Ingineria Sudarii

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAȘOV

FACULTATEA DE

ȘTIINȚA ȘI INGINERIA MATERIALELOR

Specializarea:

INGINERIA SUDĂRII

– PROIECT DE DIPLOMĂ –

Absolvent:TOMA Silviu Nicolae

Îndrumător științific:Șef lucrări. Dr.ing. Bogdan Andreescu

2016

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAȘOV

Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Specializarea: Ingineria Sudării

Studiul comparativ și calculul parametrilor de sudare pentru materialul P295 GH utilizat la recipientele sub presiune întrebuințate în industria petroliera folosind procedeele de sudare cu electrod învelit , respectiv WIG

– PROIECT DE DIPLOMĂ –

Absolvent:TOMA Silviu Nicolae

Îndrumător științific: Șef lucrări. Dr.ing. Bogdan Andreescu

2016

Capitolul 1 Materiale întrebuințate la fabricarea recipientelor sub presiune

În funcție de cerințele tehnologice recipientele pot funcționa sub presiune, la presiune atmosferică sau sub vid.

Recipientele pot fi stabile (fixe) sau transportabile (butelii). Recipientele stabile sunt fixate pe fundații sau alte reazeme fixe. Se asimilează cu recipientele stabile si recipientele fixate pe platforme detașabile sau pe sisteme mobile proprii. Proiectarea, construcția, exploatarea,

repararea și verificarea recipientelor care lucrează la presiuni mai mari decât 0,07 Mpa sunt supuse unor instrucțiuni obligatorii cuprinse în prescripțiile tehnice C4-83 și se află sub controlul Inspectoratului de Stat pentru Cazane, Recipiente sub presiune si Instalații de Ridicat (ISCIR).

În recipientele propriu-zise au loc fie operații fizice (amestecare, transfer termic sau transfer de substanță, separarea amestecurilor în fazele componentele etc.), fie operații fizice însoțite sau urmate de reacții chimice. În acest al doilea caz, utilajul este denumit și reactor chimic.

În general, recipientele lucrează nu numai la presiuni foarte diferite, ci și la temperaturi foarte variate, de la temperaturi foarte scăzute (recipiente pentru depozitarea și transportul gazelor lichefiate) până la temperaturi ridicate. În numeroase cazuri, acestea lucrează și în condiții de coroziune.

1.1. Recipiente sub presiune

Prin ” recipient sub presiune ” se înțelege orice înveliș metalic care poate conține un fluid (abur, apă fierbinte la peste 100 ˚C, vapori, gaze diferite) la o presiune mai mare decât presiunea atmosferică, în condiții sigure de rezistență și etanșietate.

Recipientele sub presiune pot fi împărțite în recipiente cu perete subțire și recipiente cu perete gros, după cum valoarea raportului:

β= (1.1)

este mai mică respectiv mai mare decăt 1,2.

unde:

D – diametrul interior;

– diametrul exterior al recipientului;

Tipul recipientelor sub presiune în funcție de materialul utilizat

În funcție de materialul din care se execută recipientele sub presiune pot fi:

Recipiente din oțel laminat

Se construiesc în marea majoritate a cazurilor din laminate, din oțel carbon sau oțel aliat.

Figura 1.1. Recipiente din oțel laminat [1]

Recipiente turnate din fontă și oțel

La acestea se recurge numai în cazuri tehnice justificate. Grosimea peretelui recipientului este determinată în acest caz nu numai de condițiile de exploatare, ci și de posibilitatea obținerii lui prin turnare.

Figura 1.2. Recipiente turnare din fonta și oțel [2]

Recipiente din metale neferoase

Atunci când condițiile de coroziune o impun, se utilizeaza pentru construcția recipientelor sau a unor componente ale acestora, laminate din materiale neferoase ca: aluminiu, cupru, nichel, titan etc.

Figura 1.3. Recipient aluminiu [3]

Recipiente din materiale nemetalice

Se folosesc materiale nemetalice anorganice sau organice.

Din prima categorie se utilizează sticla, gresia și porțelanul care constituie elemente de rezistență stabile la coroziune.

