MIRCEA BURC

STELIAN NEGOIESCU

SUDAREA MIG/MAG Ediia a II-a

EDITURA SUDURA TIMIOARA

2004

Refereni tiinifici: Prof.dr.ing. Voicu Safta Prof.dr.ing. Livius Milo Descrierea CIP a Bibliotecii Naionale

BURC, MIRCEA Sudarea MIG/MAG / Mircea Burc, Stelian Negoiescu Ed. a 2-a, rev. Timioara: Sudura, 2004 Bibliogr. ISBN 973-8359-22-8 I. Negoiescu, Stelian 621.791.5

Copyright Editura Sudura 2004 Toate drepturile rezervate editurii. Nici o parte din aceast lucrare nu poate fi reprodus, stocat sau transmis prin indiferent ce form, fr acordul prealabil scris al Editurii Sudura.

ISBN 973-8359-22-8 EDITURA SUDURA Timioara

Bd. Mihai Viteazu nr. 30; tel./fax: 0256-228076 Consilier editorial ing. Takcs Rudolf

Cuvnt nainte

la ediia a II-a Prima ediie a lucrrii Sudarea MIG/MAGa fost lansat la finele anului 2002 i este epuizat n momentul de fa. Actualmente exist numeroase solicitri pentru alte exemplare, ceea ce a determinat Editura Sudura s propun autorilor reeditarea acestei lucrri care se bucur de un interes deosebit n rndul specialitilor, dar nu numai. Aceasta reflect actualitatea temei abordate i preocuparea factorilor de decizie din industrie n implementarea sudrii MIG/MAG n producia de structuri sudate din Romnia. Fa de prima ediie, autorii au revizuit i actualizat informaiile cu privire la aspectele teoretice i de ordin tehnologic ale procedeului, respectiv aspectele privitoare la echipamentul de sudare MIG/MAG. Se distinge n mod deosebit completarea cu un capitol nou dedicat sudrii cu srm tubular. Sunt analizate aspectele teoretice i particularitile specifice procedeului, fiind evideniate avantajele de ordin tehnologic comparativ cu sudarea MIG/MAG clasic, n principal creterea productivitii i calitii la sudare. Sudarea cu srm tubular ST, n cele dou variante cu protecie suplimentar respectiv cu autoprotecie, reprezint o tehnic utilizat pe larg n ri dezvoltate precum SUA i JAPONIA. Interesul tot mai crescut din ultima vreme din partea executanilor de structuri sudate pentru exploatarea avantajelor srmei tubulare va determina i n Romnia o cretere i extindere a procedeului, n detrimentul acelui aparent dezavantaj (mult vehiculat la noi) legat de costul mai ridicat al srmei tubulare comparativ cu srma plin, ceea ce justific pe deplin abordarea acestui capitol de ctre autorii lucrrii. n scurtul interval de timp care a trecut de la prima ediie, ponderea de utilizare i de aplicare a sudrii MIG/MAG a crescut sensibil, att pe plan mondial, n Europa, ct mai ales n ara noastr care are de recuperat o important rmnere n urm n domeniul sudrii n mediu de gaze protectoare MIG/MAG, depind previziunile fcute n ultima decad a secolului trecut privind perspectiva procedeului la nceput de mileniu. Cu ocazia celei de a 56-a Adunri Anuale a Institutului Internaional de Sudur (IIS/IIW) care a avut loc la Bucureti n iulie 2003, s-a artat c n Europa sudarea manual cu arc electric scade cu cca. 5-8% anual, cea sub strat de flux cu cca. 2-3% pe an, iar procedeul MIG/MAG compenseaz din plin scderile amintite. ndeosebi Romnia are o imperioas nevoie de substituire a procedeului de sudare manual cu electrozi nvelii (nc aplicat pe scar larg) prin aceast procedeu modern, iar lucrarea celor doi dascli, specialiti recunoscui i apreciai ai Politehnicii Timiorene, reprezint un argument important i un suport de referin solid, n dezvoltarea i edificarea unei industrii romneti moderne i competitive.

Timioara, la 25 iunie 2004 Dr. Ing. NICOLAE JONI

Prefa

la ediia I-a

Dezvoltarea sudrii, ca proces tehnologic de mbinare a materialelor

metalice, din ultimii 10-15 ani este indisolubil legat de dezvoltarea sudrii n mediu de gaze protectoare n general i de sudarea MIG/MAG i cu srm tubular n special. Se apreciaz c ponderea de aplicare a sudrii MIG/MAG pe plan mondial se ridic la acest nceput de mileniu la un procent de 60-70% din totalul produciei de structuri sudate.

La baza acestei dezvoltri dinamice stau avantajele incontestabile ale sudrii MIG/MAG i anume productivitatea ridicat, respectiv uurina cu care procedeul se preteaz la mecanizare, automatizare sau robotizare. La acestea se mai adaug n mod special, dezvoltarea i perfecionarea echipamentelor i instalaiilor de sudare MIG/MAG. Din 1956, cnd Carl Cloos a inventat primul echipament de sudare MIG/MAG i pn n prezent - prin implementarea i tehnologia electronicii de putere, a invertorului i a microprocesorului n construcia acestora, performanele tehnologice i de ansamblu ale procedeului au crescut nencetat.

Cartea Sudarea MIG/MAG se nscrie n contextul n care imple-mentarea sudrii MIG/MAG n Romnia cunoate aceeai tendin ascen-dent existent pe plan mondial, dar cu o ntrziere de 20 de ani i cu recuperarea unei perioade de aproape 50 de ani. Pe de alt parte apariia unei lucrri de referin n domeniul sudrii n mediu de gaze protectoare se impunea cu necesitate avnd n vedere numrul redus de referine bibliografice n acest domeniu, dar i evoluia procedeului i a echipa-mentului din ultimul timp, cu att mai mult cu ct interesul pentru acest procedeu n rndul specialitilor, dar nu numai este tot mai mare.

Lucrarea este structurat n principal pe dou problematici i anume aspectele de ordin tehnologic ale procedeului, respectiv aspectele legate de echipamentul de sudare.

Sistematizarea i analiza unitar a problemelor tehnologice speci-fice sudrii n mediu de gaze protectoare MIG/MAG precum, materialele de sudare, definirea forelor dezvoltate n arcul electric i aciunea lor n pro-cesul de transfer, descrierea tipurilor de transfer al picturii de metal topit i caracterizarea acestora, parametrii tehnologici de sudare i aciunea lor asupra procesului de sudare sau asupra custurii sudate, modul de elaborare a tehnologiei de sudare i particularitile acesteia, etc., permit

5

nelegerea profund i facil a fenomenelor care guverneaz sudarea MIG/MAG.

Alctuirea i analizarea distinct a prilor componente ale echipa-mentului de sudare MIG/MAG ca, sursa de sudare, dispozitivul de avans al srmei electrod, pupitrul de comand, pistoletul de sudare, etc, constituie un capitol important al crii, util celor interesai de exploatarea i ntreinerea acestor echipamente. Se remarc prezentarea inedit a surselor de sudare sinergic pentru sudarea n curent pulsat.

Tehnologiile cadru de sudare MIG/MAG prezentate n anexe i pro-pun s uureze munca tehnologului n elaborarea tehnologiilor de sudare, putnd contribui la importante economii de timp, manoper, energie, mate-riale.

La baza crii stau experiena teoretic i practic a autorilor ei, dascli ai renumitei coli politehnice timiorene, specialiti cunoscui i apreciai n domeniu pentru bogata activitate didactic i tiinific desf-urat la catedr sau n cadrul contractelor de cercetare.

Lucrarea se adreseaz n primul rnd specialitilor care lucreaz n domeniul sudrii n general i al sudrii MIG/MAG n special, pentru crete-rea nivelului de pregtire teoretic i practic, studenilor de la seciile de specialitate care doresc s-i dezvolte i s aprofundeze cunotinele acumulate la cursuri, persoanelor din intreprinderi sau firme private care doresc s se documenteze i s implementeze sudarea n mediu de gaze protectoare MIG/MAG, tuturor acelora care sunt interesai sau au tangen cu acest procedeu de sudare deosebit de actual. Prezentarea logic, sim-plitatea i claritatea expunerilor fac cartea accesibil, iar lectura plcut i util.

Apariia unei lucrri de nalt nivel tiinific, ntr-o perioad caracteri-zat mai degrab printr-un pragmatism excesiv, a fost posibil prin sprijinul acordat de Societatea Carl Cloos GmbH din Germania prin reprezentantul su timiorean, RobconTM.

Dr.ing. Alexandru Va

6

Introducere n decursul secolului al XX-lea sudarea s-a impus ca unul din cele

mai universale procese tehnologice aplicate n producia industrial i de bunuri materiale. Exist puine procese care s fi cunoscut o dezvoltare att de important i care s poat fi comparate prin diversitate i volum de aplicare ca sudarea. Soluionarea multor probleme de importan major, revoluionar, este indisolubil legat de realizarea unor mbinri capabile s opereze n condiii dintre cele mai diverse, complexe i extreme. Prin urmare exist motive ntemeiate s se cread c sudarea va continua s se dezvolte i s progreseze cu aceeai intensitate i n secolul al XXI-lea, care va aduce n faa omenirii noi provocri dintre cele mai ispititoare, n toate domeniile de activitate, terestru, acvatic sau spaial, att la nivel micro ct i macrocosmic i la care sudarea va avea un rol decisiv.

Studiile intreprinse n rile puternic industrializate ale lumii, ca S.U.A., Japonia sau Comunitatea European, privind dinamica de dezvoltare a procedeelor de sudare prin topire n ultimii 25 de ani i pon-derea acestor procedee la sfritul secolului al XX-lea i nceputul mileniului al III-lea arat fr echivoc c sudarea n mediu de gaze protectoare cu electrod fuzibil MIG/MAG este procedeul cu cea mai spec-taculoas dinamic, respectiv cu cel mare mare volum de aplicare la ora actual. Analiza cuprinde perioada anilor 1975 1992, fiind luate n considerare urmtoarele procedee de sudare prin topire: sudarea manual cu electrod nvelit (SE), sudarea n mediu de gaze protectoare MIG/MAG, sudarea cu srm tubular (ST), respectiv sudarea sub strat de flux (SF).

n figura 1, se prezint evoluia ponderii acestor procedee n perioa-da analizat, iar n tabelul 1, se prezint n sintez aceste date la nceputul perioadei considerate, anul 1975, respectiv la sfritul acesteia, anul 1992. Analiza efectuat s-a fcut pe baza criteriului consumului de materiale de sudare. Se apreciaz c situaia existent la nivelul anului 1992 nu va suferi modificri eseniale n perioada urmtoare putnd fi considerat reprezentativ pentru nceputul de mileniu III.

Estimarea fcut la nceputul anilor 90 este confirmat de analiza cea mai recent efectuat n aceast direcie care cuprinde i perioada 1990 1999, ceea ce confirm justeea previziunilor fcute n urm cu un deceniu, respectiv previziunile pentru perioada imediat urmtoare. n figura 2 este prezentat, de aceast dat schematizat, graficul dinamicii proce-deelor de sudare din ultimul sfert de veac n cele mai dezvoltate ri din lume, Comunitatea European, S.U.A. respectiv Japonia, prin raportarea la consumul de materiale de sudare.

