C8

C 10. Sudarea n mediu de gaze protectoare cu electrod fuzibil MIG/MAG

Definirea procedeului. Sudarea MIG/MAG este un procedeu de sudare prin topire cu arcul electric, cu electrod fuzibil sub forma de srma (subtire), pentru protectia arcului si a baii folosindu-se un gaz de protectie. n functie de caracterul chimic al gazului avem:

sudare MIG ( metal inert gaz ) care folosete pentru protecie un gaz inert Ar, He, sau amestecuri Ar+He;

MAG ( metal activ gaz ) care folosete pentru protecie un gaz activ sau amestecuri de gaze inerte cu gaze active:

MAG C gaz de protecie, 100% CO2;

MAG M gaz de protecie, amestecuri de gaze inerte Ar, He cu gaze active CO2, O2: Ar+CO2, Ar+O2, Ar+CO2+O2, etc;

Obs. Gazul inert este un gaz care nu reactioneaz chimic cu elementele din baia metalic. Gazul activ este un gaz care reacioneaz chimic cu elementele din pictur i din baia metalic.Sudarea MIG/MAG este un procedeu semimecanizat, vae este mecanizat folosind un dispozitiv de avans al srmei DAS, format din motoreductor i role de antrenare iar vs este manual. Procedeul se preteaz cu uurinta la mecanizare, automatizare, robotizare prin plasarea capului de sudare pe un tractor sau pe braul unui robot de sudare. Procedeul se utilizeaz, in funcie de varianta de sudare (gaz de protecie), pentru sudarea unei game largi de materiale de baza:

oeluri nealiate, slab i nalt aliate (inoxidabile) se sudeaz MAG;

metale i aliaje neferoase Cu, Al, Ni, Ti, etc. se sudeaz MIG.

Avantajele procedeului: productivitate mare la sudare ( AD = 2-4 gr/s ), ptrundere mare, vitez de sudare mare. Aceste particulariti sunt determinate de densitatea mare de curent utilizat i anume j = 150-250 A/mm2;

procedeul se preteaz cu uurin la mecanizare i la automatizare.

Obs. Cele dou avantaje de mai sus au fcut ca procedeul de sudare MIG/MAG s cunoasc n prezent cea mai mare aplicare pe plan mondial, mai mult de 60-70% din volumul produciei de construcii sudate realizndu-se cu acest procedeu. Aceast dezvoltare s-a fcut n detrimentul sudrii manuale cu electrod nvelit SE.

absena zgurii de pe custura;

posibilitatea de sudare n orice pozitie, orice form i dimensiune de custura;

grad mare de utilizare a materialului de adaos 90-95% (pierderi mici de material, GMA =materialul depus/materialul de adaus topit);

factor operator ridicat 60-65%, FO = timpul efectiv de sudare/timpul total de sudare.

Dezavantajele procedeului:

flexibilitate mai redus ca sudarea SE,

raz de aciune limitat la 3-5 m n jurul sursei de sudare sau pn la 10 m n cazul folosirii DAS-urilor portabile;

pierderi de material de adaos prin stropi (5-10 %);

nu se poate suda n spatii deschise pentru c curentii de aer sufl perdeaua de gaz de protecie conducnd la aparitia porilor n mbinarea sudata; probabilitate de apariie a porilor sau lipsei de topire relativ ridicat; din acest motiv sudarea MIG/MAG nu se recomand la realizarea mbinrilor sudate din clase superioare de calitate pentru c nu se pot nscrie n nivelul de acceptare al defectelor;

echipamente de sudare mai scumpe i mai complexe.

Materialele de sudare: sunt srma electrod i gazul de protectie.