Din categoria materialelor nemetalice organice se utilizează termoplastele si duroplastele.

Figura 1.4. Recipiente sticlă [4]

Figura 1.5 Recipient din material Figura 1.6 Recipient din material nemetalic

nemetalic organic termoplastic [5] organic duroplastic [6]

Clasificarea recipientelor sub presiune dupa forma

După forma lor recipientele sub presiune pot fi: cilindrice, tronconice sau sferice .

a) Un recipient cilindric se compune din virole cilindrice 1 și 3, fundul 4, capacul 5 și racordurile 7 – 10. În general, capacul este demontabil; în acest scop recipientul este prevăzut cu o asamblare cubflanșe, 6. Atât fundul cât și capacul 5 sunt bombate .

Figura 1.7. Recipient sub presiune tip cilindric [7]

În figură s-a reprezentat și amplasarea cordoanelor de sudură, inelare și meridionale, pe elementele componente ale recipientului.

La diametre mari, construcția cu capac demontabil devine greoaie, mai dificilă în ceea ce privește execuția și montajul, dar prin aceasta mai scumpă. În aceste cazuri, se preferă construcția cu capac nedemontabil, sudat de corp, prevăzută cu gură de vizitare potrivit prescripțiilor ISCIR. La recipientele cu diametrul peste 800 mm, accesul la interior trebui asigurat fie prin construcția demontabilă a capacului, fie prin gură de vizitare. Recipientele cu diametrul mai mic se prevăd, în mod obligatoriu, cu guri de curățire.

b) La recipientele tronconice corpul se executa cu respectarea indicațiilor date la virolele cilindrice.

c) La recipientele sferice corpul, capacul și fundul semisferic se pot obține prin diverse procedee tehnologice cum ar fi, de exemplu, prin sudare din segmente ambutisate și o rozetă central.

Grosimea peretelui este, in general, mai mare în zona rezemării, datorită solicitării locale, suplimentare. Construcția unui astfel de recipient impune respectarea unor condiții specifice.

Dintre acestea se menționează:

Îmbinările sudate se amplasează pe meridiane și cercuri paralele;

Numărul de segmente să fie impar (pentru a nu fi slăbit prin sudură același meridian pe ambele părți ale axei de simetrie) și astfel ales încât distanța dintre axele a două cusături meridionale succesive, pe conturul rozetei, sa fie 1>5s, însă cel puțin 100mm;

Diametrul rozetei centrale d < 0,5 [7].

Oțeluri pentru recipiente sub presiune

Oțeluri pentru recipiente sub presiune simple

Prin recipient sub presiune simplu se întelege, orice recipient sudat sau supus unei presiuni interne relative mai mari de 0,5 bar, destinat stocării aerului sau azotului și care nu este destinat să fie supus unui proces de încălzire cu flacără. Părțile și asamblările care contribuie la rezistența recipientului la presiune sunt fabricate fie din oțel de înaltă calitate nealiat, fie din aluminiu nealiat sau din aliaje de aluminiu neîmbătrânite. Temperatura minimă de lucru nu trebuie să fie mai mică de -50˚C și temperatura maximă de lucru nu trebuie să fie mai mare de 300˚C, pentru recipiente din oțel, sau 100˚C pentru recipiente din aluminiu ori aliaje de aluminiu.

1.2.2. Oțeluri aliate cu nichel pentru recipiente sub presiune la temperatură scăzută

Oțeluri aliate cu nichel cu caracteristici specificate la temperatură scăzută stabilește condițiile tehnice pentru produsele plate, utilizate la execuția recipientelor sub presiune. Aceste oțeluri sunt oțeluri aliate special, care pot suferi tratamente termice de: normalizare (N), călire (Q) în aer (a), ulei (o) sau apă (w), revenire ( T ).

1.2.3. Oțeluri pentru cazane și recipiente sub presiune la temperatură abiantă și la temperaturi scăzute

Oțelurile pentru recipiente sub presiune la temperatură ambiantă și la temperaturi scăzute sunt oțeluri carbon și aliate cu nichel sau siliciu-mangan cu granulație fină, livrate sub formă de produse plate normalizate și revenite sau îmbunătățite.

