curs 08_tst_2014

TEHNOLOGIA

SUDĂRII PRIN2014

TOPIRE

1

2

Tehnologia sudării în baie de zgură

Fluxurile ceramice sau minerale sunt în stare solidă izolatoare electrice, dar în stare topită devin

conducătoare. Conductibilitatea electrică a lor este însă şi în acest caz scăzută, ceea ce înseamnă că ele

vor avea o rezistenţă electrică mare. Ca atare, la trecerea unui curent printr-o baie de flux topit, numită în

mod uzual baie de zgură, se generează o cantitate mare de căldură prin efect Joule. Aceasta poate fi

utilizată pentru a topi materialele în contact cu baia de zgură, deci şi pentru sudare. Cantitatea de căldură

introdusă în piesă depinde de caracteristicile fluxului, curentul şi viteza de sudare, precum şi de volumul băii

de zgură.

Principiul sudării în baie de zgură

Sudarea în baie de zgură este un procedeu specific de sudare a

componentelor foarte groase (de la 30 mm până la câteva mii de

mm). La sudarea în baie de zgură nu se formează arc electric,

căldura necesară topirii producându-se prin efect Joule, la trecerea

curentului IS prin electrozi şi prin baia de zgură topită. Sudarea în

baie de zgură se poate face în poziţie verticală, după cum se observă

din fig. 1:

Componentele de sudat 1, cu un rost în I, având deschiderea r,

alcătuiesc împreună cu patinele din cupru 3 răcite în interior cu apă,

o cavitate în care se formează baia de metal topit 5 şi baia de zgură

6. Sârmele de sudură 2 sunt imersate în baia de zgură şi conduc

curentul electric IS , care produce prin efect Joule cantitatea de

căldură necesară procesului. Căldura degajată în zgura lichidă

topeşte sârma de sudură, care avansează cu o viteză constantă prin

ajutajul 7, fiind propulsată de sistemul de role 8. Zgura lichidă

topeşte de asemenea marginea componentelor, iar cantităţile de

metal topite formează baia metalică.

Fig. 1Sudarea în baie de zgură.

3


Patinele din cupru 3 şi sistemul de susţinere a sârmelor de sudură se ridică cu o viteză egală cu viteza de

sudare vS . Amorsarea procesului se face prin formarea unui arc electric, între sârma electrod 2 şi fluxul de

sudură 9, care are conductivitate electrică relativ bună faţă de fluxurile obişnuite. După formarea unei băi de

zgură prin topirea fluxului, sârma de sudură este imersată în baie şi arcul se întrerupe datorită contactului

format. Conductivitatea băii de zgură nu trebuie să fie mare, pentru ca, curentul care o parcurge să degaje

prin efect Joule o cantitate cât mai mare de căldură.

La sudare pot fi utilizate următoarele fluxuri având următoarele componente:

- SiO2 (până la 45 %)

- MnO (până la 35 %)

- CaFe (până la 40 % şi chiar 92 %)

- MgO (până la 18 %)

-CaO (până la 15 %)

-Al2O3 (până la 23 %)

Există şi unele fluxuri cu conţinut de TiO2 (30 – 40 %).


Sârmele utilizate la acest procedeu de sudare este

indicat să aibă un diametru de cca 3,0 – 3,25 mm, pentru

a fi suficient de rigide şi pentru a-şi menţine poziţia în rost

la o lungime liberă de 60 – 80 mm. Conţinutul de carbon

al sârmei trebuie să fie cât mai redus, iar conţinutul de Mn

şi Si pot fi în limitele normale. Dacă se sudează oţeluri

necalmate este indicat un conţinut de siliciu mai mare în

sârmă, pentru a împiedica apariţia porilor. Corelaţia dintre

viteza de avans a sârmei şi int ensit at ea curentului de

sudare se poate stabili din fig. 2. Fig. 2Dependenţa vitezei electrozilor, de intensitatea

curentului, la sudarea în baie de zgură.

4


Sub aspectul productivităţii este indicată o viteză de avans a

sârmei cât mai mare, deci o intensitate cât mai mare, dar dacă sunt

depăşite anumite valori limită, sudura poate fisura la cald.

Introducând noţiunea de viteză critică de avans a sârmelor

electrod, ca sumă a vitezelor tuturor sârmelor imersate în baie,

peste care pot apărea fisurări ale sudurii, s-a găsit o corelaţie a

acestei valori cu conţinutul de carbon al oţelului sudat şi cu

grosimea acestuia după cum rezultă din fig. 3. Lungimea capătului

liber a electrodului influenţează încălzirea sârmei şi dacă este prea

mare, poate produce topirea acestuia şi formarea arcului electric şi

a stropilor care perturbă procesul de sudare.


Fig. 3

Adâncimea hzg a băii de zgură are

influenţă asupra raportului dintre

înălţimea şi lăţimea băii de

sudură. Pentru adâncimi mari ale

băii de zgură, încălzirea e

neuniformă, iar pătrunderea în MB

scade. Numărul de sârme utilizate

la sudare poate fi de 1 sau 3 cu

sau fără mişcări transversale, în

funcţie de grosimea materialului

sudat.

g

[mm]

Is/sârmă

[A]

U [V]Număr

de sârme

[n]

Distanţa

între sârme

[mm]

Viteza de

mişcare

transversală

Vtr [m/h]

vsud

[m/h]

B [mm] hzg

[mm]

30 360 35 1 - 172 1,0 28 25

70 650 47 1 - 385 1,1 28 50

90 610 44 2 50 300 1,6 26 60

150 475 47 2 65 230 0,8 27 45

200 550 47 2 90 250 0,5 32 50

250 520 52 2 125 240 0,5 30 48

300 420 47 3 110 210 0,4 30 48

350 420 47 3 110 210 0,3 32 48

450 200 37 9 90 70 0,6 32 43

Tabel 1Regimurile tehnologice pentru sudarea

în baie de zgură a oţelurilor.

