-DD Universita Universitatea Transilvania din Braşovold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2014/ZahariaAdrian.pdfContribuţii privind caracterizarea îmbinărilor

Contribuţii privind caracterizarea îmbinărilor sudate din aliaje de aluminiu AlMg5 – REZUMAT

1 Ing. Adrian ZAHARIA – Universitatea „Transilvania” din Braşov

Investeşte în oameni!

FONDUL SOCIAL EUROPEAN

Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013

Axa prioritară 1 „Educaţie şi formare profesională în sprijinul creşterii economice şi dezvoltării societăţii bazate pe cunoaştere”

Domeniul major de intervenţie 1.5. „Programe doctorale şi post-doctorale în sprijinul cercetării”

Titlul proiectului: „Burse doctorale pentru dezvoltare durabila” BD-DD

Numărul de identificare al contractului: POSDRU/107/1.5/S/76945

Beneficiar: Universitatea Transilvania din Braşov

Universitatea Transilvania din Braşov

Şcoala Doctorală Interdisciplinară

Departament: Ingineria Materialelor şi Sudură

Ing. Adrian I. ZAHARIA

Contribuţii privind caracterizarea îmbinărilor sudate din

aliaje de aluminiu AlMg5

Contribution regarding the characterization of welded

joints of aluminum alloys AlMg5

Conducător ştiinţific

Prof. univ. dr. ing. Teodor MACHEDON-PISU

BRASOV, 2014



MINISTERUL EDUCAŢIEI NAŢIONALE

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV

BRAŞOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525

RECTORAT

D-lui (D-nei)

..............................................................................................................

COMPONENŢA

Comisiei de doctorat

Numită prin ordinul Rectorului Universităţii „Transilvania” din Braşov

Nr. 6311 din 12.12.2013

PREŞEDINTE: Prof. univ. dr. ing. Mircea Horia ŢIEREAN

DIRECTOR – Dep. did. Ingineria Materialelor şi Sudură

Universitatea „Transilvania” din Braşov

CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: Prof. univ. dr. ing. Teodor MACHEDON-PISU


REFERENŢI: Prof. univ. dr. ing. Ioan VIDA-SIMITI

Universitatea Tehnică din Cluj Napoca

Prof. univ. dr. ing. Petrică VIZUREANU

Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi”din Iaşi

Prof. univ. dr. ing. Radu IOVĂNAŞ


Data, ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat:15.02.2014, ora

9:00, sala I16.

Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării vă rugăm

să le transmiteţi în timp util, pe adresa de e-mail: [email protected]

Totodată vă invităm să luaţi parte la şedinţa publică de susţinere a tezei de

doctorat.

Vă mulţumim.



CUPRINS Pag

rezumat

Pag

teza

CAPITOLUL I - STADIUL ACTUAL AL SUDĂRII ALUMINIULUI ...............................

I.1 Scurt istoric al aluminului ....................................................................................................

I.2 Proprietăţile aluminiului ......................................................................................................

I.2.1 Proprietăţi fizice ............................................................................................................

I.2.2 Proprietăţi chimice .........................................................................................................

I.2.3 Proprietăţi mecanice ......................................................................................................

I.2.4 Proprietăţi tehnologice ....................................................................................................

I.3 Utilizări ...................................................................................................................................

I.4 Aliaje pe bază de aluminiu ...................................................................................................

I.4.1 Clasificarea generala a aliajelor de aluminiu .................................................................

I.4.1.1 Aliaje de aluminiu deformabile, nedurificabile prin tratament termic .......................

I.4.1.2 Aliaje de aluminiu durificabile prin tratament termic .................................................

I.4.1.3 Aliaje de aluminiu pentru turnatorie ............................................................................

I.4.1.4 Aliaje de aluminiu obținute prin metalurgia pulberilor ...............................................

I.4.1.5 Materiale compozite pe bază de aluminiu ...................................................................

I.5 Extragerea aluminiului prin electroliză aluminei ..............................................................

I.6 Rafinarea aluminiului ...........................................................................................................

I.6.1 Rafinarea clorurată..........................................................................................................

I.6.2 Rafinarea electrolitică .....................................................................................................

I.7 Comportarea la sudare a aliajelor de aluminiu .................................................................

I.7.1 Influenţa elementului de aliere ......................................................................................

I.8 Procedee de sudare posibil de aplicat ..................................................................................

I.8.1 Sudarea WIG ..................................................................................................................

I.8.2 Sudarea MIG cu arc pulsat .............................................................................................

I.8.3 Sudarea MIG-CMT .........................................................................................................

I.9 Concluzii .................................................................................................................................

CAPITOLUL II - OBIECTIVELE CERCETĂRII, APARATURĂ ŞI LOGISTICĂ .........

II.1 Obiectivele cercetării ...........................................................................................................

II.2 Aparatura şi logistica de cercetare .....................................................................................

CAPITOLUL III – CERCETĂRI PRIVIND CARACTERIZAREA

9

9

10

10

11

11

12

12

13

-

-

-

-

-

-

14

14

15

15

15

15

17

17

19

22

24

25

25

-

3

3

4

4

5

5

6

6

7

9

11

12

15

17

19

19

20

21

21

21

22

23

27

29

30

32

34

34

38



PROCEDEELOR DE SUDARE A ALIAJULUI DE ALUMINIU AlMg5 ..........................

III.1 Caracterizarea aliajului de aluminiu AlMg5, compoziţie chimică, proprietăţi ....... 25

III.1.1 Obţinerea aliajului AlMg5 ..................................................................................... 25

III.1.2 Compoziţia chimică a aliajului AlMg5 .................. Error! Bookmark not defined.

III.1.3 Proprietăţile aliajului AlMg5……………………………………………………….

III.2 Probleme ce apar la sudarea aluminiului ........................................................................

III.2.1 Formarea peliculei de oxid ........................................................................................

III.2.2 Apariţia fisurilor .................................................... Error! Bookmark not defined.

III.2.3 Conductivitatea electrica ....................................... Error! Bookmark not defined.

III.2.4 Alimentarea cu material de adaos ..............................................................................

III.2.5 Dilatările şi contracţiile la sudare ..............................................................................

III.2.6 Defecte la sudare datorate gazului de protecție necorespunzător ..............................

III.2.7 Defecte de topire ........................................................................................................

III.3 Metodologia de lucru în vederea caracterizării procedeelor de sudare folosite

la obţinerea îmbinărilor sudate ale aliajului de aluminiu AlMg5 ...................................... 27

III.3.1 Analiza macroscopică ............................................................................................ 27

III.3.2 Analiza microscopică ............................................................................................. 28

III.3.3 Realizarea epruvetelor .......................................................................................... 29

III.4 Cercetări privind caracterizarea îmbinărilor sudate ale aliajului AlMg5 cu

procedeul WIG manual .......................................................................................................... 30

III.4.1 Stabilirea parametrilor regimului de lucru pentru sudarea WIG manual............... 31


III.4.3 Analiza microscopică a probelor sudate WIG manual .......................................... 34

III.4.4 Determinări ale microdurităţilor ............................................................................ 36


procedeul MIG cu arc pulsat ................................................................................................. 39

III.5.1 Stabilirea parametrilor regimului de lucru pentru sudarea MIG cu arc pulsat ...... 39


III.5.3 Analiza microscopică a probelor sudate MIG cu arc pulsat .................................. 43

III.5.4 Determinări ale microdurităţilor ................................................................................


procedeul CMT ...........................................................................................................................

25

25

25

-

27

-

-

-

-

-

-

-

-

-

27

27

28

29

30

31

34

34

36

39

39

42

43

44

47

42

43

44

45

46

47

48

49

50

55

56

56

57

58

59

64

66

71

73

76

82

83

90

93

94

95

101



III.6.1 Analiza macroscopică ..................................................................................................

III.6.2 Analiza microscopică a probelor sudate CMT .............................................................

III.6.3 Determinări ale microdurităţilor ..................................................................................

III.7 Studiu asupra concentraţiilor de microparticule ce apar in timpul proceselor

de sudare a aliajelor de aluminiu AlMg5..................................................................................

CAPITOLUL IV - CONCLUZII FINALE

BIBLIOGRAFIE

ANEXE

CV Română

CV Engleză

48

48

49

52

54

102

110

118

125

135

136



CONTENTS Pg

abstract

Pg

thesis

CHAPTER I - CURRENT STATUS OF ALUMINIUM WELDING ...................................

I.1 History of Alumina ................................................................................................................

I.2 The properties of aluminum .................................................................................................

I.2.1 Physical properties ..........................................................................................................

I.2.2 Chemical properties ........................................................................................................

I.2.3 Mechanical properties .....................................................................................................

I.2.4 Technological properties ................................................................................................

I.3 Applications ...........................................................................................................................

I.4 Aluminum alloys ....................................................................................................................

I.4.1 General Classification of aluminum alloys ...................................................................

I.4.1.1 Deformable aluminum alloys other than hard rubber thermal ...................................

I.4.1.2 Aluminum alloys hardened by heat treatment .............................................................

I.4.1.3 Aluminium alloys for foundry .....................................................................................

I.4.1.4 Aliaje de aluminiu obținute prin metalurgia pulberilor ...............................................

I.4.1.5 Composite materials based on aluminum ....................................................................

I.5 Extraction of aluminum by electrolysis of alumina ...........................................................

I.6 Refining of aluminum ...........................................................................................................

I.6.1 Refining chlorinated .......................................................................................................

I.6.2 Electrolytic refining ........................................................................................................

I.7 Behavior welding of aluminum alloys .................................................................................

I.7.1 Influence of alloying elements.......................................................................................

I.8 Welding processes can be applied ........................................................................................

I.8.1 TIG Welding ...................................................................................................................

I.8.2 Pulsed arc MIG welding .................................................................................................

I.8.3 MIG-CMT welding .........................................................................................................

I.9 Conclusions ............................................................................................................................

CHAPTER II - THE RESEARCH, EQUIPMENT AND LOGISTICS ................................

II.1 Research Objectives.............................................................................................................

II.2 Equipment and logistics research ......................................................................................

9

9

10

10

11

11

12

12

13

-

-

-

-

-

-

14

14

15

15

15

15

17

17

19

22

24

25

25

-

3

3

4

4

5

5

6

6

7

9

11

12

15

17

19

19

20

21

21

21

22

23

27

29

30

32

34

34

38



CHAPTER III - RESEARCH ON CHARACTERIZATION welding processes for

aluminum alloy AlMg5 ...............................................................................................................

III.1 Characterization AlMg5 aluminum alloy, the chemical composition,

properties ................................................................................................................................. 25

III.1.1 Getting alloy AlMg5 .............................................................................................. 25

III.1.2 The chemical composition of the alloy AlMg5 .........................................................

III.1.3 Alloy properties AlMg5……………………………………………………….

III.2 Problems arise when welding aluminum .........................................................................

III.2.1 The formation of oxide film ......................................................................................

III.2.2 Cracks ........................................................................................................................

III.2.3 Conductivity ..............................................................................................................

III.2.4 Supply filler ...............................................................................................................

III.2.5 Expansions and contractions in welding ............... Error! Bookmark not defined.

III.2.6 Gas welding defects due to improper protection .......................................................

III.2.7 Melting Defects .........................................................................................................