Srma electrod are compoziia chimic apropiat de a metalului de baza. n cazul sudrii MAG datorit pericolului de oxidare a elementelor chimice din baia metalic Fe, Si, Mn, etc. srma este aliat suplimentar cu elemente dezoxidante ca Mn, Si i uneori Ti sau Al. Oxidarea acestor elemente din metalul de baz conduce la reducerea caracteristicilor mecanice respectiv la reducerea plasticitaii i tenacitaii mbinarii sudate, ca efect al scderii coninutului n aceste elemente, respectiv a formrii oxizilor de fier n custur care precipit pe marginea grunilor slbind legturile dintre gruni. Pentru compensarea acestor pierderi srma se aliaz suplimentar cu Mn, Si. Reaciile ce au loc n coloana arcului sunt:

1. La T>1600C - disocierea dioxidului de carbon- CO2CO + O

2. Oxidarea elementelor chimice din metal:

Fe + O FeO

Mn + OMnO

Si +2OSiO2 Ti + 2OTiO2 C + 2OCO23. Reacii de reducere prin care se evit oxidarea fierului

FeO + MnFe + MnO

2FeO + Si2Fe + SiO2 2FeO + Ti2Fe + TiO2Oxidul de fier este solubil n metalul solid putnd rmne sub form de incluziune, pe cnd MnO, SiO2 i TiO2 sunt insolubili n metalul solid. De aceea aceti oxizi ies la suprafaa custurii sub form de mici insule de zgur cu aspect sticlos din loc n loc pe cusatura sudat. Cantitatea de zgur este mai mare la sudarea n CO2 100% i scade la sudarea n amestecuri de gaze pe msur ce crete coninutul de gaz inert Ar, n amestec, datorit reducerii numrului de oxidri.

Srma electrod se livreaz sub form de bobine n gama de diametre: 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,6; 2,0. Srmele sunt cuprate pe suprafa pentru evitarea oxidrii sau ruginirii suprafeei i pentru mbuntirea contactului electric alunector ntre srm i duza de contact.

Prezentarea i clasificarea srmelor se face n:

STAS 1126/87 pentru o gam larg de materiale,

SREN 440/96 pentru oelurile nealiate i unele oeluri slab aliate cu granulaie fin exploatate la temperaturi negative, Anexa 1.

Gazul de protecie are rolul de a asigura protecia arcului electric a picturii de metal i a bii metalice mpotriva ptrunderii gazelor din atmosfer O2, N2, H2, dar acioneaz i asupra stabilitii arcului, geometriei custurii i modului de transfer al picturii de metal.

Alegerea gazului de protecie se face n principal n funcie de metalul de baz, respectiv modul de transfer al picturii din vrful srmei, dup cum urmeaz:

la oelurile nealiate i slab aliate : CO2 ( 100% ) sau amestecuri ( Ar + CO2; Ar + O2; Ar + CO2 + O2 )

la oelurile nalt aliate: amestecuri Ar + 1-3%O2 sau Ar + 2-4%CO2; nu se sudeaz niciodat n Ar 100%.

Introducerea O2 sau a CO2 n amestec la sudarea oelului inoxidabil determin creterea stabilitii arcului, finisarea transferului picturii respectiv reducerea stropirilor. Aceasta ca urmare a peliculei de oxizi format pe suprafaa picturii care reduce tensiunea superficial. Coninutul este limitat ns la valorile de mai sus pentru evitarea oxidrii custurii respectiv alierea cu C a acesteia ceea ce ar duce la scderea caracteristicilor mecanice i de plasticitate ale mbinrii i la pericolul fragilizrii prin precipitarea carburilor de Cr.

la metalele i aliajele neferoase Cu, Al, Ti, etc.: Ar 100% sau Ar + He.

Heliul crete puterea arcului ceea ce permite creterea ptrunderii respectiv a vitezei de sudare i implicit a productivitii. n plus folosirea heliului conduce la reducerea pericolului porilor n mbinarea sudat. n special amestecul Ar + He este recomandat la sudarea tablelor groase.

n funcie de modul de transfer avem recomandrile:

la transfer prin scurtcircuit se poate folosi orice gaz funcie de necesiti tehnologice;

la transferul prin pulverizare sau n curent pulsat sudarea se face numai n amestecuri de gaze bogate n argon cu mai mult de 80% Ar sau cu Ar 100%, funcie de metalul de baz.