Figura 1. Evoluia procedeelor de sudare prin topire 1975 1992

Figura 2. Schematizarea evoluiei procedeelor de sudare n perioada 1975 2000

Tabelul 1. Ponderea procedeelor de sudare prin topire pe plan mondial

Procedeul de sudare MIG/MAG (%) ara SE

(%) Srm plin Srm tubular

SF (%)

Total (%) Anul

58 28 4 10 1975 Comunitatea European (CE) 20 65 6 9 100 1992

51 23 17 9 1975 S.U.A. 33 42 19 6 100 1992 70 16 2 12 1975 Japonia 18 54 20 8 100 1992

Analiza graficelor din figurile 1 i 2 permite desprinderea unor

concluzii interesante: 9 Volumul de aplicarea a sudrii manuale cu electrod nvelit a cunoscut o

scdere substanial n toate rile analizate. Se observ ns dife-renieri clare de la o ar la alta. Cea mai mare scdere se constat n Japonia i anume de la aprox. 70% n 1975 la mai puin de 20% n 1992, iar cea mai mic scdere n S.U.A., de la 51% la 33%, n timp ce n Comunitatea European a sczut de la 58% la 20% n aceeai perioad.

9 Locul sudrii manuale cu electrod nvelit a fost luat n exclusivitate de ctre sudarea n mediu de gaze protectoare MIG/MAG cu srm plin i cu srm tubular, ponderea cumulat a acestora fiind la nivelul anului 1992 de aprox. 60% n S.U.A., respectiv de peste 70% n Comunitatea European i Japonia.

9 Ponderea de utilizare a srmei tubulare difer mult de la o ar la alta, respectiv de la o perioad la alta. n S.U.A. sudarea cu srm tubular a fost larg rspndit de muli ani meninndu-se la un procent de aprox. 18% n toat perioada analizat. n Japonia utilizarea timid a srmei tubulare la sfritul anilor 70 i nceputul anilor 80, a cunoscut o dezvoltare exploziv din a doua jumtate a anilor 80 atingnd un procent de 20% dup anii 90. n Comunitatea European ponderea utilizrii srmei tubulare s-a meninut la un nivel sczut n aceast perioad de sub 5%. n ultimii ani se manifest ns i aici o cretere rapid asemntoare cu cea din Japonia, dar cu o ntrziere de aprox. 10 ani.

9 Sudarea MIG/MAG cu srm plin i srm tubular se va diversifica n direcii ca: utilizarea amestecurilor de gaze, lrgirea gamei de srme tubulare cu miez rutilic, bazic sau cu pulbere de fier, extinderea gamei de srme tubulare cu protecie de CO2 (estimat la un procent de

aprox. 50% n Europa i chiar mai mult n S.U.A. i Japonia) i a srmei tubulare cu autoprotecie.

9 Sudarea manual cu electrod nvelit se va stabiliza la nceputul mile-niului III la valori de 20-30%, ca efect a principalelor avantaje conferite de procedeu i anume calitatea deosebit a mbinrii sudate, respectiv flexibilitatea ridicat. n acest context un pericol real l-ar putea prezenta doar srma tubular cu autoprotecie.

9 Sudarea sub strat de flux SF s-a meninut constant pe toat perioada analizat cu o pondere de 8-10%, cu mici fluctuaii de la o ar la alta i se estimeaz c nici pe viitor nu va cunoate modificri eseniale rmnnd n jurul valorii de 10%.

9 n tabelul 2 este prezentat dinamica principalelor procedee de sudare prin topire din rile puternic industrializate, estimat pentru urmtorii ani, pe baza consumului de materiale de sudare, prin raportarea la evoluia acestora n ultimii 25 de ani (perioada 1975 1999). Se observ aceleai tendine dar ntr-un ritm mult mult mai sczut.

Tabelul 2. Perspectiva de dezvoltare raportat la evoluia din ultimii 25 de ani

Comunitatea European S.U.A. Japonia Consum de materiale de adaos/procedeu (%/an)

SE (MMA) -5,56 -4,29 -5,45 MIG/MAG 3,37 3,80 5,27 ST (FCW) 4,51 1,20 12,74 SF (SAW) -1,00 -1,96 -1,59

Dezvoltarea obiectiv a volumului de aplicare a sudrii MIG/MAG n detrimentul sudrii SE are la baz principalele avantaje ale sudrii n mediu de gaze protectoare:

Productivitatea ridicat a procedeului determinat de rata mare a depunerii (AD = 2-4g/s), ptrunderea ridicat (j = 150-250 A/mm2), respectiv posibilitatea sudrii cu viteze de sudare mari (vs = 30-100 cm/min);

Posibilitatea mecanizrii, automatizrii sau robotizrii cu uurin a procedeului cu profunde implicaii economice i de calitate privind mbinarea sudat.

n plus la aceast dezvoltate dinamic a procedeului au contribuit

indiscutabil i urmtorii factori: Dezvoltarea echipamentelor de sudare, care a cunoscut o adevrat

revoluie la sfritul anilor 90. Dezvoltarea electronicii de putere i n

principal a tranzistoarelor de mare putere (n primul rnd IGBT-urile), utilizarea (i perfecionarea) invertoarelor n construcia echipamentelor de sudare a condus la creterea vitezei de rspuns a sursei la apariia factorilor perturbatori, la posibilitatea modelrii dup dorin a para-metrilor tehnologici de sudare, respectiv la reducerea gabaritului i chiar miniaturizarea surselor de sudare cu profunde implicaii asupra calitii, respectiv preului de cost, ntr-un cuvnt la creterea performanelor echipamentelor de sudare MIG/MAG.

Perfecionarea tehnicilor de filmare rapid a arcului electric i a trans-ferului de metal topit.

Lrgirea gamei (mrcilor) de srm electrod ceea ce a condus la lr-girea domeniului de utilizare la un numr tot mai mare de materiale metalice.

Dezvoltarea produciei de srm tubular i diversificarea tot mai mare a acesteia din punct de vedere al destinaiei, (oeluri nealiate, slab aliate sau nalt aliate), al caracterului miezului, (rutilic, bazic i mai nou cu pulberi metalice), a asigurrii proteciei (cu amestecuri de gaze, cu bioxid de carbon, cu autoprotecie). Se lrgete astfel domeniul de apli-care al sudrii n mediu de gaze protectoare cu electrod fuzibil att din punct de vedere al materialului de baz ct mai ales al temperaturii de exploatare a mbinrii sudate (i la temperaturi negative), mbunt-indu-se totodat caracteristicile mecanice i de calitatea ale acesteia.

Dezvoltarea sudrii n amestecuri de gaze. Dezvoltarea tehnologiilor de sudare n curent pulsat. Dezvoltarea the-

nologiilor de sudare cu puteri mari (cureni nali). Perfecionarea continu i permanent de care a avut parte procedeul

de sudare MAG/MAG n ultimele dou decenii ca de exemplu: perfec-ionarea echipamentelor i a tehnologiilor de sudare prin utilizarea microprocesoarelor n elaborarea i conducerea procesului tehnologic de sudare, lrgirea gamei materialelor de sudare (srm electrod - gaze de protecie), dezvoltarea unui numr mare de variante noi de sudare desprinse din acest procedeu; este interesant de observat c acest lucru este valabil i n viitor, posibilitile de perfecionare ale proce-deului fiind practic inepuizabile.

n ceea ce privete ara noastr o analiz similar arat, la nivelul anului de referin 1989, o situaie diametral opus.

n tabelul 3 se prezint producia de materiale de sudare prin topire n Romnia la nivelul anului 1989.

Se constat fr echivoc c sudarea manual cu electrod nvelit deinea la acea vreme de departe ponderea cea mai mare de aplicare dintre procedeele de sudare luate n considerare cu un procent de aprox. 85%. n ceea ce privete sudarea n mediu de gaze protectoare MIG/MAG

se poate afirma c pn la finele anilor 80 aceasta a cunoscut cu mici excepii (doar n cteva intreprinderi) o slab dezvoltare, putndu-se afirma fr teama de a grei c se gsea nc ntr-o faz de experimentare, de tatonare, cu un procent n jurul a 7%, iar sudarea cu srm tubular era ca i inexistent cu un procent sub 1% (n special pentru operaii de ncr-care). Sudarea sub strat de flux deinea de asemenea o pondere n jurul valorii de 8%. Calculele fcute pot fi considerate corecte avnd n vedere c la acea perioad importurile de materiale de sudare erau neglijabile.

Tabelul 3. Producia de materiale de sudare n Romnia, anul 1989 Nr. crt.

Sortimentul M.A. Cantitatea (to/an)

Ponderea (%)

1. Electrozi nvelii 110000 84,7 2. Srme SF 10000 7,7 3. Srme MIG/MAG 9000 6,9 4. Srme tubulare 900 < 1 TOTAL 129900 100

n ceea ce privete ns sudarea MIG/MAG respectiv ST, estimrile sunt optimiste, n realitate ponderea acestor procedee fiind evident mai mic, multe materiale de adaos fiind produse sau raportate fictiv, la comand sau nu puteau fi utilizate.

Desigur factorul principal care a contribuit la aceast stare de fapt poate fi considerat vechiul sistem politic i economic care pe de o parte bazndu-se pe economia planificat fr elementul concurenial, cu teoria asigurrii locului de munc tuturor oamenilor a rmas indiferent la crite-riul de ordin economic privind creterea productivitii muncii pe care ar fi adus-o aplicarea sudrii MIG/MAG, iar pe de alt parte a blocat orice acces in domeniul informrii, documentrii, schimbului de experien cu rile oc-cidentale sau importul de materiale, de echipamente i instalaii perfor-mante n acest domeniu. La acestea se mai pot aduga o serie de factori ca: performanele slabe ale echipamentelor de sudare MIG/MAG rom-neti, calitatea necorespunztoare a materialelor de sudare, srm electrod - gaze de protecie (vezi calitatea cuprrii suprafeei, bobinarea i amba-larea srmei electrod, calitatea gazelor, etc.) i preul relativ ridicat al acestora, poate chiar ignorana sau nepriceperea specialitilor, ingineri sudori, la impunerea procedeului n practica industrial.

Trecerea de la economia planificat (cu toate neajunsurile acesteia) la economia de pia bazat pe elementul concurenial i pe asigurarea unui nivel nalt de salarizare, spre care se tinde i la noi, nu este posibil dect prin creterea productivitii muncii, a nivelului tehnic al produciei, prin reducerea manoperei i a costurilor de fabricaie, ceea ce implic retehnologizarea fabricaiei de structuri sudate, respectiv creterea gradului

de mecanizare i automatizare a lucrrilor de sudare. O pondere impor-tant n acest sens o are desigur extinderea aplicrii sudrii n mediu de gaze protectoare MIG/MAG i ST.

De fapt dup anul 1990 analiza oportunitii retehnologizrii fabri-caiei de structuri sudate n Romnia a aprut ca o necesitate, dovad fiind numeroasele solicitri adresate unor institute de specialitate (ISIM-Timioara) de diveri ageni economici, n special antierele navale, care au cerut elaborarea unor studii privind oportunitatea introducerii sudrii MIG/MAG n cadrul acestor uniti pornind de la situaia existent la momentul respectiv n societatea comercial analizat. Analiza oportunitii retehnologizrii fabricaiei de structuri sudate a constat n studierea posi-bilitilor de cretere cu 30% a volumului de structuri sudate ca urmare a substituirii procedeului de sudare manual cu electrod nvelit SE cu pro-cedeul de sudare n mediu de gaze protectoare MIG/MAG.