III.3 The methodology work to characterize the welding processes used to form the

welded joints of the alloy AlMg5 ........................................................................................... 27

III.3.1 Macroscopic analysis ............................................................................................. 27

III.3.2 Microscopic analysis ............................................................................................. 28

III.3.3 Making specimens ................................................................................................ 29

III.4 Research on the characterization of the alloy welded joints AlMg5 with

manual TIG process................................................................................................................ 30

III.4.1 Establish working regime parameters for manual TIG .......................................... 31



III.4.4 Determinations of microhardness .......................................................................... 36

III.5 Research on the characterization of the alloy welded joints AlMg5 with

pulsed arc MIG ....................................................................................................................... 39

III.5.1 Establish working regime parameters for pulsed MIG .......................................... 39



III.5.4 Determinations of microhardness ..............................................................................

25

25

25

-

27

-

-

-

-

-

-

-

-

-

27

27

28

29

30

31

34

34

36

39

39

42

43

44

42

43

44

45

46

47

48

49

50

55

56

56

57

58

59

64

66

71

73

76

82

83

90

93

94

95

101



III.6 Research on the characterization of the alloy welded joints AlMg5 with MIG-

CMT .............................................................................................................................................

III.6.1 Macroscopic analysis ...................................................................................................

III.6.2 Microscopic analysis ....................................................................................................

III.6.3 Determinations of microhardness ................................................................................

III.7 Study of the microparticle concentrations that occur during the process of

welding of an aluminum alloy AlMg5 .......................................................................................

CHAPTER IV - CONCLUSIONS

REFERENCES

ANEXES

CV Romanian

CV English

47

48

48

49

52

54

102

110

118

125

135

136



CAPITOLUL I - STADIUL ACTUAL AL SUDĂRII ALUMINIULUI

I.1 Scurt istoric al aluminului

Aluminiul este bine cunoscut ca metal, având un domeniu de aplicabilitate larg, de la

uz casnic la nave maritime şi avioane.

Istoria aluminiului începe în anul 1825, o dată cu obţinerea unei mici cantităţi de

către fizicianul danez Oested. Doi ani mai târziu, chimistul german Wohler obţinea sub

formă de granule 30 grame de aluminiu. Începând cu 1886, producţia mondială a crescut

progresiv datorită proceselor electrolitice de obţinere a aluminiului, ajungându-se în

prezent la peste 40% din producţia totală de metale neferoase. [4]

Aluminiul este răspândit în natură în proporţie de aproximativ 7,5%, ocupând locul

al 3-lea după oxigen şi siliciu. Se găseşte atât în stare naturală cât şi în compuşi (silicaţi,

feldspaţi, spineli, oxizi hidrataţi, etc.). Există peste 250 minerale cu conţinut de aluminiu,

40% fiind alumino-silicaţi, dintre cele mai cunoscute amintim: corindon, boehmit,

diaspor, hidrargilit, cianat, andaluzit, caolinit. Cele mai răspândite minereuri cu conţinut

de aluminiu sunt: bauxita (60% aluminiu), alunitul, nefelinul, argila şi caolinul. În prezent,

bauxita reprezintă materia primă de bază pentru extragerea aluminiului. Zăcămintele de

bauxită se găsesc în Munţii Bihorului, iar pe plan mondial în: Grecia, Turcia, Ungaria,

Italia, Franţa, China, Guineea.[22]

Industrial, aluminiul se obţine aproape în întregime prin descompunerea electrolitică

a aluminei pure dizolvate într-o topitură de criolit cu adaus de fluorură de calciu. Prin

electroliză se obţine „aluminiul tehnic primar” numit şi „aluminiu tehnic pur” care

conţine de la 0,2% la 1% impurităţi metalice (Fe, Si, Ca, Ti, Na) şi nemetalice (alumină,

electrolit, carbură de aluminiu, gaze). [22] În ţara noastră sunt standardizate următoarele

mărci de aluminiu tehnic pur: Al 99,8, Al 99,7, Al 99,6, Al 99,5, Al 99,4, Al 99 şi AIE.

„Aluminiul de înaltă puritate” se obţine din aluminiul tehnic filtrat, spălat cu gaz sau

degresat, prin rafinarea electrolitică cu anod solubil în săruri topite cunoscute sub numele



de rafinare în trei straturi. Acest aluminiu conţine de la 0,05% la 0,1% impurităţi, în ţara

noastră fiind stabilizate trei mărci Al 99,99, Al 99,95 şi Al 99,90.

„Aluminiul extra pur” se obţine prin topirea zonală, distilarea halogenurilor

inferioare sau electroliza compuşilor organici ai aluminiului de înaltă puritate, gradul de

puritate putând ajunge până la 99,999995%. [22]

I.2 Proprietăţile aluminiului

I.2.1 Proprietăţi fizice

a) Caracteristici atomice: până la temperatura de topire (6600 C), aluminiul pur nu

prezintă stări alotropice. Are o reţea cristalină cubică cu feţe centrate. Prezintă un

singur izotop stabil şi 4 izotopi radioactivi. Greutatea specifică la 200C este ρ=2,7

x 10-3 kg/m3. Aceasta este variabilă uşor, în funcţie de puritate şi temperatură. [4]

b) Caracteristici electrice şi magnetice: este bun conducător termic şi electric.

Comparativ cu cuprul, aluminiul are o eficacitate mai mare. Rezistivitatea şi

conductivitatea sunt influențate de gradul de puritate, de natura impurităţilor,

gradul de deformare şi de temperatura acestuia. Aluminiul este puţin

paramagnetic, având susceptibilitate magnetică pozitivă. Aceasta este influenţată

de puritate şi temperatură.[4]

c) Caracteristici termice şi termodinamice: temperatura de topire creşte o dată cu

puritatea aluminiului. La topire, volumul creşte în funcţie de puritate. Principalele

caracteristici termice sunt: [4]

- temperatura de topire: 6600 C

- temperatura de fierbere: 24800 C

- căldura latentă de topire: 387,6 KJ/Kg

- căldura latentă de vaporizare: 10790 KJ/Kg

Aluminiul are un coeficient de dilatare liniară ridicat comparativ cu alte metale.

Acest coeficient este foarte puţin influenţat de puritate, el variind proporţional cu

temperatura.



d) Caracteristici optice şi acustice: aluminiul este reflectorizant pentru lumină şi

radiaţii termice. Aluminiul pur reflectă 90% din lumina. Puterea de reflecţie a

aluminiului este mare şi variază în funcţie de lungimea de undă a radiaţiei

incidente. În spectrul vizibil puterea de reflexie a aluminiului este depăşită de cea

a argintului.[22]

I.2.2 Proprietăţi chimice

Aluminiul are o activitate chimică ridicată. În aer liber, uscat, la temperatura

obişnuită, aluminiul se conservă foarte bine datorită reacţiei cu oxigenul din atmosferă. Se

acoperă cu un strat aderent şi compact de oxid de aluminiu, foarte rezistent şi protector

faţă de agenţii corozivi. La temperatura mediului ambiant, apa nu reacţionează cu

aluminiul. Apa sărată atacă superficial aluminiul, formând un strat complex de oxid.[22]

Reacţiile aluminiului cu diverse elemente:

- Azot: reacţia are loc la peste 6500 C, formându-se AlN care hidrolizează uşor

cu formarea de hidroxid de aluminiu şi amoniac.

- Oxigen: reacţie energetică cu formare de Al2O3, strat de oxid cu proprietăţi

izolatoare cu rezistenţă mare la temperaturi ridicate. Oxidarea devine mai

accelerată la temperaturi peste cea de topire.

- Hidrogen: nu are reacţie, în schimb hidrogenul se dizolvă în aluminiu lichid

şi în materialul solid.

- Carbon: reacţie în aer liber la 20000 C cu formare de Al4C3 care se

descompune în grafit la peste 20000 C.

- Halogeni: reacţie energică cu vaporizare fără topire.[22]

Aluminiul este rezistent la medii corozive cu valori ale pH-ului între 4 şi 6.

Elementele de aliere, în special fier şi siliciu, scad rezistenţa la coroziune.

În stare solidă metalele pot fi parţial solubile (Cu, Mg, Zn, Mn, Cr, Ni) sau practic

insolubile (Fe, Sn, Pb, Si, Sb).[22]

I.2.3 Proprietăţi mecanice

Aliajele de aluminiu au limite de curgere de la 70 la 700 N/m2. La temperaturi

scăzute, limita de curgere creşte şi, spre deosebire de oţeluri, aliajele de aluminiu nu devin



fragile. Datorită acestei proprietăţi se justifică utilizarea aliajelor de aluminiu pentru

fabricarea cisternelor pentru transportul azotului lichid (-1960 C).[4]

I.2.4 Proprietăţi tehnologice

Aluminiul se prelucrează bine prin turnare şi deformare plastică. Prin turnare se

obţin piese complexe datorită unei bune fluidităţi, a contracţiei moderate şi a

temperaturilor de turnare joase. (680 - 7300 C). prin deformare plastică se obţin profile

simple şi complexe, ţevi, table sârme folii.

Principalele procedee tehnologice de prelucrare a aluminiului şi aliajelor sale sunt:

- laminarea

- extrudarea

- tragerea

Mai poate fi prelucrat prin procedee de deformare plastică fără o încălzire

importantă, precum: matriţare, ambutisare, ştanţare.

Aluminiul şi aliajele sale se prelucrează bine în intervalul de temperatură 350 - 4500

C. nivelul temperaturii de recristalizare variază cu puritatea aluminiului, acesta fiind un

element important în stabilirea condiţiilor de deformare plastica. Astfel, pentru puritate

99,99%, temperatura de recristalizare este de 150 - 2000 C, iar pentru 99,9999% este de -

500 C. temperatura de recoacere se situează între 370 - 4000 C.

Aluminiul se sudează practic prin toate procedeele cunoscute, inclusiv prin topire.

Dificultăţi apar la sudarea aluminiului de înaltă puritate prin procedeul cu rezistenţă

electrică în puncte. Se poate lipi la 2500 C cu zinc sau aliaj de zinc cu Al, Ag, Cu, în

proporţii mici. De asemenea se poate lipi la 5000 C cu aliaj Al-Zn, după decapare în

soluţie NaOH 5% la 650 C timp de 10-60 secunde. Aliajele de aluminiu se prelucrează

bine prin aşchiere, dar aluminiul de înaltă puritate prezintă dificultăţi la prelucrare,

datorită aderării aşchiei pe tăişul sculei aşchietoare.[22]

I.3 Utilizări

Folosirea aluminiului ca material pentru construcţii mecanice şi metalice este

limitată din cauza proprietăţilor de rezistenţă scăzute. Totuşi, o serie dintre proprietăţile



aluminiului fac ca acest metal să fie deosebit de apreciat pentru o serie de aplicaţii. Astfel,

plasticitatea mare a aluminiului permite ca din el să se obţină prin deformare plastică

produse foarte subţiri ca foliile utilizate pentru ambalaje în industria alimentară;

conductibilitatea electrică mare, 65% din cea a cuprului determină ca aluminiul să fie mult

utilizat ca material pentru conductorii electrici; rezistenţă mare la coroziune permite

folosirea aluminiului în industria chimică şi alimentară. Aluminiul este utilizat pe scară

largă ca bază pentru o serie importantă de aliaje.[18]

I.4 Aliaje pe bază de aluminiu

Principalele elemente de aliere ale aluminiului sunt Cu, Mg şi Zn, la care se adăugă

Mn, Ni, Cr, Fe, alierea având ca principiu şi îmbunătăţirea caracteristicilor de rezistenţă

mecanice ale acestuia.

Cele mai răspândite şi utilizate aliaje sunt aliajele din sistemele Al-Cu, Al-Cu-Mg,

Al-Mg-Si, Al-Zn-Mg, Al-Zn-Mg-Cu, Al-Mg, Al-Mn, Al-Si.[18]

Figura I.1 Aluminiul şi principalele sale aliaje



I.5 Extragerea aluminiului prin electroliză aluminei

Alumina pură, este supusă electrolizei în mediu topit în vederea obţinerii

aluminiului.

