UNIVERSITATEA OVIDIUS din ConstanaFACULTATEA de Inginerie Mecanic, Industrial i MaritimSPECIALIZAREA: Ingineria SudriiPROIECT DE DIPLOMPag. 71

CAPITOLUL 6. TRATAMENTE TERMICE APLICATE6.1. Prencalzirean scopul asigurarii unor proprieti mbunatite ale cordonului de sudur, n special a evitrii constituenilor fragili, reducerea tesiunilor interne, precum i a defectelor ce pot aprea n urma procesului de sudare (fisuri, pori, etc), de o deosebit importan este temperatura la care se afl componentele naintea procesului de sudare.Dac acestea sunt sudate far aport termic suplimentar, atunci temperatura iniiala a desfaurarii procesului este temperatura mediului ambiant. Dac nainte de procesul de sudare componentele se nclzesc, atunci temepratura iniial de la care incepe procesul de sudare poart numele de temperatur de prencalzire.Att temperatura mediului ambiant ct si temperatura de prenclzire influeneaz propriettile mecanice ale mbinrii sudate i construciei sudate.Dac piesele care urmeaz a fi sudate au temperatura iniial egal cu temperatura mediului ambiant , atunci ciclul termic la sudare const n nclzirea pieselor pn la temperatura amxim i apoi rcirea pna la temperatura mediului ambiant, ca n figura 7.1, curba a.Dac piesele ce urmeaz a fi sudate sunt mai nti prenclzite, administrndu-li-se local sau integral o cantitate de cldur, atunci ciclul termic ncepe de la temperatura de prencalzire , ajunge la temperatura maxim i apoi rcirea are loc conform curbei b din figura 7.1.

Figura 7.1 Ciclul termic la sudare a) fara prenclzire b) cu prenclzire

Fcnd o comparaie ntre cele doua cicluri termice, la sudarea fra prenclzire (curba a) i la sudarea cu prenclzire (curba b), putem constata urmtoarele:- la sudarea cu prenclzire temperatura maxim este mai mare dect la sudarea fr prenclzire ;- la sudarea cu prenclzire creste viteza de nclzire faa de sudarea fra prenclzire;- la sudarea cu prenclzire vitezele de rcire sunt mult mai mici dect la sudarea fr prencalzire.

De o deosebit importan n analiza cmpurilor termice este faptul c viteza dercire la prenclzire este mai mic, ea putnd fi situat sub viteza critic de rcire. Ca urmare, se reduce pericolul apariiei constituenilor fragili n zona cordonului de sudur, respectiv pericolul apariiei fisurilor sau al altor defecte. Prenclzirea are utmtoarele efecte asupra procesului de sudare: scderea vitezei de rcire face ca modificrile structurale din zona influenat termic s fie mai lente, deci mai apropiate de echilibru; ca urmare, structurile fragile din aceasta zona sunt mai diminuate cantitativ, zona influenat termic va avea duritate mai mic i o tendin de fisurare mai redus; scderea vitezei de rcire face ca modificrile structurale din zona influenat termic s fie mai lente, deci mai apropiate de echilibru; ca urmare, structurile fragile din aceasta zona sunt mai diminuate cantitativ, zona influenat termic va avea duritate mai mic i o tendin de fisurare mai redus; prin scderea vitezei de rcire se creeaz totodat condiii favorabile ieirii gazelor din metalul topit ca urmare a creterii fluiditii bii de sudur; se evit astfel defectele de tipul porilor ce apar n urma procesului de sudare, ns creterea fluiditii bii de sudur complic uneori sudarea de poziie; uniformizarea relativ a cmpului termic dup procesul de sudare are ca efect micorarea tensiunilor remanente i a deformaiilor mbinrilor sudate cu asigurarea condiiilor de precizie dimensional a structurii; creterea temperaturii maxime la sudarea cu prenclzire poate conduce la mrirea grunilor cristalini din regiunea supranclzit a zonei influenate termic; aceasta tendin este oarecum frnata de creterea vitezei de nclzire.

6.1.1. Optimizarea temperaturii de prenclzire

Optimizarea temperaturii de prenclzire se face utiliznd metoda Slgean. Teoria cmpurilor termice la sudarea cu arc electric fac posibil exprimarea energiei arcului, energia liniar i temperatura de prenclzire. n baza urmtorului algoritm de calcul au fost calculate temperaturile de prencalzire pentru mrcile de oel folosite n construcie.Asupra timpului de rcire din ZIT (t8.5) acioneaz att energia arcului electric (El, introdus la valoarea calculat pentru grosimile stabilite n subcapitolul caracteristici mecanice), ct i temperatura de prenclzire (Tpr). Cu aceast corelaie se calculeaz, la o valoare a energiei liniare date, valoarea temperaturii de prenclzire, astfel ca duritatea maxim din ZIT (HM) s nu depeasc valorile admisibile. Pentru a optimiza temperatura de prenclzire se folosete, datorit sensibilitii de durificare a ZIT-ului, duritatea maxim luat n calcule este HM = 350 [HV10].Teoria cmpurilor termice la sudare cu arc electric fac posibil exprimarea timpului de rcire (t8.5) n funcie de energia liniar i de temperatura de prenclzire.