Din analiza rezultatelor obinute a rezultat clar c retehnologizare n Romnia este nu numai necesar dar i oportun cu profunde implicaii economice care permit ntr-un timp relativ scurt amortizarea echipamen-telor de sudare achiziionate n acest scop, asigurarea condiiilor de cre-tere a volumului produciei, creterea productivitii muncii i nu n ultimul rnd creterea nivelului de salarizare a personalului muncitor cu profunde efecte n plan social i al nivelului de trai.

Toate acestea conduc la concluzia c o dat cu relansarea eco-nomiei naionale a crei structur se bazeaz n mare msur pe produ-cerea de structuri i construcii metalice, n mare parte sudate, care ncor-poreaz un mare volum de sudur, va crete interesul pentru introducerea n practica sudrii a procedeului MIG/MAG, incidena aplicrii acestuia crescnd tot mai mult. Pentru pstrarea competitivitii se impune ca ntr-un timp ct mai scurt s se tind spre valorile procentuale de pe plan mondial. Competitivitatea va fi astfel garantat dac se are n vedere costul foarte sczut al manoperei la noi n ar.

De altfel ncepnd cu anul 1990 se poate spune c interesul pentru procedeul de sudare MIG/MAG a crescut de la an la an, tot mai multe societi comerciale fiind interesate de implementarea acestui procedeu n producia de structuri sudate din cadrul societilor respective. Acest lucru este cu att mai evident n cazul societilor private, respectiv a IMM-urilor.

n acest sens n cadrul unei mese rotunde organizate la ISIM Timioara s-a realizat o anchet ampl la care au rspuns peste 40 de societi comerciale din Romnia productoare de structuri sudate. An-cheta a relevat cteva aspecte interesante i anume: dezvoltarea accentuat, la marii productori de structuri sudate, a

procedeelor de sudare n mediu de gaze protectoare MIG/MAG (i WIG), n detrimentul sudrii manuale cu electrod nvelit SE, figura 3;

1

2

3

SF

SE MIG/MAG Figura 3. Ponderea

procedeelor de sudare la marii productori de structuri sudate

1 - Sudarea MIG/MAG : 48% 2 - Sudarea SE: 44% 3 - Sudarea SF: 8%

creterea tendinei de mecanizare a lucrrilor de sudare la marii productori de structuri sudate, estimat prin scderea indicele de consum al electrozilor invelii Ie, tabelul 4;

Tabelul 4. Indicele de consum al electrozilor nvelii

Nr. crt. Domeniul analizat

Indicele de consum al electrozilor invelii Ie

(kg. el./to. oel) 1. Romnia 5,5 6 2. rile dezvoltate industrial 2,5 3 3. Marii productori de structuri sudate din Romnia 3 3,5

scderea drastic a produciei interne de materiale de sudare la nivelul

anului 2000: de 5,5-6 ori a produciei de electrozi, respectiv de 8-9 ori a produciei de srm; a crescut n schimb importul acestora, din care cel mai spectaculos importul srmelor pentru sudarea MIG/MAG, cca. 2000 to/an;

distribuia consumului de materiale de sudare din producia intern este de 15% la marii productori de structuri sudate, respectiv de 85% la intreprinderile mici i mijlocii (IMM-uri). n acest sens stau mrturie i numrul mare de firme aprute pe piaa

romneasc care comercializeaz echipamente de sudare, respectiv con-sumabile pentru sudarea MIG/MAG. Dintre acestea pot fi amintite firmele: CLOOS, ESAB, FRONIUS, LINCOLN, EWM, KEMPPI, REHM, MILLER, LINDE, AGA, OERLIKON, a cror cifr de afaceri este n continu cretere i care constituie o dovad clar c sudarea MIG/MAG are un trend cresctor cu o dinamic puternic. Din pcate datorit necompetitivitii industria romneasc de echipamente i consumabile pentru sudarea MIG/MAG nu mai conteaz aproape de loc, eliminndu-se singur de pe pia, fiind depit att din punct de vedere calitativ ct mai ales a performanelor de firmele strine.

CAPITOLUL I

BAZELE TEORETICE I PRACTICE ALE SUDRII MIG/MAG

1.1 Definirea i clasificarea procedeului

Procedeul de sudare MIG/MAG face parte din grupa procedeelor de sudare prin topire cu arcul electric n mediu de gaze protectoare. n funcie de caracterul electrodului aceast grup cuprinde dou subgrupe mari: procedee de sudare cu electrod fuzibil; procedee de sudare cu electrod nefuzibil.

n figurile 4 i 5 se prezint structura genealogic a procedeelor de sudare prin topire cu arcul electric n mediu de gaze protectoare, cuprin-znd abrevierile specifice fiecrui procedeu ntlnite n literatura de spe-cialitate, att n limba romn ct i n limba englez.

Abrevierile din cadrul figurilor au urmtoarele semnificaii: SAEGP (GSAW): sudarea cu arcul electric n mediu de gaze protec-

toare; SAEEF (GMAW): sudarea cu arcul electric cu electrod fuzibil; SAEEW (GTAW): sudarea cu arcul electric cu electrod nefuzibil; MAG: sudarea n mediu de gaze protectoare active; MIG: sudarea n mediu de gaze protectoare inerte; WIG (TIG): sudarea cu electrod nefuzibil cu arc electric liber; SPW ( PAW ): sudarea cu electrod nefuzibil cu arc electric constrns

(sudarea cu plasm); MAG C: sudarea MAG cu bioxid de carbon 100%; MAG M: sudarea MAG cu amestecuri de gaze (Mischgas).

Ramurile de sus ale arborelui genealogic cuprind principalele tipuri de arce, respectiv modurile de transfer al picturii de metal specifice sudrii n mediu de gaze protectoare MIG/MAG: arc scurt: transfer prin scurtcircuit (short arc); arc spray: transfer prin pulverizare (spray arc); arc lung: transfer globular (long arc); arc intermediar (tranzitoriu) (tranzition arc); arc pulsat: transfer sinergic (pulsed arc).

1.2 Descrierea procedeului Sudarea MIG/MAG este un procedeu de sudare prin topire cu arcul

electric cu electrod fuzibil, pentru protecia arcului i a bii de metal folo-sindu-se un gaz de protecie. n funcie de caracterul gazului de protecie se disting dou variante ale procedeului: 9 sudarea MAG (metal-activ-gaz) n cazul unui gaz activ; 9 sudarea MIG (metal-inert-gaz) n cazul unui gaz inert.

Procedeul este ntlnit cel mai frecvent n varianta semimecanizat (viteza de sudare manual, viteza de avans a srmei electrod ntotdeauna mecanizat), dar procedeul se preteaz cu uurin la mecanizare, auto-matizare i chiar robotizare, dovad instalaiile de sudare tot mai nume-roase care pot fi ntlnite n producia de structuri sudate (n special roboi de sudare).

Figura 5 - Structura genealogic a procedeelor de sudare n mediu de gaze protectoare (abrevieri limba

englez)

Figura 4 - Structura genealogic a procedeelor de sudare n mediu de gaze protectoare (abrevieri limba

romn)

Schema de principiu a procedeului de sudare MIG/MAG este prezentat n fig. 6.

Arcul electric (1) amorsat ntre srma electrod (2) i componentele (3), produce topirea acestora formnd baia de metal (4). Protecia arcului electric i a bii de metal topit se realizeaz cu ajutorul gazului de protecie (5), adus n zona arcului prin duza de gaz (6) din butelia (7). Srma electrod este antrenat prin tubul de ghidare (bowden), (13) cu vitez de avans constant vae de ctre sistemul de avans (8) prin derularea de pe bobina (9). Alimentarea arcului cu energie electric se face de la sursa de curent continuu (redresor), (10) prin duza de contact (11) i prin cablul de mas (12). Tubul de gidare a srmei electrod (13), cablul de alimentare cu curent (14) i furtunul de gaz (15) sunt montate ntr-un tub flexibil de

cauciuc (16) care mpreun cu capul de sudare (17) formeaz pistoletul de sudare.

Utilizare. Sudarea MIG/MAG are un grad mare de univer-salitate, putndu-se suda n funcie de varianta de sudare (gazul de protecie) o gam foarte larg de materiale, oe-luri nealiate, cu puin carbon, oelurile slab aliate sau nalt aliate, metale i aliaje nefe-roase (cupru, aluminiu, nichel, titan, etc.), ponderea de apli-care fiind n continu cretere pe msura lrgirii i diver-sificrii gamei de materiale de adaos (srm electrod), pentru o varietate tot mai mare de materiale metalice. Utilizarea

procedeului se face cu pruden n cazul mbinrilor sudate cu pretenii mari de calitate (mbinri din clasele superioare de calitate), la care se impune controlul nedistructiv (cu radiaii penetrante sau cu ultrasunete), datorit incidenei relativ mari de apariie a defectelor, care depesc limitele admise, n principal de tipul porilor, microporilor i lipsei de topire.

Figura 6 - Schema de principiu a procedeului de sudare MIG/MAG

Avantajele procedeului. Principalele avantaje ale pro-cedeului MIG/MAG sunt pro-ductivitatea ridicat i facili-tatea mecanizrii, automati-zrii sau robotizrii. Productivitatea ridicat este asigurat de puterea ridicat de topire a arcului, ptrunderea mare la sudare, posibilitatea sudrii cu viteze de sudare mari, respectiv eli-minarea unor operaii auxi-liare. Aceste aspecte sunt determinate de densitile mari de curent ce pot fi

utilizate: 150-250 A/mm2 la sudarea MIG/MAG clasic, respectiv 300-350 A/mm2 la sudarea cu srm tubular. Ilustrativ n acest caz este graficul

Figura 7 - Analiza comparativ a ratei depunerii la sudarea SE i MAG

EI N electrod normal; EI PF electrod cu pulbere de fier n nveli

prezentat n figura 7 privind comparaia dintre puterea de topire (de apro-ximativ 2,5 ori mai mare) n cazul sudrii MIG/MAG clasice i sudrii ma-nuale cu electrod nvelit SE.

Este interesant de observat domeniul mult mai extins al puterii de topire n cazul sudrii MIG/MAG fa de sudarea SE datorit posibilitilor mari de variaie a parametrilor tehnologici principali de sudare curentul Is i tensiunea arcului Ua pentru acelai diametru de electrod. De exemplu n cazul srmei electrod cu diametru de 1,2 mm (cea mai frecvent ntlnit n prezent n practica sudrii MIG/MAG) valorile parametrilor Is - Ua este cuprins n domeniul 90300 (350) A, respectiv 17...30 V. Acest aspect constitui un avantaj deloc de neglijat dac ne gndim la faptul c utiliznd un singur diametru de electrod se poate acoperi o gam mare de grosimi de materiale de baz la sudare (de la 1 mm la zeci de mm), respectiv este posibil sudarea cu acelai diametru de srm electrod n orice poziie prin corelarea corespunztoare a parametrilor tehnologici de sudare, ceea ce n cazul sudrii SE evident nu este posibil.

Flexibilitatea n direcia mecanizrii i robotizrii este asigurat n principal de posibilitatea antrenrii mecanizate a srmei electrod (srme subiri), de modul de realizare a proteciei la sudare (cu gaz), de uurina reglrii i controlului parametrilor tehnologici de sudare, de gabaritul relativ mic al capului de sudare, etc.

