|
|
|
Principiul fizic al sudarii
Pentru crearea unor forte de legatura intre corpuri este necesar ca atomii dispusi pe suprafata unuia dintre corpuri sa reactioneze cu atomii celuilalt corp.
Aceasta conditie se poate realiza prin doua solutii de baza:
1) incalzirea partilor de imbinat in pozitie alaturata
2) exercitarea unei presiuni intre ele.
Prin incalzire se mareste energia libera a atomilor si se slabesc legaturile interatomice. Daca incalzirea este mare se realizeaza o baie de metal topit prin solidificarea careia se obtine cordonul de sudura. Fenomenele care au loc in baza de metal topit se supun legilor metalurgiei.
Presiunea exercitata intre partile de imbinat da nastere la deformatii plastice care determina curgerea materialului de-a lungul suprafetelor in contact a i. se obtine apropierea unor straturi interioare de metal. Daca presiunea este destul de mare, ea singura poate realiza sudarea la rece.
Mecanismul aparitiei fortelor de legatura intre partile de sudat, depinde in primul rand de starea de agregare in care se gasesc acestea.
Ele pot fi ambele lichidate sau ambele solide.
La sudarea in faza lichida stabilirea legaturii incepe in baia comuna odata cu interactiunea materialelor topite si se continua cu procesul de cristalizare. O mare influenta au solubilitatea celor doua metale in stare solida si diferenta intre proprietatile fizice.
La sudarea in stare solida fortele de prindere a unei piese de alta se obtin prin apropierea mecanica a atomilor de pe suprafetele in contact. Pentru prinderea totala ar trebui ca distanta dintre atomi celor doua corpuri sa fie de ordinul parametrilor retelei cristaline.
Practic acest lucru nu se produce datorita existentei unor straturi de oxizi la contactul metalelor. Aceste straturi impiedica coeziunea moleculara.
In plus microneregularitatile suprafetelor de separatie determina o suprafata de contact reala mai mica decat cea aparenta.
In concluzie prin presare la rece posibilitatea intalnirii a doua cristale apartinand celor doua corpuri este mica si de aceea chiar in cazul sudarii prin presiune cand materialele sunt in stare solida este necesara incalzirea lor, prin incalzire creste plasticitatea metalului si amplitudinea oscilatiilor termice ale atomilor, creste numarul de vacante.
2. Structura imbinarilor sudate
Prin sudura se intelege rezultatul operatiei de sudare , iar prin cusatura sudata se defineste aceea zona a imbinarii in care au actionat efectiv fortele de coeziune interatomica.
Zona imbinarii este diferita de zona materialului de baza, deosebirea datorandu-se si modului in care s-a realizat cusatura: prin topire sau prin presiune.
Cordoanele de sudura obtinute prin topire au o structura si o compozitie chimica proprie.
In cazul obisnuit al sudurii cu adaos de material cusatura inglobeaza pe langa acesta si materialul de baza. Baia de sudura astfel rezultata intra in reactii chimice cu elemente din mediul inconjurator (O2,H2,N2) si cu diferite elemente de aliere(Si , Mn, C, Cr).
Oxigenul da nastere la oxizi, hidrogenul se dizolva si usureaza aparitia fisurilor, iar azotul formeaza nitruri dure care reduc plasticitatea sudurii.
In plus se pot introduce elemente de aliere prin materialul de adaos sau prin materialele menite sa protejeze baia. Trebuie sa tinem cont de faptul ca unele elemente de aliere se pot pierde prin ardere.
Dupa solidificare la locul imbinarii apar patru zone cu structuri caracteristice.
Fig. Structura imbinarii sudate prin topire
Cusatura (1) are o structura dendridica tipica metalelor turnate.
Intre cusatura si metalul de baza se distinge o zona foarte ingusta de trecere (2) provenita dintr-un amestec de metal topit si metal de baza supraincalzit si format din constituenti de difuzie reciproca. Cu cat deosebirea dintre compozitia chimica a metalului de adaos si cea de baza este mai mare, cu atat aceasta zona este mai vizibila.
In metalul netopit din apropierea cusaturii, datorita incalzirii si racirii rapide, au loc transformari structurale, fara modificarea compozitiei chimice intr-o zona numita zona de influenta termica (Z.I.T.) (3). In aceasta zona au loc recristalizari si transformari de faza ,difuziuni. Adancimea ei depinde de regimul termic folosit. In functie de viteza de racire se obtin in Z.I.T. structuri de calire care maresc duritatea otelului.
Zona (4) este a materialului de baza.
La sudarea prin presiune absenta materialului de adaos si prin incalzirea la temperaturi mai mici determina o structura mai simpla. Nu apar diferente sensibile de compozitie chimica si se obtin structuri cu graunti mari care inrautatesc proprietatile mecanice.