5


Sunt situaţii în care este utilizat un număr mai mare de sârme (÷ 9) sau în care ajutajul prin care este

ghidată sârma se topeşte şi el (ajutaj fuzibil), pe măsură ce nivelul băii de sudură se ridică. Cantitatea de

metal depusă în aceste situaţii creşte.

Faţă de parametrii indicaţi în tabel sunt admise următoarele abateri:

IS ± 25 A; U ± 2 V; vtr ± 10 m/h; hzg ± 5 mm.

În cazul componentelor cu grosimea foarte mare (g > 200 mm) pregătirea componentelor se poate face

după indicaţiile din fig. 4:


Fig. 4Pregătirea componentelor groase pentru sudare.

1- sârmă electrod

2- ajutaj fuzibil (ţeavă din oţel)

3- componentele care se îmbină

Fig. 5Adaosuri tehnologice utilizate la S.B.Z.

1- placă tehnologică de intrare

2- componente

3- placă tehnologică de ieşire

4- placă de bază

Întrucât şi la sudarea în baie de zgură începutul şi sfârşitul au o calitate inferioară, componentelor sudate li

se aplică adaosuri tehnologice, după cum rezultă din fig. 5.

6


Sudarea în baie de zgură mai poate fi folosită şi la

sudarea de încărcare a arborilor (a) sau a marginilor

pieselor uzate (b) (fig. 7).

Variante ale sudării în baie de zgură

Fig. 6Sudarea circulară în baie de zgură.

1- porţiunea de începere care se

detaşează prin tăiere cu oxigen

2- sudura

3- baia metalică

4- baia de zgură

5- patina de cupru

6- portelectrod

7- inel suport

Fig. 7Încărcarea prin sudare în baie de zgură.

7


Spre deosebire de sudarea în baie de zgură clasică, sârma de

sudare se introduce în baia topită în interiorul unui ajutaj fuzibil

(ţeava metalică), izolat electric, figura 8. Ajutajul se topeşte

împreună cu sârma de sudare mărind rata depunerii. Compoziţia

chimică a ajutajului trebuie adaptată materialului de bază.

Patinele de cupru mobile sunt înlocuite cu suporţi din cupru ficşi.

Lungimea ajutajului fuzibil este corelată cu lungimea sudurii,

având valori sub 2,5 m. Procedeul se remarcă printr-un utilaj de

sudare uşor de manevrat. Pregătirea pieselor pentru sudare

este, de asemenea, mai simplă. Prin deformarea ajutajelor

fuzibile este posibilă realizarea unor îmbinări sudate cu formă

curbată.

Sudarea în baie de zgură cu ajutaj fuzibil

Fig. 8Principiul sudării în baie de zgură cu ajutaj fuzibil.

Fig. 9Sudarea în baie de zgură cu tratament termic concomitent.

Sudarea în baie de zgură cu ajutaj fuzibil se

aplică în special în industria navală. Variante

ale sudării în baie de zgura. În figura 9 se

prezintă sudarea în baie de zgură cu

tratament termic concomitent.

8

Tehnologia sudării în baie de zgurăSudarea în baie de zgură cu ajutaj fuzibil

Fig. 10Sudarea în baie de zgură în mai multe straturi.

Fig. 11Sudarea in baie de zgura cu adaos de pulbere.

În figura 10 este prezentata sudarea în baie de zgură în mai multe straturi iar în figura 11 este sudarea în

baie de zgură cu adaos de pulbere.

9

Tehnologia sudarii prin topire cu flacară

Sudarea tablelor de oţel

Fig. 12Metode de sudare în funcţie de sensul de

deplasare în lungul rostului (înainte sau înapoi).

Sudarea cu gaze ca procedeu de îmbinare premergător celorlalte procedee de sudare este tratat în

continuare, chiar dacă în prezent utilizarea sa la scară industrială este din ce în ce mai restrânsă.

Diferitele metode de sudare se pot împărţi în următoarele grupe:

- „sudarea spre dreapta” numită şi sudarea cu sârmă înapoi sau pe scurt „înapoi”

- „sudarea spre stânga” numită şi sudarea cu sârmă înainte sau pe scurt „înainte”

- „sudarea în unghi” exterior sau interior

-„sudarea urcătoare cu cusătură dublă”

-„sudarea de poziţie” cu un singur suflai, cu două suflaiuri şi în rost prelucrat în X.

Indiferent de metoda de sudare folosită, conducerea suflaiului şi a sârmei trebuie astfel

executată încât să fie evitate încălzirile şi topirile repetate ale aceleaşi porţiuni de metal, care ar produce

creşterea consumului specific de materiale, a timpului de sudare şi a energiei pierdute.

Sudarea înainte, considerată ca metodă convenţională, a

fost pentru mult timp singura metodă folosită.

Sudarea înainte într-un singur strat se aplică în

cazul tablelor cu grosime până la 6 mm.

Sudarea înapoi se aplică tablelor cu grosime

între 6 şi 15 mm.