La aceste avantaje principale, se pot aduga: grad nalt de universalitate a procedeului; posibilitatea sudrii n orice poziie; eliminarea operaiei de curire a zgurii; grad nalt de utilizare a materialului de adaos ( 90-95%); cantitate redus de fum; conducerea i supravegherea uoar a procesului de sudare (arcul

este vizibil); factor operator superior sudrii SE, 60-65%, ca efect a eliminrii

operaiei de schimbare a electrodului i de curire a zgurii de pe custura sudat;

tensiuni i deformaii mici la sudare (energie liniar mic). Dezavantajele procedeului. Se pot sintetiza astfel: echipamente de sudare mai scumpe i mai complicate; flexibilitatea mai redus dect la sudarea SE: pistoletul de sudare

mai greu i cu manevrabilitate mai sczut, cu raz de aciune limitat n cazul echipamentelor clasice la 3...5m fa de sursa de sudare, uneori necesit spaiu de acces mai mare;

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

sensibil la cureni de aer (evitarea sudrii n locuri deschise, cu vnt, etc.);

limitat la grosimi, n general, mai mari de 1 mm; riscul unei protecii necorespunztoare a arcului electric i a bii

de metal; probabilitatea relativ mare de apariie a defectelor n mbinarea

sudat, n principal pori i lips de topire.

Performanele procedeului. n tabelul 5 se indic domeniile de valori ale parametrilor tehnologici de sudare MIG/MAG. Tabelul 5. Performanele procedeului de sudare MIG/MAG

Nr. crt.

Parametrul tehnologic Simbolul U.M. Domeniul de valori

1 Diametrul srmei ds mm 0,6...2,4 2 Curentul de sudare Is A 60...500 3 Tensiunea arcului Ua V 15...35 4 Viteza de sudare vs cm/min 15150 5 Debitul gazului de protecie Q l/min 8...20

1.3 Materialele de sudare

Pentru sudarea MIG/MAG se utilizeaz ca materiale de sudare srma electrod i gazul de protecie.

1.3.1 Srma electrod Srma electrod se livreaz sub form de bobine, dintre diametrele

standardizate cele mai uzuale fiind 0,8; 1,0; 1,2; 1,6 mm. Livrarea n colaci ridic probleme la transport i la bobinarea n secie. Calitatea bobinrii influeneaz mult stabilitatea procesului de sudare. Suprafaa srmei tre-buie s fie curat fr urme de rugin sau grsimi. De obicei suprafaa sr-mei se cupreaz pentru diminuarea pericolului de oxidare, respectiv pentru mbuntirea contactului electric. Se recomand ca ambalarea srmei s se fac n pungi de polietilen etane (eventual vidate) care s conin o substan higroscopic (granule de silicagel) i n cutii de carton, mrindu-se astfel durata de pstrare n condiii corespunztoare a srmei de suda-re.

Compoziia chimic a srmei electrod la sudarea MIG/MAG depinde n principal de materialul de baz care se sudeaz (compoziia chimic) i de gazul de protecie utilizat. La sudarea MIG compoziia chimic a srmei se alege apropiat de a metalului de baz. n cazul sudrii MAG srma es-te aliat suplimentar cu elemente dezoxidante ca Mn, Si, Ti. Se recomand ca raportul concentraiilor de Mn i Si s fie cca. 22,5. Compoziia

chimic a srmelor nealiate pentru sudarea MAG se situeaz n limitele: 0,07-0,12% C; 0,6-0,9% Si; 1,2-2,5% Mn; 0,2% Ti;

Alte

ele

m.

Al=

max

.0,0

5

Ti=m

ax.0

,15

Cu=

0,5-

0,5

Cu=

max

.0,3

Ti

i Zr

0,15

0,15

0,15

0,15

0,05

-0,2

5

0,15

0,15

0,15

0,15

0,15

Sm

ax

0,03

0,01

5

0,03

0,02

0,02

0,03

0,03

0,03

0,02

5

0,02

5

Al

0,02

0,02

0,02

0,02

0,05

-0,2

0

0,02

0,02

0,02

0,02

0,35

-0,7

0

Pm

ax

0,03

0,02

0,03

0,03

0,03

0,03

0,03

0,03

0,03

0,02

5

Mo

0,15

0,15

0,15

0,15

0,15

0,15

0,15

0,40

-0,6

0

0,40

-0,6

0

0,15

Mo

0,40

-0,6

0

0,40

-0,6

0

0,40

-0,6

0

0,90

-1,2

0

0,90

-1,2

0

Ni

0,15

0,15

0,15

0,15

0,15

0,80

-1,5

0

2,10

-2,7

0

0,15

0,15

0,15

Ni

max

. 0,3

0

max

. 0,3

0

max

. 0,3

0

0,90

-1,2

0

0,50

-0,6

0

0,30

0,30

0,30

0,60

19,5

-21,

0

S

0,02

5

0,02

5

0,02

5

0,02

5

0,02

0

0,02

0

0,02

0

0,02

5

0,02

5

0,02

5

Cr

max

. 0,2

0

max

. 0,2

0

0,80

-1,2

0

max

. 0,1

5

max

. 0,3

0

0,80

-1,2

0

max

. 0,2

0

2,30

-2,8

0

15,0

-18,

0

25,0

-27,

0

P

0,02

5

0,02

5

0,02

5

0,02

5

0,02

5

0,02

0

0,02

0

0,02

0

0,02

5

0,02

5

Si

0,60

-0,9

0

0,65

-0,8

5

0,40

-0,7

0

0,60

-0,9

0

0,65

-0,7

5

0,45

-0,7

0

0,60

-0,9

0

0,60

-0,9

0

max

. 0,8

0

max

. 0,8

0

Mn

0,90

-1,3

0

1,30

-1,6

0

1,60

-1,9

0

1,30

-1,6

0

0,90

-1,4

0

1,00

-1,6

0

0,80

-1,4

0

0,90

-1,3

0

1,70

-2,1

0

0,90

-1,3

0

Mn

1,80

-2,2

0

1,40

-1,6

0

0,40

-0,8

0

1,40

-1,7

0

1,10

-1,4

0

1,10

-1,5

0

0,80

-1,2

0

0,80

-1,2

0

max

..0,9

0

1,50

-2,0

Si

0,50

-0,8

0

0,70

-1,0

0

0,80

-1,2

0

1,00

-1,3

0

0,40

-0,8

0

0,50

-0,9

0

0,40

-0,8

0

0,30

-0,7

0

0,50

-0,8

0

0,30

-0,5

0

Com

poziia

chi

mic

(%)

Cm

ax

0,12

0,11

0,12

,

0,12

0,10

0,10

0,10

0,10

0,12

0,12

Com

poziia

chi

mic

(%)

C

Oric

e co

mpo

ziie

chi

mic

conv

enit

, car

e nu

est

e sp

ecifi

cat

n s

tand

ard

0,06

-0,1

4

0,06

-0,1

4

0,06

-0,1

4

0,06

-0,1

4

0,04

-0,1

4

0,06

-0,1

4

0,06

-0,1

4

0,08

-0,1

2

0,06

-0,1

4

0,08

-0,1

2

Tabe

lul 7

. Com

poziia

chi

mic

a s

rmel

or p

line

de oe

l (co

nfor

m S

TAS

112

6/87

)

Mar

ca s

rm

ei

S12

Mn2

Si

S07

Mn1

,4SI

S12

SiM

oCr1

S12

Mn1

SiN

iTi

S10

Mn1

SiN

iCu

S10

Mn1

MoC

r1

S10

Mn1

SiM

o

S10

MnS

iMo1

Cr2

,5

S12

Mo1

Cr1

7

S12

Cr2

6Ni2

0

Tab

elul

8.

Sim

boliz

area

sr

mei

ele

ctro

d fu

ncie

de

com

poziia

chi

mic

(con

form

SR

EN

440

/96)

Sim

bol

G0

G2S

i

G3S

i1

G4S

i1

G3S

i2

G2T

i

G3N

i1

2Ni2

G2M

o

G4M

o

G2A

l

1.3.2 Gazul de protecie Gazul de protecie are n principal rolul de a asigura protecia bii

metalice i a picturii de metal topit din vrful srmei electrod sau la tre-cerea acesteia prin coloana arcului mpotriva interaciunii cu gazele din atmosfer, oxigen, hidrogen, azot, etc. n acelai timp ns gazul de protecie are o mare influen asupra desfurrii procesului de sudare n ansamblul lui, acionnd asupra stabilitii arcului, parametrilor tehnologici de sudare, transferului picturii de metal topit prin coloana arcului, reaciilor metalurgice la nivelul bii i picturii de metal, transformrilor structurale, proprietilor mecanice i de tenacitate ale mbinrii, formei i geometriei custurii sudate, stropirilor, productivitii la sudare, etc.. Aceste influene complexe sunt determinate de proprietile termo-fizice i de activitatea chimic a gazelor de protecie, care difer mult de la un gaz la altul. Prin urmare pentru alegerea corect a gazului de protecie este necesar cunoaterea acestor proprieti i efectele pe care acestea le au n procesul de sudare.

Principalele proprieti termo-fizice i chimice ale gazelor de pro-tecie utilizate la sudarea MIG/MAG sunt:

- potenialul de ionizare; - energia de disociere-recombinare; - conductibilitatea temic; - densitatea; - activitatea chimic; - puritatea. Aciunea i efectele acestor proprieti n procesul de sudare sunt

prezentate n cele ce urmeaz. Potenialul de ionizare. Acioneaz asupra condiiilor de amorsare i a stabilitii arcului

electric, respectiv asupra puterii arcului. Un potenial de ionizare de valoare redus (argonul) uureaz amorsarea i crete stabilitatea arcului re-ducnd stropirile, pe cnd un potenial de ionizare de valoare ridicat (heliul) mrete puterea arcului cu efecte asupra productivitii la sudare (creterea ptrunderii, respectiv a vitezei de sudare).

Energia de disociere recombinare. Este specific gazelor biatomice CO2, H2, O2. Influeneaz n mod favorabil bilanul termic n coloana arcului electric prin mbuntirea transferului de cldur spre componente cu efect asupra geometriei custurii, vitezei de sudare, etc. n tabelul 9 se prezint valorile caracteristice ale potenialului de ionizare, respectiv ale energiei de disociere recombinare pentru principalele gaze utilizate la sudare.

Conductibilitatea termic. Este proprietatea fizic cu cele mai cuprinztoare efecte i influene asupra desfurrii procesului tehnologic de sudare. Conductibilitatea termic a gazului de protecie acioneaz asupra modului de transfer a picturii prin coloana arcului (este factorul principal care determin modificarea tipului de transfer, globulal sau prin pulverizare), repartiiei cldurii n coloana arcului i la suprafaa compo-nentelor, conductibilitii electrice a arcului, parametrilor tehnologici de sudare (tensiunea arcului), puterii arcului (lungimea arcului), stabilitii arcului, temperaturii maxime i repartiiei acesteia n coloana arcului, formei i geometriei custurii, stropirilor, etc.

Figura 8 - Conductivitatea termic a gazelor de protecie

Variaia conductibilitii termice cu temperatura pentru principalele gaze de protecie folosite la sudare este prezentat n figura 8. Se observ c argonul are conductibilitatea termic cea mai sczut fiind denumit n tehnica sudrii gaz cald, n timp ce dioxidul de carbon are conduc-tibilitatea termic mult mai mare fiind denumit gaz rece. Cea mai mare conductivitate o are hidrogenul.

Diversitatea influenei conductibilitii termice asupra procesului de sudare este uor de neles dac analizm distribuia gradientului de tem- peratur n coloana arcului n cazul argonului, respectiv dioxidului de carbon, figura 9.

Conductibilitatea termic sczut a argonului determin un gradient mic de temperatur n arcul electric ceea ce conduce la repartizarea liniilor de curent din arc pe o seciune mrit a coloanei acestuia (vezi poriunea nnegrit), figura 9.a, avnd drept consecin creterea conductibilitii electrice a coloanei arcului electric (conductibilitatea electric este invers proporional cu conductibilitatea termic).

