CURS TPS-2011

8/6/2019 CURS TPS-2011

http://slidepdf.com/reader/full/curs-tps-2011 1/49

INTERACŢIUNEA MAGNETICĂ A ARCULUI ELECTRIC

Sub denumirea de interacţiunea magnetică a arcului electric se înţelege suma efectelor magneticale curenţilor din circuitul de sudare asupra coloanei de plasmă din arc.

Se poate considera că plasma coloanei arcului este formată dintr-o sumă de conductoare străbătuîn acelaşi sens de curenţi electric. Interacţiunea câmpurilor magnetice produse de aceşti curenţi are uefect mecanic de constrângere a purtătorilor de sarcină. Datorită câmpului electric format între particule

de acelaşi semn, coloana arcului are şi o tendinţă de dispersie. În urma echilibrării parţiale a celor doutendinţe, coloana arcului nu este un cilindru, ci are forma unui trunchi de con. În cazul sudării cu electrozfuzibili, picăturile metalice care traversează coloana arcului, perturbă câmpul electric de respingere purtătorilor de sarcină şi conicitatea coloanei este simţitor redusă (fig. 3a)

Fig. 3 Forma coloanei arcului în cazul sudării cu electrod fuzibil (a) şi în cazul sudării cu electrod nefuzibil (b)

În cazul sudării cu electrod nefuzibil, prin spaţiul arcului electric nu apar picături finite de metlichid, deci efectul mecanic de respingere din colonaă datorită câmpului electric nu este perturbat. Dacest motiv coloana arcului la procedeul de sudare cu electrod nefuzibil are o formă de trunchi de con cu

înclinaţie mare a generatoarei (fig. 3.b.)Prin aceasta scade densitatea curentului pe anod şi ca urmare scade pătrunderea sudurii. Rezultă c participarea metalului de bază în baia metalică este redusă, ceea ce prezintă avantaje la sudarea dîncărcare şi dezavantaje la sudarea tablelor groase.

Un caz deosebit îl reprezintă suflul arcului la sudare cu arce multiple, prezentată în fig. 4Se observă că în cazul sudării cu arce gemene (fig. 4.a.), la care ambii electrozi sunt alimentaţi de laceeaşi sursă de curent, are loc o atragere între arce, datorită intersectării câmpurilor magnetice acurenţilor paraleli de acelaşi sens, care străbat coloanele de arc.

Fig. 4 Interacţiunea dintre arcurile electrice multiple

În cazul arcelor independente (fig.4.b.) alimentate individual de la surse de curent separate, da

8/6/2019 CURS TPS-2011


curenţii sunt de sens invers, are loc o interacţiune a câmpurilor magnetice ale acestor curenţi, cu efectul drespingere a coloanelor de arc. Efectul de atragere sau respingere din aceste cazuri este produs dinteracţiunea câmpurilor magnetice continue.

Suflul arcului este intens la sudarea cu curent continuu, pe când la sudarea cu curent alternatidatorită modificării polarităţii de două ori într-o perioadă, au loc modificări corespunzătoare ale forţelde atracţie – respingere şi efectul este mai mic.

Suflul arcului este mai redus şi în cazul sudărtii cu curent continuu provenit de la redresoarele d

sudare, întrucât acest curent nu este perfect continuu, ci are pulsaţii. De asemenea suflul arcului se reducîn cazul sudării cu arc pulsat.Suflul arcului de la sudarea cu curent continuu apare şi în cazul procedeelor de sudare cu un sing

arc şi mai cu seamă în cazul sudării pieselor feromagnetice.La trecerea curentului electric prin electrod, prin arc şi prin piesă, se crează în apropierea arcul

trei câmpuri magnetice, care interacţionează reciproc şi a căror rezultantă deviază arcul electric faţă de axelectrodului.

Dacă în vecinătatea arcului se găsesc părţi masive feromagnetice ale piesei, chiar dacă acestea nsunt parcurse de curent, pot concentra liniile de câmp magnetic, iar arcul poate fi de asemenea deviat. fig. 5 sunt prezentate câteva cazuri din care se observă modul de deviere a arcului electric, sub acţiunecâmpurilor magnetice.

Suflul magnetic are un efect nedorit asupra conducerii procesului tehnologic de sudare şi trebudiminuat sau chiar eliminat dacă este posibil.

În practică sunt utilizate mai multe metode de reducere sau eliminare a suflului arcului electric dsudare: utilizarea curentului alternativ sau a curentului redresat la sudare. sudarea cu arc electric cât mai scurt. agrafarea cu puncte cât mai dese a părţilor componente care se vor îmbina. sudarea în direcţia părţilor masive ale pieselor, cu cordoane cât mai scurte, în pas de pelerin. înclinarea corespunzătoare a electrodului, pentru corectarea devierii cauzate de suflul arcului. aplicarea contactului la piesă, într-o poziţie cât mai apropiată de locul în care se sudează, eventua

deplasarea acestui contact pe măsură ce se sudează.

aplicarea a două contacte la piesă, pentru bifurcarea curentului din piesă. preîncălzirea metalului de bază a cărui permeabilitate magnetică scade odată cu creşterea temperaturi utilizarea unor bobine de deviere a arcului electric, aplicate pe piesă sau în vecinătatea arcului sau p

pistoletul de sudare, etc.

Fig. 5 Suflul arcului electric de curent continuu

8/6/2019 CURS TPS-2011


a) interacţiunea câmpurilor magnetice ale electrodului, arcului şi a piesei parcurse de curent b) interacţiunea câmpului magnetic al arcului, cu pereţii groşi feromagnetici ai piesei

c) interacţiunea câmpului magnetic al arcului, cu pereţii groşi ai rostuluid) interacţiunea câmpului magnetic al arcului de la marginea piesei, cu masa metalică feromagnetică a

piesei

Stabilitatea arcului electric nu are de suferit dacă liniile de forţă ale câmpurilor magnetice su

paralele sau tangente în partea lor convexă la coloana arcului. În aceste situaţii particulele din arc, drumul lor, sunt deviate spre interiorul coloanei al cărei diamtru tinde să scadă şi a cărei temperatură poasă crească în acest mod.

Un astfel de arc este constrâns magnetic şi caracteristicile sale statice nu mai corespund cu ce prezentate anterior, întrucât temperatura, respectiv conductivitatea sa electrică, creşte odată cu reducerforţată a secţiunii.

2.3 Arcul constrânsÎn practică sunt des întâlnite metodele de constrângerea arcului electric normal (fig.6.a.), c

ajutorul câmpurilor magnetice (fig.6.d.) sau cu ajutorul mijloacelor mecanice. Spre exemplu, se poaaminti metoda de trecere forţată a arcului electric printr-un orificiu cu secţiune redusă, practicat într- piesă intens răcită cu apă (fig.6b,c.) sau metoda de constrângere a arcului electric cu ajutorul jeturilor dfluide (fig.6.e.).

În majoritatea cazurilor de utilizare a electrozilor de wolfram, aceştia se conectează la polul ( -după cum rezultă din fig.6, întrucât încălzirea şi uzura lor este în acest caz mai redusă.

Cu cât emisia termoelectronică este mai mare, cu atât încălzirea catodului este mai redusă şi creştdurabilitatea lui în exploatare. Astfel se explică de ce electrozii de wolfram thoriot (W + THO 2) sunt mumai durabili decât electrozii de wolfram pur. De asemenea se constată o uzură mult mai pronunţatăelectrozilor noi, la începutul întrebuinţării, faţă de uzura care apare după întrebuinţarea mai îndelungatăacestora.

8/6/2019 CURS TPS-2011


Fig. 6 Metode de constrângere a coloanei arcului electric

După cum mai rezultă din fig.6 pentru aceiaşi curenţi de sudare I s şi pentru aceiaşi electrozi dwolfram, diametrul coloanei arcului poate fi redus în mod forţat. Chiar şi în cazul măririi curentului Icolana arcului nu are posibilitatea de a creşte. Acest lucru este evident, mai cu seamă la constrângeremecanică a coloanei prin trecerea forţată printr-un ajutaj (fig.6.b,c.). În această situaţie ajutajul fiind răcintens cu apă, se formează o peliculă de gaze neionizate între coloana fierbinte de plasmă şi pereţii reci

ajutajului. Această peliculă izolatoare protejează ajutajul împotriva acţiunii termice a plasmeiDatorită densităţilor mari de curent care trec prin coloana cu secţiune redusă a arcului constrântemperatura creşte foarte mult şi gradul de ionizare atinge valori mult mai mari decât în coloana arculnormal.

În practica sudării, sau a procedeelor conexe, sunt utilizate metode combinate de constrângerecloanei arcului electric, necesare producerii plasmei termice, la care este aproape nelipsită constrânger prin ajutaje.

Principalele caracteristici ale plasmei termice, pentru sudare, tăiere sau acoperire, în comparaţie c plasma arcului normal, sunt prezentate în cele ce urmează:

plasma termică se dezvoltă de obicei într-un gaz insuflat sub presiune, în spaţiul dintre electroz pe când arcul normal are ca mediu ionizant aerul la parametrii atmosferici şi vaporii diferitel

substanţe. viteza purtătorilor de sarcină din plasma termică este influenţată atât de tensiunea aplicată întelectrozi, ca şi la arcul electric normal, dar mai cu seamă de viteza de ieşire a gazelor sub presiun prin ajutaj.

plasma termică este puternic ştrangulată mecanic şi electromagnetic, pe când arcul normal se poadezvolta liber odată cu creşterea curentului.

Această ştrangulare poate duce la o scădere a secţiunii plasmei, faţă de diametrul ajutajului, cu 2050%.

Temperatura din axul coloanei TAX este maximă. Pe măsură ce plasma părăseşte ajutajul şi îndepărtează, temperatura ei scade. Rezultă că temperatura maxim maximorum T MM, se găseşte în axcoloanei în imediata vecinătate a ieşirii din ajutaj.

Mai poate fi definită şi temperatura medie de masă a plasmei Tm, de care depinde de fapt efecttermic al plasmei.În urma cercetărilor experimentale s-au stabilit următoarele concluzii: TAX şi Tm cresc cu Is. Astfel pentru Is = 50 A, în cazul plasmei de argon la o distanţă de 5 mm d

ieşirea din ajutaj, TAX = 9000 K şi Tm = 6000 K, iar pentru Is = 200 A, TAX = 13500 K şi Tm

12000 K. TAX şi Tm cresc odată cu tensiunea arcului de plasmă, respectiv cu lungimea acestuia La. Astf

pentru Is = 200 A, TAX = 10500 K şi Tm = 6000 K, pentru La = 5 mm. Pentru aceeaşi intensitate dcurent, dar la La = 25 mm, TAX = 13500 K şi Tm = 12000 K.

TAX şi Tm scad odată cu creşterea diametrului ajutajului da. Astfel pentru Is = 200 A şi La = 25 mtemperaturile erau TAX = 13500 K şi Tm = 12000 K, la da = 4,5 mm, devenind TAX = 10000 K şi T

= 7000 K la da = 9 mm.Temperatra medie de masă Tm a plasmei de argon se poate calcula cu relaţia:

( )[ ]

−⋅

⋅α⋅⋅π+−

= ⋅⋅⋅α⋅⋅π

− − c1049,1

Ld

asa

anK asm

3

asa

e1Ld

UUUIT

în care: α s — coeficientul de schimb între gazul plasmogen şi ajutaj, α s = 8,38 . 102 W/m2 . oC pent

Ar c — căldura specifică medie a gazului plasmogen, c = 5,20 . 102 J/kg . oC pentru Ar, UK + Uan

8/6/2019 CURS TPS-2011


10 V pentru arcul în Ar La — lungimea arcului de plasmăÎn plasmă se disting o serie de fenomene oscilatorii care se manifestă prin pulsaţii ale tensiun

dintre electrozi. Aceste pulsaţii au o amplitudine mai mare la creşterea debitului de gaze plasmogene sala creşterea proporţiei de gaze biatomice din amestec.

Odată cu creşterea intensităţii curentului din plasmă Is, fenomenele oscilatorii se reduc şi au urmare o scădere a pulsaţiilor tensiunii Ua, respectiv o creştere a stabilităţii arcului de plasmă.

DISOCIEREA SUBSTANŢELOR ŞI REACŢII CHIMICE SPECIFICE ÎN SPAŢIUL ARCULUELECTRIC

Vaporii şi gazele care ajung în spaţiul arcului electric suferă un înalt grad de disociere datoritemperaturilor înalte la care sunt încălzite. Astfel gazele biatomice ca H2, O2, N2, F2 disociază după ecuaţ

2A ⇔ A2

Substanţele cu o complexitate mai avansată H2O, CO2, Na2CO3, etc., disociază după reacmultiple specifice fiecărei substanţe.

Dacă notăm cu η numărul de elemente ale substanţei care disociază şi cu α , gradul de disocie(raportul dintre numărul de molecule disociate şi numărul total de molecule ale substanţei), pentru fiecagrup de substanţe şi pentru fiecare tip de reacţie de disociere, se pot face unele observaţii.

3.1 Disocierea gazelor biatomiceÎntrucât gazele biatomice au o singură posibilitate de disociere arătată de reacţia de mai sus, rezul

că din n molecule de gaz, vor disocia nα molecule, formând 2nα atomi şi vor rămâne n(1- α ) molecunedisociate. Numărul total de particule rezultate va fi: 2nα + n(1 - α ) = n(1 + α )

Notând cu P0 presiunea totală a gazului, cu PM presiunea parţială a gazului format din molecunedisociate şi cu PA, presiunea parţială a gazului format din atomii rezultaţi din disociere, se poate scrie:

( ) 0A0

A P1

2P

1n

n2

P

P⋅

α+

α=⇒

α+

=

( )( ) 0M

0

M P1

1P

1n

1n

P

P⋅

α+

α−=⇒

α+

α−=

Constanta de echilibru a reacţiei este

02

2

M

AAec P

1

4

P

PPC ⋅

α−

α=

⋅=

Din relaţia de mai sus se poate calcula gradul de disociere α în funcţie de presiunea P0 şi dconstanta de echilibru Cec, care depinde de temperatura absolută şi este dată în tabele pentru diferite ga biatomice [49].

( ) 2

1

ec02

1

ec CP4C −+⋅=α (Se observă că hidrogenul, oxigenul şi fluorul sunt practic complet disociate la temperatura arculu

pe când azotul are un grad redus de disociere.

3.2 Disocierea apeiVaporii de apă care ajung în spaţiul arcului electric provin din învelişul electrozilor, respectiv d

fluxul de sudare, din impurităţile existente pe suprafaţa piesei (substanţe organice, rugină, etc.) sau dumiditatea atmosferică. Acesşti vapori disociază în spaţiul arcului electric după una din următoarereacţii:

8/6/2019 CURS TPS-2011


2H2O = 2H2 + O2 2H2O = 2OH + H2 2H2O = 4H + O2 2H2O = 2H2 + 2O2H2O = 4H + 2OÎn cazul temperaturilor corespunzătoare sudării cu arc electric, cele mai probabile reacţii su

primele două, iar la temperaturi mai mari, corespunzătoare arcului sau jetului de plasmă, reacţiile c

probabilitate maximă sunt celelalte3.3 Disocierea sau formarea oxizilorÎn spaţiul arcului electric se găseşte oxigen provenind fie din disocierea unor oxizi, fie d

disocierea apei.De obicei, între oxigen şi elementul E cu cea mai mare afinitate chimică, existent în spaţiul arcul

electric, se produce reacţia

E + O ⇔ EO + n [J] Pentru exemplificare, se consideră că elementul chimic din reacţie este un metal bivalent, i

oxigenul necesar formării oxidului, provine din reacţia.

În acest caz reacţia devine:2Me + O2 ⇔ 2MeOÎn anumite condiţii de presiune şi temperatură, vaporii de apă existenţi în spaţiul arcului electr

pot avea un caracter oxidant (reacţia 1), sau un caracter reducător (reacţia 2).Me + H2O →MeO + H2 (1)

În caz contrar, rezultă o lipsă de oxigen provenit din descompunerea apei şi reacţia are sens invers:

Me + H2O ←MeO + H2 (2)

O altă variantă a reacţiei este reacţia oxigenului, provenit din disocierea vaporilor de apă c

metaloidele din spaţiul arcului electric.În cazul carbonului, reacţia devine

C + H2O ⇔ CO + H2 şi în funcţie de sensul reacţiei, în baia metalică poate avea loc o decarburare (scăderea conţinutului dcarbon) sau o carburare (creşterea conţinutului de carbon).

3.4 Disocierea carbonaţilorCarbonatul de calciu este o substanţă des întâlnită în învelişul electrozilor sau în fluxurile pent

sudare. Disocierea lui începe la temperaturi relativ joase, iar la 900 - 920 oC aceasta este energică rezultă:

CaCO3 ⇔ CaO + CO2 – 177,9 kJProdusele rezultate din această reacţie nu au rol favorabil asupra proceselor care se desfăşoară

nivelul spaţiului dintre electrozi. Astfel, calciul având o tensiune de ionizare redusă, favorizeastabilitatea arcului electric, iar oxidul de calciu are rolul protector asupra metalului topit.

Bioxidul de carbon degajat din această reacţie, crează o suprapresiune în spaţiul arcului electric împiedică intrarea aerului. Bioxidul de carbon disociază la rândul său în oxigen şi CO, deci este oxidant favorizează reacţiile de oxidare. Disocierea bioxidului de carbon decurge după următoarea reacţie:

2CO + O2 ⇔ 2CO2 + 566,2 kJ

8/6/2019 CURS TPS-2011


În legătură cu presiunea acestui oxigen şi presiunea oxigenului se pot face aceleaşi observaasupra sensului reacţiei:

MeO + CO ⇔ Me + CO2 Rezultă că şi bioxidul de carbon, la fel ca şi vaporii de apă, poate avea un rol protector [41], al un

elemente chimice din spaţiul arcului electric.Un caz particular al efectului reducător al bioxidului de carbon, se observă la sudarea oţelurilor c

conţinut foarte redus de carbon (oţeluri ionxidabile, oţeluri maraging, etc.), la care are loc o carburare băii metalice, prin carbonul provenit din CO2. Acest efect nedorit se poate compensa prin adaosurile dFe2O3, NiO, ZrO2, Cr 2O3 din învelişul bazic al electrozilor destinaţi sudării acestor oţeluri.

3.5 Disocierea oxidului de azotAzotul pătrunde în spaţiul arcului electric din atmosfera înconjurătoare sau din diferiţi componen

care participă la formarea băii metalice şi se oxidează datorită temperaturilor înalte din arc.

N2 + O2 ⇔ 2NO – 180,8 kJ

La temperaturile înalte, cantitatea de NO formată creşte cu temperatura. Spre zonele marginale a

arcului, în care temperaturile sunt mai reduse, oxidul de azot se descompune în oxigen şi azot, de prezintă un puternic caracter oxidant.În prezenţa metalului topit, oxidul de azot este un oxidant mult mai activ, decât oxigenul pur [49].

2 Me + NO ⇔ MeO + N2 Azotul rezultat din această reacţie se dizolvă în metalul lichid şi formează combinaţii chimice c

carbonul şi hidrogenul sau formează cu componenţii metalici nitruri fragile.Reacţia explică de ce azotul din spaţiul arcului electric, în prezenţa oxigenului, este mult m

activ, decât atunci când oxigenul lipseşte.

3.6 Reacţii dintre faza lichidă şi faza gazoasă. Formarea porilor în metalul depus prin sudar

Reacţiile şi calculele prezentate până la acest subpunct s-au referit la cazul în care diferitelsubstanţe din arcul electric se găsesc în stare vaporizată (gazoasă). În realitate, în paralel cu substanţegazoase, în spaţiul arcului electric se găsesc şi substanţe lichide, motiv pentru care modul de desfăşurarereacţiilor se deosebeşte faţă de cel prezentat anterior.