În tabelul 2 sunt prezentate principalele caracteristici ale

metodelor de sudare înainte şi înapoi într-un strat. În

general unghiul de înclinaţie al suflaiului faţă de suprafaţa

tablei se stabileşte în funcţie de grosimea acesteia şi

anume cu cât scade grosimea tablei sudate, unghiul este

mai redus. Prin aceasta supraîncălzirea tablelor şi pericolul

de perforare scade (tabelul 3):

10

Tehnologia sudarii prin topire cu flacarăSudarea tablelor de oţel

Tabel 2

În tabelul 4 sunt indicaţi parametrii utilizaţi la sudarea oxiacetilenică a tablelor din oţel. În practică mai sunt

întâlnite încă multe situaţii în care tablele cu grosime de 7 – 8 mm din oţel carbon (C < 0,25 % ) din mărcile

S 235 , S 355 sunt sudate cu flacără oxiacetilenică.

Metodă de sudareUnghiul de

înclinare al

vergelei desârmă α [0]

Unghiul de înclinare al0

suflaiului β [ ]

Grosimea

materialului sudat δ [mm]

înainte (spre stânga) 45 45 6

înapoi (spre dreapta) 45 45-70 6-15

Grosimea tablei

[mm]1 1-3 3-5 5-7 7-10 10-15 15

Unghiul β [0] 20 30 40 50 60 70 80

Tabel 3

Grosimeapieselor sudate [mm] 0,5-1 1-2 2-4 4-5 6-9 9-14 14-20 20-30

Mărimea

becului0 1 2 3 4 5 6 7

Consum deC2H2 [l/h]

75 150 300 500 750 1200 1700 2500

Consum deO2 [l/h]

86 165 330 550 825 1320 1850 2750

Presiunea

de lucru aoxigenului[daN/cm2]

1,5-2 1,8-2,5 2-3 2,3-3 2,5-3 2,8-3 3,2-4 3-4

Presiunea

de lucru a acetilenei [daN/cm2]

0,01-1,50

Tabel 4

11


În cazul tablelor cu grosime sub 2 mm, sudarea se poate realiza fără material de adaos, iar la grosimi mai

mari sunt utilizate ca material de adaos sârme trase de diferite mărimi după cum rezultă din tabelul 5.

Tabel 5Marca sârmei Compoziţia chimică % Întrebuinţări

C Mn Si Cr Ni Mo S P

S10 0,10 0,35-0,60 0,03 0,2 0,3 - 0,04 0,04Sudarea oţelurilor carbon

S10X 0,10 0,30-0,55 0,03 0,2 0,3 - 0,03 0,03

S10MX 0,10 0,55-0,80 0,03 0,2 0,3 - 0,03 0,03

S12Mo 0,12 0,44-0,80 0,12-

0,350,2 0,3 0,4-

0,60,04 0,03 Oţeluri slab aliate sau

oţeluri slab rezistente

S12MoC 0,12 0,40-0,80 0,12-

0,35

0,8-

1,20,3 0,4-

0,60,03 0,03

Fig. 13Mişcările transversale oscilatorii

executate la sudare.

Sudarea oxiacetilenică se execută cu o flacără uşor reducătoare şi

în condiţii normale nu necesită preîncălzire. Punctele de prindere

cu sudură se execută cu acelaşi material de adaos ca şi sudura.

Punctele de prindere se aplică începând din mijlocul tablelor.

Aplicarea punctelor continuă alternant spre ambele capete, la

distanţe de 30-40 mm între ele. Punctele extreme vor fi situate la

mai puţin de 15 mm de capete. După prindere se execută sudarea

propriu-zisă a componentelor. În figura 13 linia plină indică

mişcările suflaiului iar linia întreruptă indică mişcările sârmei.

În timpul executării sudurii, vârful conului luminos al flăcării se

menţine la 2 – 5 mm deasupra tablei şi prin încălzirea acesteia

precum şi a materialului de adaos, se produce topirea şi formarea

băii metalice. Poziţia flăcării şi a materialului de adaos, depind de

poziţia de sudare, iar mişcarea lor relativă depinde de grosimea

materialului.

12


Aceste mişcări oscilatorii au rolul de a încălzi mai uniform materialul sudat şi de a realiza o omogenizare mai

bună a băii de sudură. Prin metoda de sudare înainte pot fi sudate şi table mai groase de 6 mm, dacă se

aplică sudarea semiurcătoare într-o singură trecere sau în două treceri.

Sudarea înainte semiurcătoare într-o singură trecere se aplică tablelor cu grosimi de 3 - 10 m. Poziţia

relativă a suflaiului şi a materialului de adaos faţă de planul tablelor nu se schimbă, dar tablele de îmbinat

sunt înclinate cu 20 – 250. Sudarea înainte semiurcătoare în două treceri se aplică tablelor cu grosime mai

mare de 10 mm. Primul strat trebuie depus cât mai uniform pentru ca şi al doilea strat să aibă un aspect

corespunzător.

Sudarea în unghi se aplică în două variante:

Sudarea în unghi interior fig. 14 a, executată prin metoda înainte (pentru grosimi până la 5 mm) sau prin

metoda înapoi (pentru grosimi peste 5 mm), cu consum mare de acetilenă (125 – 130 1/ h • mm grosime) şi

viteze reduse de sudare. Atât suflaiul cât şi materialul de adaos se găsesc în planul bisector dintre table şi

au înclinaţia corespunzătoare datelor din tabelul 3, faţă de cea longitudinală a rostului.

Fig. 14Sudarea în unghi.

13


Sudarea în unghi exterior fig. 14 b se aplică la asamblarea exterioară a două table care formează un unghi

diedru. Şi în acest caz sunt posibile ambele variante de sudare (înainte sau înapoi), poziţia suflaiului şi a

materialului de adaos fiind tot în planul bisector şi având înclinaţiile recomandate în tabelul 3 faţă de axa

longitudinală a rostului.

