Capitolul 6. SUDAREA - gabriela.strnad/Tehnologia materialelor... · electric cu electrod metalic învelit,…

Download Capitolul 6. SUDAREA - gabriela.strnad/Tehnologia materialelor... · electric cu electrod metalic învelit,…

Post on 04-Jun-2018

213 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • Tehnologia materialelor I 145

    Capitolul 6. SUDAREA

    6.1. INTRODUCERE. PROCEDEE DE SUDARE

    Prin sudare se nelege mbinarea nedemontabil a semifabricatelor/pieselor, realizat, de regul, prin topirea local a lor, urmat de solidificarea zonei respective, ce va forma sudura/cordonul de sudur. Procesul poate avea loc cu sau fr material de adaos. Exist i procedee de sudare care nu presupun topirea materialului, ci se realizat n anumite condiii de temperatur i presiune, prin aducerea atomilor din stratul superficial al uneia din piesele n sfera de atracie a atomilor celeilalte piese (de exemplu sudarea prin frecare, sudarea cu ultrasunete). Materialul pieselor care se sudeaz formeaz metalul sau aliajul de baz, n timp ce materialul care ajut la formarea custurii i care are o compoziie chimic apropiat cu cea a materialului de baz, constituie metalul de adaos.

    Fa de alte metode de mbinare, sudarea prezint o serie de avantaje ca:

    - economie de material;

    - reducerea preului de cost;

    - calitate superioar;

    - productivitate mrit;

    dar i dezavantaje ca:

    - necesit muncitori calificai de o calificare deosebit;

    - n mbinrile sudate apar tensiuni, care le influeneaz mult calitatea, etc.

    Deoarece numrul procedeelor de sudare este foarte mare i clasificarea lor se poate face dup diferite criterii, pn n prezent nu s-a ajuns la un punct de vedere comun. n funcie de starea n care este adus materialul de sudat, natura materialelor n zona sudat, natura energiei termice utilizate, mai jos se prezint o clasificare a procedeelor de sudare:

    procedee de sudare prin topire:

    cu energie electric:

    cu arc electric:

    cu electrod metalic nvelit;

    sub strat de flux;

    n mediu de gaz protector;

    n baie de zgur;

  • 146 Capitolul 6. Sudarea

    cu plasm;

    cu energie chimic:

    cu flacr oxiacetilenic;

    cu termit;

    cu energie radiant:

    cu fascicul de fotoni;

    cu fascicul de electroni;

    procedee de sudare prin presiune:

    cu energie electric:

    prin rezisten:

    prin puncte;

    n linie;

    cu energie mecanic:

    prin frecare;

    cu ultrasunete;

    cu energie chimic:

    prin explozie.

    Sudabilitatea unui material reprezint capacitatea unui metal sau aliaj de a putea fi mbinat printr-un procedeu de sudare, astfel nct mbinarea obinut s satisfac toate condiiile tehnice de exploatare. Pentru ca un material supus operaiei de sudare s fie corespunztor, el trebuie s aib aptitudini de sudare i siguran la sudare. Aptitudinea de sudare este determinat de compoziia chimic, modul de elaborare i turnare, prelucrrile termice ulterioare, etc., iar sigurana la sudare depinde att de proprietile materialului, ct i de condiiile tehnologice de sudare i soluiile constructive alese.

    Factorii care influeneaz sudabilitatea unui oel sunt de natur complex: metalurgic (compoziie chimic, procedeu de elaborare, coninut de gaze i de elemente stabilizatoare, etc.), tehnologic (modul de asamblare i succesiunea de prindere, procedeul i regimurile de sudare utilizate, etc.), constructiv (grosimea materialului de sudat, lucurile unde sunt amplasate custurile, etc.) i de exploatare.

    n esen, se poate remarca c oelurile au sudabilitate bun dac au un coninut de carbon sub 0,3%, pentru oelurile carbon, sau un coninut de carbon echivalent (ce include, dup o formul de calcul, i coninutul de Mn, Cr, Ni, Mo, Cu, P i grosimea materialului de sudat) sub 0,5%, n cazul oelurilor aliate. Celelalte tipuri de oeluri sunt greu sudabile, necesit msuri speciale de sudare (prenclzire, mediu de gaz protector, tehnici speciale). Fonta este nesudabil n condiii obinuite. Sudarea ei se face dificil, la cald, dup nclzire la rou (600...700), cu o rcire lent a custurii sudate dup realizarea ei. Aliajele neferoase sunt greu sudabile, din cauza conductivitii termice mari i a tendinei de oxidare. Aliajele de aluminiu i cupru se sudeaz cu surse puternice de sudare, n mediu de gaz protector, sau cu flacr oxiacetilenic.

  • Tehnologia materialelor I 147

    Din multitudinea procedeelor de sudare, prezentul curs se va referi la sudarea cu arc electric cu electrod metalic nvelit, sudarea sub strat de flux, sudarea n mediu de gaz protector i sudarea prin puncte.

    6.2. SUDAREA CU ARC ELECTRIC I ELECTROD METALIC NVELIT

    Sudarea manual cu electrozi metalici nvelii i arc descoperit (fig. 6.1) este procedeul de sudare cel mai rspndit fiindc are o universalitate mare, necesit un echipament simplu, puin costisitor i, dac se execut corect, se realizeaz suduri de bun calitate.

