Curs Sudura

Sudarea metalelor i procedee conexe ntroducere

PARTEA I

IMBINRILE SUDARE

1.1. INTRODUCERE

Sudarea: este un procedeu tehnologic de mbinare nedemontabil a dou sau mai multe piese realizat printr-un procedeu oarecare de sudare, n aa fel nct s se obin o legtur metalic de egal rezisten, care s prezinte siguran n execuie i exploatare (SR ISO 857/1994). 1.1.1. Avantajele aplicrii tehnologiei de sudare:

-reducerea consumului de metal (cu 30-50%); -productivitate mai mare (de2-20x); -proprieti mecanice superioare (fa de piesele turnate sau nituite); -dimensiuni i complexitate nelimitate; -form raional, adaptat solicitrilor; -se pot realiza construcii care prin alte procedee tehnologice nu; -se obin mbinri etane; -se utilizeaz semifabricate i elemente tipizate; -utilaje de sudare sunt mai simple i ieftine; -posibilitate de mecanizare, automatizare, robotizare; -nu se formeaz rebut iremediabil; -timpul tehnologic este mai redus; -preul de fabricaie mai sczut; -poluare mai redus, condiii de lucru mai bune. Desavantajele sudrii: -pot apare defecte greu identificabile; -apar tensiuni i deformaii la sudare; -exist pierdere de metal la tierea elementelelor constructive;

-calitatea construciilor sudate depinde mult de calificarea i contiinciozitatea personalului de proiectare i execuie.

1.1.2. Aplicaii industriale: -nlocuiete tehnologia turnrii, nituirii i asamblrii mecanice; -se aplic cu eficien maxim la: -produse unicate, serie mic; -producie In serie mare i de mas; -produse de dimensiuni mari; -produse de mare complexitate; -pentru solicitri mari. Domenii de aplicare: -construcia de maini i utilaje (batiuri, carcase, supori, stative, cutii, schelete, platforme, tije, prghii, axe, arbori, lagre etc.; -industria metalurgic (concasoare, mori, cuptoare, ciocane de forj, prese,

laminoare, ci de rulare, manipulatoare, etc.); -industria chimic i petrochimic (rezervoare, cisterne, recipiente, vase de reacie, schimbtoare de cldur, coloane, conducte, ventile etc.); -industria prelucrtoare (maini unelte, agregate prelucrtoare, linii de transfer, roboi, automate etc.); -transport uzinal (macarale, poduri rulante, ascensoare, maini de ridicat etc.); -industria extractiv (combine miniere, sonde de foraj, platforme maritime,schele petroliere, combine de extracie carbonifer de suprafa, benzi transportoare etc.); -industria de utilaje de construcii (excavatoare, buldozere, laminoare de asfalt, schele de construcii, macare de tip turn, instalaii de preparare a materialelor de construcii etc.);

1

Sudarea metalelor i procedee conexe ntroducere

-industria mijloacelor de transport (biciclete, motociclete, autocamioane, autobuze, autoturisme, platforme de transport, locomotive, vagoane de cale ferat, nave fluviale

i maritime, aeronave, nave i staii cosmice, rachete etc.); -constrcii metalice (cldiri civile i industriale, hale, cupole, turnuri, poduri rutiere i feroviare, pasaje, ferme, stlpi etc.); -utilaje pentru industria uoar (utilaje pentru industria alimentar, a berii, mori,

cuptoare pentru pine, utilje textile, de fabricare a hrtiei, industria de incltmnte, aparate de uz casnic, frigidere, maini de splat, cuptoare etc.;

-industria electrotehnic i electronic (carcase de aparataj electric, electronic, plci circuite imprimate, semiconductoare, circuite integrate, calculatoare, imprimante, scanere etc.); -tehnica de aprare (tancuri, transportoare blindate, afeturi de tunuri, rachete tactice i intercontinentale, alupe, pontoane, nave de rzboi, submarine etc.).

1.1.3. Date istorice Pe plan mondial: 1802 descoperirea arcului electric (Petrov); 1882 utilizarea arcului electric pentru sudare cu electrod de crbune (Bernardos); 1886 sudarea cap la cap prin presiune i rezisten electric (Thompson); 1888 sudarea cu arc electric i electrod metalic nvelit (Slavianov); 1912 sudarea cu flacr oxi-acetilenic (Le Chatelier); 1920-35 perfectarea tehnologie de sudare tehnologiei de sudare cu arc electric, elaborarea de noi sortimente de electrozi nvelii, determinarea sudabilitii metalelor i aliajelor; 1942 sudarea aluminiului i a aliajelor de Al cu arc electric, cu electrod de W, n

atmosfer de Ar (Meredith); 1945 sudarea cu arc electric acoperit sub strat de flux (Elin); 1955 sudarea cu arc electric n atmosfer protectoare, cu electrod fuzibil (MIG/MAG); 1960 sudarea cu plasm; 1970 sudarea cu fascicul de electroni; 1980 sudarea cu laser. In Romania: 1989 sudarea armturilor de oel la construcia docurilor i antrepozitelor din Brila i Galai (A. Saligny); 1920 sudarea alumo-termic a inelor de tramvai (Uz. Electrice Timioara); 1925 sudarea vagoanelor de tramvai (Uz.Electrice Timioara); 1931 construcia primului pod de cale ferat sudat peste rul Berzava (Reia); 1936 prima carte de sudur aprut n Romania Procedee industriale de sudare; 1948 nfiinarea seciei de sudur la Politehnica din Timioara; 1951 nfiinarea Institutului Naional de Sudur i Incercri de Metale, Timioara. 1.1.3. Intreprinderi mari de construcii sudate n Romania:

Intr. de Maini Grele Malaxa, Bucureti; - Intr. Vulcan, Bucureti; - Uz.Grivia,Bucureti, -Uz. Mecanice, Timioara; -Combinatele de Utilaj Greu din Cluj, Iai, Timioara; -Uz. Utilaj Petrolier, Ploieti; -Uz. Utilaj Chimic, Fgrai, Uz. Unio, Satu-Mare; -Uz. Autoturisme din Piteti, Craiova; -Uz. Autocamioane, Braov; -Uz. Vagoane Astra, Arad; -antierele navale din Constana, Brila, Galai, Turnu-Severin etc.

2

Sudarea metalelor i procedee conexe Clasificarea

1.6. CLASIFICAREA PROCEDEELOR DE SUDARE I CONEXE.

Procedeele de sudare de baz conform STAS 5555/2-80 i SR ISO 4063:1992 se mpart n cinci categorii mari n funcie de starea materialelor care particip la formarea mbinrilor sudate, natura procedeelor de sudare i felul procedeelor conexe:

A.-procedee de sudare prin topire, la care metalul adaos i marginile rosturilor metalului de baz se topesc sub nfluena sursei de cldur, alctuind baia de sudur, care prin cristalizare formeaz custura sudat; B.-procedee de sudare n stare solid, la care mbinarea pieselor se realizeaz prin presiune n stare solid, fr metal adaos, cu sau fr nclzire;

In afar de acestea, mai sunt prevzute urmtoarele categorii de procede: C. -procedee speciale de sudare; D. -procedee de lipire a metalelor;

E. -procedee conexe, care sunt metode de prelucrare la cald a metalelor, care utilizeaz tehnici bazate pe procese care sunt proprii diferitelor metode de sudare, dar nu realizeaz mbinri sudate (tierea, metalizarea, sudarea de ncrcare etc,).

In funcie de energia utilizat pentru nclzirea materialelorelor exist trei categorii de procedee de sudare:

1

I.-cu energie electric: II. -cu energie chimic: III. -cu energie mecanic: -prin frecare; -cu arc electric; -cu flacr oxi-acetilenic;

-cu plasm; -alumino-termic; -prin percuie; -cu ultrasunete; -cu facicul de electroni; -n foc de forj;

-prin rezisten electric; -prin explozie; -prin presiune la rece; -cu cureni de nalt frecven; -cu laser;

In figurile 1.6.1, 1.6.2, 1.6.3. i 1.6.4. sunt prezentate schemele de clasificare a principalelor categorii de procedee de sudare, lipire i conexe:

A. Procedee de sudare prin topire

cu arc electric

I. Cu energie electric II. Cu energie chimic cu flacr

alumino- termic prin turnare

oxi-acetilenic oxi-metanic oxi-propanic oxi-hidric oxi-benzenic

cu

acoperit

sub stratde flux sub in de Cu

descoperit

plasm

prin rezisten electric n baie de zgur topitcu facicul de

electroni cu laser

cu jet de plasm cu arc transferat

cu electrod fuzibil

fr gaze de protecie

n gaze de protecie

cu electrod nvelit cu electrod tubular cu srm nvelit

MAG- n CO2 cu srm plin MAG- n CO2 cu srm tubular MIG- n Ar cu srm plin

cu electrod nefuzibil

WIG- n Ar cu electrod de W n H atomic cu electrozi de W cu electrod de crbune

Fig.1.6.1. Clasificarea procedeelor de sudare prin topire.

Sudarea metalelor i procedee conexe Clasificarea

B. Procedee de sudare n stare solid

2

II.Cu energie chimic I. Cu energie electric

III.Cu energie mecanic

prin rezisten electric

cap la cap n puncte n linie n relief

cu arc electric rotitor cu cureni de nalt frecven

cu flacr alumino-termic prin turnare prin explozie

prin difuziune

prin frecare prin presiune la rece cu ultra su

nete

cu energie electric imagazinat

Fig.1.6.2. Procedee de sudare n stare solid.

D. Procedee de lipire a metalelor

1. Lipirea moale (cositorire) 2. Lipirea tare (brazare)

I. Cu energie electric

II.Cu energie chimic

I. Cu energie electric

III.Cu alte surse de energie

II.Cu energie chimic

III.Cu alte surse de energie

prin rezisten electric

cu ciocan de lipit n cuptor electric prin inducie prin presiune cu flacr

n cuptor cu gaz cu ultrasunete cu radiaii luminoase

prin rezisten electric n cuptor electricprin presiune prin inducie cu flacr

n cuptor cu gaz prin reacie exoterm n baie de aliaj

n und staionar prin tragere

cu arc electric

n baie de aliaj n baie de sruri

cu laser

Fig.1.6.3. Clasificarea procedeelor de lipire.

D. Procedee conexe

I. Tierea termic II. Sudarea de ncrcare III. Metalizarea termic

prin topire

cu arc electric

prin ardere cu jet de oxigen

cu flacr:

oxiacetilenic oximetanic oxihidric oxipropanic oxibenzinic oxi-flux oxi-pulbere

cu lance de oxigen la temperaturi nalte

cu electrod nvelit cu electrod crbune n mediu protector arc-aer oxi-arc

cu plasm cu jet de plasm cu arc de plasm

cu radiaii

cu laser cu facicul de electroni

cu flacr oxi- acetilenic

i srm i pulbere i pulbere cu retopirea stratului

cu arc electric i srm cu plasm

cu jet de plasm cu arc de plasm

i srm i pulbere

cu arc elecrtric cu plasm

cu flacr n baie de zgur topit cu laser prin frecare

Fig.1.6.4. Clasificarea procedeelor conexe sudrii.