Clasificarea i simbolizarea gazelor de protecie se face n SR EN 439/96, Anexa 2. n simbolizare se cuprinde caracterul chimic al gazului printr-o liter respectiv compoziia chimica a gazului printr-un numr de identificare. Exemple:

R1,2 reductor (H2);

I1,2,3 inert (Ar, He, Ar + He);

M1.1M1.4, M2.1M2.4, M3.1M3.3 amestecuri de gaze. Cu creterea coninutului de CO2 i O2 din amestec activitatea chimic a gazului crete.

Gaze active: C1 (100%CO2), C2 (CO2 + Ar).

Gaze de formare sau de protecie a rdcinii : N2, N2 + H2.

Gazele se livreaz la puritate ridicat n butelii (puritatea>99,7%CO2 i >99,9% Ar). CO2 se livreaz n butelii de culoare neagr n stare lichid la presiunea de 55 atmosfere. O butelie conine 30 kg CO2 lichid sau 15 000 de litrii CO2 gaz (1kg CO2 lichid = 500l CO2 gaz). Ar i amestecurile de gaze se livreaz n stare gazoas n butelii gri la presiunea de 150-200 atm. O butelie de gaz conine 6Nm3 de gaz, respectiv 6000 l/gaz.

Modul de transfer al picturiila sudarea MIG/MAG.

n funcie de modul de trecere al picturii din vrful srmei n baia metalic se disting urmtoarele moduri principale de transfer:

transferul prin scurtcircuit (cu arc scurt sau short arc);

prin pulverizare (spray arc);

globular (gravitaional)

intermediar (prin scurtcircuit i globular)

cu arc rotitor (neutilizabil la sudare).

Modul de transfer depinde n principal de doi factori, valoarea curentului de sudare i gazul de protecie utilizat. Transferul picturii din vrful srmei are loc sub aciunea forelor care acioneaz n arc i anume, fig. 1:

fora electromagnetic sau fora pinch FP (1)

fora tensiunilor superficiale F (2)

fora de reacie anodic Fan (4)

fora gravitaional Fg (3)

fora jetului de plasm Fj (5)

fora electrodinamic Fed. (6)

n funcie de ponderea uneia din aceste fore are loc un anumit mod de transfer al picturii.

Fig.1

Fora pinch FP este cea mai important for ce acioneaz asupra desprinderii picturii. Este direct proporional cu curentul de sudare FP = IS2/2. Aceast for produce strangularea picturii de metal topit la vrful srmei electrod.

Fora tensiunilor superficiale acioneaz pe suprafaa picturii sau a bii metalice opunndu-se desprinderii picturii din vrful srmei la formarea i creterea acesteia, respectiv la absoria picturii n baie la momentul scurtcircuitrii arcului. Poate fi influenat (redus) prin introducerea gazelor oxidante n amestecul de gaze.

Fora de reacie anodic se opune desprinderii picturii, determin transferul globular al acesteia. Acioneaz n pata anodic ca efect al vaporizrii locale a metalului topit care prin fora jetului de vapori produce mpingerea picturii n sus determinnd dezaxarea ei i implicit creterea volumului acesteia. Are valoare maxim la sudarea n CO2 100%. Acesta este motivul principal pentru care nu se poate suda n CO2 100% prin pulverizare sau in curent pulsat.

Fora gravitaional este favorabil desprinderii picturii din vrful srmei electrod.

Fora jetului de plasm la valori mari ale curentului de sudare, prin accelerarea picturii, poate conduce la stropiri prin plonjarea picturii n baie.

Fora electrodinamic acioneaz la interfaa pictur de metal-srm i este produs de vaporii de metal rezultai din evaporarea puntiei de metal rezultat din strangularea picturii.