Alumina dizolvată în criolit topită este supusă acţiunii unui curent electric continuu,

la 940-9600C, fiind descompusă în aluminiu şi oxigen - reacţia generală este:

Al2O3=2Al+3/2O2

La catod se va depune aluminiul metalic, iar la anod se degajează O2 care

reacţionează cu anodul. Principalele teorii ale electrolizei aluminiului sunt:

A) electroliza fluorurii de sodiu cu următoarele reacţii secundare

La anod: 6F+Al2O3→2AlF3+3/2O2

Sau: 12F+3O+2Al2O3→3CO2+4AlF3

Sau: 4F+C→CF4

3CF4+2Al2O3→3CO2+4AlF3

La catod: 3Na+2AlF3→Al+AlF3*3NaF

Sau 6Na+Al2O3→2Al+3Na2O

3Na2O+2AlF3→2AlF3→Al2O3+6NaF

B) electroliza fluorurii de aluminiu cu depozit primar de aluminiu la catod şi reacţia

fluorului asupra aluminei la anod

C) electroliza criolitei disociată în ionii Na+ şi AlF63- şi a aluminei parţial disociată

în ioni Al3+ şi AlO33-

D) electroliza sodei care există în stare ionizată ca urmare a reacţiei:

Al2O3+6NaF→2AlF3+6Na++3O2-

E) electroliza aluminatului de sodiu format după reacţia:

2Al2O3+AlF3*3NaF→2AlF3+3/2Al2O4Na2 [39]

I.6 Rafinarea aluminiului

Aluminiul obținut prin electroliza aluminei nu depășește puritatea de

99,5…99,85%.Al; el conține o serie de impurități metalice şi nemetalice. Pentru

eliminarea acestor impurități se practică rafinarea clorurată şi cea electrolitică. [39]



I.6.1 Rafinarea clorurată

Se urmărește îndepărtarea Mg,Na,K şi a incluziunilor nemetalice. Prin creuzetul cu

metal topit se barbotează un curent de clor care îndeplinește funcții multiple: separă

metalele respective sub formă de cloruri; degazeifică metalul dacă acesta e solubil;

antrenează suspensiile de alumină cu ajutorul clorurii de aluminiu, care rezultă în stare

gazoasă. Spre sfârșitul operației se introduce azot pentru a se raci baia şi se elimina urmele

de clor, care ar putea rămâne în topitură. [39]

I.6.2 Rafinarea electrolitică

Rafinarea se realizează în topitură de fluoruri şi este cunoscută sub denumirea de

rafinare intre straturi. Procesul se desfășoară la 850…9200C, temperatură necesară ca toate

cele trei straturi să fie în întregime topite. Pe bază celulei de electroliză se introduce

topitură de aluminiu care urmează să fie rafinată prin adaos de cupru (25…35%), acest

strat având o grosime de 60…70mm. Acest electrolit conține 60%BaCl2, 23%AlF3 şi

17%NaF. Cel de-al treilea strat este format din aluminiu rafinat în stare lichidă, care se

colectează la suprafața băii. Stratul metalic inferior formează anodul, catodul fiind

constituit de stratul superior al aluminiului rafinat. Curentul este adus prin bare metalice

incastrate în zidăria vetrei. Se lucrează cu curent continuu, de mare intensitate (până la

45000A), cu o tensiune de 6…7V şi densitate de curent de 0,5A/cm3 [39]

I.7 Comportarea la sudare a aliajelor de aluminiu

I.7.1 Influenţa elementului de aliere

a) Fierul este practic insolubil în aluminiu în stare solidă. La temperatura mediului

ambiant se dizolvă în proporţie de 0,005%, la 4000 C între 0,003 şi 0,005 %, iar la

6550 C proporţia este de 0,052%. Între aluminiu şi fier se formează un compus

chimic FeAl3 şi un eutectic cu 1,8% Fe, cu o temperatură de topire de 6550 C.

Atât eutecticul cât şi compusul FeAl3 duc la scăderea plasticităţii. Prin urmare,

fierul este un element nedorit în aluminiu si în aliajele sale datorită faptului că

înrăutăţeşte proprietăţile mecanice şi cele de turnare, formând aşa numitele faze



fragile. Este recomandată solidificarea rapidă a băii de metal, fapt ce permite

distribuirea favorabilă a fierului în structura aluminiului.

b) Siliciul formează o soluţie solidă şi un eutectic. Solubilitatea siliciului variază cu

schimbarea temperaturii, astfel că la temperatura eutecticului este 1,65%, iar la

temperatura mediului ambiant este de 0,05%. La orice exces de siliciu apare în

structura aluminiului, la solidificare, siliciu secundar care provoacă fragilitatea la

rece a metalului. Siliciul îmbunătăţeşte caracteristicile fizice şi mecanice ale

aluminiului, proprietăţile de turnare şi cele anti-corozive, dar în acelaşi timp

determină apariţia tendinţei de fisurare la cald dacă este menţinut între 0 şi 3%.

Acest fenomen este diminuat de prezenţa fierului, când aceste se află într-un

procent mai mare decât siliciu. La siliciu peste 3%, tendinţa de fisurare dispare,

iar procentul de fier trebuie redus pentru a nu înrăutăţi proprietăţile mecanice.

c) Cuprul îmbunătăţeşte rezistenţa mecanică şi prelucrarea prin aşchiere daca se

afla într-un procent de până la 5,6%. Pe de altă parte, scade proprietăţile de

turnare şi de sudare şi micşorează proprietăţile anti-corozive.

d) Magneziul are o solubilitate ridicată în aluminiu. Măreşte rezistenţa la coroziune

şi rezistenţa mecanică, dar reduce proprietăţile de sudare (formarea fisurilor,

fluiditatea). De asemenea, micşorează plasticitatea şi creşte sensibilitatea faţă de

fier şi siliciu.

e) Zincul se dizolvă în aluminiu, fiind prezent în soluţia solida α. Mărește rezistenţa

mecanică mai ales alături de magneziu, cupru, mangan, crom, argint, zirconiu,

cobalt, dar scade rezistenţa la coroziune la temperaturi înalte şi la coroziune.

f) Manganul este parţial insolubil în aluminiu, formând un compus cu 25,3% Mn,

respectiv MnAl6. Acesta înrăutăţeşte proprietăţile de turnare şi mai ales

fluiditatea, dar creşte rezistenţa la coroziune, rezistenţa mecanică şi rezistenţa la

temperaturi înalte.

g) Nichelul este elementul favorabil pentru aluminiu atât pentru proprietăţile

mecanice la temperaturi joase şi înalte, cât şi pentru rezistenţa la coroziune.

Aliajele pe bază de nichel au conductibilitate termică şi electrică mare şi pot fi



folosite în industria criogenică. Aceste elemente formează un eutectic ce conţine

6% Ni şi are o temperatură de topire de 6400 C. Solubilitatea nichelului este de

0,5% la temperatura eutecticului şi scade cu temperatura, ajungând la 0,006% Ni

la 5270 C. Poate fi menţinut în soluţie până la 15%, prin răcire rapidă.

h) Cobaltul se introduce pentru compensarea efectului negativ al fierului şi

acţionează asupra coeficientului de dilatare, îmbunătățind rezistenţa la coroziune

sub sarcină, putând fi folosit şi în mediu criogenic. Se formează un eutectic cu 1%

Co având o temperatură de topire de 657 0 C. Cobaltul este solubil în aluminiu

sub 0,02% la temperatura eutecticului, dar prin răcire rapidă se poate menţine

până la 6,5% Co în soluţie. [22]

I.8 Procedee de sudare posibil de aplicat

Cele mai cunoscute şi utilizate procedee de sudare prin topire sunt cele care

utilizează amestecuri de gaze de protecţie inerte, denumite MIG, respectiv WIG. Sudarea

MIG are ca si procedee derivate sudarea MIG cu arc pulsat si sudarea MIG-CMT (Cold

Metal Transfer). Alte procedee cu aplicaţii mai restrânse sunt sudarea cu plasmă, sudarea

cu laser, sudarea cu fascicol de electroni.

I.8.1 Sudarea WIG

Se poate realiza în curent alternativ (ca) şi în curent continuu (cc+) polaritate inversă

(mai puţin aplicată datorită uzurii intense a electrodului de wolfram), variante la care are

loc efectul de microsablare cu Ar+ a băii de metal topit care îndepărtează oxizii Al2O3 de

pe suprafaţa băii. (Atmosfera protectoare va conţine în mod obligatoriu Ar).

De asemenea aluminiul mai poate fi sudat prin procedeul WIG cu curent continuu

polaritate directă (cc-) la care nu mai are loc efectul de microsablare, deci atmosfera

protectoare nu trebuie neaparat să conţină Ar şi poate să fie numai de He. Datorită faptului

că în acest caz lipseşte efectul de microsablare, este obligatorie curăţirea perfectă a

suprafeţelor sârmelor şi pieselor de oxizii Al2O3 şi se impune lipsa oricăror impurificări cu

O2 în timpul sudării. Avantajul sudării WIG cu (cc-) în atmosfera de heliu este obţinerea

unor pătrunderi mai mari ale sudurilor.



Pătrunderea poate fi mărită şi la sudarea WIG cu c.a. , prin introducerea în argon a

unei cantităţi de 10%He, sau chiar 75%He (pentru grosimi g > 6 mm).[50]

Rosturile îmbinărilor cap la cap sudate WIG în cazul aluminiului şi aliajelor sale se

aleg în funcţie de grosimea g [mm] a componentelor.

Astfel pentru :

g=1-5 mm - rost I (r=0,25-1 mm)

g=5-8 mm - rost V (r 2 mm; c=2-3 mm, =60-70o)

g=6-12 mm - rost X simetric (r 2mm; c=2-3 mm; =60-70o)

g>12 mm - rost U (r 2 mm; c=2-3 mm)

Notaţiile elementelor rosturilor corespund standardelor româneşti şi anume:

r - deschiderea rostului;

c - înălţimea rădăcinii rostului;

- unghiul rostului.

Figura I.2 Schema de principiu a sudării WIG

Avantaje:

- calitate înaltă pentru îmbinarea sudată;

- pe sudură nu rămâne zgura;



- se poate suda in orice poziţie de sudare;

- se pot realiza rânduri de rădăcină fără defecte;

- se poate suda majoritatea materialelor sau aliajelor metalice.

Dezavantaje:

- productivitate redusa;

- necesită sudori pregătiţi si conştiincioşi;

- echipament scump.

I.8.2 Sudarea MIG cu arc pulsat

Principiul sudării în curent pulsat se bazează pe faptul că fenomenele de transfer şi

de formare a băii topite nu corespund în cazul raportării la aceeaşi unitate temporala.

Primul fenomen depinde de valoarea instant a curentului, în timp ce al doilea este

determinat de valoarea medie a curentului, practic de inerţia termică. [20]

Pe durata unui timp Tp, denumit şi timp la cald, forţele electromagnetice, care cresc

sub influenţa curentului Ip, provoacă formarea şi detaşarea unei picături de metal, cu o

viteză mare, ca în cazul transferului prin pulverizare. Pe durata timpului Tb, denumit si

timp rece, curentul Ib este prea slab pentru a avea loc un transfer, dar valoarea sa este

suficientă pentru menţinerea arcului. Valoarea medie rezultată a curentului se situează în

domeniul de reglare care determină transferul scurtcircuit cu curent constant. [20]

Situarea transferului de metal în domeniul valorilor scăzute ale curentului permite

obţinerea unui arc în permanenţă stabil, absenţa totală a stropilor, realizarea unei băi

came, cu volum redus şi depuneri de calitate. Toate acestea constituie avantajele esenţiale

ale sudării MIG în curent pulsat.



