudurii se afl pe partea liniei de reper (fig. 1.20, a); - sub linia de referin 2, dac suprafaa exterioar a sudurii se afl n partea opus a liniei de reper (fig. 1.20, b); - pe linia de referin 1, dac sudura se afl n planul mbinrii (sudura prin puncte); n acest caz linia de referin 2 nu se mai reprezint.

Figura 1.20. Linia de referin

Linia de referin 2 are urmtoarea poziie fa de linia de referin 1: - sub linia de referin 1, dac linia de reper se afl pe partea mbinrii; - deasupra liniei de referin 1, dac linia de reper se afl pe partea opus mbinrii; - nu se reprezint n cazul sudurilor simetrice. Reprezentarea simplificat trebuie s mai conin i un numr de cote care se nscriu, fa de simbolul principal, astfel (fig. 1.22 i tabelul 1.8): - cotele referitoare la dimensiunile seciunii transversale, n faa simbolului principal; cot ele referito are la

Figura 1.21. Cotele la reprezentarea simplificat

dimensiunile longitudinale ale sudurii, n dreapta simbolului principal; - cotele referitoare la rosturi, deasupra simbolului principal. Cotele de poziionare a sudurii fa de marginile piesei trebuie indicate direct pe desen, ca n figura 1.21.

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDRII PRIN TOPIRE

Figura 1.22. Cotarea sudurilor de montaj. Tabelul 1.8 Cotarea sudurilor.

n tabel s-a notat cu: s - distana minim de la suprafaa tablei la rdcina cordonului; ea nu poate fi mai mare dect grosimea celei mai subiri table; a - nlimea celui mai mare triunghi isoscel nscris n

seciune;

TEHNOLOGIA SUDRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

z - cateta celui mai mare triunghi isoscel nscris n seciune; l - lungimea sudurii, fr craterele terminale; e - distana ntre dou elemente de sudur vecine (pentru poziiile 4, 5, 6 i 7 din tabel) sau distana dintre axe (pentru poziiile 8 i 9 din tabel); n - numrul elementelor de sudur; c - limea gurilor alungite; d - diametrul gurii sau a punctului de sudur. Indicaiile suplimentare se nscriu la captul liniei de referin, ntre ramurile unei bifurcaii, n urmtoarea ordine: procedeul de sudare (printr-un numr ce codific procedeul de sudare), nivelul de acceptare, poziia de lucru, materialul de adaos etc. Sudurile pe contur nchis se indic cu ajutorul unui cercule plasat la intersecia liniei de reper cu linia de referin 1. Sudurile efectuate la montaj se simbolizeaz printr-un stegule (fig. 1.22). n desenele de ansamblu, sudurile nu se reprezint, subansamblurile sudate poziionnduse ca o singur pies. ntocmirea desenului Fig. 1.22. Cotarea sudurilor de execuie al subansamblului sudat este de montaj obligatorie.

1.9. Fixarea componentelor pentru sudare Asigurarea deschiderii constante a rostului i mpiedicarea deplasrilor rela- tive dintre componentele care urmeaz s fie mbinate prin sudare se poate realiza prin dou metode: - prindere provizorie cu ajutorul unor cordoane scurte amplasate din loc n loc n lungul rostului (suduri de agrafare) - fixarea mecanic n dispozitive de sudare, care pot realiza simultan i orientarea lor favorabil n poziia n care se vor suda. Prima metod este preferat dac zonele de agrafare nu afecteaz n mod esenial rezistena viitoarei suduri, ntruct aceste suduri scurte care conin

zona de amorsare a arcului, precum si craterul final la distane foarte apropiate, pot fi amorse ale viitoarelor ruperi fragile. Executarea acestor cordoane scurte de agrafare trebuie s se efectueze cu aceeai tehnologie si materiale ca i sudura principal. Este obligatorie curirea minuioas a custurilor de agrafare (de prindere provizorie) i controlul lor pentru eliminarea eventualelor defecte. Numai dup aceast verificare se va efectua sudarea componentelor defecte. Se recomand ca lungimea custurilor de prindere provizorie s fie de l = 2050 mm, avnd ntre ele distana L = 300500 mm .

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDRII PRIN TOPIRE

La realizarea operaiei de prindere provizorie prin sudare se au n vedere urmtoarele reguli generale: sudurii va fi umplut cu material de adaos prin ntoarcerea arcului electric; n cazul pieselor de grosime mare prinderea provizorie se efectueaz n mai multe straturi, de obicei dou, alctuite n trepte; straturile succesive se depun n sensuri opuse pentru a nu concentra craterele de ncheiere ale rndurilor la un singur capt al sudurii, figura 1.23.