Astfel reacţia în care metalul şi oxidul se găsesc sub formă de faze lichide (indicele L)

2MeL + O2 ⇔ 2 (MeO)L În continuare sunt prezentate caracteristicile unor reacţii de oxidare a metalelor, mai des întâlnite

tehnică.• 4Cu +O2 Cu2O• 2Ni + O2 2NiO

• 2Mo + 3O2 2MoO3

• 2Fe + O2 2FeO• 2W + 3O2 2WO3

• 4Cr + 3O2 2Cr 2O3

• 2Mn + O2 2MnO• Si + O2 SiO2

• Ti + O2 TiO2

• 4Al +3O2 2Al2O3

• 2Ca + O2 2CaO

8/6/2019 CURS TPS-2011


În tabelul următor sunt prezentate caracteristicile unor compuşi mai importanţi care apar la sudare.

Compusul FeO* Fe3O4 FeS* Cu2O* Cu2S* Al2O3 AlN SiO2 Ni* MgO Mg3 N2

Ttopire [ºC] 1420 1538 1193 1235 1100 2050 2200 1777 sedescompun

e

2800 sedescompun

e

g/cm3

5,7 5,2 4,84 5,9 5,6 3,85 3,05 2,20 7,45 3,6 2,6Întrucât la sudarea cu arc electric metalele parcurg spaţiul arcului sub formă de picături lichide la

înaltă temperatură şi cu o suprafaţă mare de reacţie, vor rezulta reacţii chimice energice.După ce picăturile ajung în baia metalică, datorită micşorării temperatuilor şi a suprafeţelor d

reacţie, intensitatea reacţiilor scade.În realitate reacţiile se petrec într-un timp extrem de redus, aşa că ele nu au timpul necesar de

ajunge la echilibru, ci numai tind către el.Reacţiile de oxidare ale unor elemente din baia metalică pot fi diminuate prin introducerea

spaţiul arcului electric a oxizilor unor elemente, sau a elementelor cu afinitate mai mare pentru oxigeAstfel existând oxizi în spaţiul de reacţie, constanta de echilibru a reacţiei de oxidare se modifică şi reacţ

are tendinţa de a-şi inversa sensul, adică de a se produce o reducere. Acest efect este frecvent utilizat sudarea cu arc electric, la care învelişul electrozilor, sau fluxul, conţine oxizii unor elemente, sau chielementele cu aviditate mare pentru oxigen.

Un caz care prezintă interes la sudare este dizolvarea unor gaze în metalul topit, dintre care cemai importante sunt hidrogenul şi azotul.La temperatura arcului, aceste gaze biatomice şi în special hidrogenul, sunt puternic disociate şi se dizolvintens în picăturile de metal topit care traversează arcul electric

Întrucât temperatura băii metalice este mai mică decât temperatura picăturilor, cantitatea dhidrogen dizolvată direct prin suprafaţa băii este mult mai redusă decât cantitatea de hidrogen dizolvată d picături şi ajunsă odată cu acestea în baie.Variaţia bruscă a solubilităţii acestor gaze în fier, se observă că se produce la puncte critice de solidificar

sau de transformare în faza solidă.Prin scăderea bruscă a solubilităţii acestor gaze, apar o serie de defecte ale sudării, printre care pot aminti:

• apariţia porilor,• fierberea băii metalice şi împrăştierea stropilor,• apariţia microfisurilor (fulgi, ochi de peşte), etc.

Procesul de apariţie a porilor este favorizat de scăderea solubilităţii gazelor în momentsolidificării, când vâscozitatea băii metalice este avansată.

Bulele de gaz se formează intens la suprafaţa de separaţie dintre cristalele firmate şi lichidul rămaBulele de gaz pot conţine produse chimice gazoase provenite în urma reacţiilor chimice sau a reacţiilor drecombinare:

→+→+→→→+

HOOH

OHOH2

N N2

HH2

COOC

2

2

2

Toate produsele rezultate sunt insolubile în metal, deci tind să formeze bule de gaze.Formarea bulelor de gaz este condiţionată de raportul presiunii gazelor faţă de presiunea exterioa

8/6/2019 CURS TPS-2011


Pe. Această presiune este formată din presiunea atmosferică şi presiunile datorită coloanei de metal ρ 1

(de înălţime h1 şi masa specifică ρ 1), datorită coloanei de zgură ρ 2h2, precum şi datorită tensiunsuperficiale a bulei de gaz cu raza r. Condiţia de formare a bulei de gaz este: Pg > Pe adică

Pg > Pat + ρ 1h1 + ρ 2h2 + 2σ /r

La începutul formării, raza bulei r este redusă şi factorul 2σ /r are valoare mare şi se opun

creşterii acesteia.Defectele reţelei cristaline şi eventualele microfisuri de pe suprafaţa cristalelor în formare, sunlocuri în care se acumulează gaze şi în care pot apare bule de gaze. Dacă viteza de separare a acestor bueste mai redusă decât viteza de cristalizare, ele rămân incluse în metal sub formă de pori. Unele elemenexistente în baie (spre exemplu sulful), au rol de catalizator a unor reacţii de generare a gazelor, mărincantitatea, respectiv presiunea gazelor Pg, deci favorizează apariţia porilor [49]. Rezultă că prin micşorarcantităţii de gaze din metalul topit, prin reducerea cantităţii de elemente catalizatoare favorizan producerii de gaze şi prin alegerea parametrilor de sudare, astfel încât solidificarea băii să fie întârziată, poate combate apariţia porilor.

Limitarea cantităţii de gaze dizolvate şi în special de hidrogen se poate face prin alegerea raţionaa substanţelor din învelişul electrozilor, prin îndepărtarea umezelii şi a petelor de ulei, vopsea, rugină, et

de pe metalul de bază, care pot aduce multe gaze în spaţiul arcului electric. De asemenea este recomandareducerea lungimii, respectiv a tensiunii arcului de sudură, pentru a diminua pătrunderea azotului îspaţiul arcului din atmosfera înconjurătoare.

Rezultă că se poate reduce cantitatea de gaze dizolvate în metalul topit înlăturând substanţegeneratoare de hidrogen şi azot sau dacă acest lucru este numai parţial posibil, se introduc substanţe caau afinitate ridicată faţă de aceste gaze şi dau combinaţii chimice insolubile în metalul lichid.

Astfel şi în cazul combaterii hidrogenului, compuşii cei mai favorabili sunt acidul fluorhidric HF grupul oxihidril OH.

În cazul electrozilor înveliţi, hidrogenul din spaţiul arcului electric este legat sub formă de HF cajutorul tetrafluorurii de siliciu SiF4, care apare la încălzirea unor învelişuri de electrozi (electrozii cconţinut redus de hidrogen). Au loc reacţiile:

SiF4 + 3H →SiF + 3HFSiF4 + 2H2O →SiO2 + 4HF

În cazul sudării MAG cu atmosferă CO2, CO2 + O2, Ar + CO2, Ar + O2, Ar + CO2 + O2, conţinutde hidrogen din sudură este minim datorită, pe de o parte a absenţei învelişului (a umezelii conţinută dînveliş), precum şi datorită reacţiilor:

CO2 + H →CO + OH; O + H →OH

Asupra formării porilor un efect deosebit îl are azotul. Solubilitatea sa în metalul topit creşte inten

în prezenţa oxidului de azot NO care se formează în prezenţa oxigenului şi are rolul de catalizator. Rezulcă azotul pur nu este atât de dăunător pe cât este amestecul azot-aer, în ceea ce priveşte formarea porilor a nitrurilor fragile.Materialele de adaos şi atmosferele protectoare, care se folosesc în prezent, sunt astfel concepute preparate, încât înlătură aceste defecte posibile.Eventualele defecte care totuşi pot apare, reclamă nerespectarea unor parametrii tehnologici sau existenunor surse de impurificare a spaţiului arcului electric cu compuşi chimici dăunători.

FORMAREA BĂII METALICE ŞI SOLIDIFICAREA EI LA PROCEDEELE DE SUDARE PRINTOPIRE

8/6/2019 CURS TPS-2011


La procedeele de sudare prin topire se disting mai multe posibilităţi de formare a băii metalice:a) prin topirea exclusivă a metalului de bază (la sudarea cu arc electric cu electrod de cărbune, la sudar

oxiacetilenică ,WIG, microplasma a tablelor subţiri cu margini răsfrânte, etc.) b) prin topirea unei cantităţi de metal de bază şi a unei cantităţi de metal de adaos sub formă de pulbe

metalică depusă pe suprafaţa piesei. (La sudare prin inducţie cu curenţi de înaltă frecvenţă, la sudarcu hidrogen atomic, plasma, etc.)

c) prin topirea unei cantităţi de metal de bază şi a unei cantităţi de material de adaos sub formă de verg(la sudarea oxigaz, la sudarea cu hidrogen atomic la sudarea WIG, la sudarea cu plasmă, etc.)d) prin topirea unei cantităţi de metal de bază şi a unei cantităţi de metal de adaos, sub formă de electro

(la sudarea electrică manuală, la sudarea sub flux, la sudarea M.I.G. sau M.A.G., etc.)În cazul b) şi în special a), reacţiile dintre metalul topit şi gazele sau vaporii aflaţi în apropierea bă

metalice sunt mai puţin energice, având în vedere că baia metalică are o temperatură relativ scăzută.În cazul c) dar mai cu seamă d) reacţiile dintre metalul de adaos topit şi gazele sau vaporii pe care

traversează, sunt mult mai energice şi influenţează puternic calitatea sudurii.

4.1 Trecerea materialului de adaos spre baia metalicăModul cel mai simplu de trecere a materialului de adaos spre baia metalică se realizează pr

topirea capătului vergelei de material care urmează a fi depus şi prin atingerea lui intermitentă cu baia dsudură.

Datorită greutăţii proprii a picăturii topite de material de adaos şi a forţelor create de tensiunsuperficială, are loc transferul acestei picături în baia metalică.

Transferul se mai poate produce chiar fără atingerea directă a capătului vergelei de adaos cu bametalică, ţinând seama că asupra picăturii formate acţionează şi alte forţe specifice fiecărui produs dsudare printre care:

— forţa creată de presiunea dinamică a gazelor insuflate (la sudarea oxigaz) — forţe electrostatice şi electromagnetice (la sudarea prin topire cu procedee electrice). — forţe datorate dilatării prin explozie a unor gaze aflate în spaţiul de topire, etc.

În cazul procedeelor de sudare prin topire cu arc electric, care sunt şi cele mai răspândite procedeutilizate în practică, transferul picăturilor topite spre baia metalică este complex.

În general acest transfer se realizează în condiţii mai mult sau mai puţin apropiate de unul din cedouă cazuri limită:

• sudarea cu arc scurt şi• sudarea cu arc lung.

4.1.1Transferul la sudarea cu arc scurtSudarea cu arc scurt, cunoscută în tehnica de specialitate sub sinonimele Kurzlichtbogen, Short-ar

sau Dip transfer, este caracterizată prin scurtcircuitări repetate (anularea tensiunii arcului şi creşterecurentului până la valoarea maximă de scurtcircuit).

La sudarea cu arc scurt se disting două cazuri specifice de transfer a materialului de adaos spre bametalică:

A) Transfer în arc înnecatB) Transfer globular

8/6/2019 CURS TPS-2011


A. Transferul cu arc înnecat fig, 1 are loc în cazul procedeului MIG, dacă viteza de avans a sârmdepăşeşte veteza de topire corespunzătoare curentului normal de sudare. În această situaţie arcul electrîşi micşorează tot mai mult lungimea până când sârma electrod atinge baia şi pătrunde sub nivelul ei. Îaceste condiţii intensitatea curentului de sudare creşte brusc la valoarea de scurtcircuit, pe care o poadebita sursa de curent şi are loc oîncălzire a capătului sârmei electrodcare se topeşte cu o viteză sporită.

Capătul electrodului în contactcu baia metalică este mai cald decâtcelelalte porţiuni ale sârmei electrod,deci are şi o rezistenţă electrică maimare.

Astfel curentul de scurtcircuitcare străbate electrodul, încălzeşte şitopeşte mai rapid acest capăt. În urmatopirii, se întrerupe scurtcircuitul dintreelectrod şi baie, iar arcul se reaprinde.Prin aceasta curentul de scurt-circuit sereaduce la valoarea normală, pentrucare se reduce şi viteza de topire, iar apoi ciclul se repetă.

Reactivitatea chimică dintreelectrodul topit şi atmosfera arculuielectric este mult mai redusă în cazulacestui procedeu. Din acest motivatmosfera protectoare în care sesudează poate fi un gaz inert (argon)sau chiar un gaz activ (argon + 1% oxigen; argon + (5-20)% CO 2; şi CO2 pur), fără condiţii speciale pentsârma de electrod.

B. În cazul transferului globular, modul de trecere a picăturilor de la electrod spre baia metaliceste prezentat în fig. 3.15. Astfel în fig. 3.15.a se observă începerea topirii capătului electrodului, iar fig. 3.15.b formarea picăturii. Deoarece arcul este scurt, picătura atinge baia metalică înainte de a desprinde de capătul electrodului (fig. 3.15.c) şi se realizează scurtcircuitul. Datorită valorilor mari acurentului, forţele de atracţie dintre curenţii paraleli cresc.

Întrucât densitatea de curent are valori maxime în zona punţii metalice (zona cu secţiune minimdin fig. 3.15.c), în această zonă vor fi maxime şi forţele de atracţie Fa, care vor gâtui metalul topit şi vdetaşa picătura.

Fig. 3.15 Transferul globular la sudarea cu arc scurt

Asupra picăturii vor mai acţiona şi forţele de tensiune superficială F t care vor uni picătura cu bametalică. Asupra picăturii mai acţionează şi forţele Fe (spre electrod) şi F b (spre baie) datorită câmpulmagnetic. Valorile lor se pot calcula cu relaţia

a b c

Fig. 1 Transfer la sudarea cu arc înecat a- amorsarea arcului, b- introducerea capului electrodului înbaie, c- topirea capatului electrodului şi aprinderea arcului

electric

8/6/2019 CURS TPS-2011


dr

dLI5,0F 2

s ⋅⋅=

în care Is : valoarea curentului în momentul în care este determinată forţa; L: este valoare

inductivităţii circuitului , iar r este raza conturului.Deoarece secţiunea băii metalice este mai mare decât secţiunea electrodului F b > Fe, iar picătu

este transportată spre baie şi se stabileşte starea iniţială (fig. 3.15.d). Deoarece valoarea forţelor indicate îfig. 3.15.c este mult mai mare decât greutatea proprie a picăturii, rezultă că indiferent de poziţia relativă băii faţă de electrod, picăturile de material de adaos vor fi atrase spre baie. Rezultă că şi acest procedeu dsudare poate fi utilizat la sudarea de poziţie.

Transferul globular are loc în mediul protector argon, argon + 1% oxigen, argon + 5%CO 2, curenţi mai reduşi decât la sudarea cu transferul fin (curenţii vor fi însă mai mari de 150 A). Atunci cânatmosfera este puternic activă (argon + 20% CO2 sau CO2 pur), transferul globular se realizează pentorice valori ale curentului de sudare.

Transferul la sudarea cu arc lungSudarea cu arc lung se poate realiza dacă la trecerea picăturilor topite nu se produc scurtcuită

între electrod şi baie, ceea ce măreşte stabilitatea arcului electric. Aceasta se poate observa din fig. 3.1din care rezultă că , atât lungimea arcului, cât şi dimensiunea picăturilor sunt determinate pentru evitarscurtcircuitărilor.

Fig. 3.16 Transferul la sudarea cu arc lung (fără scurtcircuit)

În cazul sudării cu arc lung, transferul picăturilor se datorează forţelor magnetice date de relaţia dmai sus şi a forţelor de gâtuire datorate atracţiei dintre liniile paralele de curent, dar se pare că un rimportant îl deţin şi forţele produse de presiunea gazelor. După cum se observă din fig. 3.17, odată formarea picăturii pe capătul electrodului şi ca urmare a supraîncălzirii ei, pot apare cantităţi de gaze dlichid sub formă de bule. Aceste gaze (CO sau alte substanţe) se dilată şi provoacă desprinderea picăturde capătul electrodului şi proiectarea ei cu o anumită viteză spre baia metalică. Sunt situaţii în ca picătura astfel formată poate conţine o cantitate mare de gaze. La traversarea arcului electric picătura s

supraîncălzeşte, gazele se dilată energic şi se pare că pot provoca o fragmentare a picăturii iniţiale, suformă de picături multiple mult mai fine (fig. 3.17.d)

8/6/2019 CURS TPS-2011


Fig. 3.17. Transferul la sudarea cu arc lung favorizată de presiunea gazelor a – formarea picăturiib – separarea gazelor c – desprinderea picăturiid – fragmentarea picăturii

S-a constatat experimental că odată cu creşterea densităţii curentului de sudare, are loc un transffin cu dimensiuni tot mai mici ale picăturilor de metal topit. De asemena transferul fin este favorizat dconţinutul bogat de carbon din sârma electrod. Se pare că în afară de faptul că odată cu creştereconţinutului de carbon scade temperatura de topire, respectiv vâscozitatea metalului topit, mai are loc şi

îmbogăţire a picăturilor metalice cu bule de oxid de carbon, care favorizează pulverizarea şi transferul finTransferul fin este favorizat şi de unele substanţe ( de obicei oxizi), care măresc tensiune

superficială şi grăbesc formarea picăturilor care devin mai fine. Astfel învelişurile acide (cu SiO 2) fluxurile topite, favorizează transferul fin, pe când fluxurile şi învelişurile bazice sau neutre , dau la suda picături mari.

Transferul materialului de adaos spre baia metalică în cazul sudării cu arc lung poate fi:A) Transfer fin întâlnit în practică sub denumirea de Spray-Transfer sau Spruhlichtogen.B) Transfer în arc pulsat.A. Transferul fin are loc în cazul preocesului de sudare MIG, MAG în mediu protector argoargon + 1% oxigen sau argon + 5% CO2, sub influenţa intensităţilor sau la sudarea sub flux, dacînvelişul electrozilor respectiv fluxul are un caracter acid, oxidant.

B. Transferul cu arc pulsat este o variantă a transferului fin, la care este posibilă reducercomponentei curentului principal de sudare, (până la valorile la care arcul electric arde încă stabişi prin suprapunerea unei componente pulsatorii cu frecvenţă de 50 sau 100 Hz.

Prin suprapunerea componentei pulsatorii, are loc o creştere puternică a densităţii de curent în mo periodic, care pulverizează capătul topit al electrodului şi transportă stropii formaţi spre baia metalică.

Datorită încălzirii reduse a metalului de bază, cu acest procedeu este posibilă sudarea aliajelsensibile la supraîncălzire sau a aliajelor care nu pot fi tratate termic după sudare, (oţeluri inoxidabiltermorezistente, aliaje de aluminiu, etc.)

Întrucât la transferul fin lipsesc scurtcircuitările în timpul procesului de sudare, o variaţie mult mredusă a curentului de sudare, respectiv, a tensiunii arcului. Prin acesta puterea arcului se menţine relatconstantă, deci încălzirea spaţiului arcului electric este uniformă, fără dilatări şi contracţii succesive a

gazelor. Datorită acestei stabilităţi, azotul din aerul înconjurător nu pătrunde în spaţiul arcului, ceea poate fi considerat ca un avantaj important.În cazul transferului fin, dimensiunea medie a picăturilor topite este redusă în raport cu lungime

arcului. Prin aceasta suprafaţa activă a picăturilor topite şi timpul de reacţie cu gazul din spaţiul arculsunt relativ mari. Rezultă deci, că reacţiile chimice dintre picături şi spaţiul gazos, sunt mai active în caztransferului fin, decât în cazul transferului globular. În această situaţie posibilităţile de pătrundere impurităţilor în spaţiul arcului, trebuiesc reduse la minim, pentru a nu se influenţa negativ calitatemetalului topit.