Figura I.3 Parametrii regimului de sudare [20]

Dezvoltând câteva consideraţii asupra parametrilor care definesc curentul pulsat, se

pot stabili câteva criterii de bază ale reglajelor la sudarea MIG în curent pulsat:

- curentul de puls (Ip) trebuie să aibă o valoare superioară valorii critice Ic care

defineşte domeniul de pulverizare axială. Forţele electromagnetice trebuie să aibă un rol

preponderent pentru a putea stăpâni transferul pe durata pulsurilor. În plus, o valore

ridicată a curentului de puls favorizează o rigiditate a arcului.

- durata curentului de puls (Tp), depinde de valoarea aleasă pentru curentul de puls.

Acest cuplu de valori permite definirea condiţiilor de transfer.

- curentul de bază (Ib) trebuie să fie suficient de mare pentru a se evita stingerea

arcului pe durata timpului rece. Este de preferat, însă, a se păstra o valoare destul de joasă,

pentru a se putea atinge valori scăzute ale curentului mediu de sudare.

- durata curentului de bază (Tb) se alege astfel încât să se obţină curentul mediu, a

cărui valoare să determine viteza corectă de topire a sârmei şi lungimea optimă a arcului.

Figura I.4 Domeniul optim de transfer [20]



În conformitate cu criteriile de bază de reglare prezentate, singurul parametru dificil

de regla rămâne durata optimă a curentului de puls (Tp). Pentru a exista certitudinea că

setul de parametri de puls stabilit constituie alegerea optimă, este important sa ştim

mărimile dependente de aceşti parametri şi relaţia de dependenţă, precum şi mărimile

independente faţă de forma pulsurilor.

Figura I.5 Schema de principiu a sudării MIG [43]

Avantaje:

- productivitate ridicatǎ datǎ de: vitezǎ de sudare ridicatǎ, eliminarea timpului

necesar eliminǎrii zgurii; se pot suda grosimi de 1 mm fǎrǎ a fi necesarǎ întreruperea

arcului;

- reducerea cheltuielilor prin: eliminarea pierderilor date de capetele de electrozi,

stropi şi zgurǎ; sârma de sudare este mai ieftinǎ decât electrozii înveliţi

- calitate îmbunǎtǎţitǎ prin: reducerea stropilor, aspect regulat al cordonului de

sudurǎ, tensiuni şi deformaţii reduse

- îmbunǎtǎţirea condiţiilor de muncǎ datoritǎ scǎderii emisilor de fum

- control îmbunǎtǎţit al bǎii metalice care nu este acoperitǎ de zgurǎ

- cu un singur daimetru de sârmǎ se poate suda o gama mare de grosimi (cu sârma de

0,8 mm se pot suda table de la 1 la 5 mm).

Dezavantaje:

- flexibilitate redusă, pistoletul de sudare standard are lungimi de până la 5 m;

- pot apărea defecte de legătură la începutul sudării;



- se sudează greu în condiţii de şantier deoarece procedeul este sensibil la curenţii de

aer care strică protecţia gazoasă.[1, 20]

I.8.3 Sudarea MIG-CMT

Pentru reducerea şi uneori evitarea efectelor negative ce apar la transferul clasic prin

scurtcircuit, s-au dezvoltat variante ale sudării MAG, unul dintre acestea fiind sudarea

CMT („transfer de metal rece”)

Procedeul modern de sudare CMT (Cold Metal Transfer) a fost dezvoltat pentru a

satisface cerințele tot mai stricte privind stabilitatea procesului, reproductibilitatea si

rentabilitatea din industria automobilelor. Principalele scopuri pentru care a fost dezvoltat

au fost reducerea deformatiilor, un arc electric cat mai rece, posibilitatea de a acoperi

rosturi mari si sudarea aluminiului cu otelul. Materiale de baza cu proprietati diferite, cum

sunt otelul si aluminiul, pot fi acum sudate impreuna. [37, 38]

Figura I.7 Echipament de sudare CMT robotizată [42]

Figura I.8 Echipament de sudare CMT manuală [42]

1 Sursă de putere

2 Unitate de control

3 Unitate de răcire

4 Interfaţa robotului

5 Alimentator sârmă

6 Cap de sudare

7 Zonă tampon sârmă

8 Sursă de sârmă

9 Pistolet de sudare



CMT este un proces controlat digital care permite transferul de material la un flux de

curent foarte scăzut. Materialul de baza se topește împreuna cu materialul de adaos, iar

topitura aceasta realizează o brazare. Sârma de adaos, după ce face contact cu materialul

de baza şi este încălzită, este retrasa pentru desprinderea picăturii. Retragerea precisă a

sârmei facilitează desprinderea controlata a picăturii pentru a asigura un transfer de

material fără stropi. Mișcarea sârmei are loc la o frecventa foarte ridicata si necesita un

raspuns rapid direct de la pistolet. Pentru ca sistemul de avans sarma sa poată face fata

acestor miscari rapide, pachetul de furtune al pistoletului a fost echipat cu un buffer care

compenseaza miscarea inainte si inapoi a sarmei. [38, 41]

Principiul procedeului este explicat figura I.9.

Figura I.9 Principiul de sudare CMT – Cold Metal Transfer [38]

Cele patru caracteristici esențiale ale procedeului CMT sunt:

- mișcarea sârmei controlata digital

- energia liniara scăzuta

- transfer de material fără stropi

- arc electric stabil, independent de viteza de sudare si de lungimea libera a sârmei.

Figura I.10 Reglarea lungimii arcului [41]



t1 – gaz amorsare baie metalică

t2 – curent de start

t3 – descreştere curent de sudare

t4 – curent de sudare

t5 – descreştere curent de sudare

t6 – curent final de proces

t7 – gaz protecţie baie metalică

Domeniile de aplicare ale procedeului de sudare CMT sunt: îmbinarea prin sudare

cu arc electric a otelului cu aluminiul, sudarea tablelor foarte subțiri (otel, aluminiu, CrNi)

şi lipirea MIG fără stropi. [38]

Toate materialele de baza ce se pot suda MIG/MAG convențional pot fi sudate si cu

procedeul CMT. De asemenea, orice geometrie a rostului sau poziție a pistoletului de la

sudarea MIG/MAG convenționala este posibila. [38]

I.9 Concluzii

Alierea aluminiului cu diverse elemente duce în general la îmbunătăţirea rezistenţei

mecanice, a prelucrării prin aşchiere, precum şi la creşterea rezistenţei la coroziune în

diverse medii dure (apă salină, solvenţi, carburanţi), lărgind astfel domeniile de aplicare

ale utilizării aluminului. Unul din elementele nedorite de aliere este fierul, alierea cu

acesta ducând la scăderea plasticităţii.

În ceea ce priveşte sudabilitatea aluminiului şi a aliajelor sale, se pot face unele

recomandări, şi anume:

- evitarea alegerii unor amestecuri de gaze de protecţie care conţin oxigen

- rolele de antrenare a sârmei să aibă canale în formă de „U”, cu teşituri laterale

pentru evitarea formării muchiilor tăietoare.

- alegerea corectă a materialului de adaos, care trebuie să aibă o plasticitate mai

mare în intervalul de temperaturi critic

- reducerea secţiunii transversale a rostului şi evitarea formării unor compuşi fuzibili

în cusătură.



CAPITOLUL II - OBIECTIVELE CERCETĂRII, APARATURĂ ŞI

LOGISTICĂ

II.1 Obiectivele cercetării

Cercetările realizate în cadrul prezentei lucrări au avut ca scop obţinerea unor date

concrete în ceea ce priveşte sudarea aliajului de aluminiu AlMg5 cu diferite tipuri de

sudare, păstrând în general aceleaşi condiţii de lucru şi aceiaşi parametrii ai regimului de

sudare.

O1 – analizarea materialelor folosite în industria constructoare de cisterne de

aluminiu pentru transportul combustibililor;

O2 – analizarea procedeelor de sudare aplicate aliajului de aluminiu AlMg5;

O3 – caracterizarea procedeelor de sudare aplicate pentru aliajul de aluminiu

AlMg5, stabilind parametrii ce se vor folosi în vederea efectuării experimentelor;

O4 – caracterizarea problemelor ce apar la sudarea aliajului de aluminiu AlMg5

O5 – realizarea epruvetelor şi sudarea acestora prin procedeele WIG manual, MIG

cu arc pulsat şi MIG – CMT

O6 – caracterizarea rezultatelor obţinute la sudarea WIG manual

O7 – caracterizarea rezultatelor obţinute la sudarea MIG cu arc pulsat

O8 – caracterizarea rezultatelor obţinute la sudarea MIG – CMT

O9 – caracterizarea microstructurilor îmbinărilor sudate

CAPITOLUL III – CERCETĂRI PRIVIND CARACTERIZAREA

PROCEDEELOR DE SUDARE A ALIAJULUI DE ALUMINIU AlMg5

III.1 Caracterizarea aliajului de aluminiu AlMg5, compoziţie chimică,

proprietăţi

III.1.1 Obţinerea aliajului AlMg5

Aliajele Al-Mg tehnice conţin până la între 0,5 şi 15% Mg şi au structura conform

diagramei de echilibru Al-Mg (figura III.6). Se caracterizează prin rezistenţă mecanică



apreciabilă, rezistenţă bună la coroziune, densitate mai mică faţă de celelalte aliaje,

prelucrabilitate bună prin aşchiere şi pot fi lustruite excelent [22]

Rezistenţa la coroziune este influențată de prezenţa impurităţilor de cupru, care

provoacă o coroziune generalizată, mai puţin periculoasă decât cea localizată. De

asemenea, rezistenţa la coroziune se îmbunătăţeşte în prezenţa adaosurilor de crom,

mangan, zirconiu, molibden, beriliu, siliciu, stibiu, zinc, cadmiu şi titan. [22]

Referitor la rezistenţa la oxidare, aceasta se poate îmbunătăţi prin adăugare de

beriliu care favorizează eliminarea incluziunilor nemetalice solide în timpul turnării,

protejează bine aliajul împotriva oxidării la temperaturi înalte şi asigură proprietăţi anti-

scântei. O importanţă deosebită a acestor aliaje o reprezintă rezistenţa mare la coroziune,

în special la acțiunea apei de mare şi a soluţiilor slab alcaline, rezistență care se obţine

prin utilizarea unui procent de aluminiu de peste 94,5%.

În general, rezistenţa aliajelor Al-Mg creşte prin mărirea conţinutului de magneziu,

dar scad capacitatea de deformare plastică şi sudabilitatea. Din acest motiv, procentul de

magneziu trebuie foarte bine controlat. [9]

Figura III.6 Diagrama de echilibru Al-Mg [36]

Pentru realizarea experimentelor din prezenta lucrare, s-a folosit un aliaj de aluminiu

cu următoarea compoziție chimica:



Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Altele Al0,4 0,4 0,1

93,25

0,150,150,250,14,70,5 0

20

40

60

80

100

Figura III.7 Diagrama compoziţiei chimice a aliajului de aluminiu AlMg5

Conform acestei diagrame chimice, aliajul se situează in clasa 5083, fiind un aliaj pe

baza de magneziu, respectiv AlMg5.