Figura 1.23. Realizarea sudurilor de prindere n dou straturi

A doua metod pentru fixare i poziionare a componentelor n vederea sudrii reprezint o soluie superioar celei descrise anterior, ntruct operaia de sudare provizorie este costisitoare, pretenioas si cu posibiliti de amorsare a ruperilor fragile. Dispozitivele de fixare i poziionare reprezint o investiie rentabil care mbuntete calitatea sudurilor, uureaz munca sudorilor i elimin riscurile operaiei de agrafare prin sudare provizorie. Plcuele tehnologice. Plcuele tehnologice sunt adaosuri tehnologice cu ajutorul crora se elimin din sudur nceputul i sfritul custurii. Plcuele tehnologice se prevd deja de la proiectare, ele fcnd parte din elementele pregtite pentru sudare dup cum rezult din fig. 1.24.

Fig. 1.24. Plcue tehnologice pentru eliminarea craterelor de la capetele mbinrilor sudate cap la cap.

Introducerea plcuelor tehnologice este necesar atunci cnd sunt impuse condiii deosebite de rezisten a mbinrii sudate. Plcuele tehnologice pot fi prelucrate mpreun cu rostul de sudare al elementelor de mbinat, lungimea lor fiind de 4050 mm pentru cazul sudrii manuale sau semiautomate i de 100200 mm pentru sudarea automat sub flux.

Tot ca plcue tehnologice pot fi considerate i plcuele de susinere a rdcinii (fig. 1.24. b) la care numai stratul de rdcin se ncepe i se termin pe acestea. n cazul mbinrilor de col plcuele tehnologice au acelai rol de a elimina din sudur locul de amorsare al arcului icraterul final, respectiv defectele care pot fi introduse n aceste zone. (fig. 1.25).

TEHNOLOGIA SUDRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE Fig. 1.25. Posibiliti de eliminare a craterului final cu plcue tehnologice (a) sau prin sudare pe contur (b) n cazul mbinrilor de col.

1.10. Susinerea i protecia bii de sudur n cazul bilor de sudare voluminoase este necesar evitarea scurgerii metalului topit prin deschiderea rostului, sub aciunea cmpului gravitaional. Aceasta se poate realiza prin mai multe metode, dintre care cele mai semnificative sunt reprezentate in fig. 1.26. Suportul din cupru (fig. 1.26.1) se folosete mai ales la realizarea custurilor rectilinii avnd lungimea maxim de 2-3 mm la grosimi de tabl de pn la 30 mm. Dimensiunile canalului i a seciunii suportului din cupru depind de grosimea g a materialului sudat dup cum se observ n tabelul 1.5. Suportul din oel (fig. 1.26.2) se aplic dac partea posterioar a custurii nu mai este accesibil dup sudare i dac nu Fig. 1.26. Posibiliti de susinere a bii metalice de sudur cu este posibil aplicarea unei alte metode de volum mare. susinere. Suportul este o platband din oel calmat (S235), care se sudeaz manual n col de elementele care trebuie mbinate i rmne prins definitiv n construcie, custura ptrunznd parial i n acesta. Dimensiunile suportului din oel sunt dependente de grosimea materialului sudat (g) dup cum rezult din tabelul 1.12.Tabelul 1.12. Dimensiunile principale ale suportului din cupru pentru sudarea sub strat de flux. Grosimea 2 3 4 5 6 8 materialului g [mm]

10

Deschiderea rostului r [mm] Diametrul electrodului de [mm] Adncimea canalului [mm] Limea canalului b [mm] Seciunea suportului AxB [mm]

0,5 2 1,0 2

2,0 2 1,5 3

3,0 2 1,8 4

3,5 3 2,0 6

4,0 3 2,0 7

4,5 3 2,5 8

5,0 4 2,5 10

10 x 60

20 x 80

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDRII PRIN TOPIRE Tabelul 1.13.Dimensiunile principale ale suportului din oel pentru sudarea sub strat de flux.