3. Sudabilitatea materialelor metalice
Sudabilitatea este o proprietate tehnologica care determina in conditii de sudare date, capacitatea materialelor de a realiza imbinari sudate.
Notiunea de sudabilitate este conditionata atat de proprietatile metalului cat si de modul de realizare a sudurii.
Pentru aprecierea sudabilitatii exista prescriptii si criterii de apreciere specifice fiecarui material si fiecarei tari. Metodele sunt empirice.
In Romania .conform STAS 7194-79 otelurile se impart , din punct de vedere al sudabilitatii in trei grupe:
I Buna
IIPosibila
III. Necorespunzatoare
Pentru determinarea sudabilitatii se fac incercari de duritate in zona de influenta termica Z.I.T. Duritatea este influentata de continutul de carbon.
Fig.4.2. Diferenta dintre duritatea materialului de baza si cea a Z.I.T.
Se observa ca la procente mai mari de 0,30% C duritatea Z.I.T. - ului creste mult favorizandu-se ruperea fragila. Fiecare element de aliere continut de otel afecteaza duritatea cordonului si deci sudabilitatea. Pentru a tine cont si de acestea se introduce notiunea de carbon echivalent Ce[%].
Carbonul echivalent este procentul de carbon al unui otel nealiat care are aceeasi sudabilitate cu a otelului aliat utilizat. Conform STAS 7194-79 ce se stabileste cu formula.
Ce=C+Mn+Cr+Ni+Mo+Cu+P+
6 515 4 132
unde "g" este grosimea tablelor care se sudeaza.
O sudabilitate buna este asigurata pana la 0,40,5%. Folosind masuri speciale ( supraincalzire ) se pot suda oteluri cu Ce pana la 1,5 % C .
De obicei se prefera utilizarea otelurilor pana la 0,25%C.
Dintre fonte sunt sudabile numai cele cenusii, folosindu-se masuri speciale( preincalzirea, alierea baii, racirea controlata ).
Cuprul se sudeaza bine daca nu contine O2 in procent mai mare de 0,04% si cu masuri speciale pentru a evita pierderile de caldura datorate conductibilitatii sale ridicate.
Alama se sudeaza greu din cauza Zn care este usor oxidalul
Bronzul se sudeaza greu datorita segregatiilor puternice.
Aluminiul si aliajele lui se sudeaza greu datorita oxidarii metalului si a conductivitatii sale termice ridicate.
4. Materiale de adaos la sudare
Proprietatile materialelor de adaos
Pentru a fi corespunzator materialul de adaos trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:
- sa aiba o compozitie chimica apropiata de cea a materialului de baza
- sa dea suduri cu proprietati mecanice apropiate de cele ale metalului de baza. Din acest punct de vedere proprietatea care se urmareste in primul rand este tenacitatea
- prin solidificare sa dea structuri omogene, cu granulatie fina
- sa corespunda conditiilor de mediu in care lucreaza piesa
- sa fie usor prelucrabil
In afara materialului care intra direct in masa cusaturii ( sarme, electrozi ) se considera drept material de adaos si materialele care contribuie la alierea sudurii ( invelisuri, fluxuri)
Sarme de sudura
Sarmele de sudura se prezinta sub forma de colaci sau vergele si au diametre cuprinse intre 0,5 si 12,5mm.
Se utilizeaza la sudarea cu flacara sau la sudarea in medii protectoare de gaze. Ele pot fi aliate sau nealiate.
Simbolizarea lor este conform STAS 1126-66
S = sarma sudare
- doua cifre = continutul maxim de C in 0,01%
- litere si cifre reprezentand principalele elemente de aliere. Daca elementele de aliere nu depasesc 1% se inscriu numai literele. Pentru cele ce depasesc acest procent dupa simbol se inscrie si procentul .Ele se scriu in ordine descrescatoare
x = litera ce simbolizeaza un continut mai mic de fosfor si sulf (puritate mai mare)
In notarea sarmei dupa simbol se trece diametrul si eventual lungimea acesteia.
Exemplu : S12M2SC F4*450 STAS 1126-66 ,S12C2Mo
4.2. Electrozii inveliti pentru sudare
Prin electrod se intelege orice corp metalic legat la unul din polii sursei electrice de sudare, daca acel corp nu este corpul de sudat.
- nefuzibili - nu participa la realizarea sudurii ci numai la realizarea sursei termice
Electrozi
- fuzibili - inveliti-sudura manuala cu arc
- neinveliti - sudura in mediu protector
Invelisul este un strat format dintr-un amestec de substante aplicat pe exteriorul materialului de adaos.