III.1.3 Proprietăţile aliajului AlMg5

În tabelul III.2 sunt redate proprietăţile mecanice ale aliajului AlMg5

Tabelul III.2: Proprietăți mecanice ale aliajului AlMg5

Rm [N/mm2] Rp 0,2 [N/mm2] A [%] T [°C] topire

145-317 55-228 6-24 560 - 635

III.3 Metodologia de lucru în vederea caracterizării procedeelor de sudare

folosite la obţinerea îmbinărilor sudate ale aliajului de aluminiu AlMg5

III.3.1 Analiza macroscopică

Analiza macroscopică constă din examinarea cu ochiul liber, cu lupa sau

stereomicroscopul (mărire maximă 50x), a aspectului exterior al pieselor sau al unei

suprafeţe special pregătite. Examinarea macroscopică trebuie să constituie prima etapă a

unei analize metalografice. Ea cere un minim de pregătire şi dă informaţii privind natura

materialului, particularităţile structurii deturnare, caracterul şi calitatea prelucrării

ulterioare ce conferă forma şi proprietăţile finale (deformare plastică, aşchiere, sudare,



tratamente termice sau termochimice, etc.), caracterul ruperii şi cauzele acesteia. Totodată

analiza macroscopică permite alegerea zonelor din piesa studiată, care trebuie ulterior

supusă unei analize microscopice mai amănunţite.

III.3.2 Analiza microscopică

Analiza microscopică (micros = mic) este o metoda de cercetare a structurii

metalelor şi aliajelor cu ajutorul microscopului optic sau electronic la măriri de peste 50

de ori, pe probe pregătite special.

Analiza microscopică dă indicaţii asupra:

- compoziţiei chimice şi structurale, adică asupra aspectului general al

microstructurii, determinând forma, mărimea şi repartizarea constituenţilor

metalografici

- caracteristicilor fizico-mecanice

- tratamentelor termice, termochimice si mecanice efectuate anterior asupra

materialelor metalice examinate

- diferitelor defecte provenite din elaborarea, prelucrarea prin deformare plastica sau

tratamentelor termice şi termochimice.

Studierea structurii metalelor si aliajelor la microscopul metalografic reprezintă,

împreuna cu analiza chimica si determinarea proprietăţilor fizico-mecanice, o metoda de

cercetare de baza a materialelor metalice. Ea permite punerea in evidenta a structurii

microscopice a materialelor metalice respective, a constituenţilor metalografici (natura,

forma, dimensiunile, distribuţia, etc.) si modul de asociere a grăunţilor cristalini ai fazelor

constitutive.

Pentru examinarea la microscop a unei probe metalografice este necesar ca aceasta

sa fie şlefuita, lustruita si atacata cu reactivi chimici in scopul evidenţierii constituenţilor

săi structurali.

Studierea structurii metalografice este importanta deoarece ea da indicaţii asupra

modului de elaborare, asupra tratamentelor termice, mecanice si termochimice, punându-

se in evidenta si defecte invizibile cu ochiul liber ( microporozităţi, incluziuni nemetalice,

etc.).



III.3.3 Realizarea epruvetelor

S-a realizat un număr de 12 epruvete (câte 4 pentru fiecare procedeu de sudare),

având forma şi dimensiunile după cum se poate observa in figura III.8: lungime: 150 mm,

lăţime: 30 mm, înălțime 12 mm, unghi de deschidere: 600, distanta de la baza până la rost:

2 mm.

Figura III.8 Dimensiunile rostului de sudare

În cadrul experimentelor s-a folosit sârma de AlMg5, având un diametru 1,2 mm,

din clasa 5183. Compoziţia chimică este prezentată în diagrama din figura III.9:

Si Cu Mn Mg Cr Ti Altele Al

0 00,7

4,85

0,18 000

0

1

2

3

4

5

Figura III.9 Diagrama compoziţiei chimice a sârmei de sudare AlMg5

Din diagramele de echilibru ale aluminiului cu elementele din compoziţia chimică a

aliajului şi a materialului de adaos utilizate, rezultă valorile privind solubilitatea maximă

din tabelul III.2:

2 mm

12 mm

600

30 mm



Tabelul III.3: Solubilitatea maximă:

Elementul de aliere Temperatura

[0C]

Solubilitate maximă

[%] Constituent

Cu 200 0,1 Al2Cu

Cr 300 0 AlCr

Fe 300 0 AlFe3

Mg 100 1 Al3Mg2

Mn 600 1 Al6Mn

Ti 700 0 Al3Ti

Zn 100 4 intră în soluţie


procedeul WIG manual

Operațiile pregătitoare au fost următoarele:

- sudarea a 4 epruvete prin procedeul WIG manual, în condiţiile parametrilor din

tabelul III.3

- debitarea epruvetelor sudate la dimensiunile din figura III.8

- rectificarea secțiunii transversale

- șlefuirea secțiunii transversale a epruvetelor cu hârtie abrazivă având următoarele

granulații: 300, 400, 600, 800, 1000, 1500 şi 2000

- realizarea unui luciu metalic prin lustruire pe pâsla cu ajutorul suspensiei de

alumina (Al2O3)

- atacarea probelor timp de 15 secunde cu o soluţie de atac pe bază de acid

fluorhidric in vederea cercetării microscopice. Soluţia de atac a avut următoarea

compoziţie: 0,5 ml Acid Fluorhidric, 1,5 ml HCl, 2,5 ml HNO3, 95,5ml apă.



III.4.1 Stabilirea parametrilor regimului de lucru pentru sudarea WIG manual

Principalii parametri de sudare WIG care trebuie stabiliţi sunt următorii:

a. Natura şi polaritatea curentului de sudare

La sudarea WIG în curent continuu cu polaritate inversă (DC+) ionii grei de argon

bombardează componentele de sudat şi electronii uşori şi rapizi bombardează electrodul

nefuzibil. Microsablarea metalelor de bază acoperite cu oxizi greu fuzibili înlătură

operaţia de curăţare a componentelor înainte de sudare. Bombardamentul cu electroni

uşori provoacă încălzirea suplimentară a electrodului nefuzibil şi deci uzura să prematură.

Acest fenomen este evitat prin micşorarea curentului de sudare sau mărind diametrul

electrodului.[23]

În cazul sudării WIG în curent continuu cu polaritate directă (DC-) nu se produce

nici microsablarea şi nici încălzirea suplimentară a electrodului nefuzibil. Se poate suda

cu un curent de sudare mai mare sau cu un diametru de electrod mai mic. La sudarea WIG

în curent alternativ arcul electric este mai puţin stabil. Datorită acestui fapt se ridică

tensiunea de sudare la (100...450) V şi se introduc curenţi de înaltă frecvenţă pentru a

ioniza suplimentar spaţiul arcului electric. Se folosesc curenţi de sudare cu 25 % mai mari

decât în cazul sudării (DC+). [23]

b. Diametrul electrodului de wolfram (de)

Se determină în funcţie de grosimea componentelor de sudat:

de - 0,024 x S2 + 0,769 x S + 0,242 (mm)

Unde S este grosimea componentelor de sudat, în mm.

Relaţia este valabilă pentru 1 S 15 mm. Se va alege cea mai apropiată valoare

standardizată a diametrului electrozilor de valoarea calculată (de1,0; 1,2; 1,6; 2,4; 3,2;

4,8; 6,3; 9,5; 12,7 mm).

Pregătirea electrodului nefuzibil pentru sudarea WIG diferă după natura şi

polaritatea curentului de sudare. Bilanţul termic al căldurii produse în arcul electric este

următorul:

- AC - căldura se împarte egal între componentele de sudat şi electrodul nefuzibil;



- DC+ - 1/3 din căldură merge la componentele de sudat şi 2/3 la electrodul

nefuzibil;

- DC- - 2/3 din căldură merge la componentele de sudat şi 1/3 la electrodul nefuzibil.

c. Intensitatea curentului de sudare (IS)

Se stabileşte în funcţie de de şi de natura și polaritatea curentului de sudare, astfel:

(DC+): IS = 14 x de -5 (A)

(DC-): IS = 92 x de -42 (A)

(AC): IS = 67 x de -37 (A)

d. Diametrul sârmei electrod (dS)

Se stabileşte funcţie de de.

Corelaţia între diametrul electrodului de wolfram de şi diametrul sârmei dS

de, mm 1,0 1,6 2,4 3,2 4,8 6,3

dS, mm 1,5...2,0 2,0...2,5 2,0...3,0 2,0...3,0 3,0...5,0 5,0...6,0

e. Tensiunea arcului (Ua)

Se stabileşte funcţie de intensitatea curentului de sudare cu relaţia:

Ua = 10+0,04 x Is (V)

f. Debitul de gaz protector (DG)

Se stabileşte tot în funcţie de diametrul electrodului de wolfram.

Corelaţia între diametrul electrodului de wolfram şi debitul de gaz protector (Ar)

de, mm 1,0 1,6 2,4 3,2 4,8 6,3

DG,

l/min 4,0...6,0 4,0...6,0 5,0...7,0 6,0...9,0 7,0...10,0 10,0...12

În cazul folosirii heliului drept gaz protector, valorile din tabel se majorează cu

100%.



g. Viteza de sudare (vS)

Se determină în cazul când se utilizează material de adaos cu relaţia:

100

6

D

t

AVs

F

(cm/min)

În care AD este rata depunerii calculată cu relaţia:

AD = 0,192 x 10-2 x IS + 0,148 (kg/oră)

Ft - Secţiunea unei treceri, în cm2;

- Densitatea metalului depus, în g/cm2.[23]

Tabelul III.4. Parametrii regimului de sudare pentru probele sudate WIG manual

Proba

Intensitatea

curentului

[A]

Tensiune

[V]

Diametru

sârmă

[mm]

Gaz de

protecţie

Viteza de

avans a

sârmei

[m/min]

Debitul de

gaz

[l/min]

A1 90 18 1,2 Argon Manual 15




Figura III.10 Pregătirea epruvetelor în vederea efectuării experimentelor



Figura III.11 Epruvetă parţial curăţată

Figura III.12 Se observă diferenţa de aspect la proba B care este curăţată


Figura III.13 Pregătirea probelor în vederea analizei macroscopice.

Figura III.14 Epruvetă sudată WIG manual

Se observa:

- pori

- coerenţă destul de slabă intre

MB şi MA

III.4.3 Analiza microscopică a probelor sudate WIG manual

La analiza microscopică a cordoanelor de sudură s-a folosit microscopul Nikon

Eclipse MA100, prezentat în figura III.15 şi descris în capitolul II.



Figura III.15 Microscop NIKON Eclipse MA 100 []

Specificaţiile microscopului:

Sistem optic: CFI 60 / CFI 60-2

Metodă de observare: polarizare simpla în câmp luminos.

Mișcarea obiectiv: verticală, focalizare grosieră / fină coaxial.

Cursa focală: 8,5 mm grosier 37,7 mm/rotaţie

Port-obiectiv: cvintuplu

Tabelul III.5. Microstructura probei A1, sudată cu procedeul WIG manual

Figura III.16 Microstructura A1 WIG 50x

Se observa:

- incluziuni de gaze datorate hidrogenului

Se observa:


- Al3Mg2

- soluţii solide de 2 compuşi chimici: AlFe3

şi Al6Mn





Se observa:


- Al3Mg2


şi Al6Mn

III.4.4 Determinări ale microdurităţilor

S-au efectuat determinări ale durităților pe un durimetru Vickers FM 700 din figura

III.28 cu următoarele specificaţii:

Încărcătura standard: 98,07 – 9807 mN; 10 – 1000 g

Mărire pentru măsurarea X400 (obiectiv 40 x ocular 10)

Max. măsurat lungimea de 200 microni

Min. unitate de măsură 0.1 microni

Figura III.28 Microdurimetru Vickers FM700

S-a realizat o amprentare prin presarea unei greutăţi de 1 kg timp de 20 de secunde.