Sudarea urcătoare cu cusătură dublă, se caracterizează prin obţinerea unor supraîncălziri pe

ambele feţe ale tablelor. Sudarea se execută într-un plan vertical şi are următoarele variante:

- În cazul tablelor cu grosime cuprinsă între 2 şi 6 mm se utilizează un singur suflai înclinat la 600 faţă de

cusătură, care se deplasează ascendent (fig. 15 a).

- În cazul tablelor cu grosime cuprinsă între 6 şi 12 mm sudarea se realizează cu două suflaiuri (fig. 15 b),

care se deplasează simetric în raport cu planul tablelor.

Fig. 15Sudarea urcătoare cu cusătură dublă.

14


- În cazul tablelor cu un singur suflai, sudarea se începe prin apropierea flăcării de tablă, până când în

acestea se formează un locaş circular cu diametrul aproximativ egal cu grosimea tablelor. În extremitatea de

jos a locaşului se depune materialul de adaos. În timpul executării sudării, prin încălzirea extremităţii de sus

a locaşului, flacăra se va deplasa în sus şi se va menţine la fel în continuare, cusătura obţinută având

aproximativ acelaşi aspect pe ambele suprafeţe ale tablelor asamblate. Acest procedeu se poate aplica şi

tablelor cu grosime mai mare (7 – 10 mm) cu o singură trecere şi cu prelucrarea rostului.

- În cazul tablelor cu două suflaiuri, dezavantajul constă în aceea că efectuarea ei necesită doi sudori. Prin

prelucrarea rostului în X este posibilă sudarea urcătoare cu două suflaiuri a tablelor cu grosime peste 12

mm, dar faţă de celelalte procedee de sudare, sudarea cu flacără la grosimi mari de table este ineficientă şi

neeconomică.

Sudarea de poziţie poate fi aplicată şi în cazul utilizării flăcării oxiacetilenice. Spre exemplu sudarea de

cornişă (fig. 16 a) poate fi executată cu flacără oxiacetilenică, dar prezintă dificultăţi datorită tendinţei de

curgere a metalului topit din rost. Suflaiul trebuie rotit în plan orizontal cu 30 – 400 într-o parte şi alta a unei

axe perpendiculare la locul de sudare pe tablele verticale. Sudarea pe plafon (fig. 16 b), necesită de

asemenea o experienţă îndelungată a sudorului şi chiar în aceste condiţii executarea ei este foarte dificilă.

Fig. 16Sudarea de poziţie cu flacără oxiacetilenică.

15

Tehnologia sudarii prin topire cu flacarăSudarea semifabricatelor de oţel cu flacără oxigaz

-Sudarea oxiacetilenică poate fi utilizată şi pentru îmbinarea barelor sau a ţevilor, dacă acestea au fost

pregătite în mod corespunzător.

Fig. 17Pregătirea rosturilor pentru sudarea

oxiacetilenică a barelor.

În fig. 17 este prezentată pregătirea necesară a

barelor cu secţiune rotundă sau dreptunghiulară în

vederea sudării cap la cap sau de colţ. În cazul barelor,

sudarea se face în două părţi, iar suprafeţele sunt

netezite cu flacără. În unele cazuri este posibilă şi

pregătirea piramidală sau conică a capetelor pentru

îmbinare, ceea ce impune sudarea pe întregul

perimetru. În cazul îmbinării barelor de secţiuni mari se

pot realiza economii de acetilenă şi o creştere a

productivităţii printr- o preîncălzire a capetelor barelor în

focul de forjă.

Fig. 18Pregătirea ţevilor în vederea îmbinărilor cap la cap prin

sudare oxiacetilenică.

În cazul sudării ţevilor se impune o pregătire a rosturilor

după cum se observă din fig. 18. După cum rezultă din

figură, ţevile care urmează să fie sudate trebuie să fie

circulare şi să aibă o grosime uniformă a peretelui pe

toată circumferinţa (se admit diferenţe între grosimea

pereţilor mai mică de 0,5 mm, pentru diametre până la

125 mm şi mai mici de 1,0 mm, pentru diametre peste

125 mm). Pentru a nu permite scurgerea fluidelor se

recomandă ca ţevile să aibă diametrul interior constant

şi dacă e cazul se prelucrează exteriorul (fig. 18 b).

Este posibilă şi introducerea unui inel de sprijin (fig. 18

c) care susţine baia metalică în timpul sudării rădăcinii.

Acest inel perturbă însă scurgerea fluidului prin

conductă.

16

Tehnologia sudarii prin topire cu flacarăSudarea semifabricatelor de oţel cu flacără oxigaz

În cazul ţevilor din oţel inoxidabil, inelul se execută din oţel feritic şi se dizolvă după sudare cu acid azotic.

Capetele ţevilor pentru abur cu grosimea g < 3 mm nu se teşesc, lăsându-se o deschidere a rostului de 2 –

3 mm şi se sudează prin metoda „înainte”. Ţevile de abur cu grosimea g > 3 mm se teşesc în V cu un unghi

de deschidere 60 – 70o şi o deschidere la rădăcină de 3 -5 mm, sudându-se prin metoda „înapoi”. În alte

cazuri se teşesc în V numai ţevile cu pereţi mai groşi de 4 mm.

În funcţie de poziţia de sudare se vor executa mişcările adecvate ale sârmei şi ale suflaiului,

după cum rezultă din fig 19 şi fig. 20.

Fig. 19Sudarea oxiacetilenică în cornişă a ţevilor.

Fig. 20Sudarea oxiacetilenică orizontală a ţevilor.