Grosimea materialului g [mm] Grosimea suportului A [mm] Limea suportului B [mm]

1-3 1-3 10-20

3-5 3-4 15-25

5-8 4-5

8-12 5-6 20-25

Suportul sub form de pern de flux (fig. 1.26.3) se aplic la materialele cu grosimea cuprins ntre 2 i 30 mm. Fluxul are o granulaie relativ fin (0,61,4 mm), iar stratul suport o nlime de 60 80 mm. Presarea fluxului pe material se face dup fixarea materialului de baz pe suportul metalic (fixare magnetic sau mecanic), cu ajutorul aerului comprimat introdus la 2 3 at. ntr-un furtun din pnz cauciucat, avnd diametrul de 50 100 mm (n figur este reprezentat seciunea acestui furtun prin conturul de culoare nchis).Fig. 1.27. Pern de flux n cazul sudrii recipienilor, cazanelor sprijinit pe o band sau a conductelor cu seciuni mari, poate fi aplicat rulant din cauciuc metoda de susinere cu pern de flux, presat cu profilat folosit la sudarea ajutorul unei benzi rulante din cauciuc profilat, virolelor.

dup cum se observ n fig. 1.27. Sudarea manual a rdcinii se aplic naintea sudrii automate utilizndu-se de obicei electrozi bazici cu diametrul 3,25 4 mm. Se recomand ca sudarea realizat manual s ptrund pn la cca 1/3 din grosimea materialului. O soluie identic de susinere a bii metalice de sudare se poate aplica i prin sudarea automat sub flux a rdcinii cu intensiti mai reduse de curent, pentru care volumul bii s fie relativ redus. La sudarea cordonului de umplere intensitatea trebuie mrit astfel nct custura de rdcin i custura de umplere s se ntreptrund pe cca 23 mm. Metoda are aplicabilitate la sudarea tablelor cu grosimi de peste 10 mm. Suport profilat (inserie) pentru rostul dintre tronsoanele conductelor. O s o lu ie mo der n pentru susinerea bii de sudare nFig. 1.28. Formarea suportului pentru susinerea bii metalice, prin topirea cu ajutorul procedeului WIG a unei inserii profilate, montat n rost. a) inserie profilat montat in rost; b) stratul de rdcin obinut prin topirea inseriei cu ajutorul procedeului WIG.

cazul sud r ii co nd uct elo r o constituie sudarea WIG a stratului de rdcin, folosinduse ca ma- terial de adaos un suport profilat dimensionat n funcie de rost. Schematizarea acestui procedeu de susinere rezult din fig. 1.28.

TEHNOLOGIA SUDRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Realizarea stratului de rdcin prin aceast metod are avantajul unui consum minim de energie la sudarea rdcinii, care este uniform i cu dimensiuni riguros exacte. Acest lucru este deosebit de important la asamblarea tronsoanelor de conducte, deoarece accesul in interior nu mai este posibil dup sudare, pentru eventualele prelucrri ulterioare. Prin aceasta zona sudat nu prezint reduceri brute de seciune, care provoac turbionarea circulaiei fluidului din conduct, iar rdcina sudurii este rezistent i fr defecte. Protejarea metalului topit mpotriva aciunii nefavorabile a mediului ambiant se poate realiza prin diferite metode dintre care cele mai uzuale sunt prezentate n fig. 1.29. n acest scop se folosesc paravane confecionate din platband ndoit n mod corespunztor i fixat naintea sudrii pe elementele de mbinat Fig. 1.29. Posibiliti de protecie a bii n aa fel nct fluxul de sudare de sudare. sau gazele protectoare s nu se ndeprteze de la locul de sudare (fig. 1.29. a, b, c). La sud ar ea aliajelo r speciale, a oelurilor nalt aliate, este necesar protejarea cordonului rmas n urma capului de sudare. Pentru aceasta, prin montarea unui paravan concav n urma capului de sudare (fig. 2.19. d) zona protejat a sudurii se extinde fr a necesita cantiti exagerate de gaze protectoare. De asemenea sunt situaii n care n afar de protecia cordonului de sudur mai este necesar i protecia rdcinii sudurii. n acest caz utiliznd supori care conin orificii de acces ale gazului protector (fig. 1.29.d, e, f) poate fi protejat n mod corespunztor partea posterioar a cordonului sudat. n cazurile n care rdcina nu poate fi protejat sau atunci cnd la partea inferioar a sudurii e posibil s apar defecte greu identificabile, se poate aplica criuirea prii sudurii care se presupune c are defecte (fig.1.30).

Fig. 1.30. Eliminarea zonelor defecte ale sudurilor prin criuire i prin resudare. a) sudare iniial; b) ntoarcerea i criuirea rdcinii ; c) resudarea rdcinii.