S-au efectuat un număr de 5 amprente în fiecare dintre cele 3 zone ale sudurii: materialul

de bază, zona influențată termic şi materialul depus, aşa cum este reprezentat în figura 38.



Figura III.29 Zonele de amprentare la determinarea durităţii

În tabelul III.9. sunt prezentate rezultatele obţinute la determinarea durităţilor pentru

fiecare epruvetă în parte, in fiecare zonă amprentată.

Tabelul III.9. Rezultatele durităților pentru sudarea WIG

Duritate în MB Duritate în ZIT Duritate în MD

Proba A1 70,5 76 77,7

(Is = 90A) 70,9 76,3 76,5

70,3 75,8 73,8

72,1 76,9 75,4

70,9 74,9 78,6

70,94 75,98 76,4

Proba A2 69,9 76,9 79,6

(Is = 100A) 70,6 78,4 77,1

71,8 75,8 74,2

71,5 79,8 73,2

70,3 77,3 75,2

70,82 77,64 75,86

Proba A3 70,5 76,3 73,8

(Is = 110A) 71,6 72,3 72,4

72,1 73,4 75,9

MD

ZIT

MB



72,8 74,5 74,2

70,9 75,6 73,1

71,58 74,42 73,88

Proba A4 68,8 78,4 72,3

(Is = 120A) 70,1 72,3 74,2

72,3 75,9 73,8

74,1 79,8 75,9

70 73,8 75,8

71,06 76,04 74,4

Pentru o evidenţiere a rezultatelor obţinute, am reprezentat grafic datele din tabelul

III.9, rezultând diagrama din figura III.30.

Duritatea la sudarea WIG

66

68

70

72

74

76

78

80

90 100 110 120

Intensitatea curentului de sudare

Mic

rod

uri

tate

a H

V10

MB

ZIT

MD

Figura III.30 Diagrama durităţilor pentru sudarea WIG manual



Concluzii

În urma analizei microscopice se observă incluziuni de gaze datorate hidrogenului,

precum şi soluţii solide de 2 compuşi chimici: AlFe3 şi Al6Mn. Hidrogenul determină

apariţia porilor în cusătură.

Din diagrama durităţilor se poate observa că la o intensitate a curentului de sudare

de 100 A, avem o creştere a durităţii atât în ZIT cât şi în materialul depus, concluzia fiind

că pentru acest procedeul de sudare se recomanda intensităţi care nu depăşesc 100A.


procedeul MIG cu arc pulsat


- sudarea epruvetelor prin procedeul MIG cu arc pulsat, în condiţiile parametrilor din

tabelul III.9.




granulații: 300, 400, 600, 800, 1000, 1500 şi 2000

- realizarea unui luciu metalic prin lustruire pe pâsla cu ajutorul suspensiei de alumina

(Al2O3)

- atacarea probelor timp de 15 secunde cu o soluţie de atac pe bază de acid fluorhidric in

vederea cercetării microscopice. Soluţia de atac a avut următoarea compoziţie: 0,5 ml

Acid Fluorhidric, 1,5 ml HCl, 2,5 ml HNO3, 95,5ml apă.

III.5.1 Stabilirea parametrilor regimului de lucru pentru sudarea MIG cu arc pulsat

Principalii parametri ai curentului pulsat sunt:

- curentul de puls Ip;

- curentul de bază Ib;

- timpul de puls tp;

- timpul de bază tb;

- frecvenţa pulsurilor f;



- durata ciclului de puls tc;

- curentul mediu de sudare Im;

- curentul critic (de tranziţie ) Itr;

- curentul efectiv Ief;

a. Curentul de puls I

Are valoare mai mare decât valoarea curentului critic sau de tranziţie Itr, pentru a

asigura transferul prin pulverizare a picăturii de metal topit. Sub influenţa curentului de

puls Ip de valori ridicate are loc topirea vârfului sârmei electrod şi sub acţiunea forţelor

electromagnetice „pinch” de valori mari Fp = I2/2 are loc detaşarea picăturii de metal la

dimensiuni mici, asemănător transferului prin pulverizare. Totodată valoarea ridicată a

curentului de puls Ip măreşte stabilitatea arcului electric. Deci, din aceste puncte de

vedere, este de dorit ca valoarea curentului de puls să fie cât mai mare.

b. Curentul de bază Ib.

Asigură stabilitatea arcului electric în perioada timpului de bază, evitând stingerea

acestuia. Curentul de bază are o valoare prea mică pentru a determina o topire

semnificativă a sârmei electrod, respectiv un transfer al picăturii. În acest timp se produce

totuşi o încălzire prin efect Joule – Lenz a capătului liber a sârmei electrod favorabilă

topirii mai uşoare a sârmei în timpul de puls. Se recomandă să se menţină la o valoare cât

mai redusă pentru a obţine un curent mediu la valori scăzute, esenţa sudării în curent

pulsat.

c. Timpul de puls tp.

Depinde de valoarea curentului de puls Ip, fiind o funcţie de acesta. Cuplul de valori

(Ip, tp) defineşte condiţiile de transfer. Reglarea optimă a celor două valori determină

detaşarea unei singure picături pe puls. Acest caz particular al sudării MIG/MAG în curent

pulsat caracterizat prin transferul unei singure picături pe puls poartă denumirea de

„sudare sinergică“ şi constituie optimul reglării parametrilor tehnologici de sudare.

În literatura de specialitate sunt prezentate corelaţii între curentul de puls Ip şi timpul

de puls tp pentru asigurarea unui transfer optim.

Aceste corelaţii sunt de forma :



Inp x tp = D

unde, n şi D sunt constante ce depind în mod esenţial de natura metalului de bază, de

diametrul sârmei şi de gazul de protecţie.

d. Timpul de bază tb.

Se reglează astfel încât să se obţină curentul mediu de sudare, a cărui valoare

determină topirea optimă şi lungimea adecvată a arcului electric. Este o rezultantă a

frecvenţei pulsurilor în condiţiile în care timpul de puls este constant.

e. Frecvenţa pulsurilor f.

Frecvenţa pulsurilor depinde în principal de viteza de avans a sârmei fiind o funcţie

direct proporţională cu aceasta. Practic în cazul instalaţiilor sinergice de sudare în curent

pulsat reglarea frecvenţei pulsurilor se face automat o dată cu modificarea vitezei de avans

a sârmei de către microprocesor prin funcţia care leagă cele două mărimi. Frecvenţa

pulsurilor mai depinde de diametrul sârmei electrod, gazul de protecţie, lungimea

capătului liber, lungimea arcului.

f. Curentul mediu de sudare Im

Determină puterea (energia) arcului electric, respectiv cantitatea de căldură

introdusă în componente. Corespunde curentului de sudare impus din punct de vedere

tehnologic pentru realizarea îmbinării sudate în condiţiile de execuţie şi calitate cerute.

Este echivalent din punct de vedere energetic cu valoarea curentului de sudare constant

corespunzător sudării MIG/MAG clasice.

Pentru calculul curentului mediu Im se foloseşte relaţia:

( )

1 1unde : f

p p b b

m p p b b

c

c p b

I t I tI f I t I t

t

t t t

g. Curentul critic sau de tranziţie Itr.



Corespunde unei valori minime a curentului de puls pentru care se poate realiza

transferul prin pulverizare a metalului topit, valoare care asigură o forţă electromagnetică

pinch de valori ridicate. Valoarea curentului critic Itr depinde în principal de materialul

sârmei electrod, de gazul de protecţie, respectiv de diametrul sârmei.

h. Curentul efectiv de sudare Ief.

Reprezintă un curent continuu echivalent curentului pulsat care produce acelaşi efect

Joule – Lenz la trecerea printr-o rezistenţă. Pentru calculul lui se foloseşte relaţia:

2

0

1t

efI l dtt

Tabelul III.10. Parametrii regimului de sudare pentru probele sudate MIG cu arc pulsat

Proba

Intensitatea

curentului

[A]

Intensitatea

curentului

de puls

[A]

Tensiune

[V]

Diametru

sârmă

[mm]

Gaz de

protecţie

Viteza

de avans

a sârmei

[m/min]

Debitul

de gaz

[l/min]

B1 100 50 18 1,2 Argon 5,5 15

B2 110 55 18 1,2 Argon 5,5 15

B3 120 60 18 1,2 Argon 5,5 15

B4 130 65 18 1,2 Argon 5,5 15





Figura III.32 Epruvetă sudată MIG cu arc

pulsat

Se observa:

- pori

- coerenţă destul de bună intre MB şi

MA

III.5.3 Analiza microscopică a probelor sudate MIG cu arc pulsat

La analiza microscopică a cordoanelor de sudură s-a folosit microscopul Nikon Eclipse

MA100.

Tabelul III.11. Microstructura probei B1, sudată cu procedeul MIG cu arc pulsat

Figura III.33 Microstructura B1 MIG

50x

Se observa:





200x

Se observa:


- Al3Mg2

- soluţii solide de 2 compuşi chimici: AlFe3 şi

Al6Mn


500x

Se observa:


- Al3Mg2

- soluţii solide de 2 compuşi chimici: AlFe3 şi

Al6Mn


S-au efectuat determinări ale durităților pe un durimetru Vickers FM 700 din figura III.28

cu următoarele specificaţii:





S-a realizat o amprentare prin presarea unei greutăţi de 1 kg timp de 20 de secunde. S-au

efectuat un număr de 5 amprente în fiecare dintre cele 3 zone ale sudurii: materialul de

bază, zona influențată termic şi materialul depus, aşa cum este reprezentat în figura III.45.




În tabelul III.15 sunt prezentate rezultatele obţinute la determinarea durităţilor pentru


Tabelul III.15: Rezultatele durităților pentru sudarea MIG cu arc pulsat


Proba B1 71,2 75,8 77,9

(Is = 90A) 71,3 76 75,6

69,8 74,9 74,2

71,2 75,8 75,1

70,9 74,9 77,6

70,88 75,48 76,08

Proba B2 68,8 75,8 78,5

(Is = 100A) 69,5 77,5 76,3

70,7 76,7 74,3

70,3 78,8 73,1

71,1 78,2 76,4

70,08 77,4 75,72

Proba B3 71,1 75,8 74,2

(Is = 110A) 70,8 72,9 73,2

70,9 73,9 76

72,3 74,8 75

71,4 76,4 73,6

MD

ZIT

MB



71,3 74,76 74,4

Proba B4 68,9 78,8 73,6

(Is = 120A) 71,2 73,5 74,5

73,2 76 72,9

71,4 78,8 76

71,5 74,9 75,9

71,24 76,4 74,58

Pentru o evidenţiere a rezultatelor obţinute, am reprezentat grafic datele din tabelul III.14,

rezultând diagrama din figura III.46.

Duritatea la sudarea MIG cu arc pulsat

66

68

70

72

74

76

78

90 100 110 120


Mic

rod

uri

tate

a H

V10

MB

ZIT

MD

Figura III.46 Diagrama durităţilor pentru sudarea MIG cu arc pulsat



Concluzii

Apar incluziuni de cupru, respectiv un eutectic ternar format din Al2Cu. Se pot

observa şi formațiuni de Al3Mg2.