Sudarea metalelor i procedee conexe mbinrile sudate

1.2. IMBINRILE SUDATE

Definiii: Imbinarea sudat este o legtur metalic, nedemontabil, realizat printr-un procedeu oarcare de sudare, asigurnd o mbinare de egal rezisten, de maxim siguran m.a. s.c

1

n excuie i exploatare (SR 5555/1,2,3). r.s. - rostul de sudare (spaiul liber dintre suprafetele frontale ale pieselor care urmeaz s fie sudate); p.s. - ptrunderea sudurii (adncimea de topire a metalului de baz); l.t. - linia de topire (linia de delimitare dintre custur i metalul de baz; r. c. -rdcina custurii (primul rnd de sudur depus); s.c. -suprafaa custurii (suprafaa care rezult n urma depunerii ultimului strat de sudur pe superioar a custurii); z.i.c.-zon influenat chimic (zona de legtur dintre custur i metalul de baz n care s-au produs modificri n compoziie chimic datorit procesului de sudare); z.i.t.-zon influenat termic (partea din metalul de baz, din apropierea custurii, rmas n stare solid, care a suferit modificri structurale n urma procesului de sudare; s. - grosimea teoretic a mbinrii sudate, egal cu grosimea metalului de baz (mm); s - grosimea real (practic) a custurii, msurat n mijlocul seciunii transversale a sudurii; c - supranlarea (ngroarea) custurii, fiind nlimea cu care custura depete suprafaa superioar a metalului de baz; bc - limea custurii (dimensiunea maxim a sudurii msurat n exterior, perpendicular pe direcia de sudare); lc - lungimea custurii (lungimea real a custurii sudate); - unghiul custurii (msurat ntre liniile laterale de topire); 1.2.2. Clasificarea mbinrilor sudate.

m.b

z.i.t c.z.i.c r.s p.s.

l.t

r.c.

s

c 1.2.1.Elemente componente (Fig.1.2.1.): m.b.- metalul de baz (metalul pieselor sudate); c.s. - custura sudat (partea dinmbinare sudat care rezult prin cristalizarea bii de sudur); b.s. - baia de sudur (topitura de metal format prin topirea metalului adaos i a marginilor metalului de baz); m.a.- metalul adaos (metalul sau aliajul sub form de srm, vergea, bar, granule sau pulberi, care se topesc pentru completarea bii de sudur); m.d.-metal depus (partea din metalul adaos care ntr efectiv la formarea bii de sudare);

c

a.s

m.b. c.s

m.b c.s

b.

c.

Fig.1.2.1.Imbinri sudate (a-prin topire; b-prin presiune; c-prin puncte).

a. b.

e. c. d.

h.f. g.

a. Dup poziia reciproc a pieselor: Se deosebesc urmtoarele tipuri de mbinri sudate: a.-cap la cap; (Fig.1.2.2.) b.-n col interior; c.-n col exterior; d.-n T; e.-n cruce; f.-prin suprapunere; g.-n muchie; h.-cu margini rsfrnte;

Fig.1.2.2. Tipuri de mbinri

Sudarea metalelor i procedee conexe mbinrile sudate

strat de acoperire b. Dup numrul de treceri:

2

(Fig.1.2.3.) a. dintr-o trecere; b. din mai multe treceri. c. Dup prile sudate: Fig.1.2.3. (Fig.1.2.4.) a. dintr-o parte; b. din ambele pri. Fig.1.2.4.

d. Dup continuitate: (Fig.1.2.5.) a. custuri continue; b. custuri discontinue.

Fig.1.2.5.

a. b.

e. Dup direcia custurii fa de direcia de solicitare: (Fig.1.2.6.) a. custuri frontale; b. custuri laterale; c. custuri nclinate. a. b. c.

Fig.1.2.6. 1.2.3. Poziiile de sudare (conform SR ISO 6947-l994) A1-orizontal ( ; ); 050 = 0100 =. A2-orizontal pe perete vertical (n cornie) ( ); 00 2090;50 == A3-peste cap (de plafon) ( ); 00 15180;150 == A4-vertical urctoar sau cobortoar ( ); 00 1800;1090 L== La mbinrile sudate n col poziiile corespunztoare sunt urmtoarele: B1-orizontal cu un perete vertical ( ; )1045;50 00 == B2-orizontal n jgheab ( );100;50 00 == B3-peste cap (de plafon) ( ; )135;150 4520

0 == B4-vertical ascendent sau descendent ( ); 00 1800;1090 L==

O X

ZH

VPoziia de execuie a sudrii poate fiexprimat fie prin unghiurile pe care liniamedian OH a rdcinii custurii formeaz cudirecia orizontal i linia median OV adeschiderii rostului nchide cu vertical , (Fig.1.2.7.) fie prin simboluri convenionalenotate cu A pentru mbinrile cap la cap i B pentru mbinrile n col. La mbinrile sudatecap la cap se deosebesc urmtoarele patru poziii de sudare (Fig.1.2.8.):

Fig. 1.2.7.

A1 A2

A

A4 Fig.1.2.8

B1 B2

B3 B4

1

rnd de rdcin

1 2 3

4

rnd de sudur

strat desudur

12

3

4 6

5

b. a.

Sudarea metalelor i procedee conexe Rosturile de sudare

1.3. ROSTURILE DE SUDARE. 1.3.1. Definiii.

Rostul de sudare este spaiul liber de o anumit form geometric, care se las ntre

piesele de mbinat n vederea asigurrii ptrunderii sudurii pe toat grosimea metalului de baz. Forma i dimensiunile rosturilor depind de o serie de factori, dintre care importan mai mare prezint urmtorii: - calitatea i grosimea metalului de baz;

- proprietile necesare ale mbinrii sudate; - metoda de sudare;

- calitatea materialelor adaos; - poziia de sudare i accesibilitatea locului de mbinare;

Elementele rosturilor n mare parte sunt notate prin cotele de dimensiuni caracteristice (Fig.1.3.1.):

1

Clasificarea rosturilor de sudare se face n funcie de forma geometric i gradul de simetrie a seciunii transversale. Astfel se deosebesc rosturi;

b - deschiderea rostului (mm); Suprafaa rostului

Muchiarostului

E - unghiul rostului (grd.);

- simetrice sudate dintr-o parte; - asimetrice sudate dintr-o parte; - simetrice sudate pe ambele pri; - asimetrice sudate din ambele pri;

Dup forma geometric rosturile pot fi prelucrate n: I, V, Y, U, X, 2U etc. Prelucrarea rosturilor se face prin metode termice, sau mecanice prin achiere sau

forfecare. De regul tierea elementelor constructive din semifabricatele laminate se face prin metode termice (cu flacr i jet de oxigen, cu plasm, cu arc electric, laser etc.), urmat de prelucrarea mecanic prin frezare, strunjire, rabotare, polizare etc.

1.3.2. Rosturile mbinrilor sudate cap la cap.

a.Rosturile n I se caracterizeaz prin tierea i prelucrarea perpendicular pe suprafaa tablei a rostului de sudare (Fig.1.3.2.). Este cel mai economic rost, deoarece prelucrrile mecanice sunt minime, pierderile de metal sunt reduse, necesarul de metal adaos este mic, iar productivitatea procesului de sudare este mare. Rosturile n I pot fi sudate dintr-o parte sau din ambele pri, dintr-o trecere sau dou treceri. Cel mai frecvent se aplic la procedeele de sudare cu surse puternice de cldur, de ptrundere mare (MAG/MIG, sub strat de flux, n baie de zgur, cu plasm, laser, facicul de electroni, prin presiune n stare solid etc.).

h - nlimea rdcinii rostului (mm); r E - limea rostului (mm); sr - raza rostului (mm); h

s - grosimea metalului de baz (mm); Rdcinarostuluilr - lungimea rostului (mm);

In afara acestora se mai definesc urmtoarele noiuni:

b

Fig.1.3.1. Elementele rostului de sudare. - rdcina rostului;

- muchia rostului; - suprafaa rostului etc.

ocul termic fiind mare se pot suda numai oelurile carbon, slab aliate sau inoxidabile cu coninut sczut de carbon, aluminiu, titan i aliajele lor. Apare pericolul de supranclzire i de formare de fisuri n apropierea custurii sudate. De regul se aplic la table cu grosimea de s = 1-14 mm, lsnd un rost de b = 0,5-5 mm.

s =1-14

b = 0,5-5

Fig.1.3.2. Rostul n I.


b.Rosturile n V sunt prelucrate prin teire pe toat grosimea metalului de baz, dimensiunea cea mai important fiind unghiul rostului, care variaz ntre = 30 900 (Fig.1.3.3.). Inclinarea se poate obine direct prin tiere termic, sau poate fi realizat ulterior prin frezare. Este un rost mai puin economic, pierderea de metal este mare, iar necesarul de metal adaos ridicat. Ins ptrunderea sudurii este foarte bun pe toat grosimea metalului de baz, nu sunt necesare surse puternice de cldur, supranclzirea i topirea metalului de baz sunt mici. Pentru evitarea scurgerii bii de sudur la rdcina custurii este necesar susinerea bii de metal topit cu suport de cupru, pern de flux sau band de oel. Sudarea se face din mai multe treceri, cu recomandarea de a resuda rdcina din partea opus. Accesul la custur este foarte bun, fiind recomandat la poziia de sudare peste cap i n locuri greu accesibile.

2

Proprietile mbinrilor sudate n rosturi n V rezult foarte bune, custura este format mai mult dinmetalul adaos, pericolul de fisurare este redus, iarstructura va fi fin. Rosturile n V se aplic nmajoritatea cazurilor la oeluri aliate i nalt aliatesensibile la supranclzire i fisurare, uor clibile, dar pot fi utilizate i la sudarea Cu, Al, Ni, Ti ialiajele lor, cu grosimea de s = 3-32 mm , prin procedee manuale de sudare cu arc electric ielectrod nvelit, WIG, sau flacr oxi-acetilenic.