Sudarea oxigaz a oţelurilor aliate

La sudarea oţelurilor slab aliate de tipul perlitic se foloseşte o flacără de sudare normală, pentru a nu oxida

sau carbura oţelul din baia de sudură, iar ca material de adaos se întrebuinţează o sârmă cu conţinut scăzut

de carbon sau de aceeaşi compoziţie cu metalul de bază. Plasticitatea sudurii se poate mări printr-o

normalizare sau o recoacere ulterioară în cuptor a întregii piese, fie printr-o normalizare parţială a sudurii cu

ajutorul flăcării de sudare.

17

Tehnologia sudarii prin topire cu flacarăSudarea oxigaz a oţelurilor aliate

La sudarea oţelurilor slab aliate cu Cr (până la 1,2 %) şi cu molibden (până la 0,45 %), care sunt sensibile la

fragilizarea în urma sudării, se recomandă preîncălzirea (1000C pentru grosimi g < 3 mm şi 150 – 200oC

pentru grosimi medii, g = 3 – 6 mm, respectiv peste 200oC pentru grosimi > 6 sau pentru conţinut de carbon

C = 0,8 %). Fragilitatea acestor oţeluri creşte mult la conţinuturi de C > 0,15 % şi Si > 0,4 %. La oţelurile

aliate numai cu molibden, preîncălzirea nu este absolut necesară în cazul sudării în condiţii normale,

întrucât molibdenul are efect favorabil asupra tenacităţii oţelurilor. Din acest motiv materialul de adaos se

recomandă să conţină cantităţi sporite de molibden faţă de metalul de bază (cu cca 0,2 %).

După sudare se mai recomandă efectuarea unei recoaceri (600 – 650oC în cuptor, timp de 2 ore, cu răcire în

aer) sau a unei normalizări a sudurii şi a zonei influenţate termic (încălzire cu flacără la 900oC pe o lăţime de

cel puţin 5 ori lăţimea cusăturii, urmată de o răcire în aer liniştit).

În cazul sudării oţelurilor Cr-Mn-Si, care înlocuiesc în multe cazuri oţelurile Cr-Ni şi Cr-Mo, se recomandă de

asemenea o flacără riguros normală pentru a nu se forma carburi în cantităţi mari sau oxizi greu fuzibili de

crom. La aceste oţeluri se recomandă prelucrarea corectă şi curăţirea perfectă a rostului, precum şi

deschiderea constantă a acestuia. Nu se recomandă sudarea de poziţie a acestor oţeluri cu flacără oxigaz.

După sudare, se recomandă o călire de la 880oC în ulei, urmată de revenire.

În tabelul 6 sunt prezentaţi parametrii tehnologici de la sudarea oxiacetilenică a unor oţeluri slab aliate.

Tabel 6

Oţelul slab aliat Cr-Mo Cr-Mn-Si

Grosimea piesei [mm] 3 4-6 7-10 0,5 1 2 3

Consum de C2H2 [l/h] 300 500 750-1200 50 75 150 300

Presiunea oxigenului [at] 1,5 1,5 2,5 3

Diametr150ul sârmei de

adaos [mm2,5]3-4 4-5 6 1 1,5 2 2,5

18

Tehnologia sudarii prin topire cu flacarăSudarea oxigaz a fontelor

Se poate realiza sudarea oxigaz a fontelor prin două metode:

- Sudarea pe piese reci

- Sudarea pe piese calde (500 – 700oC)

Indiferent de metoda de sudare este indicată obţinerea carbonului liber sub formă de grafit

lamelar, atât în baia metalică solidificată cât şi în ZIT. Sudarea pe piese reci se aplică la piesele puţin

importante, la care nu necesită obţinerea unei eşanteităţi sau rezistenţe deosebite şi numai atunci când

dilatările şi contracţiile se pot dezvolta liber (corpuri de lagăr, şaibe de dimensiune mică etc). Sudarea pe

piese calde (încălzite la 500 – 700oC), dă rezultate mult mai bune sub aspect calitativ. Încălzirea se

realizează progresiv timp de 2 – 10 h, în funcţie de grosimea pereţilor pieselor, în cuptoare specializate.

Este posibilă şi încălzirea parţială a pieselor în porţiunea care urmează să fie sudată. Suflaiul utilizat la

sudarea fontei trebuie să fie de putere mare întrucât zona cu temperatura maximă a flăcării trebuie să nu

atingă piesa ci să aibă o poziţie mai îndepărtată pentru ca siliciul din metalul topit să nu se piardă. (Prin

arderea siliciului fonta prezintă tendinţa de albire, respectiv de fisurarea în zona sudată).

Consumul mediu de C2 H2 este de 100 l/h, pentru un mm grosime piesă caldă de fontă şi până la 150l/h, în

cazul pieselor reci de fontă.

Ca metal de adaos se folosesc vergele din fontă cenuşie de foarte bună calitate (sulf şi fosfor în cantităţi

reduse) şi cu un conţinut de 3 – 4 % Si. Suprafaţa vergelelor nu trebuie să conţină impurităţi de la turnare.

Extremitatea vergelei se introduce din timp în timp în fluxul decapant care dizolvă eventualii oxizi şi acoperă

baia de sudare, împiedicând carburarea şi absorbţia de gaze. Vergeaua folosită ca material de adaos nu se

topeşte în flacără, ci se scufundă în baia topită pentru a reduce cât mai mult contactul metalului topit cu

gazele înconjurătoare.

Menţinerea temperaturii piesei calde în timpul sudării se realizează cu ajutorul unei surse termice adecvate

(cuptor specializat, groapă cu cărbuni de lemn aprinşi etc), iar protejarea sudorului împotriva radiaţiei

termice se face cu ecrane de azbest şi cu îmbrăcăminte adecvată.

Ventilaţia locului de muncă, mai cu seamă la utilizarea cărbunilor de lemn, se va face în mod obligatoriu,

pentru prevenirea intoxicaţiilor cu oxid de carbon.