Tabelul 9. Caracteristici ale gazelor de protecie

Potenialul de ionizare

Energia de

disociere

Potenialul de ionizare

Energia de

disociere Gazul

de protecie (V) (eV)

Gazul de protecie

(V) (eV) Ar 15,8 - CO2 14,4 4,3 He 24,6 - H2 13,6 4,5 N2 14,5 9,8 O2 13,6 5,1

n cazul dioxidului de carbon miezul coloanei arcului (cel care

conduce curentul electric) este foarte ngust ca efect a conductibilitii termice mari a gazului, respectiv a fenomenului de disociere recombinare . Pierderea rapid a cldurii din coloana arcului este echivalent cu o con-strngere din exterior a zonei centrale a miezului coloanei ceea ce conduce la creterea densitii de curent din arc i prin urmare aa cum se poate observa, la creterea temperaturii n axa coloanei arcului la valori mai mari dect cele corespunztoare arcului n argon.

Figura 9 - Gradientul de temperatur al arcului electric funcie de gazul de protecie

Conductibilitatea electric diferit a coloanei arcului n cazul celor

dou gaze are consecine asupra rezistenei electrice a acestuia. Astfel rezistena arcului n argon este mai mic dect n dioxid de carbon. Rezult o cdere de tensiune mai redus a arcului n Ar dect n CO2 i prin urmare o valoare mai mic a mrimii tensiunii arcului la sudarea n Ar comparativ cu sudarea n CO2, cu toate c potenialul de ionizare al Ar este mai mare

dect la CO2. ntr-adevr la sudarea n Ar sau amestecuri de gaze Ar cu CO2 tensiunea arcului se reduce cu 2 4 V n funcie de procentul de CO2 din amestec, desigur lund n considerare aceeai valoare a curentului de sudare.

Repartiia liniilor de curent n cazul celor dou gaze explic i influ-ena asupra transferului de metal aa cum se va demonstra n continuare.

n cazul argonului miezul coloanei arcului face ca arcul electric s mbrieze captul liber a srmei electrod, figura 9.b, extinzndu-se de la vrful ei pe suprafaa lateral a srmei, datorit diametrului mic al acesteia. Practic arcul electric nconjoar srma pe o anumit poriune a captului liber ceea ce determin transferul cldurii arcului la electrod att prin supra-faa frontal a srmei ct i prin suprafaa lateral a ei, conducnd la nclzirea neuniform i progresiv a captului srmei n zona de aciune a arcului. Aceasta determin topirea captului srmei n toat seciunea ei, la vrf, i o topire parial pe seciune, de la exterior spre interior, n funcie de nivelul temperaturii atinse n fiecare punct a seciunii considerate. Inten-sitatea gradului de topire scade evident, o dat cu ndeprtarea de vrf. Sub aciunea conjugat a forei de tensiune superficial i a forei electro-magnetice (pinch) are loc concentrarea metalului topit n vrful srmei sub forma unei picturi sferice, nsoit de efectul de autoascuire a electro-dului pe poriunea n care s-a produs topirea parial a seciunii srmei, n zona de aciune a arcului electric. Fenomenul de ascuire a captului srmei determin reducerea seciunii i n consecin creterea densitii de curent la interfaa pictur de metal srm ceea ce conduce la cre-terea puternic a temperaturii pn la atingerea temperaturii de evaporarea a punii topite. Sub aciunea vaporilor de metal pictura este mpins n baia topit creindu-se premisele formrii unei noi picturi. Acest mecanism de formare i desprindere a picturii din vrful srmei determin formarea unor picturi de dimensiuni mici (dp 1,2ds). Pictura crete n continuare pn cnd sub aciunea greutii proprii se detaeaz

i se transfer n baia metalic sub forma unor picturi mari sau globule, aa numitul transfer globular specific sudrii n CO2 sau amestecurilor bogate n CO2. n cazul amestecurilor de gaze Ar + CO2 fenomenul este insesizabil dac proporia de CO2 este mai mic de 20%, se manifest tot mai pregnant dac procentul depete 20% i are o comportare similar cu cea a transferului n CO2 100% dac procentul depete 30% CO2 n amestec.

n fine, gradientul de temperatur diferit din coloana arcului n cazul celor dou gaze de protecie influeneaz semnificativ i geometria cus-turii sudate, figura 9.c. n cazul argonului valoarea ridicat a temperaturii arcului electric este limitat doar la zona central corespunztoare miezului coloanei dup care temperatura scade brusc la valori reduse, ce nu pot produce o nclzire semnificativ a zonelor de inciden ale arcului pe componente. Concentrarea puternic a cldurii n miezul coloanei arcului, la argon, produce o nclzire local a metalului de baz nsoit de o topire adnc, respectiv o ptrundere mare, dar limitat la o zon restrns. Aceasta este amplificat suplimentar de disiparea rapid a cldurii n zo-nele adiacente (reci) ale metalului de baz fr s produc o nclzire semnificativ la nivelul temperaturii de topire a acestor zone. Efectul acestor fenomene este formarea unei zone topite nguste i adnci, aa numitul deget de argon, specific sudrii n argon sau amestecuri bogate n argon, deosebit de defavorabil din punct de vedere tehnologic datorit pericolului de apariie a defectelor de mbinare, lips de topire sau lips de ptrundere, respectiv pericol de fisurare (concentrator de tensiune).

n cazul dioxidului de carbon temperatura din coloana arcului se menine nc la valori ridicate, capabile s produc nclziri semnificative a zonelor de inciden, la distane mult mai mari fa de axa coloanei dect n cazul argonului, (vezi repartiia temperaturii pe raza coloanei arcului, figura 9.a). Are loc astfel o nclzire i topire a metalului de baz pe o zon mai extins att n adncime ct mai ales lateral, cu efecte asupra mbuntirii geometriei custurii caracterizat printr-o ptrundere uniform. La aceast nclzire a metalului de baz contribuie de asemenea i cldura cedat prin fenomenul de recombinare a gazului ce are loc n zona componentelor, respectiv a bii metalice, ca efect a temperaturii sczute din aceast zon (1800-2000C), propice reaciilor de recombinare. Se apreciaz c din punct de vedere tehnologic geometria custurii la sudarea n CO2 este cea mai favorabil. Prin urmare amestecarea celor dou gaze Ar i CO2 va con-duce i la modificarea geometriei custurii sudate. Aceasta este una din raiunile principale care stau la baza sudrii n amestecuri de gaze, Ar + CO2, a oelurilor nealiate sau slab aliate i anume obinerea unei geometrii mai favorabile a custurii sudate.

Densitatea. Influeneaz nivelul de protecie a arcului electric i a bii de metal topit, respectiv producerea fenomenului de microsablare la sudarea n mediu de gaze inerte. n tabelul 10 se prezint caracteristicile gazelor utilizate la sudare. Tabelul 10. Proprieti fizico chimice ale gazelor de protecie utilizate la sudare

Specificat la 0C i 1,013barr (0,101MPa)

Densitatea (aer=1,293)

Punct de fierbere

la 1,013 barr

Tipul gazului Simbolul chimic

(kg/m3)

Densitatea (relativ

fa de aer) (C)

Activitatea chimic

Argon Ar 1,784 1,380 -185,9 Inert Heliu He 0,1784 0,1380 -268,9 Inert Dioxid de carbon CO2 1977 1,529 -78,5 Oxidant Oxigen O2 1,429 1,105 -183 Oxidant Azot N2 1,251 0,968 -195,8 Nereactiv Hidrogen H2 0,090 0,070 -252,8 Reductor

Densitatea heliului mult mai mic dect a argonului (de 10 ori), respectiv mai mic dect a aerului determin o protecie slab a arcului i a bii metalice, heliul avnd tendina de ridicare reduce gradul de protecie la sudare. Prin urmare pentru a asigura un nivel de protecie corespunztor se impune creterea (dublarea) debitului de heliu n comparaie cu debitul de argon cu efecte majore asupra costului gazului de protecie.

Pe de alt parte heliul fiind mult mai uor dect argonul nu produce fenomenul de microsablare (ndeprtarea peliculei de oxizii greu fuzibili de pe suprafaa metalelor i aliajelor uoare), ionii de heliu mult mai uori de-ct ionii de argon nu au energie suficient de mare pentru dislocarea peli-culei de oxizi.

Activitatea chimic. Prin reaciile chimice ce au loc n coloana arcului i la nivelul bii metalice activitatea chimic a gazului de protecie influeneaz comportarea metalurgic. Din acest punct de vedere la suda-rea MIG/MAG se disting dou categorii de gaze.

Gazele inerte sunt gazele care nu reacioneaz chimic cu elemen-tele din coloana arcului i din baia metalic. Din aceast grup fac parte ar-gonul i heliul.

Gazele active sunt gazele care reacioneaz chimic cu elementele din arc i din baia de metal. Cel mai utilizat gaz din aceast grup este dioxidul de carbon, la care se mai adaug i oxigenul.

n acest caz n coloana arcului i la nivelul bii au loc urmtoatele reacii chimice:

disocierea dioxidului de carbon la T > 1600C (disocierea este complet la T > 4000C):

CO2 = CO + O

reaciile de oxidare i reducere: Fe + O = FeO FeO + Mn = MnO + Fe Si + 2O = SiO2 2FeO + Si = SiO2 + 2Fe Mn + O = MnO 2FeO + Ti = TiO2 + 2Fe Ti + 2O = TiO2 FeO + C = CO + Fe Se constat c prezena oxigenului n coloana arcului determin

oxidarea sau arderea unor elemente de aliere. Aceasta conduce la peri-colul formrii oxizilor de fier n custur cu efecte nefavorabile asupra reducerii caracteristicilor mecanice i de rezilien. Diminuarea fenomenului se face prin alierea srmei electrod cu elemente dezoxidante ca Mn, Si, Ti care au aviditate mai mare fa de oxigen dect fierul, reducnd pericolul de oxidare a acestuia. Cel mai puternic dezoxidant este titanul. Oxizii de mangan, siliciu, titan formai, fiind insolubili n metalul topit ies la suprafaa bii i se regsesc pe custur sub form de mici insule de zgur de culoare brun cu aspect sticlos.

Reaciile chimice la nivelul bii de metal topit pot conduce de ase-menea la pericolul formrii gazelor n baia metalic, ca de exemplu oxidul de carbon, avnd drept consecin pericolul apariiei porilor n custura su-dat. Evitarea apariiei porilor n custur se poate realiza prin alegerea corect a cuplului sm-gaz de protecie, corelat i cu alegerea optim a parametrilor tehnologici de sudare, n special tensiunea arcului

Prezena oxigenului n coloana arcului conduce la oxidarea supra-feei picturilor de metal formate la captul srmei electrod i prin urmare la micorarea tensiunilor superficiale ce acioneaz asupra picturii. Prin urmare desprinderea picturii din vrful srmei electrod se face mult mai uor i mai rapid. Efectul benefic este finisarea transferului picturilor de metal, mbuntirea stabilitii arcului i reducerea mprocrilor de metal prin stropi. Se remarc n acest sens utilizarea oxigenului n proporie de 1...3 % sau a dioxidului de carbor n proporie de 2...5 % n amestec cu argonul la sudarea oelurilor inoxidabile. Procente mai mari de gaz oxidant nu sunt recomandate deoarece se produce o oxidare nepermis a meta-lului custurii, respectiv la utilizarea dioxidului de carbon, n plus pericolul alierii cu carbon i prin urmare pericolul fragilizrii custurii ca urmare a formrii carburilor de crom.