= 30-900

c. Rosturile n Y sunt cele mai aplicate la realizarea construciilor sudate, pentru sudarea tablelor de oeluri carbon, slab aliate, inoxidabile, de Cu,Al,Ni,Ti i aliajele lor cu grosimea de s = 5-36 mm , putnd aplica aproape toate metodele mai importante de sudare prin topire cu ptrundere medie i mare (cu arc electric i electrod nvelit, WIG, MAG, MIG, sub strat de flux, cu plasm, cu flacr etc.). mbinrile sudate rezult de calitate bun, pericolul de supranclzire i de scurgere a bii de sudur este redus, pierderile de metal sunt mai mici, iar d. Rosturile n U sunt caracteristice pentru sudarea dintr-o parte a tablelor de grosime mare cu s=14-60 mm , puternic solicitate static, dinamic, la oboseal i la temperaturi ridicate sau sub 00C. Prin aplicarea lor se poate realiza o ptrundere foarte bun pe toat grosimea metalului de baz, aplicnd procedee de sudare cu surse de cldur mai puin intense (sudarea cu arc electric i electrod nvelit, sudarea WIG, MAG, MIG , sub strat de flux). Sudarea are loc din mai multe treceri, la care participarea metalului de baz la formarea custurii este mai redus. Proprietile mecanice ale mbinrii sudate rezult a foarte bune, cu tensiuni i deformaii minime, fr pericol de fisurare a custurii. Pentru siguran i n cazul de fa se recomand scobirea i resudarea rdcinii custurii.

s = 5-32

Suport Cu b = 0,5-2

Fig.1.3.3. Rostul n V.

structura rezult fin deoarece sudarea se realizeaz din mai multe treceri (Fig.1.3.4.). Deschiderea i unghiul rostului n Y sunt mai mici, (b=1-3 mm, = 22-600 ), iar nlimea mai mare a rdcinii rostului(h = 2-8 mm) susine baia de sudur. Totui pentruasigurarea unei caliti mai bune a mbinrii, este recomandat resudarea din partea opus a rdciniirescobite n prealabil prin criuire sau frezare.

Aa cum rezult i din figura 1.3.5., unghiul rostuluise prelucreaz la valori i mai mici (=16-400), iar raza rostului se adopt la r =3-6 mm. Asemenea rosturi vor fi prevzute mai mult pentru sudareaoelurilor carbon, aliate sau nalt aliate., ns trebuieavut n vedere costul ridicat al pregtirii, sudrii iverificrii mbinrii, precum i pierderea iconsumul ridicat de metal de baz i de adaos.

=22-600

s =5-36 h =2-8

Rdcina resudat b =1-3

Fig.1.3.4. Rostul n Y.

=16-400

s=14-60h=2-6

b=1-3

Fig.1.3.5. Rostul de sudare n U.


e. Rosturile n X sunt de fapt dou rosturi n Y dispuse pe ambele fee ale tablelor de mbinat, fiind varianta cea mai aplicat la sudarea pe cele dou pri a tablelor groase cu s = 16-60 mm din oelui carbon, slab aliate, aliate sau nalt aliate, respectiv din metale i aliaje neferoase (Al, Cu, Ti, Ni etc.). Se sudeaz cu aceleai metode de sudare ca i rosturile n Y, obinnd proprieti mecanice foarte bune, ptrundere bun, consumuri i pierderi reduse de material i

3

tensiuni i deformaii mici, deoarece contraciile careapar la sudarea unui rnd pe o parte se compenseazla sudarea rndului respectiv pe partea celalalt (Fig.1.3.6.).Prelucrarea mecanic a rostului este ns maigreoaie, iar din cauza ntoarcerii mbinrii sudate dup fie care rnd sudat face operaia de asamblare-sudare mai puin productiv, necesitnd dispozitivede ntoarcere de complexitate mai mare Unghiurilerostului 1 i 2 pot fi egale sau diferite.

1 =30-600

s = 16-60 h =2-8

f. Rosturile n 2 U sunt aplicate n condiii asemntoare ca i rosturile n simplu U, la table de oeluri carbon, aliate sau nalt aliate cu grosime mare de s = 24-80 mm (Fig.1.3.7.). Proprietile de asemenea rezult foarte bune, cu bun ptrundere pe toat grosimea materialului, cu tensiuni i deformaii foarte mici i g. Rosturile asimetrice n Y, U, K, 2U sunt utilizate mai rar, numai n cazul unor mbinri sudate greu accesibile, sau la sudarea n poziia orizontal pe perete vertical (A3), cnd tabla tiat drept se afl n partea nferioar n vederea susinerii bii de sudur. Rosturile asimetrice se prelucreaz mai uor, pierederea de metal de baz i consumul de metal adaos sunt mai mici, ns se sudeaz mai greu, pentru asigurarea ptrunderii necesare trebuie folosite surse de cldur mai puternice. Se aplic la majoritatea oelurilor (carbon, slab aliate, inoxidabile), metalelor i aliajelor neferoase sudabile (Fig.1.3.8.). 1.3.3. Rosturile mbinrilor sudate n col. a. Rosturile mbinrilor sudate n col interior sunt cel mai frecvent utilizate pentru realizarea de construcii sudate cu elemente dispuse perpendicular la 90015. Sudarea de obicei se realizeaz orizontal cu un perete vertical, ns n acest caz custura are o ptrundere mai mare n tabla orizontal, ceea ce face ca mbinarea s fie asimetric cu o rezisten mai

b =1-42 =30-600

Fig.1.3.6. Rostul n X.

structur fin, fr defecte. Dimensiunile rostului sunt asemntoare cu cele prezentate la rostul simplu U, ns prelucrarea este mult mai dificil, iar sudarea care se face din mai multe treceri trebuie realizat alternativ pe cele dou pri ale tablelor, ntorcnd construcia cu 1800 dup fiecare trecere. Sudarea se poate realiza manual sau mecanizat cu electrod nvelit, MAG/MIG, WIG sau sub strat de flux. Rosturile n 2U sunt recomandate pentru construcii sudate puternic solicitate, chiar dac grosimea metalului de baz nu impune adoptarea lui

1 =16-400

h =4-8s =24-80

b=1-4

2 =16-400

Fig.1.3.7. Rostul n dublu U.

b =1-5

s =8-32 h =2-6

=11-300

b =1-3

s =3-14 h =2-6

=16-450

b =1-3s =12-40 h =2-6

1=16-450

2 =16-450

1 =11-300

b =1-3h =2-6s =18-60

2 =11-200

Fig.1.3.8. Rosturile asimetrice Y, U, K, 2U.


redus. De aceea este mai recomandabil sudarea mbinrilor n col interior n poziie orizontal n jgheab. Trebuie aplicate metode de sudare cu ptrundere mare, MAG, MIG, sub strat de flux, sau cu electrozi nvelii corspunztori de topire adnc, n aa fel n ct custura s cuprind grosimea tablelor n adncime ct mai mare. Cel mai simplu rost de mbinare n col este fr prelucrarea marginii tablelor (Fig.1.3.9. a.), obinnd la sudarea manual cu electrod nvelit custuri aproximativ triunghiulare cu nlimea a =0,7.s >3 mm. De regul se aplic pentru sudarea tablelor de oeluri carbon, slab aliate, aliate, inoxidabile, de Cu, Al, Ti i aliajele lor, cu grosimea de s =3-24 mm. . mbinarea ns rezult cu proprieti slabe, deoarece custura nu mbin dect fibrele superficiale ale tablelor sudate, apare o puternic concentrare a eforturilor unitare la rdcina custurii din cauza devierii fluxului de fore, uor apar defecte de structur i fisuri la rdcin datorit vitezelor mai mari de rcire a bii de sudur i a tensiunilor de contracie mai mari. Pentru evitarea fisurrii rdcinii custurilor de col se recomand lsarea unui rost cu limea de b=0,5-2 mm. Sudarea poate fi realizat dintr-o trecere, sau din mai multe treceri, fiind avantajoas completarea custurii din partea opus. In cazul sudrii prin procedee cu mare ptrundere (sub strat de flux, MAG/MIG), custura rezult mai adnc, ceea ce mbuntete mult rezistena mbinrii. Dei rosturile simple n col sunt cele mai ieftine, pregtirea i asamblarea-sudarea sunt mai simple, fiind mult utilizate la realizarea construciilor sudate, se recomand evitarea lor mai ales pentru mbinrile sudate puternic solicitate.

4

Pentru asigurarea unei ptrunderi pe toat grosimea materialului la mbinrile sudate realizate din table mai groase se utilizeaz variantele de rosturi prelucrate asimetrice (Fig. 1.3.9.), n Y (b), K (c), sau 2U (d). Desigur placa orizontal nu este prelucrat, astfel c sudura prinde doar fibrele superficiale de material, ceea ce reduce mult rezistena i sigurana n exploatare a structurilor sudate. Apare pierdere de metal, pregtirea rostului este mai complicat, iar asamblarea elementelor naintea sudrii trebuie s fie mai preciz. Custurile se realizeaz din mai multe treceri, sudnd la nceput rndurile pe tabla orizontal. b. Rosturile mbinrilor sudate n col exterior servesc la sudarea custurilor din afara unghiului dintre tablele dispuse la 900 150, asigurnd astfel cuprinderea de ctre custura realizat a fibrozitii materialelor mbinate pe toat grosimea metalului de baz. Ca urmare rezistena acestor mbinri va fi mult mai mare fa de mbinrile n col interior, rmnnd desavantajul concentrrilor de eforturi unitare de exploatare la rdcina custurii i dificultile tehnologice legate de operaiile de pregtire i asamblare-sudare care trebuie s fie foarte precise.

In figura 1.3.10. sunt prezentate variantele de rosturi de mbinare n col exterior neprelucrate n prealabil. In toate cazurile tablele trebuie potrivite la mare precizie naintea sudrii, procesul de sudare trebuie foarte bine centrat fa de rost, iar la rdcina custurii trebuie asigurat prin susinerea bii de sudur cu suport de Cu, sau pern de flux. In toate cazurile este benefic resudarea rdcinii custurilor din interiorul mbinrii, pentru eliminarea neptrunderilor i reducerea concentrrii eforturilor de exploatare. Sudarea n varianta a. se poate face cu electrozi nclinai la 450, sau cu tablele dispuse la 450, prin toate metodele de sudare cu arc electric sau cu plasm, asigurnd buna ptrundere a sudurii n metalul de baz. Varianta b. permite o mai bun asamblare a tablelor prin suprapunerea de

b =1-3

b =1-3

h =2-6

s =3-24 s =24-60

a

z1

z2 =30-700

b =1-2

h =2-4

s =6-36b =1-3

h =2-6

s =12-40

=30-700 =18- 400

a. b. c. d.

Fig.1.3.9. Rosturile mbunrilor sudate n col interior.


5

c =3-5 mm, iar la varianta c rostul n I asigur o mai uoar sudare a mbinrii cu electrod vertical, ns fibrele de material din tabla vertical nu sunt prinse n totalitate n custura sudat. Varianta d. aplicat la table mai subiri se sudeaz fr sau cu puin metal adaos, prin contopirea muchiei tablei verticale cu marginea tablei orizontale.

a. b. c. d.

s


Trebuie avut n vedere ns, c proprietile mecanice ale mbinrilor sudate prin suprapunere rezult foarte slabe din cauza concentraiilor de lini de for la rdcina custurii, care este solicitat complex la ntindere, forfecare i rsucire, iar custura nu prinde dect fibrele superficiale ale tablelor suprapuse.Ca urmare aplicarea acestor rosturi i mbinri nu este recomandat, dect pentru asamblri solicitate static, la eforturi de exploatare reduse. De asemenea apare un consum mai mare de metal de baz la poriunile de suprapunere, care ngreuneaz inutil construcia sudat.