Criuirea se poate realiza mecanic sau termic (de exemplu arc - aer). Dimensiunile anului criuit se adopt n funcie de grosimea materialului sudat i sunt prezentate n tabelul 1.14.

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDRII PRIN TOPIRE Tabelul 1.14. Dimensiunile canalului criuit.

Grosimea materialului g 10 ? > 10

Limea canalului [mm] 6 8

Adncimea canalului H [mm] 3 4

1.11. Tensiuni i deformaii la sudare Ca urmare a nclzirii locale, n timpul sudrii au loc dilatri i contracii neuniforme ale sudurii i materialului de baz adiacent, ceea ce conduce la producerea unor deformaii. La sudarea prin topire se produce o nclzire local a materialului, materialul de baz nvecinat crend o constrngere n faa dilatrii sudurii. n figura 1.31sunt prezentate deformatiile posibile ale unei mbinri sudatecap la cap.

Fig. 1.31 Deformatii ale unei mbinri sudate cap la cap 1- deformatii longitudinale; 2- deformatii pe grosime; 3- deformatii transversale; 4- deformatii unghiulare.

n figura 1.32 sunt prezentate deformatiile longitudinale ale unei mbinri sudate

Fig. 1.32 Deformatii longitudinale ale mbinrilor sudate.

cap la cap i a uneia de col. n figura 1.33 sunt prezentate deformatiile transversale ale unei mbinri sudate

TEHNOLOGIA SUDRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

cap la cap. Deformaiile unghiulare ale mbinrilor sudate de col sunt prezentate n 1.34. figura

Fig. 1.33 Deformatii transversale ale mbinrilor sudate cap la cap.

Fig. 1.34 Deformatii unghiulare ale mbinrilor sudate de col

Msuri tehnologice pentru reducerea deformaiilor i tensiunilor la sudare. n general reducerea tensiunilor care apar la sudare se poate realiza prin admiterea unor deformaii mari. n cazul n care nu sunt admise, n construcia sudat apar tensiuni mari, care pot fi ns eliminate ulterior. n practic este mai utilizat varianta cu deformaii minime i cu eliminarea (diminuarea) ulterioar a tensiunilor. Exist mai multe msuri care trebuie luate la realizarea construciilor sudate pentru ca tensiunile proprii s aib valori reduse: - poziionarea avantajoas a elementelor prin aezarea lor naintea sudrii n poziie contrara deformaiilor care vor apare la sudare, dup cum se observ n fig. 1.35.Fig. 1.35. Poziionarea elementelor n direcie contrar deformaiei.

- deformarea elementelor sau pretensionarea acestora cu ajutorul unor dispozitive ca n figura 1.36. n vederea reducerii tensiunilor produse la sudare trebuie respectate cteva recomandri generale: asigurarea unei liberti ct mai mari de micare a elementelor ce

formeazFig. 1.36. Poziionarea elementelor cu ajutorul dispozitivelor.

ansamblul; realizarea sudurii ncepnd cu partea

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDRII PRIN TOPIRE

mai rigid a piesei spre partea cu mobilitate mai mare, sudarea la nceput a custurilor mai rigide i apoi a celor mai mobile (figura 1.37.); produc deformaii mari (mai ales, suduri cap la cap), i apoi a celor care produc deformaii mai mici (suduri n col), nervurile de rigidizare se sudeaz la sfrit. evitarea interseciei ntr-un punct a mai multor suduri (figura 1.37.); sudarea alternativ de o parte i alta a rostului.

Fig. 1.37. Ordinea de sudare la mbinrile sudate cap la cap i de col.

Alte msuri care trebuie luate la realizarea structurilor sudate i care contribuie la reducerea tensiunilor i deformaiilor sunt amintite n continuare: - delimitarea parametrilor tehnologici i reducerea la minim a seciunilor transversale ale custurilor. Alegerea unor seciuni transversale ct mai simetrice. - fixarea rigid a elementelor ansamblului pe dispozitive sau prin suduri provizorii, dispuse i executate n mod ct mai simetric i fiind ct mai ndeprtate unele de altele. - prenclzirea la sudare - sudarea pe tronsoane i sudarea pe ambele pri (simetric), utiliznd dispozitive de ntoarcere i de poziionare - sudarea ntr-o anumit succesiune favorabil a sudurilor - aplicarea tratamentelor termice ulterioare sudrii - deformarea plastic dup sudare urmat sau nu de tratament termic. Spre exemplu detensionarea sudurilor unui rezervor se poate face prin umplerea acestuia cu lichid la o presiune astfel calculat nct n suduri s se depeasc

limita de curgere i s se produc deformri n urma crora se echilibreaz tensiunile interne din