Reaciile de oxidare la nivelul bii de metal topit, fiind reacii exo-terme, conduc la creterea temperaturii bii (de la 1800C la 2200C) cu consecine asupra creterii fluiditii acesteia, creterii ptrunderii sau posibilitii mririi vitezei de sudare. Corelat cu reducerea tensiunilor superficiale la interfaa baie topit metal solid, determin mbuntirea procesului de umectare cu efecte favorabile asupra lirii, respectiv redu-cerii supranlrii custurii sudate.

Tot din punctul de vedere al activitii chimice remarcm utilizarea hidrogenului ca i gaz reductor n amestecurile gazelor de protecie, de formare, folosite la protecia rdcinii pe partea opus sudrii, la sudarea oelurilor aliate Inox i nu numai. Amestecul cel mai frecvent utilizat este format din azot plus 510% hidrogen. Hidrogenul reduce eventualele urme de oxigen rmase n zona rdcinii evitnd astfel oxidarea acesteia cu consecine asupra scderii rezistenei la coroziune. Utilizarea hidrogenului trebuie fcut cu grij avnd n vedere pericolul de explozie pentru anumite concentraii n aer.

Puritatea. Gazele utilizate la sudare trebuie s aib o puritate foarte nalt. n tabelul 11 se prezint cerinele privind puritatea gazelor i ames-tecurilor de gaze utilizate la sudare.

Tabelul 11. Puritile i punctele de rou ale gazelor i amestecurilor de gaze (conform SR EN 439/96)

Grupa Puritate minim (%) n volum Punct de rou maxim

la 1,013 barr (C) Umiditate maxim

(ppm) R 99,95 -50 40 I 99,99 -50 40

M1 99,70 -50 40 M2 99,70 -44 80 M3 99,70 -40 120 C 99,70 -35 200 F 99,50 -50 40

Oxigen 99,50 -35 200 Hidrogen 99,50 -50 40

Lipsa de puritate a gazelor determin pericolul producerii defectelor n mbinarea sudat, n special a porilor, creterea stropirilor i a pierderilor de material de adaos prin stropi, pericolul fisurrii la rece, instabilitatea arcului electric etc.. Prezena apei n gazul de protecie produce pori, stropiri intense sau chiar pericolul ngherii reductorului de presiune cu formarea unui dop de ghea pe canalul fin al acestuia cu consecine asupra obturrii ieirii gazului din butelie i a asigurrii proteciei necesare la sudare. Evitarea unor astfel de fenomene neplcute se poate face prin purjarea buteliei nainte de utilizare, prin montarea unui deshidrator de gaz pe butelie care conine o substan higroscopic (silicagel) care absoarbe umiditatea, respectiv prin montarea pe butelie a unui prenclzitor alimentat la o tensiune de 24 V de la sursa de sudare. Ca regul general ns nu este recomandat utilizarea la sudare a unor gaze care nu satisfac con-diiile de calitate impuse de norme. n cazul principalelor gaze utilizate la sudare condiiile tehnice de calitate sunt cuprinse n STAS 2962-86 pentru dioxid de carbon, respectiv STAS 7956-85 pentru argon.

Clasificarea gazelor de protecie utilizate la sudarea n mediu de gaze protectoare n conformitate cu caracteristicile chimice ale acestora i care constituie o baz pentru alegerea combinaiilor srm electrod gaz de protecie la sudarea diferitelor materiale metalice este prezentat n standardul SR EN 439/96.

n tabelul 12 este prezentat clasificarea gazelor de protecie pentru sudarea cu arcul electric, n funcie de activitatea chimic, respectiv com-poziia gazului.

n tabelul 13 sunt prezentate recomandrile generale privind utiliza-rea gazelor de protecie n funcie de metalul de baz.

n tabelul 14 se prezint principalele gaze de protecie produse la firma S.C. LINDE - Romania SRL utilizate la sudarea n mediu de gaze protectoare.

Proprietile termofizice ale gazelor de protecie acioneaz asupra procesului de sudare de o manier complex, n funcie de tipul gazului, respectiv de concentraia gazelor n amestec. n cele ce urmeaz se face o prezentare succint a efectelor produse la sudare de principalele gaze de protecie utilizate.

Efectele principalelor gaze de protecie asupra caracteristicilor pe ansamblu la sudarea MIG/MAG sunt prezentate sintetic n tabelul 15.

1.3.3 Caracterizarea succint a gazelor de protecie Prezentarea succint a gazelor de protecie utilizate la sudarea MIG/MAG din punctul de vedere al activitii chimice i al proprietilor termo-fizice permite nelegerea facil a aciunilor i efectelor pe care acestea le au n procesul de sudare. Cele mai utilizate gaze de protecie la sudarea MIG/MAG sunt: argonul, heliul, dioxidul de carbon, oxigenul, hidro-genul, azotul. Argonul (Ar):

gaz inert nu reacioneaz cu materialul; mai greu ca aerul protecie bun a bii de metal; potenial de ionizare sczut amorsare uoar a arcului; produce microsablarea suprafeelor;

Heliul (He): gaz inert, respectiv nu reacioneaz cu hidrogenul; mai uor ca aerul necesit debite de gaz mai ridicate pentru

protecia bii metalice; potenial de ionizare ridicat amorsare dificil a arcului,

tensiune mai mare a arcului, aport de cldur mai mare; conductibilitate termic mare aport de cldur mai ridicat; aport de cldur ridicat - umectare mai bun, ptrundere adnc

i lat, suprafa mai neted, vitez de sudare mrit;

Obs

ervaii

Red

uct

or

Iner

t

Mai

pu

in

oxid

ant

Ner

eact

iv

redu

cto

r

A

plic

aii

tipic

e

WIG

, sud

aria

cu

plas

m,

tie

re

cu p

lasm

, p

rote

cie

la r

dci

n

MIG

, WIG

, sud

are

cupl

asm,

pr

otecie

la r

dci

n

M

AG

Tie

re c

u pl

asm,

P

rote

cie

la r

dci

n

Ner

eact

iv

N2

100

Res

t

Red

uct

or

H2

0-15

15

-35

0-5 - - -

0-50

He

100

0-95

Iner

t

Ar

Res

t2)

Res

t2)

100

Res

t2)

Res

t2)

Res

t2)

Res

t2)

Res

t2)

Res

t2)

Res

t2)

Res

t2)

Res

t2)

Res

t2)

Res

t2)

Res

t2)

O2

0-3

0-3

3-10

3-

10

0-8

10-1

5 8-

15

0-

30

Con

stitu

eni,

pro

cent

e de

vol

um

Oxi

dant

CO

2

0-5

0-5

0-5

5-25

0-5

5-25

25-5

0

5-50

100

Res

t

Nr.

de

iden

ti-fic

are

1 2 1 2 3 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 1 2 1 2

Tabe

lul 1

2. C

lasi

ficar

ea g

azel

or d

e pr

otec

ie p

entru

sud

are i

tie

re

Not

are1

)

Gru

pa

R I M1

M2

M3 C

F

1)

n c

azul

n c

are

se a

daug

com

pone

nte

care

nu

sunt

cup

rinse

n ta

ble,

am

este

cul d

e ga

ze s

e no

teaz

ca u

n am

este

c de

gaz

e sp

ecia

l i p

oart

pre

fixul

S

2)

Arg

onul

poa

te fi

nlo

cuit

cu h

eliu

pn

n p

rop

orie

de

95%

D

estin

aie

: sud

aria

oe

luril

or c

arbo

n ne

alia

te

i sla

b al

iate

C

arac

teriz

are:

Cea

mai

sc

zut

pro

pori

e de

ele

men

te a

ctiv

e, fo

rmar

e re

dus

de

stro

pi

i zgu

r, s

olic

itare

term

ic

ridic

at

a pi

stol

etul

ui, s

ensi

bil l

a ru

gin

, un

der,

grs

imi,

sens

ibil

la fo

rmar

ea p

orilo

r, ad

ecva

t pen

tru

toat

e tip

urile

de

trans

fer,

idea

le la

sud

area

tabl

elor

dec

apat

e su

biri

.

Pro

pori

e rid

icat

de c

ompo

nent

e ac

tive,

form

are

inte

ns

de z

gur

, st

roire

mai

put

erni

c (

mai

pu

in M

22),

inse

nsib

ile la

rug

in,

und

er,

grs

imi (

mai

pu

in M

22),

solic

itare

term

ic

pute

rnic

a pi

stol

etul

ui la

M

22, p

entru

sud

area

n c

uren

t pul

sat p

ropo

ria

de C

O2 80% Ar;

transferul este condiionat de polaritatea curentului: numai n curent continuu, polaritate invers cc+ (plus pe srm);

stropiri foarte reduse (cnd se produc, acestea sunt accidentale) sau chiar fr stropiri; avantaje: eliminarea pierderilor de material de adaos prin stropi, eliminarea operaiei auxiliare de curire a stropilor, evitarea pericolului de coroziune (la oel inox);

stabilitate mare a arcului electric; nu necesit prezena unei inductane n circuitul de sudare (inductana

este inoperant) deoarece lipsesc scurtcircuitele; utilizare:

9 sudarea tablelor groase: 9 sudarea n poziie orizontal sau n jgheab;

Dac coninutul de argon scade sub 80% conductibilitatea termic a amestecului de gaze crete reducnd fenomenul de autoascuire a srmei cel care favorizeaz transferul fin i astfel dimensiunile picturilor cresc. Creterea ponderii gazelor active, ca de exemplu dioxidul de carbon la valori peste 20%, va genera apariia forei de reacie anodic Fan cea care se opune desprinderii picturii din vrful srmei. n cazul gazelor de protecie bogate n argon valoarea forei de reacie anodic este foarte mic, iar manifestarea ei nu este perceptibil. Cu ct cantitatea de CO2 n amestec este mai mare cu att ponderea forei de reacie anodic este mai mare, ajungnd maxim la sudarea n CO2 100%, respectiv efectul ei nefavorabil crete. Cele dou fenomene determin creterea dimensiunilor picturii i prin urmare modificarea modului de transfer. Din acest motiv transferul prin pulverizare nu este posibil n CO2 100% sau amestecuri bo-gate n CO2.

Aspectul transferului prin pulverizare este prezentat n figura 26.

Figura 26 - Aspectul transferului picturii prin pulverizare

Se observ fenomenul de autoascuire a vrfului srmei, vna de metal topit (iragul de mrgele), forma inconfundabil de clopot cu concentrarea foarte puternic a arcului electric.

Transferul prin pulverizare este nsoit de cldur i lumin puternice, nivel ridicat de radiaii (n special ultraviolete), ceea ce impune luarea unor msuri speciale de pro-tecie a operatorului sudor i a per-sonalului auxiliar, eventual mecani-zarea sau automatizarea procesului de sudare. n schimb nivelul de zgo-mot este mai sczut (variaiile de presiune din coloana arcului redu-se).

1.5.3 Transferul globular, cu arc lung sau long arc se caracterizeaz prin trecerea metalului topit din vrful srmei electrod spre baia metalic sub forma unor picturi mari de metal numite globule fr scurtcircuitarea arcului electric. De aici i denumirea de transfer globular. Cnd pictura de metal crete foarte mult pot avea loc scurtcircuite accidentale nsoite de stropiri intense. Deoarece transferul picturii se realizeaz exclusiv sub aciunea forei gravitaionale, care are ponderea cea mai mare, mai este ntlnit i sub denumirea de transfer gravitaional.