8/6/2019 CURS TPS-2011


COMPOZIŢIA CHIMICĂ A CUSĂTURII SUDATE PRIN TOPIRE ŞI A ZONELOR ÎNVECINATE

Operaţia de sudare prin topire acţionează asupra metalului îmbinării sudate şi prin modificări dcompoziţie chimică pe care le determină în diferite zone ale îmbinării sudate. Acest aspect este importan

mai ales în cazul sudării oţelurilor aliate. Trebuie subliniat faptul că aceste modificări sunt datorate materialului de adaos, care în majoritatea cazurilor nu are compoziţia chimică identică cu ceea materialului de bază. De asemenea, datorită proceselor de difuzie care au loc în timpul sudării, cât şi dupîncheierea procesului de sudare, zona în care pot interveni modificări ale compoziţiei chimice se extinddincolo de linia de topire.

Amploarea şi natura modificărilor de compoziţie chimică la scară macroscopică şi microscopicdepinde de mai mulţi factori:• - caracteristicile procedeului de sudare:

- cu topire în spaţiu închis sau deschis;- topire cu sau fără material de adaos;- în mediu de aer, de gaze inerte sau protectoare, sub flux, ş.a.

• - parametrii procesului de sudare,• - caracteristicile materialului de bază şi ale metalului de adaos, precum şi de alţi factori cum sunt:- îndemânarea sudorului,- condiţile atmosferice sau- poziţia de sudare.

La sudarea cu arc electric cu electrozi înveliţi, figura 6.1, se constată că materialul băii lichid(BM), prin solidificarea căruia rezultă cusătura (CS), nu poate fi complect ferit de acţiunea oxidantămediului înconjurător. Acest lucru este valabil chiar şi la sudarea în medii de gaze inerte, sub flux electrozi înveliţi, mai ales dacă învelişul electrodului este de tip oxidant. În consecinţă, aproapîntodeauna trebuie să se conteze pe o oxidare a anumitor elemente. Cu cât un anumit element are afinitate mai mare de oxigen în zona de sudare, cu atât este mai dificilă obţinerea unei anumi

concentraţii în sudură. Din acest punct de vedere şirul elementelor plasate în ordinea crescândă a afinităţfaţă de oxigen este:

Cu - Ni - Co - Fe - W - Mo - Cr - Mn - V - Si - Ti - Zr - AlSe menţionează că acest şir al elementelor, a fost stabilit pentru temperaturi de cca.1600°C şi că

este valabil pentru condiţii identice în care are loc oxidarea (concentraţia elementului, temperaturcompoziţia zgurei şi compoziţia fazei gazoase).

Procesele de oxidare care au loc în timpul sudării oţelurilor aliate, în afară că reduc concentraţanumitor elemente, dau naştere la dificultăţi datorită oxizilor greu fuzibili formaţi, a căror îndepărtare esmai anevoioasă.

Alte elemente gazoase care prezintă interacţiune cu metalul în zona de sudare sunt hidrogenul

azotul. Hidrogenul produce fisuri în cusătură şi în zonele învecinate, precum şi producerea de pori.Efectele defavorabile a hidrogenului se intensifică pe măsura creşterii călibilităţii oţelului, fapt c

prezintă interes deosebit în cazul oţelurilor aliate. Rezultă că, odată cu creşterea carbonului echivalenscade cantitatea de hidrogen necesară pentru producerea fisurilor.

Azotul are o influenţă nefavorabilă în îmbinările sudate dar, în unele oţeluri moderne apachiar ca element de aliere.

Datorită temperaturilor foarte înalte, realizate în anumite porţiuni în zona de sudare, în cazsudării cu arc electric deschis, poate apărea o pierdere a anumitor elemente, datorită fenomenului devaporare. Şirul elementelor în ordinea crescândă a susceptibilităţii la evaporare este :

8/6/2019 CURS TPS-2011


Mn - Cr - Si - Al - Fe - Ni.

Pierderile prin evaporare cresc dacă, suplimentar în timpul procesului de sudare, aceste elemense şi oxidează.

Vitezele mari de încălzire şi răcire, determină o neomogenitate chimică diferită a cusăturii sudat privind concentraţia locală maximă şi minimă, raportată la concentraţia medie a acesteia. În general gradu

de neomogenitate al cusăturiidepinde de viteza proceselor dedifuzie în faza lichidă, în fazasolidă, între cele două faze, precum şi de gradul de agitare al băii metalice.

Neomogenitatea chimicălocală la sudarea prin topire mai poate fi provocată şi prinsegregaţia zonală. Aceasta se poate manifesta atât ca osegregaţie zonală directă, careduce la îmbogăţirea cu anumiteelemente a zonelor centrale alecusăturii, cât şi la una inversă, încare caz creşte concentraţia unor elemente în zonele marginale.Caracterul segregaţiei zonaleeste influenţat de viteza de răcire.

Printre cauzele care pot provoca o neomogenitate chimică locală a cusăturii sudate, se numără faptul că baia de metal topit este în general mai agitată în centru decât în regiunile marginale, precum faptul că solidificarea metalului băii se produce în mod discontinuu sub formă de straturi.

Zona din imediata apropiere a liniei de fuziune este de asemenea sediul unor neomogenităchimice locale.

Modificarea în sensul dorit a compoziţiei chimice medii pentru metalul cusăturii poate fi obţinu prin mai multe căi. Rezultatele cele mai stabile, în sensul menţinerii cât mai constante a compoziţichimice în lungul cusăturii sau la diferite cusături de acelaş gen, se obţin prin adăugarea elementelor daliere dorite în materialul de adaos. Aceată metodă care prezintă interes în cazul sudării oţelurilor aliatconstă fie în utilizarea unei sârme de adaos aliate corespunzător, fie a unei sârme nealiate de formtubulară în interiorul căreia sunt dozate sub formă de pulbere elementele dorite.

Alierea cusăturii se mai poate realiza şi prin intermediul învelişului electrozilor sau a fluxulumetoda prezentând avantajul că nu necesită o sârmă aliată, dar are dezavantajul că, gradul de aliere cusăturii cu diferite elemente depinde de parametrii tehnologici, ca de exemplu tensiunea arcului electrla sudara sub strat de flux.

În proceele de sudare, alierea cusăturii se poate realiza prin : fază gazoasă; metal de adaos şi zgură.

Alierea prin fază gazoasă este posibilă dar redusă ca intensitate, putându-se vorbi de o creştereconţinutului de carbon în cazul sudării cu flacără de gaze, precum şi la sudarea în mediu protector de CO

Alierea prin metalul de adaos se realizează prin introducerea elementelor de aliere în metalul dadaos (sârma electrod) şi pe seama topirii metalului de bază aliat. În această situaţie, materialul de adao

Fig. 6.1 Zona de sudare, la sudarea cu arc electic şi electrozi înveliţi E-vergeaua metalică a electrodului; le-învelişul electrodului; CA -

transferul sub formă de picătură a metalului topit; BM- baia metalicăCS- cusătura sudată; G- zgura lichidă; Z- zgura solidificată, P -piesa

8/6/2019 CURS TPS-2011


nu este activ din punct de vedere chimic, (învelişul, fluxul) având rolul doar de protecţie a băii de suduşi stabilizare a arcului electric.

La alierea directă prin metal de adaos, pierderile de elemente de aliere în coloana arcului electrspre baia metalică sunt nenesenţiale, iar coeficienţii de transfer ai elementelor de aliere în metalul cusătursunt suficienţi de ridicaţi.

Sub aspect calitativ, alierea directă prin metalul de adaos are avantajul trecerii bune a elementelde aliere în baia metalică, deci o aliere corespunzătoare a metalului cusăturii. Se pot obţine foarte uşo

cusături de compoziţii chimice şi proprietăţi dorite. Dezavantajele sunt de ordin tehnologic şi constau în;- dificultatea asigurării varietăţii mari de metale de adaos impuse de procesele de sudare;- dificultatea uzinării sârmelor aliate;- sub aspect economic nerentabilitatea elaborării unor şarje mici cu compoziţii chimice variate. Alierea prin zgură este cea mai utilizată metodă în momentul actual, datorită avantajelor de natu

tehnologică şi economică pe care le prezintă. Alierea prin zgură se bazează pe folosirea unui metal dadaos (sârmă electrod nealiată) şi introducerea elementelor de aliere sub formă pulverulentă în învelişacestuia sau în flux. Alierea cusăturii se produce ca rezultat al trecerii elementelor de aliere în bametalică şi pe baza unor reacţii volumice. Un rol important îl au raportul maselor de metal şi zgură cinteracţionează între ele.

La sudarea prin topire cu arcul electric, procesul de aliere prin zgură se desfăşoară în trei zone.În subzona I, de formare a picăturii metalice, la capătul electrodului, în contact cu arcul electri

alierea se face prin difuzia elementelor de aliere din zgură în metal. Datorită temperaturilor ridicate 18002000°C, a suprafaţei de contact mare dintre zgură şi metal, procesul de difuzie este intens. Se poatconsidera că variaţia concentraţiei elementelor de aliere în picătura de metal este proporţională cu vitezde difuzie. Alierea metalului cusăturii în această subzonă se face cel mai intens.

În subzona a II-a de trecere prin spaţiul arcului electric, nivelul alierii metalului cusăturii este m puţin intens, dat fiind timpul redus de trecere a picăturii metalice. În schimb în această subzonă are lodizolvarea gazelor în metalul topit, gazele dizolvate fiind transportate de picătură în baia metalică.

În subzona a III-a a băii metalice, se produce o aliere suplimentară a metalului cusăturii datoritzgurei care acoperă baia metalică, zgura topită fiind un material neomogen cu elemente de alierdispersate. La scăderea vâscozităţii zgurei, alierea suplimentară a băii metalice este mai pronunţată, mot pentru care se folosesc zgurele scurte la alierea prin zgură .

6.2Determinarea compoziţiei chimice medii a cusăturii sudatePentru determinarea compoziţiei chimice a cusăturii la sudarea prin topire, cazul cel mai simpl

este când se cunoaşte geometria iniţială a rostului, geometria cusăturii şi compoziţia chimică a metaluldepus prin sudare.

Notând cu b, s, f , aporturile relative ale metalului de bază, ale sârmei, a fluxului sau a învelişului formarea cusăturii se poate scrie relaţia:

b + s + f = 1

În conformitate cu notaţile dinfigura 6.2 se poate considera:

b

s f

Ab

Asfm

+≅ =

Raportul dintre cantitatea de metaladusă de flux sau înveliş şi cantitateaadusă de sârmă este de forma:

Fig. 6.2 Notarea zonelor din cusătură

Asf

Ab

Asf

Ab

Asf Ab

8/6/2019 CURS TPS-2011


( )f

sk Me n= ⋅ =ψ

în care:k - este raportul dintre greutatea învelişului sau fluxului topit şi greutatea sârmei topite;Me - cantitatea relativă de metal din flux sau înveliş;ψ - coeficientul de trecere a metalului în cusătură (pentru calcule orientative se consideră ψ = 1)

⇒ ( ) ( )

( ) ( )

bm

m

sm n

fn

m n

=+

=+ ⋅ +

=+ ⋅ +

1

1

1 1

1 1

Dacă concentraţia unui element oarecare Me în materialul de bază este [Me]B, în sârmă [Me]S şi componenta metalică din flux sau înveliş [Me]F, atunci concentraţia de calcul [Me]C a acestui element cusătură este dată de relaţia:

[Me]C = b[Me]B + s[Me]S + f [Me]F

Această relaţie este valabilă dacă la trecerea metalului prin arcul electric nu are loc o pierdereelementului respectiv şi dacă învelişul sau fluxul sunt pasive în raport cu acest element. În toate celelalcazuri între concentraţia reală [Me]R şi concentraţia [Me]C, apare o diferenţă ∆ [Me]:

[Me]R - [Me]C = ± ∆[ Me]

O valoare pozitivă a mărimii ∆[ Me] corespunde situaţiei în care are loc o îmbogăţire a bămetalice cu elementul respectiv din zgură sau fază gazoasă, iar o valoarea negativă, cazului în care o pardin elementul în cauză trece în zgură sau în faza gazoasă.

Pentru a ţine seama de această situaţie se introduce noţiunea de coeficient global de trecere ηdefinit ca;

[ ]

[ ]η g

R

C

Me

Me=

Pentru calcule mai detaliate pentru fiecare cale de aliere a băii metalice, din sârmă, fux sau învelisau din metalul de bază, coeficienţii de trecre au valori diferite. Notând coeficienţii de trececorespunzător cu η S, η F, η B, se poate scrie:

[Me]R = b[Me]Bη B + s[Me]Sη S + f [Me]Fη F

Valoarea coeficientului de participare al metalului de bază la formarea cusăturii (b), depinde d procedeul de sudare, caracteristicile geometrice ale rostului, caracteristicile metalului de bază şi de afactori. În general coeficientul de participare (b) are o valoare mai mare la procedeele de sudare c pătrundere adâncă (sudarea sub strat de flux, sudarea MAG ş.a.) decât la sudarea manuală cu electroînveliţi. Coeficientul de participare al metalului de bază variază chiar şi în cadrul aceluiaş procedecrescând, de exemplu, odată cu mărirea curentului. La cusăturile executate în mai multe stratucoeficientul de participare al metalului de bază scade rapid în straturile superioare.

ROLUL MATERIALULUI METALIC DE ADAOS LA SUDARE

8/6/2019 CURS TPS-2011


Materialul metalic de adaos utilizat la sudare este fabricat de obicei sub formă de sârmă plinsârmă tubulară cu miez de pulberi, bandă laminată sau cu miez de pulberi şi mai rar sub formă de vergeturnate sau fâşii de tablă aliată. Mai pot fi utilizate metale de adaos sub formă de pulberi metalicintroduse în înveliş, sau în miezul electrozilor, sau depuse direct pe suprafaţa piesei, la încărcareautomată prin sudare, sau la încărcarea cu curenţi de înaltă frecvenţă.

Rolul principal al tuturor acestor materiale este de a participa la formarea băii metalice şi decompleta fizic spaţiul rostului, respectiv de a mări local secţiunea pieselor.

În multe situaţii, metalul de adaos poate avea şi un rol chimic sau de aliere, contribuind obţinerea unui metal depus prin sudare cu proprietăţi superioare. Spre exemplu, sârma de suduS11Mn25, utilizată la sudarea în CO2, conţine o cantitate suplimentară de Mn şi Si faţă de sârma obişnuitcare compensează efectul oxidant al mediului protector CO2.

CO2 ⇔CO + ½ O2 2Mn + O2 →2MnOSi + O2 →SiO2

Prin aceste reacţii, metalul depus prin sudare este bine dezoxidat şi nu prezintă pori. De asemenesârma trebuie să conţină cantităţi corespunzătoare de elemente, în funcţie de acţiunea fluxului de suduasupra elementelor similare din metalul topit.

În ceea ce priveşte rolul de aliere al metalului de adaos, se poate prezenta cazul electrozilor pentr

oţeluri Cr – Ni, la care vergeaua metalică conţine cantităţi însemnate de Ni, utilizate pentru producerealierii corespunzătoare a băii metalice. Corecţia alierii în cazul fabricării unei singure calităţi de sârmaliată cu Ni se poate face prin adaosul de pulbere metalică de Ni în înveliş.

Alierea cu Ni a sârmei electrod este frecvent practicată, datorită posibilităţilor de trefilare aacesteia şi datorită rezistivităţii electrice acceptabile.

Un alt rol important al sârmelor pentru sudare este acela de suport al transmiterii energiei splocul de sudare (conductor pentru curentul electric). Datorită fenomenelor termice , în practică sunutilizate de obicei sorturi de sârmă cu rezistivitate electrică normală, corespunzătoare aliajelor cu puţielemente de aliere.

Sunt situaţii în care trefilarea unui aliaj mediu sau bogat aliat nu este prea dificilă, dar arezistivitatea electrică ridicată. Prin aceasta ar fi necesară mărirea excesivă a diametrului electrodului,

reducere a lungimii acestuia sau o limitare a curentului de sudare, pentru a nu se supraîncălzi electrodul.Când aceşti factori nu pot fi acceptaţi din punct de vedere tehnologic, sârma nu mai este utilizaca electrod parcurs de curent, ci ca vergea metalică sau ca sârmă suplimentară, propulsată spre zona dtopire. În acest caz, sârma nu mai are rolul de electrod, ci numai rolul de a completa cu metal aliat bametalică.

În ultima perioadă de timp, introducerea pe scară industrială a sârmelor tubulare şi a benzilor c pulberi sau ceramice [3], dă posibilitatea înlocuirii tot mai uşoare a electrozilor aliaţi şi a sârmelor dsudare aliate.

Aceste materiale de adaos sunt avantajoase datorită varietăţii mari de sorturi produse, fărănecesita condiţii tehnologice deosebite, sau de a întâmpina dificultăţi la trefilare, indiferent de elementeconţinute în miezul de pulberi. Datorită acestor materiale de adaos, procedeele de sudare semiautoma

sau automate, în mediu protector, încep să înlocuiască tot mai mult procedeele de sudare manuală.ACŢIUNEA METALURGICĂ A ÎNVELIŞURILOR Electrozii pentru sudarea cu arcul electric sunt formaţi dintr-o vergea de sârmă pe care este aplic

un înveliş. Aplicarea învelişului se face prin presarea pastei pe sârmă şi în cazuri rare, prin imersionarsârmei în pasta de vâscozitate mică.

Imersionarea este o metodă care se aplică numai atunci când pasta pentru învelişul electrodului nse pretează la presare, întrucât substanţele plastifiante nu-i conferă plasticitatea necesară. Dezavantajacestei metode este productivitatea redusă şi neuniformitatea grosimii învelişului, care se şi topeşneuniform şi prezintă dificultăţi la sudare.

8/6/2019 CURS TPS-2011


Topirea învelişului electrozilor se produce din interior spre exterior, conform câmpului termic dspaţiul arcului electric, ceea ce conduce la formarea unui crater. Cu cât grosimea învelişului este mmare, cu atât gradientul de temperatură pe rază, variază mai mult şi craterul va fi mai adânc, după cum observă din fig. 1.

Fig. 1 Formarea craterului la electrozii înveliţi pentru sudarea) electrod cu înveliş grosb) electrod cu înveliş subţire

După cum rezultă şi din figură, în cazul electrozilor cu învelişul gros, craterul din capăt

electrodului este mai adânc decât în cazul electrozilor cu înveliş subţire. Prin aceasta în cazul electrozilcu învelişul gros, dispersia energiei termice a arcului este mai mică, iar pătrunderea sudurii este mai mareTotodată, grosimea învelişului δ p acţionează şi asupra protecţiei cusăturii, motiv pentru care,

unele cazuri este necesară determinarea ei. Utilizând notaţiile din fig. 1, se poate scrie:

2

dDsau

2

dD s2P

s1P 21

−=δ

−=δ

Întrucât densitatea materialului învelişului variază în funcţie de componenţi, este mai uticalcularea coeficientului de participare a învelişului K p, care reflectă mai bine cantitatea efectivă dînveliş.

La acelaşi tip de înveliş, mărimea K p determină intensitatea activităţii învelişului asupra picăturilde metal cu care vine în contact. La mărirea continuă a lui K p, acţiunea învelişului creşte până la o limi

de unde rămâne în continuare staţionară. Astfel, în cazul unui înveliş, care are rolul de a proteja picăturimetalice, faţă de acţiunea azotului din atmosferă, se constată o scădere a conţinutului de azot, de la 0,18 0,04%, atunci când K p creşte de la 0 – 30%.