TEHNOLOGIA SUDRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

construcie . - lovirea sudurii cu ciocanul ce vrful teit (rotunjit). Se prefer un ciocan pneumatic pentru a se asigura uniformitatea loviturilor. Loviturile provoac deformarea plastic a sudurii i contribuie la compensarea construciilor de la rcire. Aceast metod de detensionare se aplic fiecrui strat de sudare, dar are dezavantajul c poate amorsa fisuri. Din acest motiv este preferabil utilizarea altor metode de detensionare.

1.12. Prenclzirea i detensionare la sudare Prenclzirea este o operaie tehnologic necesar n cazul sudrii unor materiale de diferite caliti sau grosimi, pentru reducerea vitezei de rcire a ZIT i a sudurii, deci de dimensionare a ocului termic. Prin prenclzire se evit formarea structurilor fragile de clire, diminuarea tensiunilor interne i este favorizat ndeprtarea gazelor i a incluziunilor de zgur din sudur. Prenclzirea ns ridic costul de fabricaie i ngreuneaz tehnologia de asamblare, sudare i se aplic numai n cazurile bine justificate. Practic prenclzirea se aplic n urmtoarele situaii: - la sudarea oelurilor din grupele de sudabilitate I b, II, III - la sudarea manual a oelurilor cu grosime peste 30 mm - la construcii cu rigiditate mare, unde sunt mpiedicate dilatrile i contraciile libere - la sudarea n condiii de temperatur sczut a mediului ambiant - la sudarea aliajelor i metalelor cu conductivitate termic mare, pentru compensarea pierderilor termice mari. Regimurile de prenclzire se stabilesc n funcie de condiiile de sudare impuse. nclzirea MB n vederea sudrii se stabilete dup scopul urmrit i se poate efectua n urmtoarele variante: - prenclzirea simpl naintea sudrii (fig. 1.38. a) - nclzirea continu concomitent (fig. 1.38. b) cu sudarea

Fig. 1.38. Incalzirea suplimentara MB in vederea sudarii.

1. BAZELE TEHNOLOGIEI SUDRII PRIN TOPIRE

- nclzirea ulterioar sudrii (fig. 1.38. c) - nclzirea combinat la care forma ciclului termic variaz dup orice combinaie dorit (fig. 1.38. d) Temperatura de prenclzire se stabilete n funcie de calitatea materialului de baz, de grosimea i forma componentelor, de diametrul electrodului etc existnd o serie de metode cunoscute pentru stabilirea ei. Sudarea oelurilor nalt aliate feritice se face la 150 -2000C dup regimul dat n fig. 1.38 b. nclzirea la temperaturi mai mari de 2500C nu este indicat ntruct favorizeaz mrirea cristalelor n zona sudurii. Oelurile martensitice nu se prenclzesc, ntruct la rcire rapid nu apar constitueni fragili. Este chiar indicat o rcire mai rapid a zonei sudurii pentru evitarea precipitrii fazelor fragile (spre exemplu: a fazei sigma). Aceste oeluri pot fi uor prenclzite (la 40 800C), dac temperatura mediului ambient este sub +50C. Prenclzirea fontelor se realizeaz n funcie de MB i de metalul de adaos. Astfel fontele cenuii cu grafit lamelar sudate cu electrod din oel se prenclzesc la 5806200C, iar cele cu grafit nodular la 600 7000C. n cazul folosirii electrozilor monel sau nichel, fontele se pot suda la temperaturi de prenclzire mai joase (cca 200 3000C). Aluminiul i aliajele sale se prenclzesc pentru sudarea cu flacr la 200 0 300 C, iar pentru sudarea WIG la 150 2000C. La sudarea cuprului i a aliajelor de cupru cu conductivitate termic mare pierderile de cldur se pot compensa prin prenclzire la 300 4500C. Posibiliti de prenclzire sau detensionare termic. n practica industrial sunt utilizate curent diferite metode de nclzire a materialelor nainte sau dup sudare dintre care pot fi amintite: - nclzirea cu flacr de gaz sau lichide combustibile utiliznd arztoare de diferite forme sau cuptoare special amenajate n acest scop. Costul acestor operaii este ns destul de mare, iar controlul temperaturii n cazul nclzirii cu arztorul este imprecis. De asemenea se poate mbogi suprafaa cu hidrogen, iar suprafaa nclzit se poate acoperi cu oxizi. - nclzirea exoterm poate fi aplicat la nclzirea diferitelor materiale, prin aplicarea local pe suprafaa materialului a unui amestec exoterm, care se aprinde i degaj cldur. n funcie de temperatura dorit se pot alege diferite amestecuri exoterme presate sub diferite forme i dimensiuni. Nici n acest caz nu este posibil verificarea precis a temperaturii, iar