Acest mod de transfer este specific sudrii n dioxid de carbon 100% sau n amestecuri de gaze bogate n dioxid de carbon, cu mai mult

de 20% CO2. Cu ct ponderea dioxidului de carbon este mai ma-re cu att transferul picturii se face n globule mai mari.

Din punct de vedere al parametrilor tehnologici primari de sudare curent tensiune, respec-tiv a domeniului de lucru, trans-ferul globular se situeaz n aceeai zon cu transferul prin pulverizare, vezi figura 17. Din

acest punct de vedere cele dou moduri de transfer pot fi considerate echivalente, diferena fcndu o gazul de protecie utilizat i anume dioxid de carbon sau amestecuri bogate n dioxid de carbon la transferul globular, respectiv argon sau amestecuri bogate n argon cu mai mult de 80% Ar la transferul prin pulverizare.

Figura 27 - Etapele transferului globular alpicturii de metal

Modul de desfurare a procesului de transfer a picturii este prezentat n figura 27.

Puterea mare de topire a arcului electric determin acumularea rapid sub aciunea tensiunilor superficiale a unui volum mare de metal topit n vrful srmei, faza a. Creterea dimensiunilor picturii fr scurtcircuitarea arcului electric se datoreaz lungimii relativ mari a acestuia (tensiune de arc mare), respectiv forei de reacie anodic Fan de valori ridicate care mpinge pictura n sus i lateral, dezaxnduo din axa srmei electrod, favoriznd prin aceasta i mai mult acumularea de metal topit, faza b. Sub aciunea forelor pinch de valori ridicate (curent de sudare mare) se produce strangularea picturii de metal topit nsoit de formarea unei puni de metal, faza c. Fora gravitaional de valoare ridicat (pictur mare) nvinge forele de tensiune superficiale care in pictura la vrful srmei (prin intermediul punii) i fora de reacie anodic, producnd desprinderea picturii, care sub aciunea greutii proprii ajunge n baia metalic, faza d, fr scurtcircuitarea arcului. Ruperea punii de metal de aceast dat se face sub aciunea forei gravitaionale nainte ca dimensiunile acesteia s scad la valori att de mici nct s expulzeze puntea prin vaporizare ca efect a creterii densitii de curent aa cum se ntmpl n cazul transferului prin pulverizare. Cu alte cuvinte gradul de vaporizare a punii de metal este mai sczut i prin urmare aciunea forei electrodinamice nu este hotrtoare pentru desprinderea picturii. Dac dezaxarea picturilor este foarte mare este posibil aruncarea ei n afara bii pe suprafaa tablei sub forma unor stopi foarte mari i deosebit de

adereni. De asemenea dac volumul picturilor crete exa-gerat de mult se produc scurt-circuitri puternice nsoite de stropiri mari de material din baie, figura 28. Cele dou fenomene conduc la pierderi nsemnate de material de a-daos, respectiv la operaii cos-tisitoare de ndeprtare a stro-pilor de pe componentele de sudat.

Figura 28 - Producerea scurtcircuitelor nsoite de stropiri la sudarea n CO2

Caracterizarea transferului globular: specific puterilor mari ale arcului electric: cureni de sudare mari, ten-

siuni de arc ridicate (lungime mare de arc):

Is > Is cr g (17)

productivitate ridicat la sudare determinat de puterea de topire mare a arcului electric; rezult: rat de depunere mare, ptrundere mare, viteze de sudare mari;

energie liniar mare introdus n componente (pericol de tensiuni i deformaii la sudare);

fore dominante n arc: fora gravitaional i fora de reacie anodic; transferul picturii este condiionat de gazul de protecie, dioxidul de

carbon sau amestecuri bogate n dioxid de carbon; Se poate obine transfer globular i la sudarea n amestecuri de

gaze bogate n argon dac curentul de sudare (viteza de avans a srmei), la un diametru de srm dat, este crescut exagerat i nejustificat de mult, n special la srmele subiri, sub 1,2 mm. Trecerea la transferul globular se poate aprecia prin formarea lateral a picturii (dezaxarea) la vrful srmei i observarea mrimii acesteia i a transferului prin coloana arcului, nsoit de asemenea i de o intensificare a stropirilor. n plus are loc i modificarea formei arcului. Acest aspect este nedorit i trebuie evitat printr-o bun alegere a parametrilor tehnologici de sudare. Din pcate sunt muli care confund transferul globular cu transferul prin pulverizare dei diferenele sunt multe i evidente.

pierderi de material prin stropi; stropii sunt de dimensiuni mari (pier-derile sunt mai mici ns comparativ cu arcul intermediar);

stabilitatea arcului mai mic comparativ cu transferul spray arc; transferul picturii nu este condiionat de polaritatea curentului; totui la

polaritate direct stropii sunt mult mai mari, stropirile mai intense, iar reglarea parametrilor tehnologici de sudare pentru obinerea unui regim stabil este foarte dificil i presupune mult dexteritate;

prezena inductanei n circuitul de sudare nu este necesar; totui dac scurtcircuitele sunt frecvente ea este benefic prin limitarea curentului de scurtcircuit;

utilizare: 9 la sudarea tablelor groase; 9 la sudarea n poziie orizontal sau n jgheab; 9 la sudarea oelurilor nealiate cu puin carbon i a unor oeluri slab aliate;

S-a apreciat mai sus c n cazul transferului globular (cu arc lung) nivelul stropirilor este mai sczut dect la sudarea cu arc intermediar. Presiunea dinamic mare a arcului electric (jetul de plasm) determin formarea unui crater adnc n care arde arcul respectiv se formeaz pictura, figura 29. Picturile desprinse din vrful srmei, n drumul lor spre baia metalic vor ntlni pereii craterului i prin urmare un numr redus de picturi vor ajunge n exterior sub form de stropi.

Datorit modului de transfer n picturi mari i a pierderilor de material prin stropiri, care necesit de cele mai multe ori o operaie ulterioar de curire a stropilor, sudarea cu arc lung n CO2 este tot mai rar

folosit n prezent, fiind nlocuit de sudarea n amestecuri de gaze bogate n argon, care datorit transferului prin pulverizare pe care l produce elimin dezavan-tajele transferului globular. Cel mai utilizat amestec la ora actual utilizat pentru sudarea oelurilor carbon este amestecul cu 80%Ar + 20%CO2 (82%Ar +18% CO2 ), denumit industrial CORGON 18, produs de firma Linde Gas Romnia.

Substituirea sudrii n di-oxid de carbon cu sudarea n a-mestecuri de gaze este condi-

ionat de preul de cost al sudrii. n occident diferena de cost a gazului de protecie este compensat de eliminarea operaiei de curire a componentelor i de pierderile de material de adaos prin stropi.

La noi n ar diferena mare (de 2,5 ori) dintre preul argonului i cel al dioxidului de carbon determin anumite reineri n utilizarea ames-tecurilor de gaze la sudare, sudarea cu arc lung n mediu de dioxid de carbon mai putnd fi ntlnit n multe locuri. Aceasta este corelat i cu preul ieftin al forei de munc din ara noastr. Totui ptrunderea firmelor strine productoare de gaz pe piaa romneasc, LINDE GAZ Romnia, au impulsionat, prin gama mare de amestecuri de gaze pe care le ofer, introducerea intensiv a amestecurilor de gaze la sudarea MIG/MAG. La aceasta se adaug creterea numrului de echipamente moderne de sudare care au fost importante n ultimii 10 ani i care ofer o gam foarte larg de programe utiliznd amestecurile de gaze.

Avantajele utilizrii amestecurilor de gaze la sudare:

Figura 29 - Formarea craterului sub aciunea presiunii dinamice a arcului

electric

modificarea modului de transfer a picturii de metal; lrgirea domeniilor de transfer prin scurtcircuit, respectiv prin

pulverizare n detrimentul transferului intermediar; creterea stabilitii arcului electric; reducerea stropirilor i a pierderilor de material prin stropi;

mbuntirea esteticii custurii sudate prin reducerea supra-nlrii i aspectului suprafeei acesteia (solzi fini i regulai, oxidare redus a suprafeei);

reducerea cantitii de zgur (insulele de oxizi de Mn, Si, etc.) de pe suprafaa custurii i simplificarea operaiei de curire;

diminuarea sau eliminarea operaiei de curire a stropilor de pe suprafaa componentelor (desprinderea mult mai uoar a stropilor datorit aderenei reduse, stropi fini);

condiii de stress mai reduse pentru operatorul sudor datorate stropilor i pericolului de ardere;

Rmn ns avantajele incontestabile ale dioxidului de carbon la sudare i anume:

cea mai bun geometrie a custurii sudate, caracterizat prin ptrundere mare i sigur;

pericol mai sczut de pori n custura sudat dect la su-darea n amestecuri de gaze prin creterea presiunii n coloana arcului ca efect a disocierii dioxidului de carbon la temperaturile ridicate din arc;

reducerea pericolului de defecte din mbinarea sudat (lips de topire, lips de ptrunere, etc.);

solicitare termic mai redus a capului de sudare, respectiv a operatorului sudor;

nivel de radiaii mai sczut; preul de cost cel mai sczut;

Aceste particulariti recomand utilizarea dioxidului de carbon i pe viitor n cazul ptrunderilor sigure cerute la sudare ca de exemplu sudarea stratului de rdcin, sudarea mbinrilor de col neptrunse, cnd pericolul porilor din custur nu poate fi evitat, etc. n ceea ce privete modul de transfer se recomand preferenial la sudarea cu transfer prin scurtcircuit i se va evita la sudarea cu puteri mari de arc.

Folosirea dioxidului de carbon pe viitor depinde foarte mult de evoluia i performanele echipamentelor de sudare MIG/MAG i de posibilitatea acestora de a reduce nivelul stropirilor la sudare prin controlul riguros a parametrilor tehnologici de sudare i prin implementarea unor funcii noi. Exemple n acest sens exist deja pe plan mondial n Japonia i SUA. (de exemplu controlul vitezei de scdere a curentului de scurtcircuit permite reducerea nivelului de stropiri la sudarea n CO2 100% chiar pentru valori ale curentului de pn la 350A).

1.5.4 Transferul intermediar, cu arc intermediar sau transition arc ocup zona dintre domeniul transferului prin scurtcircuit (cu arc scurt) i domeniul transferului prin pulverizare (respectiv cu arc lung). Se caracterizeaz prin transferarea picturilor de metal topit din vrful srmei electrod prin dou moduri i anume att prin scurtcircuit ct i gravitaional sau globular. Modul de desfurare a procesului de transfer este prezentat n figura 30.

Creterea puterii arcului electric prin modificarea valorii parametrilor tehnologici de suda-re, curent tensiune, determin creterea puterii de topire a ar-cului. Creterea tensiunii arcului determin fizic creterea cores-punztoare a lungimii arcului. Sub aciunea puterii arcului are loc topirea rapid a vrfului srmei electrod, faza a. Metalul

topit se acumuleaz sub aciunea tensiunilor superficiale la vrful srmei sub forma unei picturi. Datorit lungimii relativ mari a arcului electric volumul picturii de metal topit din vrful srmei va crete la dimensiuni mari, depind diametrul srmei (dp>ds) fr s se produc scurt-circuitarea arcului electric, faza b. Sub aciunea forelor pinch are loc gtuirea (strangularea) picturii. Valoarea sczut ns a acestor fore (curentul de sudare sub valoarea critic a curentului de pulverizare Is cr spa) face ca gtuirea picturii s se produc relativ ncet ceea ce favorizeaz creterea picturii de metal, faza c. Reducerea dimensiunii punii de metal sub efectul tot mai intens a forelor pinch determin la un moment dat vaporizarea instantanee a acesteia ca urmare a creterii densitii de curent i desprinderea picturii din vrful srmei, faza d. Sub aciunea vaporilor de metal (fora electrodinamic), dar i a greuttii proprii, pictura mare de metal topit plonjeaz n baia metalic cu vitez foarte mare. Ineria mare a picturii globulei determin la atingerea suprafeei bii mprocri intense de metal topit din baie. Fenomenul poate fi comparat cu efectul aruncrii unei pietre ntr-o balt cu ap. Cu ct piatra este mai mare cu att stropii sunt mai mari, iar stropirile mai intense.