În domeniul temperaturilor foarte scăzute (criogenice), se utilizează oțeluri cu 5…9% Ni sau oțeluri austenitice inoxidabile crom-nichel. Principalele caracteristici de utilizare ale acestor oțeluri sunt de asemenea rezistența mecanică și în special tenacitatea la temperaturi scăzute.

1.2.4. Oțeluri pentru cazane și recipiente sub presiune la temperatură ambiantă și la temperaturi înalte

Acestea sunt oțeluri carbon sau aliate cu mangan; crom-molibden; siliciu-mangan sau vanadiu-molibden-crom realizate sub formă de produse plate și utilizate în domeniul de temperaturi de -20…+640 ˚C, conform exigențelor tehnice impuse și supravegheate de ISCIR.

Principalele caracteristici de utilizare sunt rezistența mecanică și tenacitatea. De mare importanță pentru aceste oțeluri este influența pe care o au asupra caracteristicilor de utilizare principale, acțiunea mediilor agresive, tensiunile mecanice, temperatura și timpul. Rezistența mecanica depinde în principal de gradul de aliere cu crom și molibden și de tratamentul termic aplicat [8].

Capitolul 2 Sudabilitatea materialelor și procedee de sudare utilizate la fabricarea recipientelor sub presiune

2.1. Sudabilitatea

Noțiunea de sudabilitate (comportare la sudare) a unui aliaj reprezintă o însușire complexă a acestuia, ce determină în condiții de sudare date, capacitatea aliajului de a realiza îmbinări nedemontabile, care să corespundă condițiilor impuse de exploatare.

După cum se observă din definiția sudabilității, același material poate avea o sudabilitate diferită, în funcție de condițiile date în care se realizează sudarea.

Din acest motiv se poate defini sudabilitatea sub aspect:

Metalurgic;

Tehnologic;

Constructiv;

Exploatare;

Sudabilitatea metalurgică este determinată de factorii metalurgici (compoziția chimică a metalului care se sudează, reacțiile care au loc în timpul formării băii metalice și a cusăturii, cristalizarea primară și secundară, etc.)

Sudabilitatea tehnologică este determinată de factorii tehnologici care pot fi dirijați în mod științific, în funcție de scopul urmărit. Printre factorii tehnologici care influențează sudabilitatea se pot aminti:

Procedeul tehnologic de sudare și caracteristicile utilajelor întrebuințate (sudarea cu electrozi înveliți, sudarea în mediu protector de gaze, sudarea sub strat de flux, sudarea cu flacără oxigaz, sudarea în baie de zgură, cu fascicul de electroni, sudarea sub presiune, etc.)

Parametrii de sudare (intensitatea curentului de sudare, respectiv puterea sursei termice, tensiunea arcului, viteza de sudare, temperatura de preîncălzire a metalului de bază, dimensiunile, compoziția chimică și natura materialului de adaos , etc.);

Condițiile de mediu în care se execută sudura (temperatura, umiditatea, curenții de aer din mediul înconjurător ai zonei în care se sudează);

Condițiile de execuție ale sudurii (calificarea personalului care efectuează lucrarea și conștiinciozitatea lui, etc.);

Sudabilitatea constructivă este determinată de factorii constructivi stabiliți de proiectantul construcției sudate. Printre acești factori pot fi amintiți:

dimensiunile piesei care se îmbină prin sudare, dintre care grosimea are rolul dominant;

poziția relativă a sudurilor față de zonele cu solicitări maxime;

numărul de straturi prevăzut pentru realizarea îmbinării sudate;

aspectul și natura sudurii, precum și rolul de concentrator pe care îl are, etc.

Rezultă că, noțiunea de sudabilitate este relativă și poate caracteriza un aliaj numai în condiții riguros stabilite. Din acest motiv, la ora actuală există câteva sute de metode pentru determinarea sudabilității. Pentru fiecare categorie de materiale metalice există prescripții și criterii de apreciere care diferă de la țară la țară.