Din diagrama durităţilor se poate observa că la o intensitate a curentului de sudare

de 100 A, avem o creştere a durităţii atât în ZIT cât şi în materialul depus, concluzia fiind

că pentru sudarea MIG cu arc pulsat se recomandă folosirea intensităţii de 100 A.


procedeul MIG – CMT


- sudarea epruvetelor prin procedeul CMT, în condiţiile parametrilor din tabelul III.16




granulații: 300, 400, 600, 800, 1000, 1500 şi 2000

- realizarea unui luciu metalic prin lustruire pe pâsla cu ajutorul suspensiei de alumina

(Al2O3)

- atacarea probelor timp de 15 secunde cu o soluţie de atac pe bază de acid fluorhidric in

vederea cercetării microscopice. Soluţia de atac a avut următoarea compoziţie: 0,5 ml

Acid Fluorhidric, 1,5 ml HCl, 2,5 ml HNO3, 95,5ml apă.

Tabelul III.16. Parametrii regimului de sudare pentru probele sudate WIG manual

Proba

Intensitatea

curentului

[A]

Tensiune

[V]

Diametru

sârmă

[mm]

Gaz de

protecţie

Viteza de

avans a

sârmei

[m/min]

Debitul de

gaz

[l/min]

C1 90 18 1,2 Argon 5,5 15

C2 100 18 1,2 Argon 5,5 15

C3 110 18 1,2 Argon 5,5 15

C4 120 18 1,2 Argon 5,5 15





Figura III.48 Epruvetă sudată MIG cu arc

pulsat

Se observa:

- coerenţă bună intre MB şi MA

III.6.2 Analiza microscopică a probelor sudate MIG cu arc pulsat

La analiza microscopică a cordoanelor de sudură s-a folosit microscopul Nikon Eclipse

MA100.

Tabelul III.17. Microstructura probei C1, sudată cu procedeul CMT

Figura III.49 Microstructura C1 CMT 50x

Se observa:





Se observa:


- Al3Mg2


şi Al6Mn


Se observa:


- Al3Mg2


şi Al6Mn


S-au efectuat determinări ale durităților pe un durimetru Vickers FM 700 din figura III.28

cu următoarele specificaţii:





S-a realizat o amprentare prin presarea unei greutăţi de 1 kg timp de 20 de secunde. S-au

efectuat un număr de 5 amprente în fiecare dintre cele 3 zone ale sudurii: materialul de

bază, zona influențată termic şi materialul depus, aşa cum este reprezentat în figura III.61.




În tabelul III.21 sunt prezentate rezultatele obţinute la determinarea durităţilor pentru


Tabelul III.21: Rezultatele durităților pentru sudarea CMT


Proba C1 72,1 76 76,8

(Is = 90A) 72,3 76,2 74,5

70,8 73,2 75,6

70,2 72,1 76,1

72,9 73,9 76,2

71,66 74,28 75,84

Proba C2 70,8 74,8 77,3

(Is = 100A) 70,5 75,6 75,4

69,7 75,3 77,2

71,2 77,8 74,1

72,6 76,9 75,8

70,96 76,08 75,96

Proba C3 70,2 74,6 75,3

(Is = 110A) 69,8 74,5 74,2

71 76,8 75

72,5 77,3 74,8

72,1 76,7 75,9

MD

ZIT

MB



71,12 75,98 75,04

Proba C4 69,9 76 74,8

(Is = 120A) 70,3 74,6 74,7

73,3 76,5 73,9

72,1 75,3 75,8

70,1 74,9 76,1

71,14 75,46 75,06

Pentru o evidenţiere a rezultatelor obţinute, am reprezentat grafic datele din tabelul III.20,

rezultând diagrama din figura III.62.

Duritatea la sudarea CMT

68

69

70

71

72

73

74

75

76

77

90 100 110 120


Mic

rod

uri

tate

a H

V10

MB

ZIT

MD

Figura III.62 Diagrama durităţilor pentru sudarea CMT

Concluzii

Apar incluziuni de cupru, respectiv un eutectic ternar format din Al2Cu. Se pot

observa şi formațiuni de Al3Mg2.



Din diagrama durităţilor se poate observa că la intensităţi ale curentului de sudare

cuprinse între 100 şi 120 A, avem o creştere a durităţii atât în ZIT cât şi în materialul

depus, concluzia fiind că se recomandă folosirea unui curent de sudare situat ăntre aceste

valori..

III.7 Studiu asupra concentraţiilor de microparticule ce apar in timpul

proceselor de sudare a aliajelor de aluminiu AlMg5

Un rol important la poluarea mediului îl au şi microparticulele din atmosferă care

apar în timpul proceselor de sudare. Pe lângă efectele nocive asupra mediului

înconjurător, datorate procedeelor de sudare care se aplică la execuţia diferitelor produse

în afara incintelor de producţie (de exemplu: construcţia de nave, de poduri sudate, de

cisterne transportoare de combustibil şi rezervoare de stocare a petrolului etc.),

microparticulele afectează şi sănătatea sudorului, în lipsa unei ventilaţii corespunzătoare a

zonei de lucru.

De multe ori, au fost situaţii în care o serie de microparticulele nocive, nu au putut fi

determinate din cauza lipsei unor metode capabile să le depisteze.

Metodele de evacuare a microparticulele apărute la sudare sunt destul de uşor de

realizat, dar necesită şi investiţii în aparatură de control.

Se cunoaşte faptul că noxele se clasifică în trei categorii: solide, gazoase şi radiative.

Efectul acestora asupra oamenilor care lucrează direct sau în apropierea zonei de

sudare se cunosc doar parţial, drept pentru care s-au şi introdus de măsuri de protecţie a

sudorului la locul de muncă.

Astfel echipamentul de protecţie s-a dezvoltat, îmbunătăţit şi perfecţionat continuu

prin utilizarea de materiale protectoare de calitate superioară şi performantă.

Procedeele de lucru au fost următoarele:

- pregătirea epruvetelor in vederea sudarii, respectiv curăţarea mecanica a

suprafețelor si înlăturarea peliculei de oxid de aluminiu.

- sudarea propriu-zisa cu trei procedee (WIG manual, MIG cu arc pulsat şi CMT)



- înregistrarea microparticulelor din atmosferă in timpul procedeelor de sudare cu

ajutorul unui echipament specializat “MicroDustPro” produs de firma Casella

- generarea graficelor si prelucrarea datelor

- interpretarea rezultatelor obținute.

Aparatul MicroDustPro poate măsura particule cu dimensiuni de la 1μgm3 până la

2500mgm3, utilizând o lumină infraroşie cu lungimea de unde de 880 nm. Lumina este

proiectata în atmosferă prin intermediul unui senzor, intrând astfel în contact cu

particulele. Particulele din atmosferă deviază lumina cu un grad de deviere proporţional

cu cantitatea acestora aflate în suspensie. Un foto-detector măsoară cantitatea de

microparticule din atmosferă. []

Figura III.63 MICRODUST PRO Casella Cell dispozitiv de măsurare a microparticulelor

În timpul proceselor de sudare s-au efectuat măsurători cu aparatul poziţionat la

aproximativ 1 m de epruveta sudata, în dreptul capului sudorului pentru a putea evidenţia

cantitativ microparticulele din atmosferă ce ar putea fi inhalate de către acesta.



Măsurătorile au fost înregistrate timp de 75-90 secunde, în funcţie de procedeul de

sudare, respectiv pentru WIG manual timpul a fost de 75 secunde, iar pentru MIG cu arc

pulsat şi CMT timpul de măsurare a fost de 90 de secunde.

CAPITOLUL IV – CONCLUZII GENERALE

Alierea aluminiului cu diverse elemente duce în general la îmbunătăţirea rezistenţei

mecanice, a prelucrării prin aşchiere, precum şi la creşterea rezistenţei la coroziune în

diverse medii dure (apă salină, solvenţi, carburanţi), lărgind astfel domeniile de aplicare

ale utilizării aluminului. Unul din elementele nedorite de aliere este fierul, alierea cu

acesta ducând la scăderea plasticităţii.

În ceea ce priveşte sudabilitatea aluminiului şi a aliajelor sale, se pot face unele

recomandări, şi anume:

- evitarea alegerii unor amestecuri de gaze de protecţie care conţin oxigen

- rolele de antrenare a sârmei să aibă canale în formă de „U”, cu teşituri laterale

pentru evitarea formării muchiilor tăietoare.

- alegerea corectă a materialului de adaos, care trebuie să aibă o plasticitate mai

mare în intervalul de temperaturi critic

- reducerea secţiunii transversale a rostului şi evitarea formării unor compuşi fuzibili

în cusătură.

În urma analizelor microscopice, se pot observa câteva elemente nedorite apărute în

urma diferitelor procedee de sudare, respectiv:

La sudarea WIG, se observă incluziuni de gaze datorate hidrogenului, precum şi

soluţii solide de 2 compuşi chimici: AlFe3 şi Al6Mn. Hidrogenul determină apariţia porilor

în cusătură.

La sudarea CMT şi MIG cu arc pulsat, apar incluziuni de cupru, respectiv un

eutectic ternar format din Al2Cu. Se pot observa şi formațiuni de Al3Mg2.

După cum se poate observa in graficele generate, nivelul microparticulelor din

atmosferă in cazul sudarii CMT nu depășește 16 mg/m3. Cota maxim admisibilă este de 5



mg/m3. Se observă că în intervalul cuprins între secundele 40 şi 70, acest prag maxim

admisibil este depășit doar de 4 ori, dar cu valori maxime destul de scăzute.

La măsurătorile efectuate la sudarea MIG cu arc pulsat, nivelul maxim atins este în

jurul valorii de 32 mg/m3. Depăşirile pragului maxim admis se situează la valori mult mai

mari comparativ cu sudarea CMT.

La sudarea WIG manual se observă un nivel maxim de 35 mg/m3. Pragul maxim

admis de 5 mg/m3. Este depăşit în mod constant pe aproape întreaga durată a procesului

de sudare, sudorul fiind expus unui pericol mare de inhalare a microparticulelor.

Concluziile acestui studiu experimental duc la faptul că sudarea CMT este una din

cele mai puţin nocive pentru sudor, comparativ cu celelalte două procedee, iar sudarea

WIG manual prezintă riscuri ridicate asupra sănătăţii sudorului.

BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ

1. Burcă M., Negoiţescu S., - Sudarea MIG/MAG, Ediţia a II-a, Editura Sudura,

Timişoara 2004

2. Gâdea F.C., Machedon – Pisu T., Zaharia A., - “Cercetări privind tăierea

termică cu plasmă a materialelor metalice”, în cadrul Conferinţei ASR Bucureşti

17-19 aprilie 2013 ISSN 1843 –4738

3. Geru N. şi col – Materiale metalice, structură, proprietăţi, utilizări, Editura

Tehnică Bucureşti, 1985

4. Gheorghe C., Ştefănescu M., - Îndreptar de metale, obţinere, proprietăţi, utilizări,

Editura Tehnică, Bucureşti, 1997

5. Gonser M. J., Lippold J. C., Dickinson D. W., Sowards J. W., Ramirez A.J., -

Characterization of Welding Fume Generated by High-Mn Consumables,

Suppliment To The Welding Journal, February 2010

6. Gronbeck I., Larsson H., - Welding consumables for aluminium alloys,

Svetsaren, Vol. 50, nr.3/1995



7. Herb C., - Pulsed MIG Improves Aluminum Welding Performance, Fabricating

Metalworking, februarie 2008

8. Ienciu M., Moldovan P., Panait N., Buzatu M. – Elaborarea şi turnarea aliajelor

neferoase speciale, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1985

9. Kciuk M, - The structure, mechanical properties and corrosion resistance of

aluminium AlMg1Si1 alloy, Journal of Achievements in Materials and

Manufacturing Engineering 16 (2006) 51-56.