Caracterizarea modurilor (tipurilor) de transferTransferul prin scurtcircuit se caracterizeaz prin scurtcircuitarea arcului de ctre pictura de metal topit format n vrful srmei, fig. 2. Etapele transferului:

1. sub aciunea arcului electric are loc topirea vrfului srmei i topirea local a piesei;

2-3. sub aciunea tensiunii superficiale are loc acumularea metalului topit n vrful srmei sub form de pictur sau sfer;

4. creterea picturii determin la un moment dat scurtcircuitarea arcului i stingerea lui. Curentul crete la valoarea de scurtcircuit mult mai mare dect curentul prin arc iar tensiunea scade aproape la zero;

Fig. 2

5. valoarea ridicat a curentului de scurtcircuit determin apariia unei fore pinch de valori ridicate care produce gtuirea picturii i formarea puntiei de metal. Acest lucru determin evaporarea puntiei de metal i ruperea scurtcircuitului.

e. reamorsarea arcului electric i reluarea procesului descris anterior.

Numrul de scurtcircuite depinde de materialul srmei, diametrul srmei, gazul de protecie, curentul de sudare, tensiunea arcului.

Particularitile transferului prin scurtcircuit sunt:

puterea mic a arcului dat de cureni de sudare mici i tensiunea arcului redus;

se utilizeaz la sudarea tablelor subiri, la sudarea stratului de rdcin, la sudarea n poziii dificile (vertical);

la sudare apar stropiri inerente (aproximativ 5% pierderi de material). Reducerea stropirilor se poate realiza prin: scderea tensiunii arcului, sudarea n amestecuri de gaze, introducerea n circuitul de sudare a unei inductane sau bobine pentru limitarea curentului de scurtcircuit. n acest sens sursele de sudare cu reglarea n trepte a tensiunii sunt prevzute cu 2 sau 3 ieiri pentru cablul de mas. Regul: la srme subiri se folosete inductan mic iar la srme groase se folosete inductan mare. La sursele cu invertor avem inductan fictiv adic controlul lui ISC se face prin modelarea electronic a acestuia de ctre microprocesor (vezi curs EPS).

Transferul prin pulverizare se caracterizeaz prin trecerea picturii de metal sub forma unui jet foarte fin de picturi asemntor unui irag de mrgele fr scurtcircuitarea arcului i de aceea fr stropiri sau custropiri foarte puine i aleatoare, fig. 3.

Pictura de metal este mai mic dect diametrul srmei i se formeaz i se desprinde sub aciunea forei pinch de valoare foarte mare (curent de sudare de valori ridicate) care mpiedic acumularea metalului topit n vrful srmei electrod.

Fig. 3

Particulariti:

este specific puterii mare de arc (curent de sudare mare);

se utilizeaz la sudarea tablelor groase n poziie orizontal sau n jgheab;

transferul este condiionat de gazul de protecie i de valoarea curentului ce trebuie s fie mai mare dect o valoare critic numit curent de tranziie;

transferul se produce numai n Ar 100% sau amestecuri bogate n Ar (>80% Ar);

n acest caz inductivitatea nu mai are importan i influen asupra transferului.

Transferul globular are loc la aceleai valori ale curentului de sudare ca i transferul prin pulverizare cu deosebirea esenial c gazul de protecie este CO2100% sau amestecuri bogate n CO2. Puterea arcului este ridicat. n acest caz sub aciunea forei de reacie anodic pictura de metal se acumuleaz n vrful srmei desprinderea ei realizndu-se sub aciunea forei gravitaionale la atingerea unei anumite dimensiuni a picturii. De aceea transferul se mai numete transfer gravitaional sau cu arc lung, fig. 4.

Fig. 4

Transferul intermediar este specific puterilor medii ale arcului fiind cuprins ntre transferul prin scurtcircuit i transferul prin pulverizare. Acest mod de transfer trebuie evitat la sudare pentru c produce un arc instabil cu pierderi mari de material de 5-10%. Transferul picturii are loc prin scurtcircuit sau globular.