Rolul invelisului consta in :
- sa mareasca stabilitatea arcului asigurand o ionizare usoara a spatiului descarcarii
- sa se topeasca formand o zgura suficient de usoara care sa se separe la partea superioara a baii de metal topit acoperind uniform cusatura. Se protejeaza materialul de adaos de contactul cu atmosfera (O2,,N2,H2)
- sa asigure inlaturarea elementelor nedorite din baia lichida (S,P,O2)- actiune dezoxidanta
- sa realizeze alierea cusaturii( cand este cazul )
Materialele care intra in structura invelisului sunt:
- ionizate - carburi de calciu
- zgurifiante - minereu de Mn, Fe, T
- dezoxidanti-feroaliaje(Si,Mn)
- componente de aliere - feroaliaje, oxizi
- fluidifianti - bioxid de titan
- lianti
- plastifianti - bentonita , dextrina
- componenti de adaos - pulberi de fier
Electrozii inveliti sunt cei definiti prin STAS 1125-64.
Ei pot avea diametre cuprinse de : 1,6;2;2,5;3,25;4;5;6;.12,5 mm
Si lungimi de 200;250;350;
Dupa natura invelisului electrozii pot fi :acizi, bazici, celulozici, oxidanti, titanic, rutilic, special.
- electrozi cu invelis acid
Asigura viteze mari de sudare si proprietati bune ale sudurii otelurilor cu maximum 0,20%C.
La continut mai mare de carbon au tendinta de fisurare la cald. Invelisul acid este format din oxizi metalici, silicati naturali, substante organice, dezoxidanti.
- electrozi cu invelis bazic
Contin carbonati de calciu , fluoruri , silicati si feroaliaje.
Invelisul bazic asigura o puritate mare a sudurii si alierea cu Mn. Se recomanda pentru otelurile greu sudabile.
Dezavantaje:
- sunt higroscopici
- nu asigura stabilitatea arcului
- produc o zgura aderenta
- electrozi cu invelis oxidant
Contin oxizi metalici si silicati.
Arcul este stabil, dar protectia baii fata de O2 si N2 este slaba. Se utilizeaza la lucrari nepretentioase.
- electrozi cu invelis titanic
Au o compozitie asemanatoare cu a celor acizi, dar au TiO2ca substanta dominanta. Sunt cele mai larg utilizate invelisuri. Produc cusaturi cu rezistenta mare si putin predispuse la fisurare.
- electrozi cu invelis celulozic
Contin 10% celuloza sau alte substante organice care au efect reducator pentru O2 si N2,dar introduc H2 in cusatura.
- electrozi cu invelis rutilic
Zgura rezultata este vascoasa fapt ce ii recomanda pentru sudurile de pozitie.
- electrozi cu invelisuri speciale
Se folosesc la sudarea sub apa (cu invelis nehigroscopic) sau au penetratie adanca.
Exista o simbolizare internationala a electrozilor.
Aceasta simbolizare cuprinde patru grupe de semne
Grupa I El = electrod sudare manuala
Grupa II 2)rezistenta 3)alungire 4)rezilienta
[N/mm2] % N m/cm2
Caracteristicile 1 40 14 5
mecanice 2 44 18 7
ale materialelor 3 48 22 9
4 52 26 11
5 56 30 13
Grupa III A
B
Felul invelisului C
O
T
R
Grupa IV 1 toate pozitiile
Pozitia de 2 toate pozitiile , exclusiv vertical descendent
sudare si 3 orizontal jgheab si de colt
4 orizontal in jgheab
0 numai curent continuu
Felul curentului 1 47- bun la orice pol curent continuu .si curent alternativ.
258- preferabil (-) cu Umin gol = 50,
369- preferabil (+) 70,respectiv 90V
5070 90 V
Exemplu El 232B17
In afara simbolizarii ISO mai exista si simbolizarea conform STAS 7240-81. Exemplu de simbolizare : E 52 18 9 / R m 1 2
Unde :
E - simbol general,
52 - rezistenta la rupere in daN/mm2;
18 - alungirea in %;
9 rezilienta materialului de adaos in daJ ;
R - tipul invelisului ( rutilic );
m - grosimea invelisului (m=D/d, D - diametrul invelisului, d - diametrul vergelei; m= invelis
mediu, s= invelis subtire, g= gros, fg= foarte gros);
1 - pozitia de sudare (1= toate pozitiile, 2= toate pozitiile exceptand vertical de sus in jos,
3= orizontal in jgheab si usor inclinat, 4= orizontal, in jgheab);
2 - caracterul curentului ( 1= curent continuu , 2= curent alternativ ).
Fluxurile sunt materiale granulate formate din amestecuri de minerale avand roluri de
protectie a baii de metal topit
de a contribui cu elemente de aliere si elemente dezoxidante la formarea sudurii
de a elimina gazele
de a micsora viteza de racire a sudurii
in cazul sudarii cu arc si rolul de stabilizator al acestuia.
Fluxurile pot fi din punct de vedere al compozitiei chimice, acide manganoase, acide nemanganoase, bazice, pasive.