La K p > 30%, conţinutul de azot din metalul topit rămâne practic la valoarea constantă de 0,04%adică activitatea învelişului a ajuns la saturaţie.

Din acest motiv cantitatea de înveliş se alege astfel încât efectul favorabil asupra metalului topit fie maxim .

Mărirea cantităţii de înveliş peste această limită este neraţională.În mod obişnuit K p se situează la limita de 20 – 30%.Sunt cazuri speciale în care electrozii conţin pulberi metalice în înveliş pentru mărir

randamentului de depunere, iar K p = 80 – 120%.

Prin acţiunea sa metalurgică, învelişul topit intră în reacţie chimică, încă din craterul electrodulcu picăturile metalice topite, continuând această acţiune până în momentul solidificării sudurii. Pe lânacţiunea sa de purificare a băii metalice, (legând chimic impurităţile sau dizolvându-le), zguîmbunătăţeşte considerabil regimul termic la sudare, întrucât la încălzire pot avea loc reacţii endotermiar la răcire reacţii exoterme. Prin aceasta se reduce întrucâtva supraîncălzirea băii, iar răcirea ei este m puţin rapidă.

Zgura prin compoziţia sa, furnizează şi protejează totodată, trecerea elementelor de aliere îmetalul topit, influenţând în mod direct coeficienţii de trecere.

Factorii determinanţi asupra acţiunii metalurgice a învelişurilor, respectiv a zgurilor formate, asupmetalului topit, depind de:

8/6/2019 CURS TPS-2011


a) constantele termofizice (temperatura de înmuiere şi de topire, temperatura şi căldura de formareoxizilor şi a zgurii, căldura latentă de topire şi capacitatea calorică).

b) Vâscozitatea şi variaţia acesteia, în funcţie de compoziţia învelişurilor şi de valoarea temperaturiloAstfel, unele zguri au o vâscozitate redusă influenţând favorabil reacţiile chimice dorite. Alte zgu(cele bazice şi cele rutilice), au un interval redus de solidificare şi o viteză mare de creşterevâscozităţii, ceea ce favorizează sudarea de poziţie (plafon plan vertical, etc.).În fig. 2 este prezentată variaţia vâscozităţii diferitelor zguri, în funcţie de temperatură. Din aceas

figură se observă că în cazul învelişului bazic, rezultă o zgură cu intervalul redus de solidificare, având vâscozitate redusă, chair la temperaturi joase, la care alte zguri sunt deja solidificate. Astfel vâscozitatezgurii la temperatura de 1210oC este de 2,0 poisee. Această proprietate este conferită zgurii de fluorura dcalciu din învelişul electrozilor şi apare pregnant cu bazicitate ridicată.

Fig. 2 Variaţia vâscozităţii zgurilor provenite din topirea învelişurilor, în funcţie de temperatură 1 – zgură acidă,2 – zgură titanic acidă,3 – zgură rutilică,4 – zgură bazică

c) Greutatea specifică în stare lichidă a zgurii. S-a constatat că greutatea specifică a zgurii lichide poainfluenţa forma cordonului de sudură. Asupra formei mai acţionează şi vâscozitatea zgurilor, iinfluenţa lor se poate observa în fig. 3.

Fig. 3 Influenţa naturii învelişului asupra formei secţiunii cusăturii

d) Capacitatea de dizolvare a unor compuşi existenţi în metalele topite din spaţiul arcului.În această categorie se poate încadra acţiunea oxidului de calciu din înveliş, asupra desulfurării defosforării:

(CaO) + [FeS] ⇔ (CaS) + (FeO)(3CaO) + [P2O5] ⇔ ((CaO)3 P2O5)

Dacă este menţinută bazicitatea zgurii şi o temperatură redusă, compuşii formaţi din reacţiile de msus vor rămâne în (zgură). În caz contrar recţiile sunt reversibile şi compuşii nedoriţi se vor reîntoarce [metalul lichid], provocând fragilitate la cald sau la rece.e) Coeficienţii de contracţie şi structura în stare solidă, care sunt foarte importanţi, atunci când

urmăreşte desprinderea uşoară a zgurii de pe cordon.În cazul sudării în straturi suprapuse, acest lucru este extrem de important, întrucât o curăţi

insuficientă a zgurii de pe cordon, poate genera incluziuni de zgură între straturile sudate. Acest defeeste mai frecvent întâlnit la sudarea cu electrozi bazici, la care desprinderea zgurii este mai grea, de psuprafaţa neregulată a cordonului. Ele se manifestă mai ales în colţuri şi în locurile mai greu accesibisculelor pentru curăţirea zgurii. Aceste locuri sunt în plus şi concentratori de tensiuni, prin însă

8/6/2019 CURS TPS-2011


geometria lor, la care se adaugă deci factorii de concetrare datoraţi incluziunilor.Au fost elaboraţi electrozi pentru sudare, la care datorită coeficienţilor de dialtare (contracţie)

zgurilor, diferiţi faţă de cei ai metalului de bază, are loc o desprindere neprovocată a zgurii de pe cordola răcire (spre exemplu, zgurile cu conţinut de ZrO2 se desprind singure).f) Gradul de aciditate al zgurii şi caracterul componenţilor care influenţează atât transferul picăturilor d

metal topit prin arc, cât şi reacţiile de oxido-reducere, influenţând coeficienţii de trecere. Astfel sremarcă zgurile bazice, la care transferul este globular, datorită tensiunii superficiale create, i

coeficienţii de trecere sunt maximi. De obicei electrozii aliaţi au învelişul bazic, pentru a favoriztrecerea elementelor de aliere prin arc, având pierderi reduse, respectiv coeficienţi de trecere marSpre exemplu, în cazul electrozilor bazici, este suficientă adăugarea a 5% FeMn pentru dezoxidarsurplusul peste această valoare fiind utilizat la aliere. În cazul învelişului acid este utilizat pentru aliedoar surplusul de feromangan peste 20%, întrucât în atmosfera oxidantă a arcului se consumă mult mmult feromangan.

CLASIFICAREA ELECTROZILOR DUPĂ NATURA ÎNVELIŞULUIElectrozii pot fi clasificaţi după diferite criterii, cel mai important fiind cel al naturii învelişului. Dup

acest criteriu se deosebesc următoarele grupe de electrozi.

Electrozi cu învelişul oxidantLa aceşti electrozi învelişul conţine substanţe oxidante. Astfel, structura de bază la aceste învelişuri a

următoarea formulă constitutivă: oxizi de fier (hematită, ţunder, etc.) 30 – 60% SiO2 (cuarţ) Silicaţi naturali (feldspat, mică, asbest) 10 – 25% Dezoxidanţi – aliere (feomangan) 10 – 20% Plastifianţi – lianţi (talc, caolină, Na2SiO3) 15 – 25%La sudarea cu aceşti electrozi, metalul topit conţine mult oxigen, ceea ce îi micşorează conţinut

de C, Si, Mn, precum şi de hidrogenul dizolvat.Zgura aparţine sistemului FeO – SiO2, care are un interval mare de solidificare şi o vâscozita

mare, ceea ce determină ca electrozii cu acest înveliş să fie improprii pentru sudarea în poziţii.Prezenţa feromanganului în cantităţi mai mari în acest tip de înveliş, reduce oxidul de fier dupreacţia:

FeO + Mn →Fe + MnOAceastă reacţie exotermă se produce mai intens la suprafaţa de separaţie dintre zgură şi baie, cee

ce conduce la micşorarea vitezei de răcire a zgurii şi la o protectie favorabilă a băii.În cazul dozării unor cantităţi reduse de fero-mangan, zgura va conţine cantităţi reduse de MnO

iar trecerea manganului în baia metalică (pentru aliere) este redusă, sau chiar inexistentă.Cu toate că aspectul exterior al cordoanelor sudate cu electrod având învelişul oxidant es

excepţional, nu este recomandată utilizarea lor la sudarea pieselor importante, de rezistenţă. Din ace

motiv, la noi în ţară nu se elaborează acest tip de electrozi la scară industrială.

Electrozi cu învelişul acidLa aceşti electrozi învelişul conţine oxizi de mangan, de fier, de siliciu, silicaţi naturali şi uneo

rutil, care constituie partea zgurifiantă, precum şi celuloză şi dextrină pentru producerea gazelor, respectferomangan pentru dezoxidare.

La aceste învelişuri, raportul dintre oxizii cu caracter acid şi cei cu caracter bazic este supraunitarÎnvelişurile acide, spre deosebire de cele oxidante, conţin o cantitate mai mare de dezoxidanţi plu

minereuri de mangan, carbonaţi, etc. Spre exemplu: silicaţi naturali (feldspat, mică, etc.) ……………….20 – 35%

8/6/2019 CURS TPS-2011


bioxid de siliciu (cuarţ) ………………………………10 – 25% feromangan …………………………………………..15 – 25% oxizi de fier sau mangan ……………………………..5 – 15% plastifianţi şi lianţi ……………………………………15 – 25% ilmenit – rutil (uneori) ………………………………..10 – 20%Proporţia dintre feromangan şi oxizii de fier trebuie verificată atent întrucât orice modificare poa

provoca pori în cusătură.

În cazul cantităţilor reduse de feromangan se oxidează siliciul şi apoi carbonul, formându-se podatorită CO. În cazul cantităţilor mari de feromangan, temperatura băii creşte, se dizolvă multe gaze rezultă de asemenea pori.

Zgurile învelişurilor acide au în general un interval mare de solidificare, în comparaţie cînvelişurile bazice sau rutilice. Viteza de solidificare, respectiv intervalul de solidificare, depinde dgradul A de aciditate a zgurii, după cum se observă din fig. 4.

Fig. 4 Intervalul de solidificare al zgurilor în funcţie de gradul de aciditate

Cu cât intervalul de solidificare al zgurii este mai mare, cu atât desprinderea de pe cordon va fi mgrea. Învelişurile acide asigură electrozilor o viteză de topire ridicată, întrucât electrozii suportă intensitămari de curent. Aspectul sudurii este frumos, cu solzi fini, datorită vâscozităţii mari a zgurii.

Datorită conţinutului mare de oxigen din sudură, rezilienţa metalului depus prin sudare ndepăşeşte 10 – 12 daJ/cm2.

Electrozii cu înveliş acid, la fel ca şi cel cu înveliş oxidant, nu sunt sensibili la oxizi şi la rugină. Îschimb, la oţelurile cu carbon peste 0,2% pot provoca pori în cusătură.

Electrozi cu înveliş titanicLa aceşti electrozi învelişul conţine TiO2, provenit din Rutil (95% TiO2) sau din ilmenit (45

TiO2).În continuare se dau componentele principale ale învelişurilor titanice:

Rutil ……………………………………….25 – 40% Feldspat, mică, asbest ………………….15 – 25% Carbonaţi (marmoră, dolomită) ………….5 – 20% Feromangan ……………………………..12 – 15% Plastifianţi – lianţi …………………………8 – 20 %În general aceste învelişuri nu conţin substanţe organice, au grosimea învelişului medie şi o utiliza

universală în toate poziţiile, cu o manipulare uşoară.În ultimul timp s-au elaborat noi sorturi de electrozi cu învelişul titanic, la care s-au introdus

substanţe organice. În continuare se prezintă componenţa structurală a acestor tipuri de învelişuri: rutil ………………………………………………………………45 – 60% mică şi alţi siliaţi sau cuarţ …………………………………….10 – 20% feromangan ………………………………………………………9 – 12% materii organice (celuloză, carboximetilcelulorză, etc.) ………2 –8%

8/6/2019 CURS TPS-2011


plastifianţi şi lianţi ………………………………………………..5 – 10%Aceste învelişuri asigură în general fluiditatea zgurei şi o degazare mai bună a metalului.Întrucât aceşti electrozi nu conţin FeO şi TiO2, caracterul oxidant se păstrează, dar mult mai diminuatÎn comparaţie cu zgurile acide, zgurile titanice au o vâscozitate considerabil mai redusă la temperatu

înalte, au interval redus de solidificare şi o variaţie redusă a vâscozităţii, în raport cu temperatura. Dacest motiv se pretează la sudarea în toate poziţiile, inclusiv vertical descendentă.

Zgura se desprinde cu atât mai uşor cu cât conţinutul de TiO2 este mai bogat. În această privinţă un r

favorabil îl au şi sărurile de potasiu. Zgura este cu atât mai fluidă cu cât creşte conţinutul de TiO 2 şi cu cscade conţinutul de SiO2.Datorită solidificării rapide a zgurii, este reţinut bine metalul topit chiar la sudarea în poziţie.Avantajul acestor electrozi faţă de electrozii acizi, rezultă din faptul că se obţine un metal depus c

proprietăţi mecanice ridicate, cusătura este mai netedă, se asigură o înaltă stabilitate arcului electric şi es permisă sudarea în orice poziţie.

În ultimul timp au fost elaboraţi electrozi slab aliaţi cu molibden şi crom, având aceste tipuri dînvelişuri cu TiO2.

Din cauza hidrogenului produs de substanţele organice din unele tipuri de învelişuri cu TiO 2, recomandă utilizarea acestor electrozi numai la sudarea oţelurilor a căror conţinut de carbon este mai mde 0,25%.

Electrozi cu înveliş celulozicÎnvelişul electrozilor celulozici conţine o cantitate de minim 10% celuloză. Dacă restul ponderii

greutate o deţine rutilul, electrozii se numesc rutil-celulozici. Formula structurală a acestui tip de înveleste:

Rutil ………………………………………………30 – 60% Celuloză şi alte materii organice ………………10 – 40% Silicaţi complecşi ………………………………..15 – 30% Feromangan ………………………………………5 – 11%Cantitatea de zgură produsă de înveliş este redusă şi efectul protector este completat de cantitatea d

gaze produse. Dintre acestea hidrogenul are un rol reducător.

FeO + H2 ⇔ Fe+ H2O (1)2Fe4 N + 3H2 ⇔ 8Fe + 2NH3 (2)

Rezultă un metal depus cu cantităţi reduse de oxigen (0,020% O2), dar cu cel mai mult hidrogedizolvat (15 – 25 cm3/100 g), faţă de electrozii bazici (8 cm3/100g) sau electrozii acizi (12 – 15 cm3/100g

Metalul rezultat are o tenacitate scăzută.Arcul electric are stabilitate bună, fără a fi influenţată de variaţia lungimii, deci se recomandă

sudarea pe suprafeţe denivelate, rosturi cu deschidere variabilă, rădăcina sudurii.Electrodul se topeşte cu viteză mare, dar datorită caracterului exploziv al topirii, se împrăştie mul

stropi.

Aceşti electrozi sunt utilizaţi la sudarea tablelor subţiri, cu curent continuu (CC+

) sau cu curealternativ, rezultând o pătrundere bună a sudurii.

Electrozii cu înveliş bazicMateriile de bază care intră în componenţa învelişurilor bazice ale electrozilor sunt: Fluorură de calciu ………………………….25 – 30% Cretă sau marmoră ………………………...35 – 40% Dolomită, magnezită ……………………….…5 – 15% Feroaliaje FeMn, FeSi, FeTi ………………..10 – 25% Plastifianţi şi lianţi ……………………………..1 – 5%

8/6/2019 CURS TPS-2011


Pe lângă electrozii cu învelişuri clasice de tip bazic, în ultimul timp au fost fabricaţi electrozi cînvelişuri bazice, care conţin cantităţi variabile de silicaţi şi de rutil, care au o comportare foarte bună sudare. Aceşti electrozi (carbonaţi rutilici) au o bazicitate mai scăzută a zgurii şi sunt întrebuinţaţi pescară tot mai largă, chiar la alcătuirea electrozilor înalt aliaţi inoxidabili, de tipul 18/8, (spre exemplmarca OK 601 a firmei ESAB).Componenţa aproximativă a unui astfel de înveliş este următoarea:

Fluorură de calciu ……………………………...17 – 27%

Cretă sau marmoră …………………………….20 – 30% Silicaţi complecşi ………………………………...0 – 5% Rutil ……………………………………………….5 – 15% Feroaliaje …………………………………………5 – 15% Plastifianţi şi lianţi ………………………………..5 – 10%În cazul utilizării acestor învelişuri pentru electrozii înalt aliaţi, feroaliajele sau pulberile metalice

compensare pot să ajungă la 60%.Întrucât aceste învelişuri au o bazicitate mai redusă, coeficienţii de trecere au valori diferite, în funcţ

de natura învelişului.Prin bazicitatea învelişului B se înţelege raportul dintre oxizii bazici şi cei acizi conţinuţi de înveliş

22 TiOSiO

MgOCaOB

+

+=

Pe lângă alte avantaje ale zgurilor bazice, ca desulfurarea şi defosforarea accentuată a băii, sremarcă conţinutul redus în hidrogen al cordonului de sudură. În acest scop s-a constatat că este foarutilă prezenţa CaF2 în înveliş (> 8%) producând reacţiile prezentate anterior.

Electrozii bazici sunt cunoscuţi din acest motiv şi sub denumirea de electrozi cu conţinut redus dhidrogen.

Ţinând seama că unele substanţe din înveliş au apă de constituţie (mică, talc, silicatul de Na saK), introducerea fluorurii de calciu CaF2 este obligatorie pentru înlăturarea hidrogenului.

De asemena, trebuie să se remarce higroscopicitatea ridicată a învelişurilor bazice, fapt pentru cadepozitarea electrozilor se face în cutii de carton, uscate înainte de împachetare şi învelite în folii d

polietilenă. De asemenea, electrozii bazici care au fost depozitaţi un anumit timp, trebuiesc calcinaînainte de utilizare, la 350o – 400oC timp de 1 – 2 ore. Sub acest aspect se poate remarca importanţa da păstrării gradului de umiditate al electrozilor bazici de către unii beneficiari. Astfel au fost fabricarecipiente portative (tolbe) pentru păstrarea electrozilor, încălzite la aproximativ 150 o cu curent de generatorul de sudare. Păstrarea electrozilor calcinaţi în aceste recipiente se efectuează până în momentutilizării lor la sudare.

În aceste condiţii hidrogenul poate să scadă la valori de 3 cm3/100 g metal depus, iar în cazelectrozilor cu conţinut foarte scăzut de hidrogen, el poate ajunge chiar sub 1 cm3/100 g.

Tot asupra reducerii conţinutului de hidrogen, se poate acţiona prin reacţia de formare a CO2.CaCo3 →CaO + CO2 MgCO3 →MgO + CO2

În prezenţa Al, Si, Ti şi Mn, are loc în continuare disocierea CO2:2CO2 →2CO + O2

În prezenţa oxigenului şi a bioxidului de carbon vaporii de apă din spaţiul arcului, dau combinaţinsolubile în fier de forma:

CO2 . 6H2O; CH4 . 6H2O; C2H6 . 5H2O, etc.

Învelişurile bazice, întrucât conţin CaF2 dau o stabilitate redusă arcului electric şi măresc tensiunarcului. Din acest motiv ei nu pot fi utilizaţi la sudarea în curent alternativ.

8/6/2019 CURS TPS-2011


La ora actuală au fost elaboraţi electrozi bazici, care pot fi utilizaţi şi la sudarea în c.a. Aceşelectrozi au 2 învelişuri concentrice, astfel încât învelişul exterior subţire are rolul de stabilizator al arculelectric, iar învelişul interior, mai gros este bazic şi are rolul corespunzător.

S-a constatat că prin mărirea conţinutului de CaCO3 din înveliş peste 25 – 30%, apare prdisociere un exces de CO2, care este şi un oxidant puternic şi reduce coeficientul de trecere al manganulîn baie.