Figura 30 - Fazele transferului intermediar al picturii de metal

Datorit dimensiunilor mari ale picturilor au loc scurtcircuitri nere-gulate ale arcului electric, dar cu frecven mult mai sczut dect n cazul transferului prin scurtcircuit (frecvena picturilor n acest mod de transfer este sub 25 Hz). Aceste scurtcircuitri puternice determin la rndul lor, cum era de ateptat, de asemenea stropiri intense din baia de sudur, dar i din vrful srmei. Aceast intensificare a stropirilor este rezultatul unui

curent de scurtcircuit foarte mare care produce o vaporizare mult mai intens a punii metalice (crete mult valoarea forei electodinamice).

Nivelul stropirilor depinde de gazul de protecie utilizat. n cazul ar-gonului i amestecurilor de gaze bogate n argon (> 80% Ar) nivelul stropirilor este mai redus, pe de o parte datorit picturilor mai mici de metal, iar pe de alt parte numrului mai redus de scurtcircuite. Fora de reacie anodic are intensitate mic, iar transferul picturii se face aproape axial. n cazul dioxidului de carbon sau amestecurilor de gaze bogate n dioxid de carbon (> 20% CO2) manifestarea puternic a forei de reacie anodic determin formarea asimetric a picturii la vrful srmei mrind volumul acesteia i totodat probabilitatea mai mare ca pictura s sar n exteriorul bii metalice sub form de stropi. Lungimea mai mic a arcului electric n CO2 dect n argon determin la rndul ei creterea numrului de scurtcircuite. Aceste fenomene fac ca stropii i pierderile de material prin stropiri s fie cele mai mari la sudarea n CO2, sau amestecuri bogate n CO2.

Caracterizarea transferului intermediar: specific puterilor medii de arc: curent de sudare, respectiv tensiune,

medii: Is cr sha < Is < Is cr spa (18)

productivitate medie la sudare, diminuat ns mult de rat mare a pierderilor de material prin stropi;

energie liniar medie introdus n componente; fore dominante n arc: fora pinch, fora electrodinamic, fora gravi-

taional; nu este condiionat de gazul de protecie utilizat; transferul picturii: globular i prin scurtcircuit; arc instabil; pierderi mari de material prin stropi mari i stropiri intense, cuprinse

ntre 5 10% se produc cele mai mari pierderi de metal la sudarea MIG/MAG)

utilizare: 9 sudarea tablelor de grosime medie; 9 sudarea n poziie orizontal sau n jgheab; 9 sudarea oelurilor carbon nealiate i a unor oeluri slab aliate.

Aspectul transferului intermediar este prezentat n figura 31. Se observ dimensiunea mare a picturii de metal i formarea lateral a ei la marginea srmei electrod.

Datorit instabilitii mari a arcului electric, respectiv pierderilor foarte mari de metal prin stropi transferul intermediar se va evita s se utilizeze la sudarea MIG/MAG.

Problema este pe deplin rezolvat prin utilizarea arcului pulsat care permite modificarea transferului nefavorabil, caracteristic arcului interme-diar, ntr-un transfer fr scurtcircuite (asemntor transferului prin pulverizare) cu formarea unei picturi pe puls lipsit de stropi sau cu stropiri

neglijabile. Ori de cte ori dac puterea arcului necesar la su-dare, respectiv calculul para-metrilor tehnologici de sudare conduce la valori cuprinse n do-meniul arcului intermediar este recomandat folosirea sudrii n curent pulsat. Dac ns acest lucru nu este posibil fiindc nu se dispune de surse de sudare care s permit sudarea n curent pul-sat, se recomand utilizarea a-mestecurilor de gaze bogate n argon. Se va evita sudarea n CO2 100% care determin stropirile cele mai mari.

Tot n acest sens este re-comandat utilizarea surselor de sudare cu transfer prin tensiune superficial STT produse de firma LINCOLN, concepute special pentru acoperirea zonelor de transfer prin scurtcircuit sau intermediar (curentul nominal de sudare mai mic de 220A), pentru reducerea drastic a pierderilor de material prin stropi (de pna la cinci ori). Din pcate aceste echipamente de sudare sunt extrem de rare n practica industrial.

Figura 31 - Aspctul transferului globua picturii de metal topit

lar

1.5.5 Transferul sinergic n curent pulsat, sau n impulsuri se carac-terizeaz prin transferul dirijat a picturii de metal prin arcul electric prin modificarea periodic a curentului de sudare. 1.5.5.1 Principiul procedeului

Deosebirea esenial dintre sudarea MIG/MAG n impulsuri i sudarea MIG/MAG clasic const n faptul c la acest procedeu, curentul de sudare nu mai este constant n timp, ci variaz periodic ntre o valoare maxim curent de puls i o valoare minim curent de baz cu o anumit frecven, figura 32.

n timpul de puls tp, denumit i timp cald, valoarea ridicat a cu-rentului de puls Ip determin topirea rapid i desprinderea sub efectul forelor electromagnetice a picturii de metal de dimensiuni mici fr scurt-

circuitarea arcului electric, asemntor transferului prin pulverizare, figura 32. n timpul de baz tb, denumit i timp rece, curentul de baz Ib de valori

relativ mici asigur ntreinerea arderii stabile a arcului electric fr ns s produc topirea srmei, respectiv transferul pi-cturii. Valoarea medie a curentului obinut se situeaz, n funcie de valorile parame-trilor curentului pulsat, n dome-niul transferului prin scurtcircuit sau intermediar corespunz-toare sudrii clasice folosind curent constant.

Figura 32 - Principiul procedeului de sudare n curent pulsat

1.5.5.2 Parametrii tehnologici ai curentului pulsat

Principalii parametri ai curentului pulsat sunt, figura 33: curentul de puls Ip; curentul de baz Ib; timpul de puls tp; timpul de baz tb; frecvena pulsurilor f; durata ciclului de puls tc; curentul mediu de sudare Im ; curentul critic (de tranziie ) Itr; curentul efectiv Ief;

a. Curentul de puls Ip. Trebuie s aib o valoare mai mare dect valoarea curentului

critic sau de tranziie Itr, pentru a asigura transferul prin pulverizare a picturii de metal topit. Sub influena curentului de puls Ip de valori ridicate are loc topirea vrfului srmei electrod i sub aciunea forelor electromagnetice pinch de valori mari Fp = I2/2 are loc detaarea picturii de metal la dimensiuni mici, asemntor transferului prin pulverizare. Totodat valoarea ridicat a curentului de puls Ip mrete stabilitatea arcului electric. Deci, din aceste puncte de vedere, este de dorit ca valoarea curentului de puls s fie ct mai mare. Pe de alta parte ns, o valoare prea ridicat a curentului de puls mrete presiunea dinamic a plasmei arcului, ceea ce poate conduce la perforarea tablei sau la apariia

Figura 33 - Parametrii curentului pulsat

unor defecte de tipul crestturilor marginale. n plus, trecerea (plonjarea) picturii cu viteze mari n baie poate conduce la mprocri de metal topit. Curenii de puls mari conduc la distrugerea prematur a duzei de contact precum i la creterea nivelului de zgomot. Prin urmare curentul de puls nu poate fi orict de mare.

b. Curentul de baz Ib. Asigur stabilitatea arcului electric n peri-oada timpului de baz, evitnd stingerea acestuia. Curentul de baz are o valoare prea mic pentru a determina o topire semnificativ a srmei electrod, respectiv un transfer al picturii. n acest timp se produce totui o nclzire prin efect Joule Lenz a captului liber a srmei electrod favorabil topirii mai uoare a srmei n timpul de puls. Se recomand s se menin la o valoare ct mai redus pentru a obine un curent mediu la valori sczute, esena sudrii n curent pulsat. Totui curentul de baz nu rmne la o valoare constant ci se modific, ns n limite mici, ntre 20 120 A dup o variaie liniar proporional cu viteza de avans a srmei electrod. Prin aceasta se favorizeaz mbuntirea condiiilor de topire i de transfer a picturii de metal.

c. Timpul de puls tp. Depinde de valoarea curentului de puls Ip, fiind o funcie de acesta. Cuplul de valori (Ip, tp) definete condiiile de transfer. Reglarea optim a celor dou valori determin detaarea unei singure picturi pe puls. Acest caz particular al sudrii MIG/MAG n curent pulsat caracterizat prin transferul unei singure picturi pe puls poart denumirea

de sudare sinergic i con-stituie optimul reglrii para-metrilor tehnologici de suda-re, din punct de vedere a stabilitii arcului electric, a eliminrii totale a stropilor, a controlului dimensiunilor pi-cturilor, respectiv a energiei introduse n componente.

n literatura de spe-cialitate sunt prezentate co-relaii ntre curentul de puls Ip i timpul de puls tp pentru asigurarea unui transfer op-

tim. Aceste corelaii sunt de forma :

Figura 34 - Domeniul optim de transfer n curent pulsat

(19) DtI pnp =unde, n i D sunt constante ce depind n mod esenial de natura metalului de baz, de diametrul srmei i de gazul de protecie; de exemplu, pentru o

srm de oel nealiat cu diametrul de 1,2 mm i utiliznd un amestec de gaze Ar + 1,5% O2, valorile celor dou constante sunt : n = 2 i D = 400 A

2 s.

Dac durata timpului de puls este prea scurt, pictura de metal nu se poate forma i detaa n cursul unui puls. Astfel ea se mrete cu fiecare puls i se detaeaz dup mai multe pulsuri, sub forma unor picturi mari (globule) asemntor transferului globular a picturii prin efect gravitaional. Acest mod de transfer este nefavorabil din punct de vedere a stabilitii arcului i a modului de transfer conducnd la stropiri.

Dac durata timpului de puls este prea lung la fiecare puls are loc detaarea mai multor picturi sub forma unui irag de mrgele care prin atingere pot scurtcircuita arcul electric conducnd i pe aceast cale la instabiliti i stropiri.

n figura 34 se prezint corelaia dintre curentul de puls Ip i timpul de puls tp, pentru asigurarea unui transfer optim al picturii (o pictur pe puls).

Se observ c domeniul de reglare a celor doi parametri este destul de extins. De regul alegerea unei valori reduse pentru curentul Ip trebuie compensat prin mrirea timpului tp i invers, figura 35.

ntre cele dou forme de impulsuri exist ns urmtoarele diferene (chiar dac valoarea curentului mediu de sudare este constan-t):

- detaarea picturii se face mai lent pentru impulsul cu amplitudine mai mic;

- presiunea dinamic a arcului n cazul curentului Ip1 este mai mic dect pentru valoarea Ip2 ceea ce conduce la o ptrundere mai mic i la o diluie mai redus, lucru deosebit de important la sudarea tablelor subiri sau la