fumul degajat la sudarea amestecului exoterm constituie un alt dezavantaj al metodei. - nclzirea electric prin inducie este o metod de nclzire destul de eficient n cazul materialelor cu grosime medie sau mic. Pentru

TEHNOLOGIA SUDRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

materialele cu seciune mare, sistemul de nclzire prin inducie devine incomod. Eficiena nclzirii prin inducie scade pe msur ce lungimea cablurilor de legtur crete. De asemenea se recomand ca inductorul s fie ct mai strns lipit de pies (grosimea izolaiei dintre inductor i pies s fie ct mai redus). Cele mai importante dezavantaje ale nclzirii prin inducie sunt neuniformitatea temperaturii piesei n lungul inductorului, precum i factorul de putere redus al instalaiei (pierderile reactive sunt foarte mari). De asemenea nclzirea prin inducie nu este eficient n cazul materialelor nemagnetice sau atunci cnd temperatura cerut e mai nalt dect punctul Curie al materialului. - nclzirea prin rezisten electric proprie. Exist cazuri n care este posibil introducerea unor cureni cu intensitate mare n zona sudat a piesei, prin care temperatura iniial a acesteia poate atinge cteva zeci sau sute de grade. Meninerea curentului destinat prenclzirii se poate face i n timpul sudrii sau chiar dup sudare, ceea ce poate realiza oricare ciclu de nclzire-rcire a piesei sudate. - nclzirea cu ajutorul rezistenelor este o metod care utilizeaz elemente din srm cu rezistivitate electric mare, nvelite ntr-un material ceramic. Aceste elemente mbinate ntre ele pot fi de tip flexibil sau rigid i pot fi aplicate pe orice suprafee plane sau curbate. Alimentarea cu energie electric a acestor elemente se poate face de la sursele de curent utilizate pentru sudare. Montarea elementelor de nclzire permite obinerea unor benzi, covoare, bare etc, cu care pot fi acoperite orice suprafee pentru a fi prenclzite sau tratate termic dup sudare.

2. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC I ELECTROZI NVELII

Capitolul 2 SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC I ELECTROZI NVELIISudarea cu arc electric i electrozi nvelii (simbol 111 dup EN ISO 4063, MMA abreviere european, SMAW abreviere american) este un procedeu cu domeniu larg de aplicare, cu utilizare la toate tipurile de suduri i la majoritatea metalelor i aliajelor metalice. ntruct acest procedeu se execut de obicei manual, prezint urmtoarele dezavantaje: productivitate redus (vitez de sudare mic i o cantitate redus de metal depus, variind ntre 0,5 i 1,5 g/s, precum i timpi auxiliari mari pentru schimbarea electrozilor i pentru curirea zgurii). calitatea sudurii depinde i de unii factori subiectivi (calificarea i cunotinele sudorului, etc).

2.1. Arcul electric 2.1.1. Amorsarea i formarea arcului electric. Prile componente ale arcului electric Etapele amorsrii i formrii arcului electric sunt prezentate n figura 2.1. Electrodul, legat la una din bornele sursei (de exemplu la cea negativ), este adus n contact cu piesa legat la cealalt born (fig. 2.1a). Punctele de contact, ce constituie locuri de trangulare a liniilor de curent, se vor nclzi pn la temperatura de topire datorit curentului de scurtcircuit foarte mare. Sub influena forei de apsare F, numrul punctelor de contact crete continuu, astfel nct n final, zona de contact dintre electrod i pies va fi format dintr-o punte de metal lichid (fig. 2.1b). La ridicarea electrodului de pe pies (fig. 2.1c), simultan cu alungirea punii de metal, datorit forelor electromagnetice F , se va e produce i o trangulare a acestei puni. trangularea punii metalice determin o cretere a rezistenei electrice, ceea ce conduce la creterea temperaturii acestei

poriuni. La atingerea temperaturii de fierbere a metalului are loc ruperea punii metalice i formarea vaporilor metalici care, fiind uor ionizabili, asigur trecerea curentului n continuare, sub forma unei descrcri electrice n arc (fig. 2.1d).