B =10-80 B =(5-10)s B =(3-5)s

s =(0,5-1)s s =3-8b =0-2 s =5-36s =3-24 b. a. c. Fig.1.3.13. Rosturile mbinrilor sudate prin suprapunere. 1.3.4. Rosturile unor mbinri sudate speciale. a. Rosturile mbinrilor sudate cu margini rsfrnte se aplic numai la table subiri cu grosimea de s = 0,5-5 mm ,care se pot deforma la margin la rece prin ndoire, sau ambutisare pe o lime egal cu grosimea metalului de baz. Partea ndoit se sudeaz n muchie de regul fr metal adaos, aplicnd procedeele manuale de sudare cu arc electric, flacr, sau plasm. Marginea rsfrnt evit strpungerea tablelor subiri, ns rezistena mbinrii este redus deoarece marginile sudate n muchie prezint o comportare foarte slab la solicitri.

6

Acest tip de rost este aplicat numai

b. Rosturile mbinrilor sudate n muchie au form n I sau n V, cu dimensiuni asemntoare cu cele de la mbinrile sudate cap la cap

h =(1-2)s+2 h =(1-2)s+2 pentru rezervoare, vase, cutii, carcase,profile ndoite etc. care func-ioneaz la presini normale, frsolicitri nsemnate. Rosturile mbi-nrilor sudate cu margini rsfrntesunt identice att n cazul sudurilorcap la cap, ct i la cele n col, sau nT (Fig.1.3.14.).

h =(1-2)s+2

b =0-2 s =0,5-5s =0,5-5s =0,5-5a. b. c.

Fig.1.3.14. Rosturile cu margini rsfrnte.

(Fig.1.3.15.).Tablele suprapuse pe toat suprafaa lor pot fisudate direct fr teirea marginilor, prin procedee de sudare cu ptrundere adnc, sau cu teirea muchiilor pnla adncimea de 1,5.s. Imbinrile nu rezist dect lasolicitri mici, avnd un rol mai mult de fixare a tablelor. c. Rosturile mbinrilor sudate n guri sunt de fapt m-binri prin suprapunere la care pentru mrirea rezistenein tabla superioar sunt date nite guri sau decupricirculare, ovale etc. care apoi sunt sudate n col, prinprocedee manuale de sudare cu arc electric (Fig.1.3.16.).Dac gura are diametrul mic i este complet umplut cusudur, custura se numete electronit (Fig.1.3.17.).

s =2-10

b =0-0,5 =30-700

s =1,5.s

s =8-32Fig.1.3.15. Rosturile n muchie.

D =(5-20)s s =3-16

d =(1-2)s s =1-8

Fig.1.3.16. Rostul mbinrii sudate n gur.

Fig.1.3.17. Electronit.

Sudarea metalelor i procedee conexe Alegerea rosturilor

1

1.4. ALEGEREA FORMEI ROSTURILOR DE SUDARE.

Alegerea corect a formei i dimensiunilor mbinrilor sudate, precum i a rosturilor corespunztoare prezint importan deosebit pentru asigurarea calitii custurilor sudate. Pentru o alegere corect trebuie avute n vedere urmtoarele criterii de baz:

- criteriul constructiv (grosimea metalului de baz, complexitatea, rigiditatea costruciei sudate, accesibilitatea mbinrilor n vederea sudri etc.);

- criteriul metalurgic (compoziia metalului de baz, sudabilitatea materialului, structura, impuritile, compatibilitatea cu metalul adaos etc.);

- criteriul tehnologic (procedeul de sudare, condiiile i poziia de sudare, starea de tensiuni i deformaii, prenclzirile i tratamentele termice aplicate etc.);

- criteriul de exploatare (felul, mrimea i natura solicitrilor, stare de tensiuni de exploatare, condiiile specifice de funionare, coroziunea, temperaturile ridicate, sau sub 00, importana construciei etc.);

- criteriul economic (volumul operaiilor de pregtire, asamblare, sudare, pierderile de metal de baz, consumurile de materiale adaos i auxiliare etc.).

Pentru uurarea alegerii rosturilor de sudare exist o serie de standarde i normative, care n funcie de metoda de sudare i grosimea metalului de baz indic formele i dimensiunile cele mai avantajoase pentru fiecare tip de metal de baz. 1.4.1. Criteriul constructiv.

Cea mai mare importan are grosimea s (mm) a metalului de baz, care are o influen negativ asupra ptrunderii custurilor sudate. Astfel cu ct materialul este mai gros trebuie adaptate rosturi din ce n ce mai deschise, n urmtoarea ordine: I, Y, V, U, X, 2U. De asemenea la custuri mai groase crete unghiul i deschiderea rostului, pentru asigurarea accesului sursei de cldur la rdcina custurii i la rndurile de sudare.

Complexitatea i rigiditatea costruciei sudate duc la creterea pericolului de fisurare a mbinrilor sudate, ceea ce impune alegerea rosturilor care se sudeaz din mai multe treceri, n form de Y, U, X ,2U. Rosturile simetrice sudate pe ambele fee X, 2U, sunt deosebit de avantajoase pentru reducerea pericolului de tensionare, deformare i fisurare a mbinrilor sudate, deoarece rndurile de sudur depuse alternativ pe cele dou pri compenseaz reciproc tensiunile de contracie i realizeaz un tratament termic de recoacere pentru straturile depuse anterior, avnd ca efect mbuntirea plasticitii materialului depus.

Accesibilitatea mbinrilor sudate caracterizeaz posibilitatea de realizare a mbinrilor sudate n locuri unde capul sau electrodul de sudare nu poate fi meninut n poziia corect, sursa de cldura nu poate topi suprafeele rostului n mod uniform i sudorul nu poate urmri formarea bii de sudare. n asemenea cazuri se recomand aplicarea de rosturi deschise prelucrate n V sau U.

1.4.2. Criteriul metalurgic.

Acest criteriu este legat n primul rnd de caracteristicile metalului de baz. Cel mai important criteriu este compoziia chimic a materialului, care determin o serie de proprieti importante pentru asigurarea calitii mbinrilor sudate, cum sunt plasticitatea, tenacitatea, clibilitatea, transformrile structurale etc. Ca urmare la sudarea oelurilor carbon i slab aliate cu coninut redus de carbon, unde vitezele mai mari de nclzire-rcire sunt bine suportate i nu se formeaz structuri de supranclzire, sau de clire, se pot prevedea rosturi mai nchise n I, Y, X, K, care pot fi sudate prin procedee cu surse puternice de cldur fr pericol de fisurare sau deformare-tensionare. Oelurile aliate au rigiditate mai mare, sunt uor clibile, astfel c baia de sudare trebuie format mai mult din metalul adaos, ptrunderea sudurii trebuie s fie mai mic, iar vitezele de nclzire-rcire reduse, fiind recomandabil adoptarea de rosturi n V, U, 2U, care se sudeaz cu regimuri mai puin intense. La sudarea


metalelor i aliajelor neferoase, cu conductibilitate termic ridicat, de asemenea sunt mai potrivite rosturile deschise, la care nu este necesar topirea n adncime mare a suprafeelor rosturilor, ceea ce ar duce la pierderi mari de cldur. mpuritile, prezene de segregaii, structuri grosolane, starea de deformare plastic la rece etc. de asemenea sunt motive care determin utilizarea de rosturi deschise, ca s nu apar fenomene de mbogire prin difuzie n elemente nedorite a bii de sudur, sau s apar structuri i mai grosolane, urmrind o participare ct mai redus a metalului de baz la formarea custurii. 1.4.3. Criteriul tehnologic.

Criteriul tehnologic se refer n primul rnd la procedeul de sudare, caracterizat prin puterea sursei de cldur, concentrarea fluxului termic de cldur, protecia i purificarea bii de sudur, posibilitatea de reglare i meninere corect a parametrilor de sudare etc. Ca urmare la procedeele de sudare manuale, cu ptrundere redus i calitate metalurgic mai slab (sudarea cu arc electric i electrod nvelit, sudarea WIG, sudarea cu flacr etc.), rosturile trebuie s fie mai deschise n Y, V, U, X, 2U, iar la sudarea cu ptrundere mare cu arc electric acoperit sub strat de flux, n atmosfere protectoare MAG, MIG, cu plasm sau facicul de electroni, rosturile pot fi mai nchise n I, Y, X. La sudarea n baie de zgur topit, sudarea alumino-termic, sau sudarea cap la cap prin procedeele de mbinare n stare solid se utilizeaz numai cu rosturi neteite, pregtite n I.

Sudarea prin procedee care formeaz zgur mult i vscoas impune aplicarea de rosturi mai deschise, iar dac se formeaz o atmosfer bun de protecie rostul poate fi mai nchis. Prenclzirea metalului de baz n vederea sudrii, sau aplicarea de tratamente termice ulterioare fac ca rosturile s fie mai nchise, iar sudarea n condiii atmosferice nefavorabile, adic n vnt, n ploaie, sau la temperaturi sub 50C impune aplicarea de rosturi mai deschise.

De asemenea poziia de sudare are o importan mare la alegerea formei rosturilor. La sudarea n corni (orizontal pe perete vertical), rosturile trebuie s fie asimetrice, ca tabla inferioar s nu fie teit pentru susinerea bii de sudare (Y, V, U, K, 2U). In cazul sudrii peste cap rostul ntotdeauna trebuie s fie prelucrat n V, cu unghiul rostului mai mare (60-1200). 1.4.4. Criteriul de exploatare.

In primul rnd, la alegerea felului mbinrilor i rosturilor de sudare se ine cont de solicitrile care apar n timpul exploatrii construciilor sudate. In cazul solicitrilor statice reduse sau medii, pentru mbinrile de asamblare, montare, temperaturi de exploatare normale (5-300C), construcii sudate de importan redus rosturile de sudare pot fi mai nchise n I, Y, procesul de sudare fiind realizat cu regimuri mai intensive. Pentru solicitri mari, statice, dimanice, variabile, condiii de exploatare intensive, la temperaturi ridicate (100-6000C), sau

2

sub 00C (-5-800C), n condiii de coroziune, eroziune,radiaii nucleare etc., pentru construcii sudateimportante, care reprezint valori mari sau pericliteaz via uman, se pot aplica numai mbinrisudate cap la cap, cu rosturi deschise (Y, U, X 2U)sudate din mai multe treceri, prin procedee de sudarede calitate superioar.Trebuie evitate cu desvrire

naceste cazuri mbinrile sudate n col, prin supra-punere sau cu margini rsfrnte. In toate cazurile,pentru evitarea defectelor de la rdcina custurii, seimpune eliminarea prin criuire i resudarea rdciniicusturilor sudate. Din figura 1.4.1. rezult creziliena la diferite temperaturi de exploatare ambinrilor sudate din mai multe treceri este de douori mai mare, fa de mbinarea sudat realizat dintr-o trecere n rost n form de I.