În ultimul timp, se caută ca la alcătuirea învelişului bazic să se reducă pe cât este posibil conţinut

de SiO2 chiar prin înlocuirea liantului (Na2SiO3).Această măsură favorizează îndepărtarea uşoară a zgurei şi reduce cantitatea mare de SiF4, ca poate genera pori.

Tot în scopul reducerii aderenţei zgurii la cordon, în locul SiO2 se dozează TiO2 sau ZrO2.Bioxidul de zirconiu modifică coeficientul de dilatare a zgurii şi aceasta se desprinde foarte uşor.

Electrozi cu înveliş conţinând pulbere de fierAceste tipuri de învelişuri au început să fie tot mai des utilizate la fabricarea electrozilor, datori

avantajelor tehnico-economice pe care le oferă, dintre care creşterea randamentului de depunere este cmai important.

Învelişurile cu plubere de fier se împart în două grupe mari:

învelişuri cu caracter bazic învelişuri rutilice.Electrozii cu învelişuri rutilice cu pulbere de fier, mai sunt cunoscuţi şi sub denumirea de electrozi d

mare randament şi conţin pulberi de fier în cantităţi de 30 –70%. Componenţii acestor învelişuri sunt: Rutil……………………………..20 – 40% Pulbere de Fe ………………….30 – 70% Silicaţi complecşi ………………0 – 10% Feromangan ……………………6 – 10% Plastifianţi lianţi ………………...4 – 10%Întrucât în acest caz învelişul electrozilor este gros, este posibilă numai sudarea în poziţie orizontală.Dacă conţinutul de pulbere de fier în înveliş este mai scăzut (15 – 20%), scopul esenţial al pulberii es

îmbunătăţirea comportării la sudare a electrozilor în poziţii dificile şi creşterea caracteristicilor mecaniale îmbinării sudate. Randamentul de depunere este şi în acest caz bun, ceea ce măreşte productivitatea sudare.

Utilizându-se pulberi de fier cu conţinut scăzut de carbon (C = 0,03 … 0,04%), se obţine un metadepus cu o tenacitate ridicată, sensibilitate foarte redusă la fisurare, chiar în cazul sudării unor oţeluri crezistenţă ridicată.

Tendinţa actuală la fabricarea acestor electrozi este de a se mări cât mai mult randamentul de depune(până la 210…230%) şi de a se găsi componenţi ai învelişurilor care să le creeze posibilitatea de utilizala sudarea în orice poziţie.Mai jos sunt redate două reţete aproximative ale învelişurilor bazice cu pulberi de fier.

Tip I Tip II

— Pulbere de fier ……………………. 15 –25% 30 – 70% — Carbonaţi …………………………...20 – 30% 5 – 20% — Fluorură de calciu …………………15 – 25% 8 – 15% — Silicaţi complecşi …………………. 3 – 5% — — Feroaliaje …………………………... 7 – 15% 5 – 10% — Plastifianţi – lianţi …………………..5 – 8% 8 – 12 % — Rutil ………………………………….5 – 15% 3 – 10 %Cea mai favorabilă particularitate a electrozilor cu pulbere de fier, având învelişuri titanice şi mai c

seamă bazice este creşterea coeficientului de trecere al elementelor de aliere.Acest lucru se poate explica pe baza următoarelor reacţii produse de pulberea de fier.

8/6/2019 CURS TPS-2011


8/6/2019 CURS TPS-2011


Clasificarea generală a fluxurilor pentru sudareO clasificare a fluxurilor pentru sudare după procesul de fabricaţie şi după destinaţia este următoarea

Fluxuri topite (T) folosite cu precădere la sudarea structurilor din oţel carbon şi slab aliate cu Mn carsunt fluxurile cu ponderea cea mai mare de consum (în România, cca. 95%).

Fluxuri ceramice ( C ) şi fluxuri sinterizate (S), care sunt utilizate mai ales la sudarea oţelurilor dînaltă rezistenţă şi a oţelurilor speciale.

Fluxuri amestecate (V) (amestec de fluxuri ceramice sau fluxuri topite).

Fluxurile topite constau dintr-un amestec topit de materiale (spre ex.: SiO2, minereu de mangacarbonaţi, alumină, Al2O3, TiO2, CaF2, Na3AlF6 şi alte cantităţi reduse de adaosuri suplimentare.) cadupă topire sunt granulate şi sitate.

În timpul topirii materiile prime reacţionează între ele, iar după topire ele nu mai sunt la fel dactive şi numai o parte neînsemnată din elemente trec în metalul depus (Si, Mn).

Fluxurile ceramice (cunoscute şi sub denumirea de fluxuri aglomerate), se compun dintr-uamestec intim de materiale pulverulente fin măcinate (minerale, minereuri, feroaliaje) şi legate între e prin intermediul unui liant (silicaţi de Na sau de K). Pasta obţinută este granulată şi apoi uscată şi sortatdupă granulaţie (prin cernere).

Aceste fluxuri sunt mult mai active decât fluxurile topite, deoarece materialele componente nu suîncălzite până la topire, decât în momentul sudării.

Fluxurile sinterizate se obţin prin aceleaşi metode ca şi fluxurile ceramice, având şi componenasemănători, cu excepţia liantului, care nu mai este silicatul de Na sau K.Drept liant se foloseşte chiar unul dintre componenţi, care are punct mai coborât de înmuiere

care la încălzirea şi presarea amestecului, formează o masă compactă care apoi se granulează şi se sorteazgranulometric.

Fluxurile amestecate se obţin dintr-un amestec mecanic de fluxuri topite şi ceramice, având diferindici de bazicitate. Amestecarea se face în scopul activării proceselor fizico-chimice din baie şi conduc îmbunătăţirea caracteristicilor mecanice ale metalului depus şi, în special al rezistenţei la temperatu joase.

O altă clasificare a fluxurilor se poate face după indicele de bazicitate B, dat de o relaţie dutilizată în practică:

( )

( )22322

22

ZrOTiOOAl2

1SiO

FeOMnO21O NaCaFBaOMgOCaO

B

+++

++++++=

În STAS 10123/91 se indică bazicitatea, care determină caracterul fluxului.Astfel pentru:

— B < 1,1 fluxul este acid (A) — 1,1 ≤ B ≤ 2,0 fluxul este bazic (B) — B > 2,0 fluxul este cu bazicitatea ridicată (BB)După modul în care variază vâscozitatea fluxurilor transformate în zgură, în funcţie de temperatură,

disting:

fluxuri “lungi” (vâscozitatea scade lent, odată cu creşterea temperaturii) fluxuri “scurte” (vâscozitatea scade repede, odată cu creşterea temperaturii)Rolul vâscozităţii zgurii provenite din fluxul topit şi a variaţiei acesteia odată cu temperatura, es

aceeaşi ca şi în cazul zgurilor provenite din învelişurile topite, despre care s-a amintit la sudarea ceelctrod ]nvelit.În tabelul 1 sunt grupate principalele tipuri de fluxuri pe baza sistemelor de zgurifiere:

Tabelul 1 Clasificare generală a fluxurilor după componenţii de bazăSimbol Componenţi Observaţii

a) Fluxuri cu conţinut ridicat de SiO2 sensibile la

8/6/2019 CURS TPS-2011


(C.S. silicatde calciu) CaO + MgO + SiO2 > 50%

impurităţi. Nu se pretează la sudarea prin mai multe treceri. Necesită metal de adaos cu mult Mn.

maxSI ≃ 250A;

mediuSV =0,8 m/minut b) Fluxuri cu conţinut scăzut de SiO2. Scadelungimea zgurii şi sensibilitatea la impurităţi.Permite sudarea prin mai multe treceri.

(M.S. silicatde mangan)

MnO + SiO2 > 50%

Metalul de adaos se alege în funcţie de conţinutul deMn din metalul depus.Tendinţa de fisurare scade la creşterea conţinutuluide mangan.Puţin sensibil la umezealăAplicabil la oţelurile cu R ≤ 520 N/mm2

maxSI ≃ 1100A; S

V se poate mări mult

(A.R.alumină

rutil)Al2O3 + TiO2 > 45%

Metalul de adaos e obişnuit şi se alege în funcţie demetalul depus dorit. De ex. S1 (pentru sudare în douătreceri), S2 S3 (pentru variaţii mici ale Mn, Si)Puţin sensibil la umezeală.

maxSI ≃ 900A; S

V se poate mări mult

(A.B. bazicecu alumină)

Al2O3 + CaO + MgO > 45%

Al2O3≃ 20%

Metalul de adaos obişnuit (S1, S2, S1M0)E posibil un aport mare de Mn, ceea ce dă proprietăţimecanice superioare metalului depus.Pot fi folosite la sudarea oţelurilor cu granulaţie fină.

maxSI ≃ 1000A; Zgură scurtă sensibilă laimpurităţile rostului

(B.F. bazicecu fluoruri)

CaO + MgO + MnO + CaF2 > 50%

SiO2 ≃ 20%

Pot conţine sau nu mangan. Aplicabilitate universalăla toate sârmele şi metalele de bază.

maxSI ≃ 800A; Sensibilitate la umezeală.

Acţiunea fluxurilor la sudareFluxul are rolul fizic de a izola spaţiul arcului electric de secţiunea dăunătoare a atmosfer

înconjurătoare. Gradul de izolare depinde de granulaţia şi mai ales de cantitatea de praf din flux.Fără o cantitate oarecare de granule fine (respectiv de praf), fluxul nu poate fi impermeabil faţă d

aer. Trebuie reţinut însă, că o cantitate prea mare de praf în flux, îi micşorează permeabilitatea, iar gazerezultate în timpul sudării nu pot părăsi spaţiul arcului. Presiunea variabilă a acestor gaze poate produ pori în sudură sau denivelări pe suprafaţa cordonului (mărirea solzilor).

Totodată grosimea stratului de flux, granulaţia sa, precum şi cantitatea de praf pe care o conţin(flux sfărâmat), determină viteza de răcire a cordonului şi a zonei influenţate termic, care este hotărâtoaasupra structurii şi proprietăţilor obţinute.

În afară de rolul său fizic, fluxul intră în diverse reacţii chimice foarte importante pentru calitatecusăturii.

Faţă de un element oarecare Me din metalul de bază, fluxul poate fi activ sau pasiv.Dacă concentraţia în cusătură a elementului [Me] este egală cu concentraţia sa de calcul [Me

atunci fluxul este pasiv faţă de elementul respectiv, iar în caz contrar, el este activ.Activitatea fluxului faţă de un element din metalul de bază, este legată mai ales de reacţiile de tipuoxidare – dezoxidare.

(MexOy) + y[Fe] ⇔ y(FeO) + x[Me] sensul reacţiei este determinat de presiunea parţială a oxizilor respectivi.

8/6/2019 CURS TPS-2011


Dacă presiunea parţială dominantă este aMexOy, atunci se oxidează fierul şi trece în zgură suformă de (FeO), iar elementul Me trece în cusătură [Me].În caz contrar, se oxidează Me care trece în zgură sub forma de oxid şi se formează Fe, care trece îcusătura [Fe].

Examinându-se variaţia presiunilor de oxidare, rezultă că se poate obţine în arc, crom şi mangametalic, care pot trece în baie.

Elementele chimice mai avide faţă de oxigen (siliciu, titan, aluminiu, calciu, etc.) se reduc foar

greu, deci trecerea lor în baie este mai redusă.Interacţiunea dintre unele componente ale zgurii (E’) şi unele elemente existente în metalul lichid [E poate fi redată prin următoarele reacţii:

(SiO2) + 2 [Mn] ⇔ 2(MnO) + [Si] (SiO2) + 2 [Fe] ⇔ (FeO) + [Si] (MnO) + [Fe] ⇔ (FeO) + [Mn]

Se observă că în cazul acestor reacţii este posibilă creşterea conţinutului de siliciu şi de mangadin baie, care asigură o bună dezoxidare a metalului topit şi micşorează tendinţa de formare a porilor.Siliciul format prin reacţiile de mai sus este foarte eficient la combaterea formării porilor, prin îmiedicare

dizolvării oxidului de fier în metalul lichid, care favorizează formarea porilor de CO.O acţiune deosebită a fluxurilor pentru sudare se manifestă în reacţiile de purificare ale metalululichid se sulf şi de fosfor.

Sulful provine din metalul de bază din sârma de sudură şi chiar din substanţele din flux.Dacă în flux este mai puţin sulf decât în baie, atunci sulful trece în zgură . Dacă sulful din oţel es

legat sub formă de MnS şi sub formă de FeS, el este mai puţin periculos. Cu cât creşte temperatura şi ccât scade conţinutul de Mn din baie, reacţia este mai intensă:

[MnS] + [Fe] → [FeS] + [Mn]

De asemenea este posibilă şi reacţia:

[MnS] + [FeO] → [FeS] + [MnO] Fosforul provine ca şi sulful din metalul de bază, sârmă şi substanţele componente ale fluxulu

Minereurilr de mangan pot conţine peste 0,2%P şi se prezintă sub formă de(MnO)3 . P2O5.

Trecerea fosforului din zgură în cusătură este posibilă după reacţia:

(MnO)3P2O5 + 11[Fe] →3(MnO) + 5(FeO)+2[Fe3P] Se cunoaşte acţiunea favorabilă a oxidului de calciu la defosforare, dar şi aici, datori

supraîncălzirii existente, poate avea loc o întoarcere a fosforului în baie, după următoarea reacţie:

(CaO)3P2O5 + 11Fe →3(CaO) + 5(FeO)+2[Fe3P] Prezenţa fosforului în metalul depus prin sudare, îi măreşte mult fragilitatea, (ridică mu

temperatura de tranziţie) şi trebuie combătută.Sensibilitatea faţă de rugină şi impurităţi a fluxurilor cu conţinut de silicaţi şi oxizi de mangan

poate explica prin următoarele reacţii:

Fe3O4 + Fe →4FeOFe2O3 + Fe →3FeO

În general, acţiunea diferiţilor componenţi din fluxuri este următoarea:

8/6/2019 CURS TPS-2011


SiO2 este un bun zgurifiant, conduce la ceşterea vâscozităţii fluxului şi a posibilităţilor de sudacu curenţi mari. Au o acţiune metalurgică destul de redusă.

CaO influenţează pozitiv stabilitatea arcului şi împreună cu alţi componenţi (CaFe) reduvâscozitatea zgurii, având o puternică acţiune metalurgică (eliminarea elementelor dăunătoare: F), dar conduce la creşterea sensibilităţii la umiditate a fluxului.

MgO are un efect similar cu CaO, însă nu atât de energic. MnO favorizează creşterea adâncimii de pătrundere şi viteza de sudare, micşorează sensibilitatea

formare a porilor, dar limitează curentul de sudare. CaF2 fluidizează zgura şi intensifică procesele metalurgice favorabile, însă reduce stabilitat

arcului electric.Printr-o alegere judicioasă a componenţilor şi prin dozarea lor raţională, rezultă fluxuri pentru sudar

deosebit de favorabile calităţii metalului depus.La ora actuală există o mare diversitate de fluxuri utilizate la sudare, care satisfac condiţiile tot m pretenţioase la care trebuie să reziste îmbinările sudate sau straturile încărcate prin sudare.Întotdeauna se impune alegerea unui anumit cuplu

INFLUENŢA PREÎNCĂLZIRII ASUPRA STRUCTURII ŞI A TENDINŢEI DE FISURARE AOŢELURILOR LA SUDARE

În cazul oţelurilor cu călibilitate ridicată, se poate evita în multe cazuri apariţia unor structuri fragile a unor tensiuni proprii, care ar putea provoca fisurarea materialului, aplicând preîncălzirea [24], [25].

Prin preîncălzire se obţine o extindere a zonei încălzite peste o anumită temperatură, în care materialu poate avea proprietăţi de plasticitate, astfel încât să poată prelua deformaţii provocate de tensiunile proprde la sudare.Acest efect este important mai ales în cazul sudării pieselor cu secţiuni mari, sau a ansamblelor crigiditate structurală mare, la care se micşorează în acest fel pericolul ruperii fragile.

În cazul general, temperatura de preîncălzire se determină în funcţie de viteza critică de răcire, cala rândul ei este o funcţie de compoziţie chimică a oţelului (carbonul echivalent).

În cazul oţelurilor nealiate, formarea constituenţilor de călire este cu atât mai probabilă, cu c

oţelul conţine mai mult carbon. Utilizând pentru determinarea carbonului echivalent relaţia:

4

SiMnCCe

++= (4.6)

s-a stabilit o corelaţie între procentul de fisuri în ZIT şi carbonul echivalent, după cum se observă în fi4.20

Fig. 4.20 Fisurarea din ZIT în funcţie de carbonul echivalent

8/6/2019 CURS TPS-2011


Rezultă că temperatura de preîncălzire trebuie să fie cu atât mai mare cu cât carbonul echivalenare valori mai mari, motiv pentru care în practică este frecventă stabilirea temperaturii de preîncălzire Tîn funcţie de carbonul echivalent.

K 273C25,0C350T e0 +°−′′⋅= (4.9)

a) Stabilirea temperaturii de preîncălzire după metoda I.I.S. (Institutul Internaţional de Sudură)

Considerând că în cazul oţelului nealiat, carbonul echivalent a fost calculat cu relaţia 4.6, iar cazul oţelurilor aliate cu relaţia 4.7

18

Ni

10

V

13

Mo

9

Cr MnCCe +++

++= (4.7)

I.I.S. recomandă calcularea temperaturii de preîncălzire în funcţie de carbonul echivalent şi dindicele de severitate termică IST.

Fiecărui conţinut de carbon echivalent şi tipului de electrod utilizat îi corespunde în tabelul 4litera de sudabilitate A, B, C, …, F.

În afara carbonului echivalent, se iau în consideraţie şi condiţiile de răcire. Astfel, în funcţie dnumărul de căi pe care se evacuează căldura şi în funcţie de grosimea δ a tablei de sudat, se defineş

indicele de severitate termică IST. Acest indice se calculează înmulţind numărul de căi pe care evacuează căldura în MB, cu grosimea tablei a cărei măsurare se face luându-se ca unitate grosimea demm. Numărul de căi pe care se evacuează căldura în MB este: 2, la sudarea în capete; 3, la sudarea în T 4, la sudarea în cruce.

Spre exemplu, la sudarea în capete a două tabele de 30 mm, rezultă: 106

302IST =⋅= sau la sudarea în T

unei tabel de 24 mm cu o tablă de 12 mm (fig. 4.21) indicele de severitate termică este:

a) 106

121

6

242IST =

⋅+

⋅=

b) 9

6

241

6

122IST =

⋅+

⋅=

Fig. 4.21 Căile de pierdere a căldurii în MB

Tabelul 4.2 Literele de sudabilitate Lsud

Caracterul zgurii CARBON ECHIVALENTacid ≤ 0,20 0,21-0,23 0,24-0,27 0,28-0,32 0,33-0,38 0,39-0,45 > 0,4

bazic ≤ 0,25 0,26-0,30 0,31-0,35 0,36-0,40 0,41-0,45 0,46-0,50 > 0,5Lsud A B C D E F G

Temperatura minimă de preîncălzire To se dă în funcţie de litera de sudabilitate L sud, de indicele dseveritate termică IST şi de diametrul electrodului de sudare ds, .

b) Determinarea temperaturii de preîncălzire după metoda SeferianŞi în acest caz se porneşte de la noţiunea de carbon echivalent, definită ca şi la metoda I.I.