TEHNOLOGIA SUDRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

Procesul de formare a arcului electric dureaz doar cteva fraciuni de secund i se caracterizeaz prin fenomene fizice complexe: emisie termoelectronic, ionizarea gazului din spaiul arcului, accelerarea ionilor n cmpul electric, etc.

a) contact

b) nclzire i topire

c) retragerea electrodului

d) aprinderea arcului

Fig. 2.1. Amorsarea i formarea arcului electric.

Trebuie precizat faptul c, datorit transportului de ioni de la anod la catod, anodul va aprea sub forma unui crater, iar catodul sub forma unui con. La ntreruperea punii de metal, temperatura catodului este meninut i chiar majorat datorit bombardrii cu ioni pozitivi, captai din descrcare. n conformitate cu legile termodinamicii, densitatea curentului de emisie termoelectric J [A/m2] este dat de formula lui Richardson: J = J0 T e k unde: J0, - constant ce depinde de material i de natura suprafeei catodului [A/m2K2]; Tk - temperatura suprafeei catodului [K]; q - sarcina electronului, n valoare absolut [C]; Ue - potenialul de ieire [V]; K - constanta lui Boltzman [J/K]. Analiznd relaia (2.1) se observ c densitatea curentului termoelectronic se mrete odat cu reducerea potenialului de ieire U . e n afar de natura i starea catodului, densitatea de curent termoelectronic depinde cel mai mult de temperatur. n cazul sudrii cu electrod nefuzibil se petrec aceleai fenomene, ns puntea metalic topit se produce numai n contul topirii metalului de baz. Prile componente ale arcului electric sunt: zona catodic, coloanaqUe 2 KTk

(2.1)

arcului i zona anodic. n figura 2.2 s-a reprezentat schematic arcul electric precum i repartizarea cderilor de tensiune n lungul acestuia.

2. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC I ELECTROZI NVELII

a) contact b) nclzire i topire Delimitri le de sp a iu nt r - o de scr car e su nt justificate prin aceea c repartizarea tensiunii este neuniform, deoarece apar grupri ma sive de sarcini excedentare n jurul celo r doi electrozi. n arcul electric se pot Fig. 2.2. Prile componente ale arcului electric. deosebi urmtoarele zone: 1- pata catodic; 2- zona catodic; 3- coloana arcului; 4- zona anodic; 5- pata anodic. Pata catodic (1) se formeaz pe suprafaa catodului i este locul cel mai cald al catodului, fiind sursa emisiei electronilor. Fr pata catodic, arcul electric nu s- ar putea forma. Acest lucru a fost demonstrat experimental, prin inversarea polaritii i deplasarea anodului cu viteze din ce n ce mai mari. S-a observat c, de la o anumit vitez de deplasare a anodului pata catodic (de pe piesa fix) neputndu-se forma, arcul electric se stinge, ceea ce nu se ntmpl la arcul cu polaritate direct. Zona catodic (2) se ntinde pe o lungime foarte mic, avnd ordinul de mrime de (10-4...10-6)cm, egal cu parcursul liber al electronilor n gazul ce nconjoar catodul. n aceast zon, se presupune c electronii nu sufer ciocniri. Cmpul electric accelereaz electronii spre anod, iar ionii pozitivi spre catod i ntruct masa ionilor este considerabil mai mare dect a electronilor, viteza lor de deplasare va fi mult mai redus. De aceea, n zona catodic, concentraia de ioni pozitivi (sarcina spaial) este cu mult mai mare dect concentraia de electroni, ceea ce conduce la crearea cmpului deosebit de intens n zona catodic. Intensitatea cmpului electric este de ordinul (105 106 ) V/cm, asigurnd astfel o emisie electronic nsemnat, iar cderea de tensiune pe

aceast zon este de (8...20) V. Temperatura petei catodice variaz ntre 1380 C pentru magneziu i 3680 C pentru wolfram. n general, temperatura petei catodice este mai mic dect temperatura de fierbere a metalului respectiv, excepie fcnd magneziu i aluminiu. Aceasta se datoreaz faptului c magneziu i aluminiul formeaz oxizi a cror temperatur de topire este mult mai nalt i care ridic temperatura petei catodice. Valoarea cderii de tensiune pe zona catodic depinde de potenialul de ionizare al