KCU (J/cm2) 150 100 50 0

-200C 0 +200CFig.1.4.1.Reziliena mbinrilor sudate dintr-o trecere i din mai multe treceri la diferite temperaturi de exploatare.


3

1.4.5. Criteriul economic. Costul de fabricaie a construciilor sudate, ntre altele, este determinat de volumul

operaiilor de pregtire i prelucrare a rosturilor de sudare, cantitatea de metal pierdut la formarea rosturilor, consumul de metal adaos pentru umplerea rostului, volumul operaiilor auxiliare de asamblare, manipulare, ntoarcere a construciilor sudate, consumul de energie necesar sudrii, productivitatea muncii la sudare etc. Ca urmare rosturile nchise, sudate dintro-parte, n form de I i Y, pot fi considerate cele mai economice, deoarece necesit un volum mai mic de lucrri de pregtire-asamblare-sudare, consum mai redus de materiale i energie, iar productivitatea muncii este mai mare. Deosebit de costisitoare sunt rosturile simetrice, sudate pe ambele pri (K, X, 2U, 2U), din cauza greutilor de prelucrare a rostului, a pierderilor i consumurilor mari de materiale i energie, sudrii din mai multe treceri i a necesitii ntoarcerii cu 1800 a construciei sudate dup fiecare rnd sudat, ccea ce reduce mult productivitatea i mrete nsemnat cheltuielile de fabricaie. Din punct de vedere economic, se poate stabili urmtorul ir al rosturilor de sudare, n ordinea creterii cheltuielilor de producie: I, Y, Y, V, V, U, U, K, X, 2U, 2U.

Pentru alegerea rosturilor de sudare stau la dispoziie standardele de stat din Romnia conform datelor din tabelul 1.4.1.. De asemenea uzinele mari de fabricaie a construciilor sudate, precum i o serie de organisme de atestare-verificare a construciilor sudate (ISCIR, Registrul naval etc.) pun la dispoziie normative i tabele pentru alegerea rosturilor de sudare, care sunt obligatorii pentru proiectarea i producia de structuri sudate din domeniul respectiv.

In concluzie pentru alegerea corect a formelor i dimensiunilor rosturilor de sudare se pot face urmtoarele recomandri de baz:

-utilizarea preferenial a mbinrilor sudate cap la cap, care au rezisten superioar; -aplicarea de rosturi nchise, cu suprafee plane, care sunt mai economice; -asigurarea ptrunderii sudurii pe toat grosimea metalului de baz; -adoptarea de rosturi simetrice, sudate pe ambele pri numai n cazuri bine

justificate, deoarece sunt foarte costisitoare; -aplicarea criuirii i resudarea rdcinii custurilor numai pentru solicitri mari; -utilizarea susinerii bii de sudur numai n cazuri de for major.

Tab.l.4.1. Standarde pentru alegerea formei i dimensiunilor rosturilor de sudare prin topire Obiectul standardului Nr. standard Sudare cu arc electric cu electrod nvelit, sudare cu arc electric n mediu de gaz protector i sudarea cu gaze prin topire. Pregtirea pieselor de mbinat de oel.

SR EN 29692:1994

mbinri sudate. Formele i dimensiunile rosturilor la sudarea oelurilor sub strat de flux.

STAS 6726-85

mbinri sudate. Formele i dimensiunile rosturilor la sudarea electric n baie de zgur.

STAS 9559-82

Sudarea n construcii navale. Formele i dimensiunile rosturilor i reprezentarea sudurilor pe desene.

STAS 8456-69

mbinri sudate. Formele i dimensiunile rosturilor la sudarea cuprului i aliajelor de cupru.

STAS 9830-87

mbinri sudate. Formele i dimensiunile rosturilor la sudarea aluminiului i aliajelor de aluminiu.

STAS 10181-87

mbinri sudate. Formele i dimensiunile rosturilor pentru sudarea oelurilor placate.

STAS 10595-76

mbinri sudate cap la cap ale evilor din oel. Formele i dimensiunile rosturilor.

STAS 12255-84

Sudare. Tolerane generale pentru construcii sudate. Dimensiuni pentru lungimi i unghiuri. Forme i poziii.

SR EN ISO 13920:1998

Sudarea metalelor i procedee conexe Reprezentarea sudurilor

1.5. REPREZENTAREA SUDURILOR PE DESENE TEHNICE.

1.5.1. Definiii.

mbinrile sudate sunt reprezentate pe desene tehnice prin custurile care trebuie s fie obinute, indicnd forma i dimensiunile rosturilor, precum i o serie de date tehnologice de sudare. In prezent sudurile sunt indicate pe desene tehnice conform standardului de stat nr. SR 735/1-87, dar pot fi i alte reprezentri legiferate n diferite ramuri industriale sau n normative uzinale de construcii sudate. In toate cazurile este important notarea univoc, pe nelesul executantului, a tuturor datelor privind mbinrile sudate, ca n urma realizrii s se obin toate proprietile preconizate de ctre proiectantul structurii sudate. Conform standardului de mai sus, reprezentarea sudurilor poate s fie: -detailat, sau -convenional. a. Reprezentarea detailat const n desenarea custurilor sudate n vederea de sus, sau n seciune perpendicular pe custur (Fig.1.5.1.).

1

Aspectul n vedere se reprezint prin linii curbe, careevideneaz suprafaa custurii, iar n seciune custura se reprezint nnegrit, cu excepiadesenelor la care se arat forma i dimensiunilerosturilor. Toate cotele custurii sunt trecute pe desendatele tehnologice fiind specificate la observaii saun caietul de sarcini.In general reprezentarea detailata sudurilor se aplic rar, fiind utilizate mai mult npublicaii i cri didactice sau de specialitate.

Bc

c

s

lc

Fig.1.5.1. Reprezentarea detailat a mbinrilor sudate.

b. Reprezentarea convenional este o reprezentare simplificat, la care mbinarea sudat att n vederea de sus, ct i n seciune transversal, este marcat printr-o linie mai subire sau de aceeai grosime cu liniile de contur al desenului, indicnd axa meridional a custurii (Fig.1.5.2.). Custura este nsoit de o serie de linii i simboluri, dup cum urmeaz: evidenierea elementelor componente se face cu linii mai subiri dect linia de contur a ansamblului. Pentru subansamblu sudat se face un alt desen de sudare, la care componentele constructive sunt haurate diferit i custurile sudate se indic conform sistemului de reprezentare convenional.

-linia de indicaie; -linia de referin; -simboluri de baz; -simboluri suplimentare;

300 2 5 800

1.5.2. Liniile indicatoare. a. Linia de indicaie este o linie nclinat subire (C3), prevzut cu o sgeat care este orientat pe linia meridian a custurii sudate. Dac numai una din piesele de sudat este prelucrat linia, de indicaie n mod obligatoriu va fi orientat spre aceast.

-cotele dimensiunilor rostului; -indicaii suplimentare. Pe desenele de ansamblu nu seindic custurile sudate. Un suban-samblu sudat se prezint poziionati haurat ca o singur pies, la care

Fig.1.5.2. Reprezentarea convenional a mbinrilor sudate.

135-mijl-III-A3

E43.2.R.2.2/SR1125/2-81

Cotele rostului Simboluri de baz

Linia de indicaie

Linia de referin

Simboluri suplimentare

Indicaii suplimentare


b. Linia de referin este de aceeai grosime cu linia de indicaie, fiind trasat orizontal n continuarea liniei de indicaie paralel cu baza desenului, sau cu axa custurii, dar se admite i poziionarea ei pe vertical. Sub linia de referin (sau deasupra) se traseaz o linie ntrerupt subire, care marcheaz dispoziia rdcinii custurii. Dac rdcina custurii se afl pe partea opus poziiei sgeii liniei indicatoare linia ntrerupt este trasat sub linia de referin, iar dac rdcina este pe aceeai parte linia ntrerupt se dispune pe linia continu de referin.La custurile simetrice n X, 2U etc. nu mai apare linia ntrerupt, deoarece rdcina se afl n interiorul custurii (Fig.1.5.3.).

2

1.5.3. Simbolurile rosturilor de sudare. a. Simbolurile de baz indic cu ajutorul unor semne convenionale formele rosturilor de sudare, indiferent de procedeul de sudare care se va aplica. Grosimea simbolurilor este identic cu grosimea cotelor nscrise, iar nlimea este de (1-1,5)x mai mare. Forma simbolurilor de baz este prezentat n tabelul 1.5.1 Tab.1.5.1. Simbolurile de baz ale mbinrilor i rosturilor de sudare. Denumirea rostului

Aspectul rostului

Simbolul de baz

Deniumirea rostului

Aspectul rostului

Simbolul de baz

Cu margini rsfrnte

Punct sudat n gur

Rost n I

Sudur n puncte

Rost n V

Sudur n linie

Rost n Y

Sudarea n col cu margini rs.

Rost n U

Sudare pe suport

Rost n V

Completare la rdcin

Rost n Y

Sudare n V n rost ngust

Rost n U

Imbinare lipit prin suprapun.

Rost n col interior

Imbinare lipit oblig

Rost n muchie

Lipire prin bordurare

Fig.1.5.3. Dispunerea liniilor indicatoare la rosturile n V i X.

b. Simbolurile suplimentare sunt ataate celor de baz, indicnd forma suprafeei custurii, precum i prelucrrile mecanice ulterioare aplicate suprafeei superioare sau a rdcinii custurii. Astfel se indic dac custura trebuie s aib suprafa plan, convex sau concav, dac prelucrarea ei se face n scopul ndeprtarea supranlrii custurii pn la nivelul suprafeei tablei, dac prin prelucrare se urmrete ndeprtarea neregularitilor suprafeei custurii i realizarea unei treceri line spre suprafaa metalului de baz, precum i ndeprtarea i resudarea rdcinii custurii sudate (Tab.1.5.2.).


Simbolurile de baz i suplimentare se pot combina ntre ele, pentru a indica toate aspectele de form prevzute pentru asigurarea calitii mbinrilor sudate n condiiile date de exploatare. Tab.1.5.2. Simbolurile suplimentare i combinarea lor cu simbolurile de baz Suprafa plan

ndeprtarea supranlrii custurii pn la nivelul tablei

Suprafa convex

Prelucrarea custurii pt. trecere lin i ndeprtea neregularitilor

Suprafa concav

Prelucrarea i resudarea rdcinii custurii

3

1.5.4. nscrierea cotelor.