19

Tehnologia sudarii prin topire cu flacarăSudarea metalelor şi aliajelor neferoase cu flacără oxigaz

În cazul sudării metalelor şi aliajelor neferoase este deosebit de importantă protejarea metalului împotriva

acţiunii aerului, precum şi evitarea supraîncălzirii ZIT sau a băii metalice, respectiv evitarea volatilizării unor

componenţi din baie.

Fig. 21Pregătirea rostului la îmbinarea

tablelor de cupru în vederea

sudării oxigaz.

În continuare se vor trata câteva cazuri specifice de sudare a metalelor şi

aliajelor neferoase.

Sudarea cu flacără a cuprului este utilizată mai cu seamă

la realizarea îmbinării tablelor, rezervoarelor, conductelor, a ţevilor pentru

cazane etc. Îmbinarea tablelor subţiri se face prin metoda „înainte”, iar a

tablelor groase prin metoda „înapoi”. În cazul sudării în poziţia verticală,

se vor folosi simultan două flăcări, una dintre ele (cea de pe partea

opusă sudării), este utilizată la preîncălzirea. Sudarea se execută de jos

în sus (ascendent). În general în toate cazurile de sudare a cuprului este

indicată utilizarea plăcilor izolante din azbest ca suport pentru materialul

sudat. O particularitate a pregătirii rostului tablelor de cupru care se

îmbină prin sudare rezultă din fig. 21. Se observă că se admit aceleaşi

tipuri de rosturi ca şi în cazul oţelurilor chiar dacă grosimea tablelor este

mai groasă cu 1 -3 mm, faţă de table de oţel. Se vor folosi suflaiuri mai

mari decât pentru oţel cu un consum de acetilenă de 150 l/h pentru

fiecare mm grosime de metal, pentru table până la 10 mm si de 200 l/h,

pentru fiecare mm grosime de metal în cazul grosimilor peste 10 mm.

În timpul sudării porţiunile de table care nu sunt protejate de flacără (spre

exemplu partea posterioară a tablelor) se oxidează intens şi pentru a

preîntâmpina aceasta se poate aplica protejarea cu flux de sudură.

Metalul topit şi cel din zona influenţată termic are proprietăţi mecanice

inferioare în comparaţie cu metalul de bază. Pentru ameliorarea

proprietăţilor, se recomandă ecruisarea zonelor amintite prin lovituri cu

ciocanul şi prin aplicarea recristalizării ulterioare.

20


Ca material de adaos la sudarea cu flacără a cuprului se poate utiliza atât cuprul pur sub formă de sârmă,

cât şi cuprul aliat cu diferite elemente, care fie că reduc temperatura de topire şi capacitatea de absorbţie a

gazelor (de exemplu 1 – 5 % Ag), fie că au rol dezoxidant intens (P, Si, Al).

Sudarea cu flacără a alamei.

Alama datorită conţinutului de zinc care este volatil, se sudează greu şi poate forma pori. Evitarea

porozităţilor alamei la sudare se poate obţine prin respectarea următoarelor condiţii:

- folosirea unei flăcări oxidante (β = 1,6) care favorizează formarea unei pelicule protectoare de ZnO pe

suprafaţa băii metalice. Această peliculă protejează ceilalţi componenţi topiţi din baie împotriva oxidării şi

diminuează evaporarea zincului.

-menţinerea nucleului flăcării la o distanţă de 5 – 15 mm de suprafaţa metalului topit, pentru o încălzire mai

puţin intensă a băii. În acelaşi scop viteza de sudare se recomandă să fie cât mai mare.

Conţinutul de zinc pierdut prin evaporare nu se recomandă să fie compensat cu zinc din materialul de

adaos, deoarece creşte pericolul de formare a porilor.

Sudarea cu flacără a bronzurilor

Sudarea cu flacără a bronzurilor se aplică în cazul reparării pieselor sau a corectării defectelor de turnare.

Ca şi în cazul alamelor, la sudarea bronzurilor are loc arderea elementelor de aliere şi formarea porilor.

Siliciul dacă este conţinut de bronzuri formează la sudare o peliculă protectoare de oxizi de siliciu, care

diminuează evaporarea celorlalte elemente de aliere, deci îmbunătăţeşte sudabilitatea. Prevenire fisurărilor

la cald a bronzurilor sudate se realizează prin micşorarea tensiunilor interne, respectiv prin preîncălzirea

pieselor la temperaturi de cca 4500C. Se va evita lovirea pieselor sau fixarea incorectă, deoarece bronzul

este fragil la cald. Pregătirea rosturilor se realizează ca şi la piesele de cupru, iar sudarea se execută cu o

flacără normală, deoarece excesul de oxigen poate produce oxidarea cuprului şi a celorlalte elemente din

aliaj, după cum şi excesul de acetilenă poate contribui la formarea porilor în cusătură datorită hidrogenului.

21


Se recomandă sudarea cu o viteză cât mai mare, pentru a se evita supraîncălzirile materialului. Flacăra de

sudare necesită becuri adecvate unui consum de C2 H2 de 100 - 150 l/h pentru un mm grosime de metal.

Ca material de adaos se utilizează vergele având compoziţia asemănătoare cu a metalului de bază şi

diametrul de 5 -8 mm, iar lungimea de 400 -500 mm. În cazul sudării bronzurilor cu staniu, materialul de

adaos trebuie să mai conţină elemente dezoxidante suplimentare (aluminiu, fosfor, mangan etc).