Determinarea temperaturii de prenclzire pentru oelul 13CrMoSi5-5

Figura 7.2 Determinarea temperaturii de prenclzire pentru oelul 13CrMoSi5-5

Determinarea temperaturii de prenclzire pentru oelul 10CrMo5-5

Figura 7.3 Determinarea temperaturii de prenclzire pentru oelul 10CrMo5-5

Se dau valori pentru temperatura de prenclzire, se calculeaz cele doua funcii X1=t8/5(600-Tpr)1.2 respectiv X2=900El(0.94+0.0007Tpr) i se vor trasa grafic, iar punctul de intersecie al celor dou grafice va reprezenta temperatura de prenclzire optim. Rezultatele obinute sunt trecute n tabelul urmtor:Nr. crt.Materialul de bazValoarea optim a temperaturii de prenclzire, [C]

1. 13CrMoSi-5386-440

2. 10CrMo5-5150-312

6.2. Detensionarea

n componentele metalice tensiunile interne sunt produse pe trei ci principale:-tensiuni termice, produse prin dilatarea sau contracia neuniform, ca urmare a diferenelor de temperatur pe seciune sau n volum;-tensiuni structurale, produse prin frnarea modificrilor de volum specific, la transformrile de faz ce au loc la nclzire sau rcire;-tensiuni de lucru, introduse n urma aciunii mecanice la procedeele de prelucrare prin turnare, deformare, sudare, achiere.Principiul detensionrii const n descrcarea tensiunilor interne prin realizarea curgerii sau deformrii plastice n masa corpului tensionat, la nivelul reelei cristaline, fr a-i distruge integritatea fizic. Acest lucru se realizeaz prin nclzirea materialului, cnd se mrete plasticitatea i tensiunile se consum prin efectuarea de mici deformri plastice locale.Detensionarea se poate realiza prin tratament mecanic (ciocnire, vibraie) sau termic. Detensionarea termic este cea mai rspndit i se desfoar conform graficului din figura 7.4

Figura 7.4 Diagrama tratamentului termic de detensionare

Parametrii tratamentului de detensionare sunt:

; ;

; ;unde: v1,V1- viteza de nclzire a structurii pn la temperatura tD;v2,V2- viteza de rcire a structurii dup detensionare la tD;tD- temperatura de detensionare;D- durata meninerii structurii la tD;1- durata nclzirii structurii pn la tD;2- durata rcirii structurii de la tD la temperatura ambiant;H- parametrul detensionrii termice;e- timpul echivalent de detensionare termic la tD.Se recomand:- vitezele de nclzire i rcire s nu depeasc 200C- la structurile ale cror componente au raportul ntre grosimea maxim SM i minim Sm sub 4, vitezele v1 i v2 s nu depaeasca valoarea vi (C/h) 5080/SM (mm), n care i=1,2.- detensionarea va fi astfel condus nct diferenetele de temperaturi dintre componente s nu depeasc 30C.La materialele de baz cu nclinaie mic spre fragilizare, detensionarea termic produce urmtoarele efecte: tensiuni reziduale, rezistenele la curgere i la rupere scad, temperatura de fragilizare crete. Estimarea cantitativ a acestor efecte se face cu relaia Holloman-Jaffe, care definete parametrul detensionrii temice H.

Detensionarea se va efectua cu ajutorul rezistenelor electrice din srm (constantan, nichelin) trecute prin plcue ceramice alturate, care se aplic pe custur i n apropierea ei. Pentru custurile cu lungimi scurte i poziii dificile se va folosi tratamentul termic cu flacr de gaz i creion termic pentru stabilirea temperaturii de detensionare i timpul de nclzire, respectiv de rcire.Avantajele detensionrii sunt:- reduce nivelul tensiunilor reziduale i prin aceasta se micoreaz deformaiile, asigurnd o mai mare stabilitate dimensional a structurii;- crete rezistena fa de coroziune;- sunt diminuate tensiunile triaxiale, fapt ce estompeaz pericolul ruperii fragile.

Dezavantajele detensionrii sunt:- cresc consumurile de timp i energie;- costuri de fabricaie mari;- caracteristicile de rezisten i plasticitate ale materialului de baz, ale zonei de influen termic i a custurii scad;- sunt necesare fonduri de investiii mari pentru cuptoare sau instalaii de tratamente locale.