8/6/2019 CURS TPS-2011


(relaţiile 4.6 şi 4.7), cu rezerva că în condiţiile de răcire intervine numai grosimea tablei δ . Prin aceastvalorilor carbonului echivalent li se vor mai face o corecţie, în funcţie de grosimea tablei, cu termen0,005δ .

eC ′′ = Ce (1 + 0,005δ ) (4.8)

Cu ajutorul carbonului echivalent corectat, dat de relaţia (4.8), se poate calcula temperatura de preîncălzir

cu relaţia:

K 273C25,0C350T e0 +°−′′⋅=

(4.9)

Această relaţie este utilizată des în practică, întrucât pe baza compoziţiei chimice se poate calcucu rapiditate temperatura aproximativă de preîncălzire, pentru care metalul de bază nu fisurează în timpusudării.Tot cu ajutorul unei relaţii [59] mai poate fi calculată temperatura de preîncălzireTo = 1440 Pc – 392 (4.10)

în care Pc este factorul de fisurare:

60

H

600B5

10

V

15

Mo

20

Cr

60

Ni

20

Cu

20

Mn

30

SiCPc +

δ+⋅++++++++= (4.11)

În relaţia 4.11, H este conţinutul de hidrogen măsurat în cm3/100g iar δ este grosimea materialului case sudează în mm.

Modificarea structurii sudurilor şi combaterea fisurării prin tratamente termiceTratamentele termice pot fi aplicate pieselor sau construcţiilor sudate în diferite perioade faţă d

operaţia de sudare.În funcţie de perioada în care se aplică aceste tratamente, se pot distinge următoarele:

a) Tratamente anterioare b) Tratamente concomitentec) Tratamente ulterioared) Tratamente specialea) Tratamentele anterioare aplicate metalului de bază, au ca scop reducerea tensiunilor din piese

masive sau cu variaţii mari de secţiune, precum şi depunerea şi obţinerea unor structuri iniţiale care suporte în condiţii mai favorabile şocul termic de la sudare. Ca tratamente termice anterioare aplicametalului de bază se remarcă recoacerea dedetensionare şi recoacerea de normalizare.

b) Tratamente concomitente aplicatemetalului de bază, au ca scop realizarea unor

viteze de răcire reduse, în urma cărora sărezulte structuri cu fragilitate redusă.Cel mai utilizat tratament din această

categorie îl constituie preîncălzirea, care se poate face local, sau în toată masa piesei şi acărui efect a fost studiat.

Tot în cadrul tratamentelor termiceconcomitente sudării, dar aplicate începândcu perioada de răcire a sudurii se situează postîncălzirea. Întrucât momentul exact de

Fig. 4.23 Postîncălzirea piesei sudate0-1-2 ciclul termic de sudare în ZIT

′′−′′−

′−′−−−

432

432

432

ciclurile de postîncălzire

8/6/2019 CURS TPS-2011


începere al postîncălzirii este mai dificil de stabilit şi variază în cazul sudării porţiunilor de lungimi maracest procedeu de dirijare a structurii din ZIT este mai rar utilizat practic.În fig. 4.23 este prezentată operaţia de postîncălzire

După cum se observă în această figură, perioada finală a ciclului normal de la sudare (simbolizcu linia întreruptă coborâtoare) nu se mai realizează practic, întrucât are loc o încălzire suplimentarăzonei sudate cu o sursă de căldură destinată acestui scop, care menţine temperatura constantă şi împiedicformarea structurilor fragile.

Principalul avantaj pe care îl prezintă postîncălzirea faţă de preîncălzire este următorul:Câmpul termic la sudarea cu postîncălzire are valori mai reduse decât la sudarea cu preîncălzirdeci zona influenţată termic şi implicit porţiunea de supraîncălzire este mai redusă.

O posibilitate de aplicare a postîncălzirii la sudarea oţelurilor se poate realiza prin montarea unarzător cu flacără, care să urmărească sursa termică de sudare la o anumită distanţă, care depinde dcalitatea oţelului şi de parametrii de sudare.

În practică sunt unele cazuri în care se aplică concomitent preîncălzirea cu postîncălzirea. această situaţie, momentul în care este necesară postîncălzirea nu mai prezintă aceeaşi importanţă ca şi îcazul aplicării postâncălzirii individuale.

c) Tratamente ulterioare. Aceste tratamente se caracterizează prin aceea că se aplică după răcir prealabilă a pieselor sudate, până la temperatura camerei. În principiu ele pot fi aplicate atât la piesesudate care au fost supuse tratamentelor concomitente, dar mai cu seamă pieselor care nu au impus sudare tratamente concomitente.

În ambele cazuri, tratamentele termice ulterioare urmăresc: restaurarea însuşirilor tehnice diminuate, datorită ciclului termic de sudare; anularea sau reducerea tensiunilor proprii din ansamblul sudat sau din piesele încărcate prin sudare; obţinerea unor durităţi ridicate în straturile încărcate prin sudare, dacă în urma sudării au rezult

straturi cu duritate insuficientă; precipitarea dispersă a unor compuşi, care să provoace durificarea întregii piese sudate; reducerea durităţii zonelor martensitice (revenirea lor), pentru evitarea fisurării întârziate; eliminarea austenitei reziduale printr-o călire în trepte.

Cele mai uzuale tratamente termice ulterioare aplicate pieselor sudate sunt: detensionarea, recoacer

completă, călirea pentru punerea în soluţie (călirea de înmuiere), normalizarea, revenirea, călirea urmade revenire joasă sau medie, călirea urmată de revenire înaltă (îmbunătăţire).d) Tratamente speciale. În unele situaţii se pot aplica nu numai tratamentele termice anterioar

concomitente sau ulterioare, ci se pot combina câte două sau se pot aplica toate trei tipurile de tratamenteDe asemenea aceste tratamente se pot realiza după cicluri foarte variate (călire izotermă, călire

trepte, etc.)

ÎMBINĂRI SUDATE ETEROGEN

Caracteristicile fizice ale materialelor de bază

În cazul unei imbinări sudate, eterogene, este de dorit ca cele două materiale de bază sa aibcaracteristici fizice cât mai apropiate. Pentru sudare sunt importante, mai ales ;

temperatura de topire (Ttop), coeficientul de dilatare termică (λ ) şi conductibilitatea termică (ρ ) a materialelor ce se sudează.

În tabelul 4.1 se prezintă principalele caracteristicile fizice, pentru diferite metale, iar în tabel4.2 este indicată o comparaţie între caracteristicile respective, ale unor materiale folosite frecvent sudare.

Tabel 4.1

8/6/2019 CURS TPS-2011


Metalul Densitate[kg/m3]

Temp. detopire[°C]

Rezistivitate[Ω × m]

Coef. dedilatareliniară[°C-1]

Conductibi-litate

termică[J/m s°C]

Parametrulreţelei la

20°C[m]

1 2 3 4 5 6 7Al 2700 660 2,6× 10-8 24,0× 10-6 204 4,040× 10-10

V 6000 1735 2,6× 10-8 8,3× 10-6 30 3,033× 10-10

W 19300 3410 5,5× 10-8 4,0× 10-6 164 3,158× 10-10

Fe 7800 1539 9,7× 10-8

11,9× 10-6

78 2,860× 10-10

Co 8900 1495 6,2× 10-8 12,6× 10-6 69 2,502× 10-10

4,061× 10-10

Cu 8900 1083 1,6× 10-8 16,5× 10-6 390 3,608× 10-10

Mo 10200 2625 5,1× 10-8 5,1× 10-6 152 3,140× 10-10

Ni 8900 1455 6,8× 10-8 13,5× 10-6 58 3,516× 10-10

Nb 8500 2415 13,1× 10-8 6,2× 10-6 52 3,294× 10-10

Ag 10500 960 1,6× 10-8 18,9× 10-6 420 4,077× 10-10

1 2 3 4 5 6 7Ta 16600 2996 12,4× 10-8 6,6× 10-6 56 3,295× 10-10

Ti 4500 1820 80× 10-8 4,5× 10-6 13 2,953× 10-10

4,729× 10-10

Zn 7100 419 5,9× 10-8 30,0× 10-6 112 2,659× 10-10

4,935× 10-10

Zr 6500 1750 41× 10-8 5,4× 10-6

5,8× 10-6

17 3,223× 10-10

5,123× 10-10

Tabel 4.2Coeficient Oţel

carbonCu Al Oţel inox

austeniticAliaj

70Ni-30CuAliaj

76Ni-16Cr α 1 1,5 2,1 1,4 1,2 1,0λ 1 5,9 3,1 0,7 0,4 0,2c 1 0,8 1,3 1,0 1,1 0,9

ρ 1 1,1 0,3 1,0 1,1 1,1Ttop 1 0,7 0,4 0,9 0,3 0,9

Se apreciază că, este posibilă sudarea prin topire fară tehnici speciale, dacă diferenţa temperaturilde topire ale celor două metale, nu depaseşte 100°C.[1] În caz contrar, topirea simultană a celor doumetale este dificilă, motiv pentru care în acest caz se preferă îmbinarea prin sudare în stare solidă. Astfede exemplu, este imposibilă sudarea prin topire a staniului cu a oţelului.

Diferenţele mari între temperaturile de topire ale celor două metale de bază şi cele a metalului dadaos, pot conduce la ruperea materialului având temperatura de topire mai mică. Prin solidificarea contracţia metalului cu temperatura de topire mai mare, se induc tensiuni în celălalt material în momentîn care acesta se află în condiţii de rezistenţă redusă, el fiind parţial solidificat. Această problemă poate

soluţionată tehnic, prin intercalarea unui material de adaos cu temperatura de topire intermediară întrtemperaturile de topire ale celor două materiale de bază.Pe lânga temperatura de topire sunt importante, de asemenea, şi alte temperaturi de transformare

metalelor, ca ceea de recristalizare şi transformare alotropică. Cunoaşterea lor permite stabilirdomeniului adecvat de temperatură pentru preâncălzirea materialelor de bază.

Astfel în cazul metalelor refractare (wolfram, molibden etc.) este importantă evitarrecristalizării, care este insoţită de o scădere a tenacităţii.

O conductibilitate termică diferită a celor două materiale de bază, atrage după sine o încălzineuniformă a acestora. Prin deplasarea sursei termice din zona îmbinării spre materialul cconductibilitate termică mai mare, se poate obţine o oarecare echilibrare a repartiţiei de căldură pe ce

8/6/2019 CURS TPS-2011


două materiale. În acelaşi timp, pierderea de căldură spre materialul cu conductibilitate mai mare poate preîntâmpinată printr-o preîncălzire a acestuia sau, printr-o preîncălzire diferenţiată.

Trebuie avută însă în vedere, dependenţa coeficientului de conductibilitate termică de temperaturăDiferenţe mai mari între coeficienţii de dilatare termică a materialelor, introduc în îmbinar

tensiuni termice, de întindere întru-un material, de contracţie în celalalt. Materialul solicitat la întinde poate fisura la cald în timpul sudării sau, la rece în exploatare dacă, aceste tensiuni nu sunt eliminate prmijloace termice sau mecanice. Mărimea tensiunilor produse, este practic proporţională cu diferen

coeficienţilor de dilatare termică. Efectul acestor tensiuni este important mai ales în cazul îmbinărilosudate exploatate ciclic la temperaturi înalte.Este de dorit ca, cusatura sudată să aibă un coeficient de dilatare termică cu valori intermediar

celor două materiale de bază. Procesul de aliere al materialului de bază cu materialul de adaos, poaafecta coeficientul de dilatare al materialului de bază. O diferenţă mare între coeficienţii de dilatare celor două materiale de bază ce formează îmbinarea sudată pot avea efecte nefavorabile şi asupra realizărefective a sudurii, cum este cazul sudării a două piese cilindrice concentrice.

O problemă importantă o ridică sudarea printr-un procedeu electric (arc electric, fascicul delectroni) a unor materiale cu proprietăţii magnetice diferite. Astfel dacă doar, numai unul din materiaeste magnetic se va produce o deviere a sursei termice spre acesta. Aceasta va conduce la o topineuniformă a celor două materiale, ceea ce poate avea ca efect producerea unor defecte de sudare, primul rând, lipsa de topire la rădăcină.

O micşorare a efectului suflului magnetic poate fi obţinută prin deplasarea sursei termice de plinia îmbinării spre materialul magnetic. Sunt posibile, de asemenea, măsuri tehnologice ca; sudarea cu aelectric în curent alternativ sau pendularea sursei termice în timpul procesului de sudare .

IV.2 Formarea imbinării sudate prin topireCele două materiale diferite de sudat, eventual şi materialul de adaos, se topesc împreună în ba

metalică rezultând în cusătură un aliaj alcătuit din două sau trei materiale într-un interval larg dconcentraţii, în funcţie de caracteristicile materialelor şi tehnologia de sudare adoptată. Amestecarmaterialului de adaos cu materialul (materialele) de bază se realizează prin: - diluţie, adică prin incorporarea în materialul de adaos a părţii din materialul de bază topit, curmare a pătrunderii sudurii, acest amestec format în baia metalică topită produce o cusătura relatomogenă; - difuzie, proces care are loc în timpul solidificării şi imediat după aceasta, în perioada în caîmbinarea se află la temperatură înaltă, anumite elemente pot migra de la metalul de bază spre metalul dadaos sau invers, pe o distanţă de câţiva microni.

Pentru obţinerea unei îmbinării eterogene sudate prin topire de calitate se impun diferite condicaracteristicilor materialelor;

- materialele de sudat trebuie să prezinte o compatibilitate metalurgică; - ele trebuie să aibă:

- temperatura de topire,- conductibilitatea termică şi- coeficientul de dilatare termică de valori apropiate;

durificarea reciprocă în stare solidă a materialelor de sudat nu trebuie să conducă la o scădeconsiderabilă a plasticităţii sudurii;

- ca urmare a transformărilor structurale în procesul de răcire sau în condiţii de exploatare să napară faze fragile.În general există foarte puţine combinaţii de materiale la care se pot îndeplini în totalita

condiţiile enumerate. De regulă, în practică se analizează doar aspectele legate de compatibilitatmetalurgică a materialelor care se sudează, acordând o atenţie mai mică celorlalte condiţii. Existenţa uncompatibilităţi metalurgice între materiale, prin formarea unor soluţii solide nu este însă suficientă pentr prognozarea capacităţii în exploatare a unei îmbinări eterogene.

8/6/2019 CURS TPS-2011


IV.2.1 Compatibilitatea metalurgicăLa topirera celor două materiale de bază, eventual şi a materialului de adaos, are loc formarea unu

aliaj cu una sau mai multe faze. O fază poate fi o soluţie solidă (de exemplu, Cu-Ni), un compintermetalic (CuAl2), un compus interstiţial (Fe3C,TiC). Tipul, numărul, dispunerea şi caracteristicifazelor determină în mare măsură caracteristicile cusăturii. Vitezele de solidificare şi răcire, influenţeazîn mod semnificativ fazele şi structura aliajului produs. În felul acesta rezultă că se vor putea obţin

informaţii asupra posibilităţii de sudare a unor materiale diferite, prin analiza diagramelor de echilibru aacestora. Pentru aliaje binare diagramele de echilibru pot fi de mai multe tipuri: Cele două materiale, sunt solubile reciproc în orice proporţie, atât în starea lichidă cât şi în ce

solidă, figura IV.1. În acest caz îmbinarea sudată va consta din soluţie solidă α .Ea va avea, ca atare, rezistenţă şi plasticitate ridicate, aceasta fiind, de altfel, situaţia ideală, ca

asigură o trecere graduală de la compoziţia chimică şi proprietăţile metalului A spre cele ale metalului(exemplu Cu-Ni,Ti-Ta,Ti-Mo). • - Cele două materiale sunt solubile reciproc în stare lichidă, dar sunt insolubile în stare solid(exemplu, Cu-Zn, Ta- Ag), figura IV.2.Această diagramă de echilibru prezintă un eutectic.Trecând de la metalul A spre metalul E , proporţia dmaterial ductil scade, iar cea de eutectic creşte. În acelaş timp, datorită temperaturi de topire scăzute

eutecticului, aliajul înclină spre fisurare la cald. Datorită insolubilităţi în stare solidă a celor două metalstructura este, în orice punct al diagramei de echilibru, doar un amestec mecanic inter-metale, fărălegătură metalurgică. Rezultă că o asemenea îmbinare sudată este de evitat.

Cele două materiale sunt solubile reciproc în stare lichidă şi parţial solubile în stare solidă (dexemplu, Cu-Ag), figura IV.3 .

Deşi sistemul conţine un strat deutectic relativ fragil, există şi soluţii solid

α , respectv β ductile. O asemen

îmbinare sudată este, în princip posibilă. Cele două materiale formeaz

compuşi intermetalici (exemplu Fe3C, CuAl2, SbSnfigura IV.4.

Aceşti compuşi inter-metalici suduri şi fragili şi prezintă la fel ca metale pure, un punct de topire solidificare constant.Această diagramă poate fi considera

ca fiind formată din două sisteme, usistem MB1-I şi un sistem I-MBFiecare sistem poate avea eutectiDeşi compuşii intermetalici pot fi utîn cantităţi reduse dacă sunt unifordistribuiţi într-o soluţie solidă ductilîn cantităţi mari ei conduc fragilizartea aliajului.Trebuie remarcfaptul că în practică se întâlnesc mod frecvent situaţii de tip ÷ . D

Fig.IV.1 Diagramă de echilibru a materialelor solubilereciproc in orice proporţie la orice temperatură

Fig.IV.2 Diagramă de echilibru al metalelor insolubile in stare solidă

Fig.IV.3 Diagramă de echilibru cu metale parţial solubile în stare solidă

Fig.IV.4 Diagramă de echilibru cu formarea unor compuşi intermetalici

MB1

MB2

TMB1

TMB2

Lichid

α +L

α

Cusatur ă

MB1

MB2

TMB1 T

MB2

Lichid

L+MB1

Cusatur ă

E L+MB2

E+MB1 E+MB2MB1

MB2

TMB1 T

MB2

Lichid

L+α

Cusatur ă

E L+β

E+α E+β

α β

MB1

MB2

TMB1

TMB2

Lichid

Cusatur ă

EL+MB1 L+MB2

L+IL+I

I

MB1+E MB2+EI+EI+E

E

8/6/2019 CURS TPS-2011


simplul fapt că prin alierea a două metale pure poate rezulta un aliaj corespunzator pentru utilizare, nconduce în mod automat la concluzia că aceste materiale prezintă compatibilitate metalurgică la sudarAstfel, un aliaj de Cu cu 30% Zn, reprezintă o alamă cu caracteristici ductile. Dacă se sudează însă Cu cZn, în îmbinarea sudată se vor găsi practic toate compoziţile posibile de aliaje ale celor două metalAliajele însă, cu peste 40 % Zn sunt foarte fragile, ele conţinând compuşi intermetalici.

Formarea compuşilor intermetalici poate fi, adesea, evitată la sudare, folosind un materiintermediar. De exemplu la sudarea cuprului cu oţelul, apare un compus intermetalic Cu-Fe. Prin folosire

unui material de adaos pe bază de nichel se obţin în sudură aliaje; Ni-Cu, respectiv Ni-Fe, aliaje ce nconţin compuşi intermetalici. La utilizarea unor straturi intermediare trebuie avut în vedere faptul prezenţa lor modifică distribuţia tensiunilor la interfaţa îmbinării.

Faptul că o anumită combinaţie de metale este sensibilă la formarea unor compuşi intermetali poate fi corelat cu pozitia elementelor de bază în sistemul periodic al elementelor, figura IV.5. În tabel4.3 sunt împărţite metalele în două grupe. Metalele din grupa A formeaza între ele soluţii solide continufiind adecvate pentru sudare, iar pentru cele din grupa B, doar parţial.