La stnga simbolului de baz se nscriu cotele referitoare la dimensiunile transversale

ale custurii sudate (s -grosimea custurii), iar la dreapta lui cele longitudinale (l -lungimea custurii). Dimensiunile rostului (b -deschiderea rostului; -unghiul rostului; h -nlimea rdcinii rostului; E -limea rostului) se trec n spaiul disponibil deasupra sau dedesubtul simbolului. Dac la mbinrile sudate cap la cap custura este complet ptruns pe toat grosimea metalului de baz, grosimea s nu se mai trece. La mbinrile sudate n col interior, n faa simbolului se nscrie fie cota a -nlimea triunghiul izoscel nscris n interiorul custurii, fie z lungimea catetei orizontale ale triunghiului din seciunea transversal a custurii. Dac cele daou catete au lungime diferit, z1, z2, acestea sunt trecui sub form de nmulire z1 x z2. Exemplificri privind nscrierea cotelor custurilor sudate sunt prezentate n tabelul 1.5.3. Tab.1.5.3. nscrierea cotelor mbinrilor sudate. Aspectul custurii nscrierea cotelor Aspectul custurii nscrierea cotelor

1.5.5. Indicaii suplimentare. a. Sudarea pe contur se indic cu un cerc plasat n punctul de ntlnire a liniei de indicaie cu cea de referin (de exemplu la sudarea virolelor). b. Sudarea la montaj se marcheaz cu un fanion desenat n punctul de ntlnire a liniilor de indicaie i de referin.

b

s

s

s

l

l

s l

b

a aa 5 a l

zz z 6

z1z2 6 x 8

l

l

a

a a

l l

l

l l

e

e e

e

an x l (e)

n x l n x l

(e)(e)

d

e e e e d n x (e)d

d

l le

c n x l (e)a

a


c. Alte indicaii vor fi trecute dup linia de refetin, n dreptul celor dou linii nclinate: -n dreptul liniei superioare se nscriu urmtoarele date:

4

-cifra procedeului de sudare (SR 8325-77); -abaterile limit a dimensiunilor custurii; -clasa de execuie a custurii (SR 7365-74); -poziia de sudare, dac difer de cea orizontal. -n dreptul liniei inferioare este nscris calitatea electrodului sau a metalului adaos. d. Imbinrile identice se prezint odat, nmulind simbolizarea unei mbinri cu numrul custurilor identice. Dac sunt mai multe mbinri identice cu lungime diferit, se va nscrie lungimea total a custurilor. 1.5.6. Notarea verificrilor nedistructive

Notarea procedeelor de verificri nedistructive a mbinrilor sudate se face pe o linie de referin asemntoare cu cea de la nscrierea custurilor, care se traseaz la captul liniei de indicaie prelungit. Procedeul de verificare se simbolizeaz cu litere mari (Tab.1.5.7.), iar n continuarea simbolului se trece numrul de verificri pe lungimea de verificat (n x l), sau procentajul de custuri (de ex. 50%) care se verific prin metoda respectiv (SR 735/2-87). Tab.1.5.7. Simbolizarea procedeelor de verificare. 1.5.8. Exemple de utilizare a simbolurilor. Detailat Conveional Detailat Conveional Detailat Conveional

111-mijl.-II-A2

E51.2 SR 1125/2-81

a5 200 x n

b s II ltot

RP n x l Indicaii suplimentare V - vizual (optic); RR- radioscopic;

LP- cu lichide penetrante; RI - prin ionizare; RP- cu radiaii penetrante; TF- traductor magnetic; PM-cu pulberi magnetice; EA- emisie acustic; US- cu ultrasunete; CT- cureni turbionari.

s l

b

Indicaii suplimentare

sau

sau

sau

Bazele fizico-metalurgice Surse de curent

2.2. SURSELE DE CURENT PENTRU SUDAREA CU ARC ELECTRIC

2.2.1. Caracteristicile de baz ale surselor de curent pentru sudarea cu arc electric

Sursele de curent utilizate pentru alimentarea arcurilor electrice de sudare sunt de construcie special, robust, care trebuie s asigure reglarea uoar i meninerea constant a parametrilor curentului de sudare, amorsarea uoar i stabilitatea arcului electric, evitarea posibilitilor de electrocutare etc.

Caracteristicile de baz ale surselor de curnet pentru sudare sunt urmtoarele; - tensiunea de mers n gol: U0 = 45-90 V; - tensiunea curnetului arcului electric de sudare: Ua = 20-75 V; - intensitatea curentului de sudare: Is = 30-500 A; - curnetul maxim de scurtcircuit: Isc = (1,2-1,4)Is; - durata activ de sudare (raportul dintre timpul efectiv de sudare i timpul total de

funcionare): DA, care se specific pentru o anumit valoare a intensitii curentului de sudare Is . Recalcularea duratei pentru alte valori ai curentului de sudare se face cu relaia: DA1/DA2 = Is1/Is2. De regul durata activ are valoarea de 50 100%;

Caracteristica extern a sursei reprezint variaia tensiunii n funcie de intensitatea curentului de sudare, Us = f(Is). Reprezentnd grafic (Fig. 2.2.1), aceast caracteristic poate s aib trei forme:

U

I

a

b

c

Us

Isc Fig.2.2.1. Caracteristicile ex-terne ale surselor de curent

- caracteristic coboritoare, la care valoarea tensiunii scade pe msura creterii intensitii curentului de sudare (a), relaie aplicat la procedeele de sudare cu electrod nvelit, sau la sudarea WIG, n argon cu electrod de wolfram;

- caraceristic rigid, la care tensiunea curentului se menine constant, independent de valoarea intensitii curentului de sudare (b).

- caractersitic urctoare, la care tensiunea crete cu creterea intensitii curentului de sudare (c). Aceste dou tipuri de caracteristici se aplic cu precdere la procedeele de sudare n atmosfere protectoare (CO2, Ar), cu electrod pentru sudare cu arc electric. fuzibil (MIG-MAG).

Stabilitatea sistemului surs-arc reprezint relaia dintre caracteristica arcului electric de sudare i caracteristica extern a sursei, intersecia dintre cele dou curbe caracteristice reprezentnd punctul de funcionare a sistemului. Pentru procedeele de sudare manuale cu arc electric i electrod nvelit, sau cu U (V)

I (A) Isc

U0Caracteristica extern a sursei electrod de wolfram (WIG), sursa de curent trebuie

s aib caracteristica extern cobortoare, pentru Caracteristicile arcului electricca datorit modificrii lungimii arcului, parametrii

curentului de sudare s se modifice n aa fel nct efectul termic de nclzire a arcului s rmn constant (Fig. 2.2.2.). La creterea lungimii arcului dela valoarea nominal La0 la La1 punctul de lucru se depleaseaz dela 0 la 1, tensiunea arcului crete la Ua1, iar intesitatea curentului de sudare scade la valoarea Is1, n aa fel nct produsul q = Is.Ua =ct. se menine constant, adic cldura dat de arcul electric se menine constant, independent de lungimea arcului.

Ua0Ua1

Ua2

0 1

2

Punctele de lucru

La0La1

La2Is0Is1 Is2

Fig. 2.2.2. Stabilirea punctelor de lucru n sistemul surs-arc, la diferite valori ale lungimii arcului electric de sudare.


Reglarea para- U U

I IIs1 Is1 Is2 Is2 Is3 Is3

Ua Ua

U0U01U02U03

Fig. 2.2.3. Reglarea intensit

metrilor curentului de sudare se poate obine pe dou ci (Fig. 2.2.3.): a. prin schimbarea tensiunii de mers n gol a sursei de curent; b. prin modificarea im- pedanei circuitului de alimentare a arcului electric.

2.2.2. Construcia surselor de curent pentru sudare Pentru alimentarea arcului electric de sudare sunt utilizate urmtoarele surse de

curent: -grupuri electrogene -convertizoare de sudur; -redresoare de sudur; -invertoare de sudur; -tranformatoare de sudur.

a. Grupul electrogen se compune dintr-un motor cu ardere intern cu benzin sau motorin i un dinam, generator de curent continuu sau alternativ, de construcie adecvat proceselor de sudare cu arc electric i electrod nvelit (Fig. 2.2.4.). Aceste grupuri se folosesc numai pe antier sau n locurile unde nu este reea de alimentare electric.

b. Convertizorul de sudare are o construcie asemnntoare cu grupurile electrogene, numai c n loc de motor cu ardere intern pentru antrenarea dinamului se folosete un motor electric trifazat cu pornire stea-triunghi (Fig. 2.2.5.). In ultimul timp convertizoare nu mai sunt utilizate n practic din cauza greutii proprii mari, consumului mare de cupru pentru infurrile statorului i a rotorului, randament sczut, pierderi mari de energie la mers n gol, uzur i zgomot mare n funcionare. c. Redresorul de sudur se compune dintr-un transformator trifazic de construcie robust

i un grup de 6 diode redresoare de Si (Fig. 2.2.6.). Pentru reglarea parametrilor curentului de sudare se folosete o comand electronic care acioneaz asupra celor trei tiristoare redresoare. In circuitul negativ este nseriat un drosel pentru uniformizarea curentului redresat.

d. Invertorul este cea mai modern surs de curent pentru sudare, avnd un consum redus de materiale, randament ridicat, o mare stabilitate i reglarea parametrilor curentuluide sudare prin calculator etc. (Fig. 2.2.7.).

ii curentului de sudare.

a. b.

Transformator trifazic

Grupa redresoare de diode de Si

elDros

Comanda electronic

Fig. 2.2.6. Schema unui redresor de sudur.

Motor cu ardere intern

Fig. 2.2.4. Schema bloc al unui grup electrogen

Generator de curent

Motor electric trifazat

Fig. 2.2.5. Schema bloc al unui convertizor.

RS

T

R S T Generator

de curent


Curentul trifazat preluat de la reea este redresat i alimentat ntr-un schimbtor de frecven cu tranzistoare de putere, comandat de un sistem electronic cu circuit integrat, care supravegheaz meninerea parametrilor curentului de sudare i permite reglarea acestora pe baz de comand program. Curentul de frecven ridicat de 20-50 kHz este transformat cu ajutorul unui transformator cu miez de ferit, redresat i apoi filtrat, pentru alimentarea arcului electric de sudare.

e. Transformatorul de sudur are o construcie relativ simpl i robust, fiind format din transformatorul propriuzis, un drosel de defazaj i dispozitivul de reglare a parametrilor curentului de sudare (Fig. 2.2.8.). Reglarea curentului de sudare poate fi realizat prin diferite metode: a. prin schimbarea numrului de spire din nfurarea primar; b. prin modificarea intrefierului untului magnetic cu ajutorul unui miez de fier mobil;

c. cu ajutorul unei bobine de racie tip drosel legat n serie cu infurarea secundar; d. cu ajutorul unui transductor alimentat cu un curent continu redresat.

Cda. electronic, generator de I.F. 20-50kHz

Redresor rimar

Redresor secundar

Transfor-mator I.F

Drosel

Invertor de frecven

R S T

p

Fig. 2.2.7. Schema de principiu al unui invertor de sudur.

Fig. 2.2.8. Schema unor transformatoare de sudur (a. cu prize n nfu- rare primar; b. cu miez mobil; c. cu bobin de reacie; d. cu transductor).

a.

~Up ~Us

b.

~Up ~Us

c.

~Up ~Us

d.