Este important să se rețină că ,această noțiune de sudabilitate este dependentă de foarte mulți factori, chiar în cazul unei singure calități de material. Din acest motiv calificativul dat unui material ca sudabil, respectiv ca material cu comportare bună la sudare, se păstrează numai pentru condițiile identice în care a fost executată sudura, precum și pentru condițiile identice de solicitare [9].

2.2. Sudabilitatea oțelurilor

Nu poate fi apreciată sudabilitatea unui material, dacă tehnologia de sudare nu a fost corespunzătoare, dacă materialele de adaos folosite nu au fost adecvate sau dacă soluția constructivă nu a fost corectă. Pentru o bună sudabilitate, materialul supus operației de sudare trebuie să aibă caracteristici de aptitudine de sudare și de siguranță la sudare.

Aptitudinea de sudare a unui material este condiționată de numeroși factori, care determină de fapt proprietățile materialului:

compoziție chimică;

modul de elaborare și de turnare;

prelucrări termice ulterioare, etc.;

Siguranța de sudare cuprinde în noțiunea ei condițiile tehnologice de sudare, soluțiile constructive și concepția îmbinărilor sudate.

Factorii care influențează sudabilitatea sunt foarte numeroși, însă în principal se disting cu implicații directe următorii:

factori de natură metalurgică;

factori de natură constructivă;

factori de natură tehnologică;

factori de natură privind exploatarea construcției;

Pentru construcția diferitelor aparate, utilaje, mașini construcții metalice, etc se folosesc oțeluri nealiate sau aliate a căror sudabilitate variază în funcție de natura și conținutul elementelor de aliere.

Clasificarea oțelurilor după sudabilitate este prezentată și reglementată de STAS 7194-99 conform tabelului 2.1.

Tabelul 2.1. Clasificarea oțelurilor după sudabilitate [9].

Elementul carbon, atât în oțelurile nealiate realizate cât și în cele aliate, micșorează mult sudabilitatea acestora. Dacă conținutul de carbon în oțel este sub 0,25% și dacă elementul de aliere: mangan, siliciu, nichel, crom, etc. nu depășește în total conținutul de 1%, oțelul are o sudabilitate bună.

Dacă conținutul de carbon depășește valoarea de 0,25% , iar celelalte elemente de aliere nu au un conținut până la 1% , sudabilitatea oțelului nu mai este bună. În cazul când diferitele elemente de aliere în oțeluri sunt cuprinse între 1 și 3% , pentru ca oțelul să aibă o sudabilitate bună, conținutul de carbon nu trebuie să depășească limita de 0,20 %.

Pentru conținutul de elemente de aliere mai mari de 3%, în redarea obținerii unei bune sudabilități să fie și mai mult micșorat conținutul de carbon. De asemenea, este foarte important ca oțelul să fie elaborat în condiții cât mai îngrijite, cu minim de impurități (P și S) sau gaze (O, N și H2) care nu sunt prinse în relația carbonului echivalent. În cazul oțelurilor în afara carbonului echivalent are o mare influență pe lângă conținutul de carbon și grosimea materialului de sudat. Dacă valorile acestora cresc simultan, sudabilitatea descrește.

În aceste cazuri, se recomandă luarea unor măsuri speciale de preîncălzire la temperaturi de cel puțin 100˚C, fiind mărită odată cu creșterea conținutului de carbon, a carbonului echivalent, precum și a grosimii piesei de sudat. În cazul sudării oțelurilor cu sudabilitatea necorespunzătoare, preîncălzirea se execută până la 450˚C și de asemenea, se recomandă să fie executată și între trecerile de sudură. Materialele greu sudabile, de exemplu fonta, se sudează la temperatura de preîncălzire de 600-700˚C, aceste temperaturi menținându-se și în timpul operației de sudare.

Grosimea pieselor de sudat are o influență negativă asupra sudabilității, deoarece o masă metalică prea mare provoacă răcirea mai bruscă a sudurii și a zonei influențată termic, ceea ce la oțelurile cu conținut mărit de carbon și elemente de aliere poate da naștere la structuri fragile, tensiuni interne mari, care pot provoca construcțiilor sudate fisuri și chiar ruperi.