    Sudarea cu arc electric se bazeaz pe transformarea energiei electrice n energie caloric. Arcul electric este o descrcare electric de durat n mediu gazos, ntre doi electrozi, n condiiile existenei unei diferene de potenial i a unui anumit grad de ionizare a spaiului dintre ei. Amorsarea arcului electric se realizeaz prin atingerea electrodului de pies, urmat de retragerea lui la 2...3 mm. n timpul contactului se degaj o cantitate de cldur care favorizeaz ionizarea local a aerului. Prin retragerea electrodului, ionii formai sunt accelerai n cmpul electric existent, acumulnd o energie cinetic pe care o cedeaz lovind n drumul lor atomii de aer (pe care i ionizeaz n continuare) sau la impactul cu piesa, respectiv cu electrodul, formnd pe suprafaa acestora poriuni calde numite pete electrodice. Astfel, spaiul dintre electrod i pies fiind ionizat, deci conductibil, permite trecerea curentului de sudare, care formeaz arcul electric. Coloana arcului ajunge la

    temperatura de aprox. 6000C (fig. 6.2).

    Pentru amorsarea arcului este necesar o anumit valoare a tensiunii, numit tensiune de amorsare (50...70 V), care este mult mai mare dect tensiunea de lucru (18...30 V).

    Fig. 6.1. Sudarea unei conducte folosind procedeul de sudare manual cu arc electric descoperit i electrod metalic nvelit

  • 148 Capitolul 6. Sudarea

    Dependena dintre tensiunea i intensitatea arcului pentru o lungime a arcului este denumit caracteristica arcului (fig. 6.2). Se observ c la creterea intensitii I, tensiunea la borne scade brusc la nceput i apoi mai lent. Dac intensitatea depete o anumit valoare, tensiunea rmne constant, arcul devenind instabil.

    Arcul electric poate fi ntreinut cu curent continuu sau cu curent alternativ. n cazul sudrii cu curent continuu, polul pozitiv se leag la pies, iar cel negativ la portelectrod. Acest mod de sudare se numete cu polaritate direct (fig. 6.4.a), spre deosebire de sudarea cu polaritate invers (fig. 6.4.b), cnd polul negativ se leag la pies i cel pozitiv la portelectrod.

    Principiul procedeului de sudare cu arc electric descoperit este prezentat n fig. 6.5.

    Electrodului i se imprim manual trei micri necesare pentru realizarea custurii:

    micare de avans (1), care asigur meninerea constant a lungimii arcului;

    micare de deplasare n lungul custurii (2);

    micare transversal (pendular) pentru asigurarea limii custurii (3).

    Fig. 6.2. Schema arcului electric 1 electrod; 2 piese de sudat; 3 coloana

    arcului; 4 craterul arcului; 5 pata catodic; 6 baia de metal topit; 7

    pata anodic; 8 aureola arcului

    Fig. 6.3. Curba de variaie a tensiunii n arc la amorsare

    (A) i ardere stabil (S)

    Intensitatea curentului

    Te

    nsiu

    nea

    Fig. 6.4. Sudarea cu polaritate direct (a) i cu polaritate invers (b)

    a. b.

    dup [Mois80]

    dup [Mois80]

    dup [Mois80]

  • Tehnologia materialelor I 149

    Arcul electric poate fi ntreinut:

    cu curent continuu produs de generatoare de sudare sau de redresoare de curent;

    cu curent alternativ produs de transformatoare de sudare.

    Alegerea utilajului se face inndu-se seama de avantajele i dezavantajele fiecrui tip de utilaj n diferite situaii. Astfel, generatoarele de sudare cu elemente n micare, cu pierderi mari la mers n gol i randament mai sczut, necesit o ntreinere mai atent n exploatare. Stabilitatea arcului electric este ns bun, iar ncrcarea reelei simetric. Generatoarele pot fi antrenate de un motor electric, n acest caz numindu-se grup convertizor, sau de un motor cu ardere intern n acest caz numindu-se grup electrogen. Redresoarele de sudare sunt alimentate de la reeaua trifazic de curent alternativ pe care l transform n curent continuu prin intermediul unor semiconductori cu randament mare i volum restrns, asigur o bun stabilitate arcului, o ncrcare simetric a reelei i pierderi mici la mers n gol. Transformatoarele de sudare sunt aparate robuste i ieftine fr elemente n micare i cu un randament bun. Dezavantajul lor const n faptul c, avnd nfurri cu inductane mari, au factorul de putere mic, deci pierderi reactive mari. Stabilitatea arcului electric este mai redus datorit trecerii prin valoarea zero a tensiunii sursei, moment n care arcul are tendina s se sting. Transformatoarele pot fi monofazate sau trifazate.

    Materialul de sudare necesar sudrii cu arc electric descoperit este electrodul nvelit. Electrodul este format dintr-o srm pe care se aplic un nveli din substane care asigur, prin topirea i gazeificarea lor:

    arderea stabil a arcului (funcia ionizatoare);

    Fig. 6.5. Schema sudrii manuale cu arc electric cu electrozi metalici nvelii

    portelectrod

    clem de contact

    pies

    surs de curent pentru sudare

    ( = ~ )

    electrod

    sudur

    dup [Mois80]

  • 150 Capitolul 6. Sudarea

    formarea unui mediu gazos protector pentru metalul topit din spaiul arcului electric (funcia protectoare);

    formarea unei cruste de zgur care reduce viteza de rcire a zonelor nclzite (funcia moderatoare);

    n unele cazuri conin elemente care