~Up ~Us

a. b. c. d. Fig. 2.2.9. Aspectul unor surse de curent pentru sudare cu arc electric (a. convertizor, b. transformator, c. redresor, d. invertor).

Bazele fizico-metalurgice Surse de curent Vedera general a unor surse de curent pentru sudare cu arc electric de putere

apropiat sunt prezentate n figura 2.2.9. Astfel se poate observa c numai invertorul are dimensiunile de gabarit mai mici fa de celalalte surse. La toate tipurile de surse parametrii de sudare (n special intensitatea curentului) pot fi reglai relativ uor, numai n cazul invertoarelor regimul de sudare (intensitatea i tensiunea curentului) poate fi programat, iar valorile se menin constante independent de tensiunea de alimentare de la reea ( 20%), sau poate varia n funcie de program.

In tabelul 2.2.1. se face o comparaie dintre principalele caracteristici ale surselor de curent. Din aceste date rezult c cei mai avantajoi sunt transformatorii de sudur, care au o constrcie simpl, ieftin i robust i invertorii de sudur au un consum mai redus de energie i pot fi conectai n sisteme computerizate, robotizate, automatizate.

Tabelul 2.2.1. Comparaie dintre caracteristicile celor mai utilizate surse de curent de sudare Caracterisrica Generator rotativ Transformator Redresor Invertor Preul sursei mare redus mare mediu Costul intreinerii mare redus mediu redus Durat de via medie mare medie mare Sensibilitate la suprasarcin

redus redus mare medie

Tipuri de electrozi toate bazice nu toate toate Devierea arcului mare redus medie redus Poluare sonic mare redus medie redus Randamentul (%) 0,4-0,7 0,7-0,9 0,6-0,8 0,8-0,9 Factorul de putere 0,7-0,9 0,3-0,6 0,6-0,8 0,8-0,9 Consum de energie mers n gol (kW)

1,5-5 0,4-1 0,3-0,8 0,1-0,4

Greutatea (kg) 400-600 200-300 80-200 30-90

Bazele fizico-metalurgice Surse de cldur

PARTEA II

BAZELE FIZICO-METALURGICE ALE SUDRII METALELOR

2.1. SURSELE DE CLDUR PENTRU SUDARE.

2.1.1. Arcul electric de sudare.

Arcul electric este o descrcare electric, printr-o coloan de gaz ionizat i incandescent, a unui flux de electroni liberi, care se deplaseaz de la electrodul cu polaritate negativ (catod) spre cel cu polaritate pozitiv (anod), sub influana cmpului electrostatic format ntre electrozii legai la bornele unei surse de curent (Fig.2.1.1.).

1

de regul se leag la acel electrod care n procesul de sudare trebuie nclzit mai puternic. Ca urmare, piesa de sudat avnd mas mare, trebuie legat la polul pozitiv al sursei de curent de sudare, asigurnd astfel o mai bun nclzire i ptrundere a custurii, vorbind n acest caz de sudare cu polaritate direct. n anumite cazuri ns, polul pozitiv este legat la electrodul de sudare, pentru a-l topi mai intens i rapid, vorbind de sudare cu polaritate nvers (de exemplu la sudarea cu electrod cu nveli bazic, sau la sudarea semiautomat cu electrod fuzibil). Ca urmare, curentului electric se simbolizarea n felul urmtor: -la polaritate direct: c.c.- , -la polaritatea nvers: c.c.+, - n cazul arcului electric de curent alternativ: c.a. .

Amorsarea arcului electric de sudare de obicei se realizeaz prin scurtcircuitare, lovind scurt cu electrodul suprafaa metalului de baz. Datorit rezistenei de contact, captul electrodului se ncinge, asigurnd termoemisia de electroni necesar formrii arcului electric. n unele cazuri ns, cnd nu este permis scurtcircuitarea (de exemplu la sudarea cu electrod de wolfram care se mpurific i se consum mai rapid), amorsarea se realizeaz cu ajutorul curentului de nalt frecven (1-2 MHz; 5-10 kV), care strpunge spaiul i preionizeaz atmosfera dintre electrozi, n vederea formrii arcului electric.

Parametrii principali ai curentului de sudare sunt urmtorii: Ua tensiunea curentului arcului de sudare, n timpul stabilirii arcului electric (V); Is - intensitatea curentului de sudare n timpul sudrii (A); La lungimea arcului electric de sudare, ca distana dintre capetele electrozilor (m).

Caracteristica arcului reprezint relaia matematic sau grafic dintre cei trei parametrii de sudare: Ua = f (Is,La). Pentru sudarea cu arc electric cu electrod nvelit caracteristica arcului are urmtoarea form empiric:

);V(IL.caUs

aa += (2.1.1.)

Fig.2.1.1. Elementele arcului electric.

Termoemisia de electroni este fenomenul fizic caredetermin plecarea de pe suprafaa catodului incan-descent a fluxului de electroni. Pata anodic rezult datorit bombardrii suprafeeianodului de ctre fluxul de electroni, avnd vitez mare, pe care o nclzete la temperaturi ridicate(4000-5000 K) i n adncime mare.

Catod

Pata catodic este zona incandescent din captulcatodului, care se nclzete mai puin (3000-4000 K), deoarece se formeaz n urma bombardrii cu ionii degaz formai n coloana arcului, avnd astfel vitez maimic. Avnd n vedere acest fenomen, polaritatea pozitiv

La sudarea oelurilor carbon a = 11; iar c = 5500. In general Is = 30-500 A; Ua = 24-45 V; La = 3-6 mm.Densitatea de energie transmis de arcul electric de su-dare este de 104 105 W/cm2.

Pata catodic 3000-4000K

Pata anodic 4000-5000K

Anod

Coloanaarcului

(+)

+( )

La Is (A) Ua (V)

Electroni

Ioni de gaz


2

Efectul termic de nclzire a arcului electric q (J/s) rezult din legea lui Joule-Lenz

din produsul intensitii curentului de sudare i tensiunea arcului electric, unde este randamentul nclzirii. (2.1.2.) .

Topirea electrodului este determinat de randamentul de nclzire a electrodului (e), ca partea de cldur livrat de arcul electric ctre electrod. Cantitatea de cldur necesar topirii electrodului este asigurat de arcul electric, conform relaiei:

;.U.Ii..4d..Vq eas.top

2ee == (2.1.3.)

unde: qe cldura necesar topirii electrodului de sudare (J/s); Ve - viteza de avans a electrodului (mm/s); de diametrul srmei metalice din electrod (mm); - greutatea specific a metalului electrodului (g/mm3); itop. entalpia de topire a metalului electrodului (J/g). Se definesc urmtorii coeficieni de topire a electrodului de sudare cu arc electric:

Productivitatea de topire a electrodului:

.top

eas2e

ee iU.I.

4d.Vg == ; (g/s) (2.1.4.)

Coeficientul de topire a electrodului:

;Ig

s

et = (g/As) sau ;I

g3600

s

et = (g/Ah) (2.1.5.)

Viteza de topire a electrodului rezult din relaiile 2.1.3. i 2.1.4.

;.d.

I..410V

2e

st3et

= (m/h) (2.1.6.) Trecerea metalului adaos de la electrodul fuzibil la baia de sudur are loc sub

form de picturi fine de metal topit, avnd temperatur ridicat (2000-22000C). Fazele procesului sunt urmtoarele: a. topirea captului electrodului; b. desprinderea topiturii prin strangularea zonei de metal din apropierea electrodului; c. deplasarea picturilor de metal adaos spre metalul de baz (Fig.2.1.3.).

Is (A)

Ua (V)

Reprezentarea grafic a caracteristicii arcului electric de sudare este prezentat nfigura 2.1.2. La sudarea manual cu arc electrici electrod nvelit, sau electrod de wolfram undese lucreaz cu densiti mai mici de curent (10-50 A/mm2), caracteristica este cobortoar. La sudarea semiautomat cu arc electric i elec-trod fuzibil n atmosfere protectoare, unde densitatea de curent este mare (100-200 A/mm2), apare o caracteristic rigid sau chiarurctoare.

Caracteristic cobortoare

La1La2La3

urctoare rigid

Fig.2.1.2. Caracteristica arcului electric de sudare (La1>La2>La3).

q = Is . Ua . ;

e.a.Strangularea se produce datorit forelor electromagnetice, iar trecerea spre metalul de baz are loc nu numai pe baza forelor de gravitaie, dar i a forelor de atracie electrostatice i de atracie de mas. De asmenea s-a constatat c are loc formarea exploziv de CO2 n metalul topit, care poate determina desprinderea picturilor i proiectarea lor spre baia de sudare (d., e.).

c. d. b.

CO2

Fig.2.1.3. Trecerea picturilor de metal adaos topit prin arcul electric de sudare.


3

Devierea arcului de sudare este un fenomen nedorit, deoarece reduce ptrunderea n metalul de baz a procesului de sudare. Devierea apare n urma aciunii cmpului electromagnetic format att n electrod ct i n piesa de sudat la trecerea curentului electric de sudare, asupra arcului electric care se comport ca un conductor flexibil i se abate de la prelungirea axei srmei electrod, nclzind metalul de baz alturi de zona de sudare, picturile de metal adaos topit depunndu-se astfel pe suprafeele reci ale pieselor de mbinat.

In figura 2.1.4. este ilustrat pictura de

metal adaos topit, care trece prin arcul electric desudare spre baia de sudur. De asemenea poate fiobservat topirea i fenomenul de strangulare ametalului topit de la captului electrodului. Latrecerea picturilor de metal adaos topit, forele gravitaionale sunt nvinse de cele electrostatice ide mas, ceea ce explic posibilitatea sudrii npoziia de peste cap, cnd metalul adaos topittrece de la electrod spre baia de sudur pevertical, de jos n sus. Pentru o calitatesuperioar a custurii sudate, metalul adaos topittrebuie s fie pulverizat sub form de picturi ctmai fine.

Fig.2.1.4. Arcul electric de sudare cu pictura de metal adaos topit.

Al,Cu

Fe,Ni,Co c.c-

Metalul de baz

Electrodulde sudare

Cmpul electromagnetic

Fenomenul apare mai pronunat la capetelembinrilor sudate, precum i la sudarea muchiilor rosturilor teite. Dac metalul debaz este feromeganetic (Fe,Ni,Co), arculdeviaz spre interiorul piesei, iar la sudareametalelor paramagnetice (Al,Cu) devierea se produce n afara piesei (Fig.2.1.5.). Pentru reducerea efectului negativ al devierii arcului electric de sudare se recomandaplicarea urmtoarelor msuri: -sudarea cu arc ct mai scurt (La


2.1.2. Plasma termic

Plasma termic este o stare disociat, ionizat, incascendent i sub presiune a

gazelor. In stare de plasm pot fi aduse toate gazele (heliu, hidrogen, azot, bioxid de carbon, aer etc.), ns cel mai frecvent este utilizat plasma de argon. In principiu, gazul plasmagen se ionizeaz prin trecerea lui printr-un arc electric, care n urma comprimrii la trecerea printr-un ajutaj de strangulare, se nclzete la temperatura de 10.000-30.000 K.