1H

2He

3Li

4Be

5B

6C

7 N

8O

9F

10 Ne

11 Na

12Mg

13Al

14Si

15P

16S

17Cl

18Ar

19K

20Ca

21Sc

22Ti

23V

24Cr

25Mn

26Fe

27Co

28 Ni

29Cu

30Zn

31Ga

32Ge

33As

34Se

35Br

36Kr

37Rb

38Sr

39Y

40Zr

41 Nb

42Mo

43Ma

44Ru

45Rh

46Pd

47Ag

48Cd

49In

50Sn

51Sb

52Te

53I

54Xe

55Cs

56Ba

57Tr

72Hf

73Td

74W

75Re

76Ds

77Ir

78Pt

79Au

80Hg

81Tl

82Pb

83Bi

84Po

85-

86Rn

87-

88Ra

89Ac

90Th

91Pa

92U

Fig. IV.5 Sistemul periodic al elementelor

Tabel 4.3GRUPA B

Orbită exterioară de electroniGRUPA A

Orbită exterioară de electroni N O P Q N O P Q

22 Ti 40 Zr 72 Hf 90 Th 25 Mn 43 Tc 75 Re 93 Np23 V 41 Nb 73 Td 91 Pa 26 Fe 44 Ru 76 Os 94 Pu24 Cr 42 Mo 74 W 92 U 27 Co 45 Rh 77 Ir 95 Am

28 Ni 46 Pd 78 Pt 96 Cm29 Cu 47 Ag 79 Au 97 Bk

METALE

METALE DE TRANZIIE

METALOIDE

8/6/2019 CURS TPS-2011


Metalele din grupa A formează cu cele din grupa B compuşi intermetalici deci, sudarea lor ridi probleme. Concluzia este valabilă şi pentru combinaţile metalelor din grupele A şi B cu alte metanetrecute în tabel, ca de exemplu, Al ,Be, Mg. Cu această schemă se pot cuprinde 46 din principalemetale, fiind posibilă aprecierea compatibilităţii la sudare a peste 1000 combinaţii de materiale.

O imagine sintetică asupra compatibilitatii diferitelor metale la sudarea prin topire este dată figura IV.6.

Al 2Au 1 5Be 5 2 5Cd 2 5 5 4Co 3 5 2 5 3Cr 2 5 3 5 3 2Cu 2 2 1 5 5 2 2Fe 3 5 2 5 3 2 2 2Mg 5 2 5 5 1 5 5 5 3Mn 2 5 5 5 3 2 2 1 2 3Mo 3 5 2 5 4 5 1 3 2 3 3Mb 4 5 4 5 4 5 5 2 5 4 5 1 Ni 2 5 1 5 3 1 2 1 2 5 2 5 5Pb 2 2 5 4 2 2 2 2 2 5 2 3 4 3

Pt 1 5 1 5 5 1 2 1 1 5 5 2 5 1 5Rh 3 4 4 5 4 1 1 3 5 4 4 5 5 3 4 2Sn 2 2 5 3 2 5 2 2 5 5 5 3 5 5 2 5 3Ta 5 5 4 5 4 5 5 3 5 4 5 1 1 5 4 5 5 5Ti 2 5 5 5 5 5 1 5 5 3 5 1 1 5 5 5 5 5 1V 3 5 3 5 4 5 3 3 1 4 5 1 1 5 4 5 3 5 5 1W 3 5 4 5 4 5 1 3 5 3 3 1 1 5 3 1 5 3 1 2 1Zr 5 5 5 5 3 5 5 5 5 1 5 5 1 5 5 5 5 5 2 1 5 5

Ag Al Au B e C d Co Cr Cu Fe MgMnMo Nb Ni Pb Pt Rh Sn Td Ti V W

Fig.IV.6 Compatibilitatea metalurgică la sudarea printopire a metalelor

Solubilitatea unui element în altul depinde de: - asemănarea reţelelor cristaline ale celor două metale; - razele atomice ale lor; - caracteristicile chimice, electronegativitatea şi locul acestora în sistemul periodic al elementelor

Pentru a asigura un domeniu larg de solubilitate între două metale este necesar ca:- învelişurile electronice să aibă construcţii asemănatoare;- reţelele cristaline să fie la fel construite;- iar diferenţa razelor atomice ale lor să nu depăşască 8-15 %.

PARTICULARITZATI ALE SUDARII METALELOR ŞI ALIAJELOR NEFEROASE

Alături de metale şi aliaje feroase, o pondere şi o importanţă tot mai mare în tehnica mondială capătă metalele şi aliajele neferoase, cu baza diferită de fier.

Creşterea ponderii aliajelor neferoase în economia mondială este legată de faptul ca ele prezintăserie de proprietăţi specifice, importante, care nu pot fi obţinute la aliajele feroase.

Dintre proprietăţile valoroase ale aliajelor neferoase amintim;- rezistenţa ridicată la coroziune;- uşurinta de turnare şi sudabilitate;- deformare plastică şi prelucrabilitate prin aşchiere;- rezistenţă specifică ridicată;

1 - Combinaţii dorite (sol.sol. în orice proporţii)2 - Probabil acceptabil (pot exista structuri complexe)3 - Utilizare cu precauţie (dateinsuficiente pentru evaluare)4 - Folosire cu precauţii extreme (nuexistă date)5 - Combinaţii nedorite (compuşi

intermetalici)

8/6/2019 CURS TPS-2011


- conductibilitate termică şi electrică ridicată, etc.Comparativ cu materialele feroase, acestea prezintă la sudare anumite particularităţi:- afinitate mare faţă de oxigen;- coeficient de dilatare lineară ridicat;- temperatură scăzută de fuziune a metalului propiu-zis;- temperatură înaltă de topire a oxizilor săi;- căldură specifică redusă şi conductibilitate termică ridicată.

La baza sudării materialelor neferoase se află procese fizico- chimice care se desfaşoară în balichidă şi în sârma de adaos la trecerea metalului prin baie. Ele au o influenţă substanţială asupcompoziţiei chimice a metalului depus. Metalul de adaos topit, sub formă de picatură în spaţiul arculelectric, intră în reacţie cu gaze şi vapori şi îşi modifică compoziţia chimică. Acest fapt impune de mulori necesitatea de a alia metalul cusăturii.

Datorită specificului procedeului de sudare, caracerizat prin temperatură înaltă, volum scăzut al bămetalice şi formarea rapidă a cusăturii, reacţiile din baia lichidă nu reuşesc să se termine şi cusatura solidifică, fapt care duce la neomogenitatea compoziţiei chimice a acesteia. Durata redusă de solidificare băii metalice îngreunează însă evacuarea din baia topită a diferiţilor oxizi, gaze etc., ceea ce conduce obţinerea unor cusături poroase. Pentru uşurarea degajării gazelor la sudarea metalelor şi aliajelneferoase se necesită aplicarea unui tratament termic de preîncălzire.

Aluminiul şi aliajele saleCaracterizarea aluminiului şi a aliajelor saleAluminiul este cel mai răspândit metal din scoarţa pamântului (7,5 din litosferă).Caracreisticile lui de rezistenţă sunt relativ scăzute, având rezistenţa la rupere σ m = 7-1

daN/mm2, duritatea Brinell, HB = 20-25, posedând însă o plasticitate ridicată (alungirea la rupere ∼ 40%Datorita plasticitatii sale ridicate (24 sisteme de alunecare), acesta se prelucrează uşor pr

deformare plastică, executându-se din el table, benzi, profile, sârme şi alte produse.Dintre caracteristicile fizice a aluminiului se remarcă:

masa specifica 2720 Kg/m3 (de trei ori mai mică ca a oţelului) , conductivitata termică 225,2 W/m°C (de şase ori mai mare ca a oţelului),

coeficientul de dilatare lineară 23,8 x 10°C (de două ori mai mare decât a oţelului).Temperatura de topire este de 658°C, iar punctul de fierbere de 2500°C. Din punct de vederchimic, aluminiul are o mare afinitate faţă de oxigen, formându-se la suprafaţa acestuia o peliculă subţircontinuă şi aderentă de Al2O3. Această peliculă la suprafaţa metalului, împiedecă pătrunderea continuare a oxigenului în adâncime, conferindu-i acestuia o bună rezistenţa la coroziune atmosferică. Ccât aluminiul este mai pur cu atât rezistenţa lui la coroziune este mai ridicată.

Aluminiul rezistă la coroziunea: atmosferică, în apă curată, acid carbonic, acid azotic şi compuşi ai azotului,

în sulfuri şi compuşi organici.Este atacat în schimb de apa de mare, multi acizi minerali, baze, sodă, mortar şi beton.

Principalul dezavantaj al aluminiului pur, este legat de rezistenţa la rupere foarte scăzută, mot pentru care aliajele sale, au o utilizare mai largă.

Cele mai răspândite aliaje de aluminiu sunt : Al-Cu, Al-Si, Al-Mg, Al-Cu-Mg, Al-Cu-Mg-Si, AMg-Si, Al-Zn-Mg-Cu, Al-Mg-Mn-Ti, etc.

8/6/2019 CURS TPS-2011


O clasificare sugestivă a aliajelor de aluminiu se poate face, utilizând diagrama de echilibru Aelement de aliere B, figura V.2.

În general diagramede echilibru binare aaluminiului cu diferite elemende aliere (Al-Cu, Al-Si ş.a prezintă o soluţie solidă parţia

α , în partea stânga a diagrameDomeniul acestei soluti slide αeste mărginit în partea dreaptde o curbă de solubilitate în stasolidă a-a'. Curba respectivă dsolubilitate, arată variaţsolubilităţii maxime elementului (B), în soluţia solidα şi separarea, la travarsaracestei curbe, la răcire, a unconstituent secundar, bogat

element (B).De asemenea prezenîn diagrama de echilibru a curbde solubilitate în stare solidă

a', face ca aliajele binare să poată fi durificate prin tratament termic. Tratamentul termic al acestor aliaconstă; dintr-o călire de punere în soluţie (încălzire deasupra curbei, a-a’), urmată de o îmbatrânire.

În general, în practică se utilizează aliajele bogate în aluminiu, situate în partea stângă a diagramde echilibru.

În funcţie de poziţia lor în diagrama de echilibru aliajele de aluminiu se împart în : aliaje deformabile, situate în stânga punctului a’ şi aliaje de turnare, situate în dreapta punctului a’.

Aliajele deformabile se subîmpart, la rândul lor, în : aliaje care nu se tratează termic, situate în stânga punctului a’, care sunt aliaje monofazice α şi, aliaje, care se tratează termic, situate în dreptul curbei de solubilitate în stare solidă, respect

între punctele a' şi a". În stare de echilibru structura acestor aliaje este compusă din amestec de α+ β .La aliajele care nu se durifică prin tratament termic, îmbunătăţirea proprietăţilor mecanice

realizează prin deformare plastică la rece (ecruisare).

Comportarea la sudare a aluminiului şi aliajelor saleAceastă comportare la sudare este determinată de următorii factori:

• Formarea peliculei de Al 2O3 în timpul sudării. Acţiunea defavorabilă a oxidului de aluminiu asup

formării cusăturii poate fi analizată sub două aspecte:- ca urmare a afinităţii mari a aluminiului faţă de oxigen, pe suprafaţa acestuia aparând o pelicu

de Al2O3, greu fuzibilă a cărui temperatură de topire este de 2050°C. Viteza de formare a peliculei de oxicreşte odata cu temperatura. Oxidul de aluminiu este insolubil atât în stare solidă cât şi în cea lichidă metalului de bază. În timpul sudării, pelicula de Al2O3, acoperă suprafaţa metalului lichid rezultat dtopirea marginilor componentelor precum şi din metalul de adaos sub formă de picături, împiedecânastfel, formarea unei băi comune, necesară realizării cusăturii. Masa specifică a Al2O3, variază în funcţde starea alotropică;la temperaturi cuprinse între 500-1000°C, oxidul cristalizează în sistemul cubic (α - Al2O3), cu maspecifică, 3555 Kg/m3, iar peste 1000°C trece în forma hexagonala (α - Al2O3), cu masa specifi

Fig.V.2 Clasificarea aliajelor de aluminiu dupa poziţia lor îndiagrama de echilibru Al - element de aliere "B"

%B

T0C

Aliaje plasticizabileAliaje de turnare

Aliaje ce se trateazatermic

Aliaje ce nu se trateazatermic

Al

α a

a1 a11

8/6/2019 CURS TPS-2011


crescând la 4000 Kg/m3. În ambele cazuri, masa specifică fiind mai mare decât a aluminiului lichid (23002400 kg/m3), pelicula de oxid se depune la partea inferioara a băii metalice, afectând omogenitatecusăturii şi implicit, caracteristicile mecanice ale îmbinării sudate. Îndepărtarea peliculei de oxid daluminiu, înainte de începerea sudării prin curăţire mecanică şi decapare este necesară însă nu suficientdeoarece la încălzire ea se formează din nou. De aceea cel mai eficient mijloc de a îndepărta acţiunenefavorabilă a oxidului Al2O3 constă, în îndepărtarea sa în timpul sudării, asigurând totodată, protecţmetalului de oxidare ulterioară. Acest proces se poate realiza prin două metode: pe cale chimică, pr

utilizarea fluxurilor şi pe cale mecanică prin sudarea WIG în mediu protector de argon.Fluxurile utilizate la sudarea aluminiului sunt constituite din amestecuri uşor fuzibile de cloruri d Na, K, Li, Ba şi floruri de; Na, K, Ca. La topirea fluxului în timpul sudării, au loc concomitensolubiliuzarea şi legarea chimică în zgură a peliculei de Al2O3 existentă atât pe materialul de bază cât şi suspensie în baia de metal lichid. Solubilizarea peliculei de zgură se produce conform reacţiei:

Al2O3+ 6KCl = 2AlCI + 3KOClorura de aluminiu formată, (AlCl), are o temperatură redusă de fierbere (183°C) şi trece în sta

de vapori în timpul sudării. În acelaşi timp cu desfăşurarea acestor reacţii, datorită coeficienţilor diferiţi ddilatare ai peliculei de oxid şi aluminiului lichid, în peliculă se formează fisuri care sunt mărite suacţiunea clorurilor. Clorura de aluminiu ce ia naştere se află în stare gazoasă şi antrenează particule doxid, ce tind să se depună la fundul băii, spre suprafaţa metalului topit, unde ele reacţionează chimic sunt legate în zgură. Această zgură rezultată, trebuie îndepărtată, deoarece prezenţa KO poate provoccoroziunea aluminiului conform reactiei:

K O + H2O = 2KOHKOH + 2H2O + 2Al = 2KAlO + 3H2↑ Îndepărtarea peliculei de oxid de aluminiu sub acţiunea arcului electric la sudarea WIG,

datorează bombardării peliculei de oxid, de ionii grei de argon, la sudarea în curent continuu. Acest luceste posibil prin legarea piesei la catod, pelicula de oxid va fi distrusă şi îndepărtată spre marginile băsub acţiunea forţelor de tensiune superficială. Protejarea băii cu argon în timpul sudării, nu mai permirefacerea peliculei de oxid. Prin acest procedeu se pot îndepărta doar pelicule subţiri de oxid Al 2O3, fiinnecesară curăţirea metalului pe cale mecanică sau chimică înainte de începerea sudării.• Formarea porilor

Acest defect este legat de prezenţa hidrogenului dizolvat în baia de metal lichid. Hidrogenul sdizolvă în cantităţi reduse în metalul solid şi foarte mult în cel lichid, astfel la temperatura de topirealuminiuliui, acesta se dizolvă în starea solidă, în proporţie de 0,036 g/100 cm 3 şi în cea lichida, proporţie de 0,69 g/100cm3.

Eliminarea hidrogenului dizolvat este împiedecată în timpul cristalizării băii metalice, de valoarscăzută a coeficientului de difuzie a acestuia, în aluminiu şi de existenţa peliculei de oxid Al2O3

suprafaţa băii metalice. Formarea porilor este puternic favorizată şi de prezenţa particulelor în suspensde oxid Al2O3, care nu sunt umectate de metalul lichid. În microcavităţile acestor impurităţi, poate difuzhidrogenul atomic, iar dacă acestea ramân prinse în masa metalică a cusăturii pot genera pori.

Principalele surse din care metalul lichid absoarbe hidrogen sunt:♦- vapori de apă aflaţi în mediul înconjurător;♦- umiditatea conţinută în materialul de adaos şi în flux.Formarea hidrogenului se desfăşoară conform recţiei:

2Al + 3H2O = Al2O3 + 6H2↑ În cazul sudării aliajelor Al-Mg, tendinţa spre formare de pori este mai puternică deoarec

pelicula care acoperă metalul lichid este formată din: Al 2O3, MgO, ce absoarbe mai intens umezeala, dec pelicula obişnuită de Al2O3. Căzând în baia lichdă, aceste particule duc cu ele umezeala şi în final prformarea hidrogenului, măresc porozitatea.

8/6/2019 CURS TPS-2011


La materialele neferoase limitarea dizolvării hidrogenului se poate realiza doar prin doua metode:- curăţirea materialului de bază şi de adaos de impurităţi şi limitaea procentului de umiditate;- alegerea unei tehnologii de sudare prin care să se limiteze cantitatea de impurităţi din ba

metalică sau să se asigure eliminarea acestora înainte de cristalizarea cusăturii.• Aparitia fisurilor de cristalizare;

La sudarea aluminiului, scăderea rezistenţei metalului topit se datorează asocierii a doi factori:- structura grosolană rezultată în urma cristalizării, formarea eutecticilor uşor fuzibili şi,

- sedimentarea de faze în exces.Dimensiunile cristalelor în cusătură, depind ca şi la aliajele feroase de mărimea grăuntelui iniţial metalului de bază. Prezenţa dendritelor, precum şi a transcristalizării favorizează apariţia fisuriloAparitia fisurilor este strâns legată de compoziţia chimică a metalului de bază şi caracterul cristalizăr primare.

În funcţie de elementele de aliere, aluminiul poate forma aliaje monotectice, peritectice sau eutecticCea mai ridicată posibilitate de formare a fisurilor o au aliajele de tip eutectic ce se obţin prin alierealuminiului cu Mg şi Cu.

Eutecticul este format din soluţii solide pe bază de aluminiu şi faze intrermetalice de tipul β (AMg) la aliajele Al-Mg, sau α (CuAl) la aliajele Al-Cu.

Cristalizarea are loc într-un interval mare de temperatură, iar legătura dintre soluţia solidă

formează dendrite şi fazele intermetalice este slabă şi favorizează apariţia fisurilor.Dintre impurităţi se remarcă acţiunea nefavorabilă a fierului, care în aliajele Al-Si formeazcompuşi de tipul α (Al-Fe-Si), la concentraţii în Si de 5...7%, sau β (Al-Fe-Si) la concentraţii mai maîn Si. Prezenţa acestor compuşi ternari, duce la scăderea alungirii şi rezilienţei.

În aliajele complexe de Al, un efect negativ deosebit asupra rezistenţei la formarea fisurilor o aelementele ce determină mărirea intervalului de cristalizare ca: Mg - din duraluminiu, Cu - din aliajele AMg etc.

Metodele prin care se reduce tendinţa spre fisurara a aluminiului şi aliajelor sale, se bazează palegerea unor materiale de adaos, care permit obţinerea unei cusături cu granulaţie fină şi micşorareintervalului de cristalizare.

Modificari structurale în ZITÎn cazul aliajelor tratate termic procesul de sudare afectează caracteristicile metalului în ZIT, pr

faptul că înlătură efectele tratamentului. Din această cauză, după efectuarea sudării este necesară reluaretratamentului de călire de punere în soluţie şi îmbatrânire naturală sau artificială.

Pentru a obţine o granulaţie mai fină şi pentru a elimina tensiunile remanente, se recomandă piesele din aluminiu turnat, după operaţia de sudare, să fie recoapte la 300-350°C cu o răcire ulterioarlentă.[11]

Datorită coeficientului de dilatare termică mare, care este cu 50...100% mai mare decât la oţeapar deformaţii foarte mari în timpul procesului de sudare, condiţie de care trebuie să se ţină seama îalegerea procedeului de sudare.