Repartiia tipurilor de transfer n funcie de parametrii de sudare, respectiv n funcie de curentul de sudare i gazul de protecie este prezentat n fig 5.

Fig. 5

Recomandri tehnologice la sudare MIG/MAG1. Natura i polaritatea curentului. Sudarea MIG/MAG se face numai n curent continuu polaritate invers, adic CC+.. La sudarea n CC- arcul este instabil, stropirile sunt mari i multe, iar ptrunderea la sudare este mic.

2. Curentul de sudare, depinde de grosimea componentelor, poziia de sudare, diametrul srmei, modul de transfer al picturii, etc. Reglarea curentului la sudarea MIG/MAG se face prin modificarea vitezei de avans a srmei electrod, ntre cele dou mrimi fiind o relaie direct proporional:

vasIS

vasIS

3. Viteza de avans a srmei la MIG/MAG este constant i depinde de curentul de sudare, diametrul srmei, natura i polaritatea curentului. Are valori cuprinse ntre 2-20 m/min.

4. Tensiunea arcului depinde de curentul de sudare, modul de transfer, gazul de protecie, poziia de sudare, etc.:

Ua = 14 + 0,05IS la sudarea n CO2100%;

respectiv

Ua = 14 + 0,05IS (2 4)V pentru sudarea n amestec de gaze.

Nota bene. Se observ c Ua este mai mic n amestecuri de gaze cu (2-4)V fa de sudarea n CO2100%, n caz contrar au loc stropiri mari.

5. Viteza de sudare are valori mai mari dect la sudarea SE, vs = 20-60 cm/min n funcie de modul de transfer respectiv gradul de mecanizare. Viteza limit inferioar este dat de pericolul curgerii bii de metal n faa arcului iar cea superioar este dat de limitarea posibilitilor operatorului sudor. La sudarea macanizat viteza de sudare poate ajunge pn la 100 cm/min.

6. Lungimea captului liber depinde de IS respectiv modul de transfer al picturii variind ntre 10-15 mm pentru transferul prin scurtcircuit i 15-20 mm pentru transferul prin pulverizare sau n curent pulsat. O lungime prea mic conduce la dificulti n observarea arcului electric i supranclzirea duzei nsoit de ncrcarea cu stropi i aderena puternic a acestora. Dac lungimea este prea mare rezult o protecie necorespunztoare a arcului i instabilitatea acestuia prin topirea neuniform a srmei ca urmare a nclzirii captului liber prin efect Joule-Lentz. La aceeai vitez de avans a srmei modificarea lungimii captului liber conduce la modificarea lui IS.: dac lungimea captului liber scade, IS crete i invers.

7. Poziia relativ a duzei de gaz i de contact depinde de modul de transfer, si de curentul de sudare, fig. 6:

cu 2-3 mm n exteriorul duzei de gaz la transferul prin scurtcircuit;

- la nivelul duzei de gaz la transferul intermediar

- cu 3-5 mm in interiorul duzei de gaz la transferul prin pulverizare, sau pulsat.

Fig. 6

8. Debitul de gaz depinde de modul de transfer, tipul mbinrii, metalul de baz, viteza de sudare i variaz ntre:

Q = 8(10) 15 l/min la transferul prin scurtcircuit;

Q = 15 20 l/min la transferul prin pulverizare i n curent pulsat.

9. nclinarea srmei electrod. Datorit absenei zgurii srma electrod poate fi nclinat fa de normal cu un unghi = 5-20 rezultnd varianta de sudare spre stnga sau prin mpingerea custurii respectiv sudarea spre dreapta sau prin tragerea custurii.

10. Alegerea sursei de sudare. Sursele au caracteristic extern rigid uor cobortoare. Aceasta permite asigurarea stabilitii arcului la apariia factorilor perturbatori prin fenomenul de autoreglare.

11. Defectele mbinrilor sudate sunt porii, lipsa de ptrundere i crestturile marginale. Porii se datoreaz proteciei necorespunztoare a bii metalice. Lipsa de topire sau de ptrundere apare datorit pericolului de curgere a bii de metal de volum mare n faa arcului. Crestturile marginale se produc datorit unor parametrii de sudare necorespunztori ( IS foarte mare, Ua mic, etc.).

