14. SUDAREA CU FLACĂRĂ OXIACETILENICĂ

14.1. Introducere

Sudarea cu flacără oxiacetilenică se încadrează în procedeele de sudare

prin topire, utilizând ca sursă de căldură flacăra oxiacetilenică.

Deşi este depăşit din mai multe puncte de vedere de alte procedee mai

moderne şi mai eficiente, totuşi sudarea cu flacără oxiacetilenică se utilizează la

o serie de operaţii de tratament termic, de reparaţii, de sudare a tablelor cu o

grosime mai mică de 1,5 mm, precum şi la tăierea şi decuparea pieselor din oţel.

Flacăra oxiacetilenică se formează prin arderea acetilenei în mediu de

oxigen şi trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:

- să dezvolte o temperatură suficient de mare, pentru topirea marginilor

pieselor de sudat şi a materialului de adaos;

- să nu fie oxidantă, pentru a evita oxidarea metalului în locul sudat;

- să aibă un volum mic, pentru concentrarea căldurii.

În urma încălzirii, amestecul de acetilenă şi oxigen se descompune după relaţia:

C2H2 + O2 2C + H2 + O2 (14.1)

Arderea are loc în două etape:

în prima etapă are loc arderea carbonului, conform reacţiei:

2C + O2 = 2CO (14.2)

Oxigenul necesar acestei etape de ardere se numeşte oxigen primar şi se

aduce din butelia de oxigen, printr-un furtun, la arzător.

în etapa a doua de ardere, oxigenul necesar arderii se obţine din

atmosfera înconjurătoare şi se numeşte oxigen secundar, iar reacţia de

ardere este:

CO + H2 + O2 = CO2 + H2O (14.3)

Ţinând cont de relaţiile (14.1) şi (14.2) ce caracterizează arderea, raportul dintre

oxigen şi acetilenă trebuie să fie:

86

122

2 HC

OK (14.4)

În timpul arderii se formează inevitabil H2O şi CO2, deci pentru

asigurarea arderii restului moleculelor de carbon până la CO trebuie introdus

oxigen mai mult, deci practic valoarea raportului trebuie să fie: K = 1,1...1,2.

În figura 14.1 este prezentată flacăra oxiacetilenică cu zonele principale.

În nucleul flăcării 1 are loc reacţia (14.1), această zonă a flăcării fiind de

culoare închisă. Zona de ardere 2 se caracterizează printr-o luminozitate

puternică şi o creştere bruscă a temperaturii.

Variaţia temperaturii de-a lungul flăcării este prezentată în graficul din

figura 14.1. Temperatura are valoarea maximă (aprox. 3000°C) la 3...5 mm de la

vârful nucleului.

Fig. 14.1. Flacăra oxiacetilenică şi graficul de variaţie

a temperaturii pe lungimea flăcării

1 - nucleul flăcării;2 - zona de ardere;

3 - zona reducătoare 4 - zona de ardere completă

87

Temperatura flăcării depinde de valoarea raportului K şi are valoare

maximă pentru K = 1,2...1,3.

În cazul în care K > 1,2, flacăra devine oxidantă, arderea făcându-se în

exces de oxigen, nucleul flăcării se micşorează şi devine mult mai ascuţit, iar

culoarea flăcării devine albăstruie.

Când K < 1, flacăra devine carburantă, nucleul flăcării se lungeşte,

cantitatea de carbon liber creşte şi acesta, ajungând în contact cu baia de metal

topit, creşte conţinutul de carbon al topiturii.

Sudarea cu flacără oxiacetilenică se realizează prin topirea şi solidificarea

muchiilor materialului de bază, iar pentru completarea rostului se adaugă metal,

prin picurare, din materialul de adaos.

Viteza de sudare se calculează cu relaţia:

a

cV

S [m/min] (14.5)

unde: a este grosimea pieselor, mm;

c – constantă, având următoarele valori:

c = 0,20 pentru sudarea spre stânga;

c = 0,25 pentru sudarea spre dreapta;

c = 0,30 pentru sudarea de încărcare.

14.2. Aparatură şi materiale

Aparatura folosită la sudarea cu flacără oxiacetilenică se compune din:

butelie de oxigen, regulator de presiune, generator de acetilenă şi furtunuri de

cauciuc pentru transportul oxigenului şi al acetilenei.

Oxigenul industrial se livrează în butelii de 40 litri, la presiunea de

150 bar, prevăzute cu un robinet de închidere la care se montează regulatorul de

presiune (fig. 14.2) cu rolul de a reduce presiunea la valoarea necesară

alimentării arzătorului (2...6 bar).