Sudarea cu flacără a aluminiului şi aliajelor sale

Sudarea cu flacără se poate aplica şi în cazul aluminiului şi a aliajelor sale, cu

toate că practic aceste aliaje se sudează aproape exclusiv prin procedee

electrice. Astfel tablele cu grosimea g până la 2 mm, se pot suda fără material

de adaos, cu o răsfrângere a capetelor având o înălţime de (2 - 3) g. Tablele cu

grosime g < 4 mm se pot suda fără prelucrarea marginilor cuo deschidere a

rostuluide 0,5 mm. În cazul tablelor cu grosime g = 4 – 18 mm se prelucrează

rosturi în V, iar la cele cu grosime peste 18 mm, rosturile vor fi în X cu un unghi

de deschidere de 30 – 35o. În cazul tablelor subţiri este posibilă realizarea unor

îmbinări fără material de adaos după cum rezultă din fig. 21. Pe cât este posibil

însă, este bine să se evite executarea sudurilor de colţ şi a celor prin

suprapunere, întrucât datorită peliculelor de oxizi care acoperă baia metalică,

poate apărea neaderenţa la metalul de bază. Înainte de sudare piesele se vor

curăţa pe cale mecanică (cu perii metalice sau prin sablare etc) sau pe cale

chimică, tocmai pentru a se micşora acest efect. Marginile tablelor se vor curăţa

de grăsimi, uleiuri, oxizi sau alte impurităţi, cu scule destinate exclusiv pieselor

de aluminiu.

Fig. 22Variante de îmbinare a tablelor subţiri din

aluminiu fără material de adaos.

22


Pentru îndepărtarea materialelor grase, pot fi utilizaţi solvenţi organici, detergenţi sau soluţii de Na2 CO2.

Pentru oxizi pot fi utilizate metode mecanice de îndepărtare, spre exemplu periere, şlefuire, sablare, precum

şi metode chimice, care sunt mai eficiente. Astfel, aplicarea uneia dintre următoarele soluţii pe suprafaţa

degresată a piesei, decapează stratul de oxizi şi pasivizează în acelaşi timp această suprafaţă pentru o

perioadă de 2 – 3 zile, dacă după aplicare piesele se spală cu apă şi se usucă rapid în curent de aer. La

asamblarea elementelor cu secţiune diferită, se vor încălzi mai mult porţiunile cu secţiune mai mare şi se vor

căuta ca prin forme constructive adecvate să se compenseze dilatările pronunţate ale aluminiului încălzit.

Prin aceasta şi contracţiile la răcire vor fi mici, respectiv tensiunile interne şi tendinţa la fisurare se va

diminua.

Este posibilă şi o curăţire chimică cu ajutorul unor paste care au în acelaşi timp şi rolul de flux de sudare şi

care se aplică pe suprafaţa care se sudează. Cantitatea de pastă aplicată va fi cât mairedusă, întrucât orice

exces favorizează producerea incluziunilor de pastă, care sunt amorse pentru fenomenul de coroziune.

Pastele conţin săruri de F, Cl, I (în special săruri de fluor), a căror proporţie determină reactivitatea lor cu

oxidul de Al. Sudarea se execută cu un arzător având numărul cu una sau două unităţi mai mic sau egal cu

numărul arzătorului indicat pentru sudarea aceleiaşi grosimi de oţel. În general se recomandă sudarea

înainte, cu excepţia tablelor groase, care se sudează prin metoda înapoi. Pentru evitarea fisurilor se

recomandă ca începerea sudurii să nu se facă la capătul tablelor, ci la aproximativ 50 -70 mm faţă de

acesta. Deschiderea rostului în capătul spre care se sudează va fi puţin mai mare, pentru compensarea

contracţiei transversale şi depinde de viteza de sudare (variaţia deschiderii rostului se poate reduce cu atât

mai mult cu cât viteza de sudare este mai mică).

Se recomandă ca la sudarea aluminiului, metalul de bază să se preîncălzească la 200 – 3500C, iar piesele

să se aşeze pe materiale cu conductivitate termică redusă (azbest, cărămidă refractară, cărbune etc).

Şi în cazul sudării aluminiului, se recomandă evitarea apropierii metalului de baia metalică pentru ca gazele

nearse să nu pătrundă în metalul topit.

Arzătorul se deplasează în lungul rostului fără pendulări laterale, pe când vergeaua din metal de adaos se

pendulează în baie

23


Sudarea cu flacără a zincului.

La sudarea pieselor din zinc, datorită vaporizării intense a acestuia la temperaturi peste 5000C, sunt utilizate

flăcări cu putere mult mai mică decât la sudarea alamei (consumul de C2 H2 este de cca 10 – 14 l/h pentru

un mm grosime a pieselor de sudat). Ca material de adaos se utilizează fâşii tăiate din materialul de bază.

Tablele cu grosime g < 2 mm se sudează cu marginile îndoite, cele cu g = 2 – 4 mm nu se prelucrează, iar

cele cu g > 4 mm se prelucrează în V sau în X. Înaintea sudării se impune o bună curăţire a suprafeţelor de

oxidul de zinc, iar sudarea se execută întotdeauna prin metoda înainte, după ce piesa a fost aşezată pe un

suport de lemn sau de cărbune sau azbest. Îmbunătăţirea proprietăţilor mecanice ale sudurii se poate obţine

prin deformarea cu lovituri de ciocan aplicate la cald după sudare la temperatura de 100 – 150oC.

Sudarea cu flacără a plumbului.