Sudarea aluminiului şi a aliajelor sale se poate face folosind următoarele procedee de sudarsudarea cu gaze, sudarea manuală cu electrod învelit, sudarea în medii de gaze inerte WIG sau MIG sudare sub strat de flux. Procedeele de sudare WIG şi MIG sunt cele mai indicate pentru sudaraluminiului şi a aliajelor sale.

8/6/2019 CURS TPS-2011


CUPRUL ŞI ALIAJELE SALE

Caracterizarea cuprului şi a aliajelor sale

Cuprul şi aliajele sale au, după aliajele Fe-C şi aliajele de aluminiu, cea mai largă întrebuinţare tehnică. Aceasta datorită faptului că, prezintă o serie de proprietăţi tehnice foarte importante, ca dexemplu:

plasticitate ridicată (24 sisteme de alunecare), conductibilitate termică şi electrică mare bună rezistenţă la coroziune.

• Caracteristici fiziceGreutatea atomică este de G = 63,63; celula cristalină elementară c.f.c; parametrul reţelei a

3,609Å; densitatea ρ = 8,87...8,91g/cm3; temperatura de topire Ttop =1083°C (la conţinut eutectic de O2

0,395% şi CuO = 3,45%); conductivitatea electrică, 8,7m/Ω mm2; rezistivitatea la 20°C, 0,17Ω mm2/mcoeficientul de temperatură al rezistivităţii, 0,00433 1/°C; conductivitatea termică, la 20°C, 0,923 cal/c*s*°C; căldura latentă de topire, 49,95 cal/g; căldura masică, 0,092 cal/g*°C,

• Proprietăţi opticeCuloare roşietică, se lustruieşte perfect, capacitate de reflexie a luminii cu λ = 5500 Å, 61%.În tabelul 1 se prezintă caracteristicile fizice ale cuprului pur în funcţie de temperatură.

Tabel 1Temperatura[°C]

+20 +600 +850 +1000 +1083 +1083 - -

1 2 3 4 5 6 7 8 9Densitatea[g/cm3]

8,9 8,7 8,5 8,4 8,3staresolidă

7,9starelichidă

- -

Temperatura

[°C]

-255 -175 -75 -20 +20 +200 +300 +20...

500Coef. de dilatareliniară[(1/°C)⋅ 10-6]

4,5 10,0 - 15 16,3 16,8 17,7 18,6

Temperatura[°C]

-273 -175 -75 0 +400 +800 - -

Căldura masică[cal/g⋅° C]

- 0,06 0,085 0.09 0,1 0,11 - -

1 2 3 4 5 6 7 8 9Temperatura[°C]

-269 -260 -246 -184 0 +20 +200 +600

Conductivitatea termică

[cal/cm⋅ s⋅° C]

17 32 11,5 1,3 0,91 0,923 0,89 0,84

Temperatura[°C]

+25 +100 +150 +200 +527 +1083 - -

Conductivitatea electrică[m/Ω mm2]

58 47 41 35 20 8,7 - -

Temperatura[°C]

-250 -184 -73 +25 +100 +200 +1083 1083

Rezistivitatea[Ω ⋅ mm2/m]

0,001 0,103 0,01 0,017 0.022 0.030 0,11staresolidă

0,21starelichidă

8/6/2019 CURS TPS-2011


În tabelul 2 se prezintă caracteristicile mecanice ale cuprului; D-deformat, R-recopt şi T - turnat, la temperaturi cuprinse între 20-400°C.

Tabel 2Rm[ N/mm2]

Rp[ N/mm2]

A[%]

Re[ N/mm2]

E[daN/mm2]

G[daN/mm2]

HB[daN/mm2]

KCU[daN/cm2]

20°CD R T D R 200

°C

400

°C

D R T D R 1150

0

4250 D R T 16

-400-500

200-240

160-170

380 70

50 14 4-6

40-50

18-24

300 70 90-120

40-45

35-40

18

După cum se observă din tabel, rezistenţa mecanică a cuprului, comparativ cu cea a oţelului, esrelativ scazută, de asemenea şi duritatea sa este redusă.

Densitatea cuprului este de cca. 8,9 g/cm3. Din această cauză, cuprul şi aliajele de cupru au căpătdenumirea de aliaje neferoase grele.

Deci cuprul conduce căldura şi electricitatea de 11 ori mai bine decât oţelul şi se dilată de 1,3 omai mult. Temperatura de topire este de 1083°C, iar contracţia volumica la solidificare este de cca. 4,8%

Proprietăţile mecanice şi tehnologice sunt influenţate de o serie de factori, dintre care cele mimportante sunt:

TemperaturaPrin creşterea temperaturii, rezistenţa la rupere a cuprului, scade puternic, astfel la 20°C este d

20-25 daN/mm2, iar la temperatura de 400°C este de 2,5 ori mai mică, iar în domeniul 500-600°C, deviinfragil.

ImpurităţileAcestea prezente în cupru, influenţează direct caracteristicile metalului. Ele pot fi clasificate în tr

categori:- impurităţi solubile în cupru, în stare solidă;- impurităţi insolubile în stare solidă şi care formează eutectici uşor fuzibili,- impurităţi ce formează compuşi chimici fragili.Cele mai dăunătoare impurităţi sunt, impurităţile insolubile de; Bi şi Pb, deoarece formeaz

eutectici uşor fuzibili, care se aşază la limita grăunţilor de cupru şi acesta devine fragil la cald.Cuprul prezintă afinitate faţă de oxigen, formând cu acesta oxidul cupros Cu2O.Cu2O este stabil pâna la temperatura de 380°C când se combină cu Cu, formând oxidul cupr

CuO. Între Cu şi Cu2O există o solubilitate accentuată în stare lichidă, iar eutecticul (Cu + Cu2O), plasat limitele grăunţilor, are o temperatură de topire mai redusă decât a cuprului. Pentru a elimina acţiunedăunătoare a impurităţilor în compoziţia chimică a mărcilor de cupru, acestea sunt limitate la urmatoare

valori:02 ≤ 0,10%; Bi≤ 0,003%; S≤ 0,01%; P≤ 0,005%.

Fosforul, sulful, seleniul şi telurul, sunt impurităţi ce formează cu cuprul compuşi chimici fragice inrăutăţesc considerabil proprietăţile cuprului:• Cu3P (14,24%P, temperatura de topire T top=1018°C);• Cu2S (20.15%S, Ttop=1129°C); Cu2Se (38,22%Se, Ttop=1110°C);• Cu2Te (50,10%Te, Ttop=875°C)

8/6/2019 CURS TPS-2011


Oxigenul şi sulful, formează cu cuprul eutectice mai greu fuzibile, cu temperatură de topire mînalte, de aceea, prezenţa acestora în cupru îngreunează lipirea şi cositorirea, iar în cantităţi mai maconduc la fragilizarea la cald şi la rece a acestuia.

Starea materialuluiCaracteristicile mecanice şi tehnologice, variază puternic pentru cazurile când metalul este reco

sau ecruisat. În stare ecruisată rezistenta la rupere, limita de curgere şi duritatea cresc puternic, în schim

alungirea relativă scade de aproape 7 ori.Pentru obţinerea unor materiale cu proprietăţi superioare şi la un preţ de cost mai scăzut, cuprul sînlocuieşte parţial cu alte elemente, rezultând aliajele de cupru.

Aliajele de cupru sunt împărţite în două mari categorii:

1- Alamele.Acestea pot fi obişnuite, Cu-Zn, sau speciale de genul: Cu-Zn-Al, Mn, Ni, Sn, Si.Alamele obişnuite sunt cele mai utilizate aliaje ale cuprului, datorită proprietăţilor tehnologi

favorabile ca, mare plasticitate, bună fluiditate sau bună rezistenţă la coroziune în medii diferite.Structura alamelor de importanţă practică, conform figurii 3, în funcţie de compoziţia chimic

sunt:

• - 0...38% Zn, soluţie solidă α ;• - 38...48% Zn, soluţie solidă α + β ;• - 48...50% Zn, soluţie solidă β ;• la peste 50% Zn, apar faze fragile γ , ε şi η .

Alamele α se prelucrează foarte bine prin deformare plastică la cald şi la rece, alamele α +β duritate relativ ridicată, se prelucrează bine la cald, dar la rece au plasticitate foarte mică. Alama β

temperatură mai mare de 500°C, are plasticitate mai bună şi rezistenţă mai mică, în raport cu alama α

pentru laminare la cald fiind mai indicate alamele α +β sau β .Între temperaturile de 200-600°C în alame apare fragilitatea, datorită formării de către une

impurităţi (Pb, Sb, Bi) a unor straturi intercristaline uşor fuzibile. Cu creşterea temperaturii, prin difuzaceste straturi se dizolvă şi plasticitatea alamelor creşte.

O categorie aparte de alame o constituie alamele pentru lipit .Acestea se utilizează pentru executarea aşa numitelor lipituri tari, cu temperatura de topire relat

ridicată (800- 900°C).Drept alame pentru lipit se utilizează aliajele de Cu-Zn cu conţinut ridicat de zinc (cca. 40% Zn)

care mai conţin 0,2-0,3% Si, în calitate de dezoxidant şi uneori 1% Sn.Influenţa elementelor de aliere asupra aliajelor binare Cu-Zn, în ceea ce priveşte structura

proprietăţilr lor, se poate aprecia cu ajutorul coeficienţilor Guillet, prezentaţi în tabelul 3, determinaţi cajutorul relaţiei:

[ ]ZnK C Zn

K C Zn Cuechiv

g i

g i

=+

+ +⋅100 %

în care: K g este coeficientul Guillet pentru elementul i de adaos; Ci reprezintă conţinutul procentual delement i; Zn şi Cu - conţinutul de Zn, respectiv de Cu.

8/6/2019 CURS TPS-2011


Fig.3 Diagrama de echilibru Cu-Zn

Tabel 3

Elementul Si Al Sn Mg Pb Cd Fe Mn Ni Co Zn CuCoeficientulKg

+10 +6 +2 +2 +1 +1 0,9 -0,2

+0,5 0,5-1,3

0,1 -1,5

+1 -1

Variaţia caracteristicilor mecanice în raport c

conţinutul de Zn se prezintă în figura 4, din care rezultă c plasticitatea maximă o are alama cu 32%Zn, iar maximul rezistenţă o are alama cu 45%Zn.

BronzuriAcestea la rândul lor pot fi

- obişnuite de tip; Cu-Sn sau- speciale de genul; Cu-Pb, SMn, Be, Al, Zr.Diagrama de echilibru bronzurilor obişnuite Cu-Sn es prezentata în figura 5.Bronzurile cu Sn au mare tendinde segregare. Pentru a reduaceastă tendinţă şi pent

îmbunătăţitra proprietăţilor fizicmecanice şi tehnologice folosesc elemente de aliere.

Zincul micşorează intervalul solidificare, măreşte fluiditatereduce tendinţa de saturare gaze şi de formare a sulfurilor.

Fig.4 Variaţia unor caracteristicimecanice ale alamelor în funcţie deconţinutul de Zn

Fig.5 Diagrama de echilibru a sistemului Cu-Sn

8/6/2019 CURS TPS-2011


Plumbul măreşte compactitata pieselor turnate, stabilitatea la coroziune în acizi şi îmbunătăţeş prelurabilitatea prin aşchiere.

Fosforul reduce tendinţa de absorbţie a gazelor în topitură, măreşte intervalul de solidificare fluiditatea aliajului.

Nichelul micşorează grăunţii şi îmbunătăţeşte caracteristicile mecanice, mai alas duritatea.

Impurităţile dăunătoare în acestea sunt; O2, Al, As, Sb, Fe, Si, B.Oxigenul formează cu Sn; SnO2 dur şi fragil, care determină fisurarea bronzurilor deformabile

timpul prelucrării, aluminiul generează porozitatea pieselelor turnate, iar Fe, As, Sb, Si sunt dăunătoare special în bronzurile deformabile, deoarece reduc plasticitatrea la cald şi la rece.

Comportarea la sudare a cupruluiProprietăţile specifice ale cuprului, influenţează direct comportarea la sudare prin urmatoare

aspecte:Conductivitatea termică mare disipă rapid căldura în masa metalică a componentelor de sudat. D

acest motiv este necesară preîncălzirea componentelor înainte de sudare şi utilizarea de surse termicconcentrate de mare putere.

Pentru preîncălzire, trebuie avut în vedere că, în intervalul de temperatură 20-550°C, scade rezistenta plasticitatea cuprului.

Deformaţile şi respectiv tensiunile interne, datorate coeficientului mare de dilatare lineară p produce fisurarea cusăturii şi a ZIT-ului. Acest inconvenient este înlăturat prin crearea posibilităţii dcontracţie şi dilatare liberă a componentelor, la care se adaugă şi efectul favorabil al preîncălzirii;

Apariţia fisurilor de cristalizare şi a porilor. Apariţia fisurilor în cusatură şi în ZIT este determinade două cauze:

- absorţia de oxigen în timpul sudării, care se adaugă la cantitatea de oxigen existentă în metalul d bază,

- prezenţa unor elemente impurificatoare de genul (Bi şi Pb) care formează eutectici uşor fuzibiEutecticul (Cu+Cu2O), se dispune la limita de grăunte având temperatura de topire mai scăzută (1064°Cdecât cupru (1083°C) şi fragilizează îmbinarea la încălzire, ducând la apariţia fisurilor.

Sudarea pieselor din cupru a căror conţinut de oxigen este mai mare de 0,386% este imposibildeoarece la această concentraţie metalul de bază este constituit în proporţie de 100% din eutectic(Cu+Cu2O).[11]

Absorţia oxigenului din atmosferă şi din metalul de adaos creşte, proporţional cu temperatura atinge maximul la temperatura de topire a metalului. Se remarcă o îmbogăţire în oxigen şi a zoninfluenţate termic.

Reducerea procentului de oxigen dizolvat în baia metalică se poate realiza prin mai multe metode protejarea metalului lichid cu zgure sau gaze inerte; dezoxidarea cuprului lichid cu elemente ca: P, Mn, Si, Zn, Al ;

legarea oxizilor care se formează pe suprafaţa băii metalice cu fluxuri pe bază de B şi trecerea lîn zgură; forjarea îmbinării sudate, în scopul distrugerii peliculei de oxizi.

Eliminarea elementelor impurificatoare Bi şi Pb se realizeaza prin introducerea în baia de sudurăunor fluxuri pe bază de Zr, Ce, Li, Mg. Aceste elemente fixează impurităţile sub forma unor compuchimici, greu fuzibili ce se dispun ca incluziuni compacte în interiorul grăunţilor. Această modificarestructurii determină îmbunătăţirea caracteristicilor mecanice.

Apariţia porilor în cusătură, este legată de difuzia hidrogenului în metalul încălzit. Hidrogenreacţionează cu Cu2O şi formează vapori de apă conform reacţiei:

8/6/2019 CURS TPS-2011


H2 + Cu2O = 2 Cu + H2O

Vapori de apă nu pot difuza în metalul solidificat şi presiunea lor locală creşte producând pori fisuri. Acest fenomen este cunoscut sub denumirea de boala de hidrogen.

Aceste inconveniente pot fi înlăturate prin eliminrea umidităţii din fluxuri şi învelişurielectrozilor.

Se remarcă faptul că impurităţile: Ni, Fe, Si, Co, măresc rezistenţa metalului topit la formare

fisurilor de cristalizare şi în acelalşi timp, reduc tendinţa de creştere a grăunţilor din ZIT. Pentîmbunătăţirea proprietăţilor mecanice ale îmbinari sudate se recomandă ca după sudare, cusătura sa fsupusă unei detensionări mecanice prin ciocănire. De obicei, această ciocănire se efectuează temperatura de cca. 700°C sau la temperatura de 300°C. În intervalul de 450-650°C nu este permiaceastă operaţie, datorită fragilităţii ridicate a cuprului. Pentru mărirea plasticităţii metalului de bazacestuia, i se poate aplica o încălzire la temperatura de cca. 650°C, urmată de o răcire bruscă în apă.

Sudarea cuprului se poate face practic prin toate procedeele de sudare. Frecvent se utilizeaz procedeele: sudarea cu flacară oxiacetilenică, sudarea manuală cu electrozi înveliţi, sudarea automată sustrat de flux, sudarea în medii de gaze protectoare WIG, MIG .

Cuprul se mai poate suda cu jet de plasmă şi fascicul de electroni, la grosimi mari, fară teşiremarginilor, având în vedere concentraţia mare a căldurii.

Comportarea la sudare a aliajelor de cupruLa sudarea alamelor principala dificultate ce apare, o constitue arderea zincului din matric

metalică. Zincul se topeşte la temperatura de 419°C, iar la temperatura de 905°C arde intens, vaporizândse sub formă de oxid de zinc (ZnO), conform reacţiei:

2 Zn + O2 = 2 ZnO

Datorită temperaturii ridicate de topire a alamei, funcţie de compoziţia chimică (înt700...1000°C), la formarea băii lichide, în momentul sudării, un procent însemnat de Zn se volatilizeazoxidându-se parţial până la ZnO.

În funcţie de procedeele de sudură folosite, procentul de zinc, ars, variază între 24...25%, ceea duce la apariţia porilor în cusătură şi la scăderea proprietăţilor mecanice.[11]Metodele de diminuare a acestui proces de oxidare, constau în folosirea de fluxuri, care protejaz

baia de metal lichid împotriva oxidării şi utilizarea unor elemente dezoxidante ca, Al, Si, Mn, Ni, caintroduse în metalul de adaos, reduc puternic oxidarea zincului. La sudarea alamelor mai pot să apafisuri de cristalizare în ZIT şi cusătură. Deoarece ele sunt rezultatul deformaţilor şi solicitărilor termice capar în procesul sudării, aplicarea preîncălzirii la 200...300°C rezolvă satisfăcător aceste inconveniente.

Comportarea la sudare a bronzurilor este condiţionată de compoziţia chimică a acestora.Sudarea bronzurilor cu staniu, prezintă pericolul fisurării la cristalizare, deoarece staniul în exce

existent la limita grăunţilor, se topeşte uşor şi reduce rezistenţa materialului.Un alt aspect este legat de conductibilitate şi coeficienţi de dilatare termică ridicaţi, care genereaz

tensiuni ce pot conduce la apariţia fisurilor. Preîncălzirea la temperaturi cuprinse între 500-600°(evitându-se supraîncălzirea şi răcirea lentă) înlătură deficienţele prezentate.La sudarea bronzurilor cu aluminiu este posibilă apariţia peliculei de Al2O3 care are temperatu

de topire şi masa specifică mai mare decât a metalului lichid şi care se depune la partea inferioară a băii dsudură. Pentru înlăturarea acestui inconvenient se recomandă utilizarea fluxurilor dezoxidante pe bază dfloruri, cloruri şi elemente alcalino-pământoase.

Bronzurile cu siliciu au o comportare bună la sudare. Bronzurile cu nichel ridică probleme dificile la sudare, mai ales când procentul de nich

depăşeşte 16%. Oxidul de nichel, greu fuzibil, reacţionează slab cu fluxurile utilizate.Pentru sudarea alamelor se utilizează următoarle procedee de sudare:

8/6/2019 CURS TPS-2011


• - sudare cu flacără oxiacetilenică şi sudare manuală cu electrozi înveliţi;iar pentru sudarea bronzurilor;

• - sudarea manuală cu electrozi inveliţi şi sudarea în medii de gaze protectoare, WIG şi MIG.

CURS TPS-2011

Documents

Transcript of CURS TPS-2011