88

Supapa de strangulare 5 este apăsată de presiunea oxigenului din tub pe

scaunul ei. Arcul 6 este slab, are rolul numai de a menţine supapa pe scaunul ei

în lipsa presiunii oxigenului şi menţine contactul dintre supapă şi membrana 4.

Prin rotirea şurubului 9, arcul 8 apasă asupra membranei 4 ridicând supapa 5 de

pe scaunul ei şi oxigenul poate trece din camera de înaltă presiune 1 în camera

de joasă presiune 3.

Dacă robinetul 10 este închis, datorită presiunii oxigenului exercitată

asupra membranei, se echilibrează forţa de apăsare a arcului 8 şi se închide

supapa 5.

Fig. 14.2 Regulator de presiune cu acţionare inversă

1 – cameră de înaltă presiune; 2 – manometru înaltă presiune;

3 – cameră joasă presiune; 4 – membrană; 5 – supapa de strangulare; 6 – arc;

7 – manometru joasă presiune 8 – arc; 9 – şurub; 10 – robinet.

Acetilena (C2H2) nu poate fi comprimată ca oxigenul, deoarece prezintă

pericol de explozie şi se obţine prin descompunerea carburii din calciu (carbid)

în prezenţa apei, după reacţia:

CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca (OH)2 + 30,4 Kcal/g.mol

(14.6)

89

Descompunerea carbidului are loc în generatoare de acetilenă (fig. 14.3),

care sunt de trei tipuri constructive: de contact intermitent; apă peste carbid;

carbid în apă.

Generatorul de contact este cel mai utilizat şi cel mai simplu, debitând

acetilena la o presiune de până la 500 mm col. H2O.

Fig.14.3. Generatoare de acetilenă

a - de contact intermitent; b - apă peste carbid; c - carbid în apă.

Arzătorul pentru flacăra oxiacetilenică realizează amestecul dintre oxigen

şi acetilenă şi din punct de vedere constructiv există două tipuri de arzătoare:

cu cameră de amestec; cu injector.

Cel mai utilizat este arzătorul cu injector (fig. 14.4), care face posibilă

utilizarea acetilenei având presiune mai joasă decât oxigenul prin faptul că

acetilena este aspirată de curentul de oxigen care iese cu viteză prin ajutajul

central (a).

Fig.14.4 Arzător cu injector

90

Mărimea arzătoarelor se alege în funcţie de grosimea materialului de

sudat, conform tabelului 14.1:

Tabelul 4.1. Mărimea arzătoarelor în funcţie de grosimea materialului de sudat

Numărul arzătorului 0 1 2 3 4 5 6 Grosimea piesei [mm] 0,5-1 1-2 2-4 4-6 6-9 9-14 14-20 Consum de acetilenă [l/h] 75 150 300 500 750 1200 1700 Consum de oxigen [m3] 85 165 330 550 825 1320 1850

Materialul de adaos, în majoritatea cazurilor, este sub formă de sârmă cu

compoziţie chimică apropiată de cea a metalului de sudat.

Diametrul sârmei de adaos se alege în funcţie de direcţia de sudare (la

stânga sau la dreapta) conform relaţiilor:

d = (a / 2) + 1 [mm] (14.7)

pentru sudarea spre stânga, şi:

d = (a / 2) + 2 [mm] (14.8)

pentru sudarea spre dreapta, unde a reprezintă grosimea piesei.

14.3. Determinări experimentale

Arzătorul se alege conform tabelului 14.1 în funcţie de grosimea pieselor

ce urmează a fi sudate. Pe baza relaţiilor (14.7) sau (14.8) şi (14.5) se calculează

diametrul sârmei de adaos şi viteza de sudare. În funcţie de lungimea sudurii, se

determină timpul optim de sudare.

Piesele de sudat se aşează pe masa de sudat într-o poziţie corespunzătoare

executării operaţiei de sudare.

Se deschide robinetul de oxigen, apoi cel de acetilenă, se aprinde flacăra

arzătorului şi se reglează flacăra prin rotirea robinetelor. Arzătorul se ţine în

mâna dreaptă şi materialul de adaos în mâna stângă.

91

92

Acţiunea termică a flăcării asupra metalului de sudat depinde de unghiul

de înclinare dintre axa flăcării şi suprafaţa piesei de sudat. Pentru o încălzire mai

rapidă a piesei, la început unghiul de înclinare este de aproximativ 90, apoi pe

măsură ce temperatura materialului creşte, se micşorează unghiul de înclinaţie în

funcţie de grosimea piesei.

În timpul sudării arzătorul şi materialul de adaos nu se deplasează în linie

dreaptă, ci într-un plan paralel cu planul băii metalice, executând o mişcare în

spirală sau în zig-zag.