Întrucât plumbul este un metal cu temperatura de topire coborâtă şi cu căldură specifică redusă, sudarea se

poate efectua cu cantităţi mai reduse de energie termică. Piesele de plumb cu grosime până la 1,5 mm se

pot suda cu marginile îndoite fără metal de adaos. Până la grosimi de 6 mm marginile tablelor nu se teşesc,

iar la grosimi mai mari se teşesc la 900 în V. Pentru încălzirea redusă a materialului şi pentru evitarea

perforărilor, arzătorul se înclină în poziţia maximă pe care o permite, faţă de suprafaţa materialului.

Viteza de sudare se indică din aceleaşi motive să fie mare. Astfel, pentru grosimi g = 3 – 4 mm, viteza de

sudare este de 6,5 – 8 m/h. Ca material de adaos se utilizează vergele de plumb cu diametrul d = (2 – 2,5) g

sau fâşii din tablă de plumb. La sudarea plumbului nu se utilizează fluxuri de sudare, iar pentru îndepărtarea

oxizilor se foloseşte o pânză îmbibată în seu sau parafină. Reducerea cantităţilor de oxid se poate realiza

prin curăţirea corectă (răzuirea), atât a metalului de bază, cât şi a vergelei de metal de adaos. În timpul

operaţiei de sudare flacăra trebuie să topească concomitent marginile pieselor, precum şi metalul de adaos.

În momentul topirii metalului arzătorului trebuie îndepărtat de baie, pentru a nu supraîncălzi şi suprafluidiza

metalul topit. Prin apropieri şi îndepărtări succesive ale arzătorului, are loc topirea plumbului şi formarea

cusăturii.

24


Sudarea cu flacără a nichelului şi a aliajelor sale.

Sudarea pieselor din nichel sau aliaje de nichel se poate face cu flacără oxiacetilenică prin metoda înapoi

(spre dreapta), întrucât permite o degazare mai bună a băii metalice. Datorită dilatărilor relativ mari ale

nichelului pur, precum şi a rezistenţei reduse la cald a acestuia, nu se recomandă asamblările rigide prin

agrafare ale componentelor care se sudează, după cum nici sudarea în straturi suprapuse, întrucât se pot

produce fisurări la cald. Puterea flăcării se ia în mod asemănător cu puterea în cazul sudării oţelurilor,

recomandându-se un uşor exces de C2 H2. Ca metal de adaos se poate folosi, pentru nichelul pur, sârme de

nichel cu puritate peste 92 %, iar pentru aliajele de nichel, sârme cu compoziţia asemănătoare aliajului.

Pentru reducerea porozităţii sudurii se pot utiliza sârme având adaosuri de elemente dezoxidante şi de

aliere: Nb, Si, Mn, Al, Ti etc. Adaosurile de Co la sudare formează pelicule superficiale de oxizi care acoperă

baia metalică şi diminuează absorbţia de gaze. Diametrul sârmei utilizate ca material de adaos se alege în

funcţie de grosimea materialului, în mod asemănător ca şi la oţel. Fluxurile pentru sudarea cu flacără.

Fluxurile sunt substanţe care se introduc în timpul operaţiei de sudare în zona în care metalul încălzit sau

topit trebuie dezoxidat şi degazat. Acţiunea principală a fluxurilor este de a forma cu impurităţile din zona

sudurii, compuşi insolubili şi separabili. Atât fluxul cât şi compuşii rezultaţi în urma acţiunii acestuia se

dispun sub formă de pelicule pe suprafaţa sudurii şi o protejează în continuare de acţiunea dăunătoare a

gazelor înconjurătoare.

Defectele pieselor sudate cu flacără.

În cazul sudării cu flacără a pieselor pot apărea mai multe tipuri de defecte, dintre care pot fi

amintite cele mai periculoase:

- Nepătrunderea. Acest tip de defect se datorează topirii insuficiente sau chiar lipsei de topire a marginilor

metalului de bază de lângă cusătură. Acest defect este favorizat de o curăţire insuficientă a metalului de

bază, de o deschidere insuficientă sau cu un unghi prea mic a rostului, de o putere insuficientă a flăcării sau

de o viteză prea mare de sudare.

25

Tehnologia sudarii prin topire cu flacarăDefectele pieselor sudate cu flacără.

- Crestăturile, sunt defecte care se prezintă sub forma unor canale la marginea cusăturii şi pot apărea

datorită flăcării cu putere excesivă şi a topirii neuniforme a materialului de adaos, datorită staţionării

insuficiente a capătului sârmei de adaos la marginile cusăturii, în timpul mişcărilor transversale.

- Arderea metalului şi supraîncălzirea, care se datorează acţiunii prelungite a flăcării asupra metalului şi

care are ca efect o scădere pronunţată a tenacităţii sudurii şi a zonei influenţate termo-mecanic.

- Secţiune slăbită a cusăturii, care se datorează cantităţii insuficiente de metal topit în baia de sudură.

- Pori în cusătură, care apar ca rezultat al gazelor degajate din reacţiile chimice din baie sau al gazelor

dizolvate în baia de flacără (în special hidrogenul).

- Incluziuni nemetalice, endogene sau exogene. Incluziunile endogene sunt în marea majoritate sulfuri şi

oxizi şi apar datorită impurităţilor conţinute de sârmă sau de metalul de bază. Incluziunile exogene provin din

oxizii formaţi pe suprafeţele metalice încălzite şi neprotejate corect, care se topesc apoi şi alcătuiesc baia,

precum şi din fluxurile incorect alese sau impurificate.

- Fisurile sunt cele mai periculoase defecte ale îmbinării sudate şi pot apărea la cald sau la rece (atât în

cusătură cât şi în ZIT). Încălzirile intense neuniforme, neomogenităţile structurale, răcirile rapide, conţinutul

de impurităţi (P, S), de gaze (H, N) sau de carbon, pot favoriza apariţia fisurilor.

curs 08_tst_2014

Documents