Plasma de sudare se realizeaz n generatoare de plasm, formate dintr-un electrod de wolfram legat la polul negativ al sursei de curent i un ajutaj de cupru, care servete la formarea arcului electric de ionizare i strangularea gazului plasmagen n vederea obinerii jetului de plasm (Fig. 2.1.7.). Att electrodul de

4

Amorsarea procesului de formare a plasmei se realizeaz cu ajutorul curenilor de

nalt frecven, de 1-5 MHz suprapuse peste curentul electric de alimentare a plasmei, atfel c ntre electrozii generatorului de plasm apare o descrcare electric prin scntei care preionizeaz gazul plasmagen i pornete arcul electric de formare a plasmei. Jetul de plasm se caracterizeaz nu numai prin temperatur ridicat, dar i printr-o concentrare mare a energiei, care poate ajunge la 105-106 W/cm2.

wolfram, ct i ajutajul de cupru sunt rcite cuap prin circuite interioare. Gazul plasmagen(argonul) este ntrodus n spaiul dintreelectrodul de W i partea cilindric a ajutajuluide Cu i trece prin arcul electric format ntrevrful conic al electrodului de W i parteaconic a ajutajului de Cu. Jetul de plasm careiese din ajutajul generatorului de plasma poateavea lungime diferit (5-150 mm), n funcie deparametrii de lucru. Se deosebesc trei varianteale plasmei termice de sudare: -jet de plasm, cnd sursa de curent este legatntre electrodul de W i ajutajul de Cu; -arc de plasm, cnd polul pozitiv al surseieste legat la piesa metalic, astfel nct prinplasma termic trece i un fluxul de electroni alcurentului electric, mbuntind mult eficienatermic a procesului; -plasma combinat, dintre cele dou variante.

Gaz plasmagen

Rcirecu ap

Rcire cu ap

Arc electric

Jet de plasm

Arc de plasm20000K

15000K10000K5000K

Electrod de W

Ajutaj de Cu

Fig.2.1.7. Schema generatorului de plasm.

Gazele plasmagene n funcie de temperatur disociaz i apoi se ionizeaz,absorbnd o mare cantitate de cldur de laarcul electric de amorsare (Fig.2.1.8.). Gazele monoatomice au tensiune de ionizare ridicat (Ar=15,8V, He=24,6V) , iar gazele biatomiceau tensiune de ionizare mai mici (N2=13,6V, H2=14,6V). n contact cu piesele metalicegazele ionizate se recombin, cedeaz clduraabsorbit, contribuind substanial la nclzireaacestora:

Fig.2.1.8. Variaia entalpiei unor gaze plasmagene n funcie de temperatur pe parcusul disocierii i ionizrii.

Ar Ar+ + e-; He He+ + e-; N2 2N 2N++ 2e-; H2 2H 2H++ 2e-;

kJ cm3 2,5

2

1,5

1

0,5

0 2 4 6 8 10 12 14 16 .103

T (K)


5

2.1.3. Facicul de electroni

Facicolul de electroni este un flux de electroni de mare intensitate, generat n vid prin termoemisie de electroni de ctre un filament de wolfram i accelerat de un cmp electrostatic de nalt tensiune. Efectul termic de nclzire i topire se datorete frnrii n metalul de sudat a fluxului de electroni de mare vitez, care poate ajunge la valoarea de 175.000 km/s, n funcie de tensiunea de accelerare, conform relaiei (2.1.9).

;Um

e2V ee

e = (2.1.9.) In coloana tunului de electroni trebuie s fie un vid de 10-4-10-5 MPa, pentru a nu

influena negativ facicolul de electroni de ctre atomii gazelor din aer. Vidul este obinut cu ajutorul unui sistem de vidare compus dintr-o pomp rotativ de vid preliminar (10-2 MPa) i o pomp de difuzie de vid nalt. In coloana tunului se mai afl o bobin electromagnetic de focalizare i o bobin de deflexie alimentate cu curent continuu de 80 V, pentru reducerea diametrului i dirijarea ctre obiectul nclzirii a facicolului de electroni, a crui diametru poate fi de 2-50 m. In camera de sudare vidul nu trebuie s fie mai mare de 10-2-10-3 MPa.

0 100 200 300 400 500 Ip (A)

qp (kJ/s)

p (%) 60 40 20 0

p

15 10 5

qp

Fig.2.1.9. Variaia efectului termic (qp) i a randamentului plasmei n funie de intesitatea curentului electric de alimentare a plasmei (Ip).

Efectul termic de nclzire a plasmei se determin din parametrii curentului electric de alimentare, innd cont de randamentul de nclzire a jetului de plasm (p): qp = Ip . Up . p ; (J/s) (2.1.8.) In funcie de intensitatea curentului electric (Ip) efectul termic de nclzire al jetului de plasm crete exponenial, n timp ce randamentul (p) variaz liniar (Fig.2.1.9.). Tensiunea (Up = 45-200 V) influeneaz mai mult stabilitatea plasmei, iar debitul de gaz plasmagen i diametrul ajutajului generatorului de plasm reduc randamentul i efectul termic al plasmei.

Unde: e sarcina electronului;me masa electronului; iar Ue tensiunea de accelerare a electronilor.

Dispozitivul de generare a facicolului deelectroni se numete tun de electroni (Fig.2.1.10.). Un catod de W n form de filament este nclzit cu uncurent de 5-12 V i 3-10 A, n vederea asigurriitermoemisiei de electroni de mare intensitate.Facicolul de electroni se formeaz datorit cmpuluielectrostatic al anodului sub form cilindric (cilindruWehnelt) legat la polul pozitiv al unei surse de curentcontinuu de nalt tensiune de Ue = 5-200 kV, intensitatea curentului fiind de Ie = 50-500 mA. Puterea electric consumat este de 3-20 kW, iar fluxul de energie a jetului de electroni poate ajunge la108 W/cm2.

Catod de W

Anod

Bobinde foca-lizare Bobin de def-lexie

Facicolul de electroni

Ue

Ufil

Pompade vid prin difuzie

Pompa rotativde vid

Fig.2.1.10. Schema de principiu a tunului de electroni.


2.1.4. Flacra de sudare

Flacra de sudare se formeaz prin arderea unui gaz combustibil n amestec cu oxigen pur. Proprietile de ardere a unor gaze combustibile cu oxigenul sunt date n tabelul 2.1.1. Astfel rezult c cea mai mare temperatur i densitatea maxim de energie transmis se obine n cazul flcrii oxi-acetilenice, care este folosit n primul rnd pentru sudarea prin topire a metalelor i aliajelor. Pentru tiere, lipire i n alte scopuri se mai folosesc i alte flcri oxi-gaz. Tab.2.1.1. Caracteristicile termice ale unor gaze combustibile n amestec cu oxigen pur Gazul com-bustibil

Formula chimic

Greutatea specific (kg/m3)

Coef.de amestec cu 02

Temp.de aprindere (0C)

Temp.de ardere (0C)

Puterea caloric (kJ/m3)

Limite de explozie (%)

Acetilena C2H2 1,172 1,1-1,2 300 3200 51714 2,8-93 Metan CH4 0,85 1,8 450 2000 35564 6,5-35 Propan C3H8 1,83 4,3 490 1950 92675 3-45 Hidrogen H2 0,09 1,5 450 2100 10795 4,5-95

6

termin arderea complet a gazelor formate, aspirnd n acest scop oxigenul din aerul nconjurtor: 2CO + H2 + 1,5O2 = 2CO2 + H2O;

Flacra oxi-acetilenic rezult prin aprinderea amestecului de gaze la ieirea dinajutajul arztorului (Fig.2.1.11.). In seciunealongitudinal flacra prezint trei zonedistincte: I zona de amestec, unde gazele se amestec i se prenclzesc la temperatura de aprindere;

da I II III

II zona de ardere primar, unde are loc arderea primar a amestecului oxi-acetilenic: C2H2 + O2 = 2CO + H2 ; Aceast zon poate fi uor observat, avndforma unui con de culoare albastr. Zonaprezint pentru procesele de sudare importanadeosebit, deoarece la vrful lui se obine tem-peratura maxim i gazele rezultate au ocompoziie reductoar: 61%CO+22%H2+17%H; III zona de ardere secundar, n care se

Fig.2.1.11. Zonele flcrii oxi-acetilenice i variaia temperaturii de alungul flcrii.

tmax=32000C

C2H2+ O2

Distan (mm)

t (0C)

tapr

5-15

a.

b.

c.

Pentru caracterizarea flcrilor oxi-acetilenice se folosete noiunea de coeficient de amestec: = Qo/Qac;ca raportul dintre debitul de oxigen Qo i debitul de acetilen din amestec Qac. In funcie de valoareacoeficientului de amestec se deosebesc trei tipuri de flcri(Fig.2.1.12.): -flacr neutr, cu =1,1-1,2; la care temperatura estemaxim i gazele din zona II sunt reductoare, fiindutilizat la sudarea tuturor tipurilor de oeluri i a cuprului;-flacr carburant, cu =0,7-1,0; cu exces de acetilen, utilizat la sudarea fontelor, aluminiului i a plumbului; -flacr oxidant, cu =1,2-1,5; aplicat la sudarea alamei i a bronzurilor.

Fig.2.1.12. Aspectul flcrii neutre (a), carburante (b) i oxidante (c).


7

Efectul de nclzire a flcriioxi-acetilenice poate fi calculat dinputerea caloric a acetilenei, debitul deacetilen (Qa l/h) i randamentul denclzire () care scade substanial cumrimea flcrii (Fig.2.1.13.).

(%) 75 50 25 0

0 500 1000 1500 2000 Debitul de acetilen (l/h)

q 16(kJ/s) 12 8 4

q

2.1.5. Facicolul de laser.

Laserul (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) este un facicol luminos coerent, monocromatic, de mare intensitate, care poate fi focalizat pe suprafaa materialelor la diametre de 2-10 m, realiznd o densitate foarte mare de energie, de 108 109 W/cm2. Datorit absorbiei facicolului de lumin, suptafaa materialelor poate s se nclzeasc chiar pn la 50000 K. Producerea facicolului de laser are la baz emisia stimulat a atomilor de gaze sau de anumite substane solide, putnd lucra n regim continuu sau intermitent.

In tehnica sudrii metalelor cel mai frecvent sunt utilizate generatoare de laser cu mediu solid (Fig.2.1.14.a.), sau. mediu gazos (Fig.2.1.14.b.).

;.Q.37,14Q3600

51714q iiiii == (J/s)

Practic efectul de nclzire a flcrii nucrete liniar cu debitul de acetilen dincauza pierderilor de cldur i a arderiiincomplete a flcrii la debite mari degaze.

Fig.2.1.13. Variaia efec

Documents

Curs Sudura