10. Kulekci M.K., Kaluç E., Şık A, Basturk O., - Experimental comparison of MIG

and friction stir welding processes for EN AW-6061-T6 (Al Mg1Si Cu)

aluminium alloy, The Arabian Journal for Science and Engineering, Volume 35,

Number 1B / 2010

11. Machedon – Pisu T, - „Sudare Prin Topire”, Editura Lux-Libris, Brasov, 2010.

12. Matusiak J. - Low heat input MIG welding of aluminium alloys from the aspect

of reduction of pollutants emission. Biuletyn Instytutu Spawalnictwa,2009, 53

(3), pp. 56-64.

13. Matusiak J, Wyciślik J - Analysis of influence of material-technological

conditions of alternating polarity MIG welding of aluminium alloys on welding

fumes emission, Biuletyn Instytutu Spawalnictwa nr. 4/2013

14. Mohordea T., Mohordea S. - Studiu privind comportarea la sudarea WIG a

aliajelor de aluminiu de tipul Al-Si, turnate în piese cu pereţi subţiri, revista

Sudura 1 / 2010

15. Muncuţ E. S., – Studiu comparativ al procedeelor de îmbinare cu energie liniară

mică a tablelor subţiri, Lucrare de licenta, Universitatea „Aurel Vlaicu” din Arad

16. Park H.J., Kim D.C., Kang M.J., Rhee S. - Optimisation of the wire feed rate

during pulse MIG welding of Al sheets, Journal of Achievements in Materials

and Manufacturing Engineering Volume 27 Issue 1 March 2008

17. Peterson N., - Welding aluminium improve your productivity with pulsed MIG,

Fabricating Metalworking august 2010



18. Pickin C.G., Young K., - Evaluation of cold metal transfer (CMT) process for

welding aluminium alloy, Science and Technology of Welding and Joining vol.

11, nr. 4, 2006

19. Suciu V., Suciu M.V., – Studiul Materialelor, Editura Fair Partners, 2008

20. Talalaeva R., Veinthala R., Laansooa A., Sarkansb M. – Cold Metal Transfer

(CMT) welding of thin sheet metal products, Estonian Journal of Engeneering

vol.18, nr. 3, 2012

21. Trofin I., Sudarea sinergica, Oficiul de Informare Documentara Pentru Industria

Constructiilor de Masini, Bucuresti, 1992

22. Trommer G - CMT und Impulslichtbogenprozess allein und in Kombination fur

einem erweiterten Leichtungsbereich, Der Praktiker 10/2008

23. Vişan D., - Tehnologii de sudare, Universitatea Dunărea de Jos, Galaţi 2008

24. Voiculescu I., Sudarea aluminiului si aliajelor sale, Editura Printech, Bucuresti,

2004

25. Voiculescu I., – „Instrucţiune de lucru privind pregătirea probelor pentru analize

metalografice şi de microduritate”,

26. ZAHARIA A., MACHEDON PISU T., - „Studiu macroscopic si microscopic al

cordoanelor de sudură la sudarea aliajelor de AlMg5 prin procedeele WIG, CMT

puls şi CMT” – Articol acceptat Revista Cercetări Metalurgice nr 1 / 2014

27. ZAHARIA A., MACHEDON PISU T., - „Studiu asupra noxelor ce apar in

procesele de sudare a aliajelor de aluminiu AlMg5 prin procedeul WIG

comparativ cu procedeul MIG cu arc pulsat” – Revista Metalurgia nr 2 / 2013

28. ZAHARIA A., MACHEDON PISU T.,- „Cercetări experimentale asupra sudării

aliajului de aluminiu AlMg5, folosind procedeul MIG cu arc pulsat” - Revista

Cercetări Metalurgice nr 3 / 2013

29. *** SR EN 1043-2:1999

30. *** SR EN ISO 6507-1:2006

31. *** SR EN ISO 10952/1-77 - Sudarea metalelor. Analiza metalografică a

îmbinărilor sudate prin topire.



32. *** SR EN 970 - Examinări nedistructive ale îmbinărilor sudate prin topire.

Examinare vizuală.

33. *** AMS Handbook, vol. 6, Welding, Brazing and Soldering, 1994

34. *** Colectia de standarede europene şi romanesti.

35. *** Colectie de STAS, Institutul Roman de Standardizare, Bucureşti, 2002.

36. *** Catalog de consumabile pentru sudură, SC Ductil - Air Liquide, Buzău, SA

37. *** Metals Handbook 8th Edition, vol. 8, Metallography, Structures and Phase

Diagrams, American Society for Metals, Ohio 1973

38. *** Non-Destructive Examination of Welds - Ultrasonic Examination of Welded

Joints

39. *** http://www.asr.ro/html_ro/ASR%20NEWS/asr%20news%20noiembrie.pdf

40. *** http://www.axson.se/pdf/fro_bro_CMT_eng.pdf

41. *** http://biblioteca.regielive.ro/cursuri/mecanica/sudarea-metalelor-si-aliajelor

-40490.html

42. *** www.casella.com

43. ***http://www.cmmetal.ro/media/upload/files/files/Sudarea%20MIG%20MAG.

pdf

44. *** http://www.digitalweld.co.nz/uploads/Product_Brochures/Fronius/CMT.pdf

45. *** http://www.fabricatingandmetalworking.com/2009/08/how-does-welding-

affect-the-haz-of-the-weld/

46. *** http://www.fronius.com/cps/rde/xchg/SID-3FA6C90E12B3CA32/

fronius_international/hs.xsl/79_11528_ENG_HTML.htm

47. *** http://www.fronius.com/cps/rde/xchg/SID-517ADA0C-D1614897

/fronius_international/hs.xsl/79_5852_ENG_HTML.htm

48. *** www.iiw.com – Site oficial Internaţional Institute of Welding (Institutul

Internaţional de Sudură)

49. *** http://www.jtscorp.jp/hardnesstester.english.html

50. *** http://www.nikon.com/products/instruments/lineup/industrial/industrial-

microscopes/inverted/ma100/spec.htm



51. *** http://www.rasfoiesc.com/inginerie/tehnica-mecanica/Bazele-Teoretice-si-

Practice A26.php

52. *** http://www.referatele.com/referate/chimie/online4/Aluminiu-si-aliajele-din-

aluminiu-proprietati-fizice-si-caracteristicile-mecanice--intrebuintari-ref.php

53. http://www.scribd.com/doc/142661885/55200871-Stiinta-Si-Ingineria-

Materialelor

54. *** http://www.scritube.com/tehnica-mecanica/Materiale-de-sudare-pentru-

ali2012171118.php

55. *** www.steelnumber.com/en/steel_alloy_composition_eu.php?name_id=1093

56. *** http://www.theengineer.co.uk/news/the-new-revolution-in-digital-gma-

welding/296779.article

57. *** http://www.tools.store.ro/docs/doc_diverse/sudura2.pdf

58. *** https://www.welding-robots.com/articles/viewing/cold-metal-transfer-the-

new-revolution-in-digital-gma-welding



ADRIAN ZAHARIA M, 06.04.1977, casatorit

Adresa: Muresenilor 13

Telefon: 0733156989

Email [email protected]

Permis conducere: Cat. B, data obtinerii 15.08.1995

Oras de domiciliu: Brasov

Oras de lucru: Brasov

EXPERIENTA

Patron 01.04.2007 - prezent:

Firma: Suntem Unici

Oras lucru: Brasov

Patron 01.12.2003 - 30.03.2007

Firma: Crisadis Serv

Oras lucru: Brasov

Inginer Coordonator 01.07.2002 - 01.08.2003

Firma: Hidromecanica SA

Oras lucru: Brasov

EDUCATIE

Studii:

Liceul Constantin Brancoveanu - 1992 - 1996

Universitatea Transilvania din Brasov - Facultatea de Stiinta si Ingineria

Materialelor

- 1997 - 2002

APTITUDINI

Limbi straine (Nivel cunoastere):

engleza (avansat)

spaniola (incepator)

Cunostinte PC:

Utilizare Windows (incepand cu Win'98), Pachetul Office (Word, Excell, Power

Point, Publisher)

Programe executie grafica (CorelDRAW, AdobePhotoshop)



Adrian Zaharia M, 04/06/1977, married

Address: Muresenilor 13

Phone: 0733156989

email [email protected]

Driving License: Cat. B, since 15.08.1995

City of residence: Brasov

Working City: Brasov

EXPERIENCE

Patron 01.04.2007 - present:

Company: Suntem Unici SRL

Working city: Brasov

Patron 01.12.2003 - 30.03.2007

Company: Crisadis Serv


Engineer Coordinator 01.07.2002 - 01.08.2003

Company: Hidromecanica SA


EDUCATION

Education:

High Constantin Brancoveanu - 1992 - 1996

Transilvania University of Brasov - Faculty of Materials Science and Engineering

- 1997 - 2002

Foreign Languages

English (Advanced)

Spanish (beginner)

Computer skills:

Windows User (since Win'98) Office package (Word, Excel, Power Point,

Publisher) Execution graphics programs (CorelDRAW, AdobePhotoshop)



Contribuţii privind caracterizarea îmbinărilor sudate din aliaje de

aluminiu AlMg5

Contribution regarding the characterization of welded joints of aluminum

alloys AlMg5

CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC:

Prof. univ. dr. ing. Teodor MACHEDON-PISU

DOCTORAND:

Ing. Adrian ZAHARIA

REZUMAT

Teza de doctorat intitulată „Contribuţii privind caracterizarea îmbinărilor sudate din

aliaje de aluminiu AlMg5” se încadrează domeniului Ingineria Materialelor şi se doreşte a fi

un pas înainte în evoluţia procedeelor de sudare avansate. Cuprinde numeroase caracterizări

ale procedeelor de sudare a aliajelor de aluminiu, cu precădere AlMg5, dar şi teste

experimentale cu privire la protecţia mediului înconjurător şi a sănătăţii sudorului în timpul

procesului de sudare efectivă. Plecând de la un stadiu actual bine definitivat, s-au făcut o serie

de măsurători, teste, caracterizări, analize macro şi microstructurale. Rezultatele obţinute

precum şi contribuțiile personale duc la faptul că sudarea aliajului de aluminiu AlMg5, utilizat

adesea în construcţia recipientelor pentru combustibili, este un aliaj pretabil în general la orice

tip de sudare, dar cea mai eficientă este CMT atât în ceea ce priveşte calitatea cordoanelor de

sudură, a rezistenţei acestora, cât şi din punct de vedere al particulelor de fum emise în timpul

procesului de sudare.

ABSTRACT

The PhD thesis entitled "Contributions to the characterization of aluminum alloy welded

joints AlMg5" belongs to the domain of Materials Engineering and aims to be a step forward

in the evolution of advanced welding processes. It includes numerous characterizations of

welding processes of aluminum alloys, especially AlMg5, and also experimental tests on

environmental protection and health of welder during the welding process. Starting from a

well completed current stage, there have been a number of measurements, testing,

characterization, macro and micro analysis. Results and personal contributions leads to

AlMg5 alloy welding, often used in the construction of vessels for fuel, is an alloy generally

suitable for any type of welding, but the most effective is CMT in terms of quality welded

welding, resistance thereof, and from the point of view of the carbon particles emitted during

the welding process.

Documents

-DD Universita Universitatea Transilvania din Braşovold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2014/ZahariaAdrian.pdfContribuţii privind caracterizarea îmbinărilor