TEHNOLOGIA SUDRII PRIN TOPIRE - PROCEDEE DE SUDARE

gazului sau vaporilor din spaiul arcului i se consider k = Ujonizare. c U Zona anodic (4) se afl n vecintatea anodului i are o ntindere mai mare dect zona catodic, avnd ordinul de mrime (10-3...10-4) cm i o cdere de tensiune mai mic, avnd valoarea de (2...3) V. n apropierea anodului este preponderent concentrarea electronilor, crendu-se o sarcin spaial negativ. Spectrografic s-a observat c intensitatea cmpului electric este mai mic dect la catod. Anodul este puternic nclzit i temperatura sa este mai ridicat dect aceea a catodului an T deoarece la anod nu are loc emisie electronic. Emisia de electroni a catodului, n urma consumrii lucrului mecanic de ieire, este nsoit de o scdere a temperaturii. Coloana arcului (3) este practic egal cu lungimea arcului. Aici au loc ionizri, excitri i recombinri ntre particulele gazului. Acest spaiu este umplut cu gaz ce are temperatura cea mai ridicat i de aceea, n coloana arcului, o importan deosebit o capt ionizarea termic. Coloana arcului este neutr, suma sarcinilor particulelor negative este egal cu suma celor pozitive. Ionizarea termic a gazului se produce nu numai datorit ciocnirilor neelastice ale electronilor cu atomii, ci i ca urmare a ciocnirii atomilor ntre ei. Aceasta se explic prin aceea c n gazul ce umple coloana arcului, odat cu ridicarea temperaturii, crete rapid numrul atomilor ce dispun de energie suficient pentru ionizarea puternic a gazului prin ciocniri. De aceea, coloana arcului conine un gaz puternic ionizat, avnd temperatura n ax foarte ridicat: (6000...8000)C. n schimb, pe direcie radial, temperatura n coloana arcului va fi repartizat neuniform, datorit transmiterii cldurii, temperatura fiind maxim n axa coloanei i minim la periferie. Temperatura coloanei arcului crete odat cu creterea curentului i scade cu scderea potenialului de ionizare. Curentul total prin coloana arcului reprezint o sum ntre curentul dat de sarcinile pozitive ce se deplaseaz spre catod i curentul format de sarcinile negative ce se deplaseaz spre anod. Neglijnd componenta curentului dat de deplasarea ionilor pozitivi, datorit mobilitii lor mult mai mici dect a electronilor, se poate considera c, curentul prin arc este datorat numai electronilor. Conductibilitatea electric a coloanei arcului este mult mai mare dect a zonei catodice, deoarece numrul de electroni emii de unitatea de volum este mult mai mare dect a celor emii n zona catodului. Deci, cmpul electric E va fi mult mai mic: E = c c (10... 40) V/cm. Experimental se confirm studiile teoretice conform crora intensitatea

cmpului electric n coloana arcului pe direcie axial este constant: Ec = unde: Ec - intensitatea cmpului electric [V/cm]; Uc - cderea de tensiune n coloana arcului [V]; lc - lungimea coloanei arcului. U c I c = ct.(2.2)

2. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC I ELECTROZI NVELII

2.1.2 Caracteristica static a arcului electric de curent continuu Distribuia tensiunii n arc are forma din figura 2.2, tensiunea arcului fiind alctuit din cderile de tensiune pe cele trei zone ale sale: Ua = Uk + Uan +Uc (2.3) Parametrii ce determin comportarea arcului de sudare sunt curentul ce trece prin arc (I ), tensiunea arcului (U ) i lungimea arcului(l ). Caracteristica arcului va fi a a a definit prin relaia: f(Ua, Ia, la) = 0 (2.4) i se numete caracteristica static a arcului electric. Pentru a simplifica reprezentarea i interpretarea acestei funcii se pstreaz unul din parametri, fie intensitatea curentului I , fie lungimea arcului l , la valori constante, a a obinndu-se caracteristicile: Ua = f1(la) la Ia = ct., respectiv (2.5) Ua = f2(Ia) la la = ct. (2.6) n mod obinuit, caracteristica arcului se reprezint sub forma unei curbe familii de Ua = f(Ia) (2.7) lundu-se drept parametru variabil lungimea arcului l . a Deoarece tensiunea are trei componente, pentru a se determina caracteristica arcului, se va considera modul n care variaz cu intensitatea curentului fiecare component din relaia (2.