SIMBOLIZAREA MATERIALELOR DE SUDARE PENTRU SUDAREA MAG

Simbolizarea srmelor pentru sudarea mag

dupa compozitia chimica

CONFORM SR EN 440-96

SimbolCompoziie chimic, % (m/m)1)2)3)

CSiMnPSNiMoAlTi i Zr

G0Orice compoziie chimic convenit, care nu este specificat n standard

G2Si0,08-0,14 0,50-0,800,90-1,300,0250,0250,150,150,020,15

G3Si10,06-0,140,70-1,001,30-1,600,0250,0250,150,150,020,15

G4Si10,06-0,140,80-1,201,60-1,900,0250,0250,150,150,020,15

G3Si20,06-0,141,00-1,301,30-1,600,0250,0250,150,150,020,15

G2Ti0,04-0,140,40-0,800,90-1,400,0250,0250,150,150,05-0,200,05-0,25

G3Ni10,06-0,140,50-0,901,00-1,600,0200,0200.80-1,500,150,020,15

G2Ni20,06-0,140,40-0,800,80-1,400,0200,0202,10-2,700,150,020,15

G2Mo0,08-0,120,30-0,700,90-1,300,0200,0200,150,40-0,600,020,15

G4Mo0,06-0,140,50-0,801,70-2,100,0250,0250,150,40-0,600,020,15

G2A10,08-0,140,30-0,500,90-1,300,0250,0250,150,150,35-0,750,15

1) Dac nu se specific, Cr 0,15, Cu 0,35 i V 0,03. Coninutul de Cu rezidual din oel mpreun cu cel din eventuala acoperire nu trebuie s depeasc 0,35% (m/m).

2) Valorile singulare din tabel sunt valori maxime.

3) Rezultatele trebuie s fie rotunjite la acelai numr de cifre semnificative ca i valoarea specificat, utiliznd regulile conform ISO 31 0, anexa B, regula A.

Simbolizarea GAZELOR DE PROTECTIE pentru sudarea MIG/Mag dupa compozitia chimica CONFORM SR EN 439-96NotareConstitueni, procente de volumAplicaii tipiceObservaii

GrupNr. de identificareOxidantInertReductorNereactiv

CO2O2ArHeH2N2

R1Rest2)>0 pn la 15WIG, sudare cu plasm, tiere cu plasm, protecie la rdcinReductor

2Rest2)>15 pn la 35

I1100MIG, WIG, sudare cu plasm, protecie la rdcinInert

2100

3Rest2)>0 pn la 95

M1

1>Rest2)>0 pn la 5MAGMai puin oxidant

2>Rest2)

3>Rest2)

4>>Rest2)

M21>Rest2)Mai mult oxidant

2>Rest2)

3>>Rest2)

4>>Rest2)

M31>Rest2)

2>Rest2)

3>>Rest2)

C1

2>

F1100Tiere cu plasm,

protecie la rdcinNereactiv

2>0 pn la 50RestReductor

1) n cazul n care se adaug componente care nu sunt cuprinse n tabel, amestecul de gaze se noteaz cu un amestec de gaze special i poart prefixul S. Detalii referitoare la notarea S sunt prezentate n tabelul 4.

2) Argonul poate fi nlocuit cu heliu pn n proporie de 95%. Coninutul de heliu se noteaz printr-un numr de identificare suplimentar (a se vedea tabelul 4) care este indicat n tabelul 3.

NOTARE: Exemplul 1: Un amestec coninnd 10% heliu, restul argon, se noteaz:

Gaz de protecie EN 439 I3

Exemplul 2: Un amestec coninnd 10% dioxid de carbon, 3% oxigen, iar restul argon se noteaz:

Gaz de protecie EN 439 M24

Is

vas

EMBED PBrush