Procedeele și regimurile de sudare au de asemenea, o mare influență asupra sudabilității materialelor. Pentru aprecierea practică a sudabilității, în tabelul 2 se dă o clasificare a diferitelor calități de oțeluri în funcție de conținutul de carbon și elemente de aliere, oțeluri folosite pe scară largă în construcții [9].

Tabelul 2.2. Clasificarea diferitelor calități de sudabilitate, in funcție de conținutule de carbon și elemente de aliere [9].

2.3. Procedee de sudare pentru oțelurile destinate recipientelor sub presiune

MIG;

Electrod învelit;

WIG;

2.3.1. Procedeul de sudare MIG/MAG

Procedeul de sudare MIG/MAG a început să se dezvolte începând cu anul 1947, când pe piața din SUA au apărut primele instalații destinate acestui procedeu. Pe atunci se numea sudare S.I.G.M.A, care era prescurtarea de la „Shielded Inert Gas Metal Arc” (poate fi echivalata cu sudarea MI ). În anul 1995 , inginerii ruși au folosit pentru prima data (dioxid de carbon) la sudare, astfel a luat naștere procedeul cunoscut astazi ca și sudarea MAG. În scurt timp, acest procedeu s-a răspândit cu repeziciune în Europa vestică pentru sudarea oțelurilor nealiate și slab aliate. Totuși, odata cu scăderea prețului la argon in anii `60, a început să se utilizeze și amestecuri de gaze, iar utilizarea acestora s-a extins tot mai mult de-a lungul anilor.

În prezent este posibilă sudarea MIG/MAG la standarde de calitate superioară și cu productivitate ridicată. În decursul ultimilor ani, sudarea MIG/MAG a câștigat o importanță tot mai mare, nu doar pentru sudarea oțelurilor de construcții nealiate și slab aliate, ci și pentru sudarea aluminiului și a oțelurilor înalt aliate – datorită tehnologiei arcului electric pulsat.

Principiul sudării MIG/MAG. Arcul electric arde între un electrod care se topește (și care este in același timp material de adaos de sudare) și piesa de sudat. Gazul de protecție este fie inert (MIG – de ex. Argon, heliu și amestecuri ale acestora), fie activ (MAG , sau amestercuri Ar cu , și/sau ). Se pot folosi și amestecuri de gaze cu 2, 3 sau 4 componente, ca de exemplu, dioxid de carbon, argon, heliu si oxigen.

De asemenea, se poate folosi chiar și dioxid de carbon pur. Schița prezintă principiul procedeului. Sârma – electrod vine de la bobină și este condusă prin rolele de antrenare la duza de curent. În marea majoritate a cazurilor ,polul pozitiv este la sârmă. Capătul liber al sârmei este scurt, astfel încât se pot utiliza intensități ridicate de curent, cu toate că electrodul este subțire. Gazul de protecție iese dintr-o duză de gaz, care înconjoară electrodul concentric și protejează arcul electric de acțiunea atmosferei [10].

Figura 2.1. Principiul sudării procedeului MIG/MAG [10].

Procedeul este întâlnit cel mai frecvent în varianta semimecanizată (viteza de sudare manuală, viteza de avans a sârmei electrod întotdeauna mecanizată), dar procedeul se pretează cu ușurință la mecanizare, automatizare și chiar robotizare, dovadă instalațiile de sudare tot mai numeroase care pot fi întâlnite în producția de structuri sudate (în special roboți de sudare).

Schema de principiu a procedeului de sudare MIG/MAG este prezentată:

Arcul electric (1) amorsat între sârma electrod (2) și componentele (3), produce topirea acestora formând baia de metal (4). Protecția arcului electric și a băii de metal topit se realizează cu ajutorul gazului de protecție (5), adus în zona arcului prin duza de gaz (6) din butelia (7). Sârma electrod este antrenată prin tubul de ghidare (bowden), (13) cu viteză de avans constantă vae de către sistemul de avans (8) prin derularea de pe bobina (9). Alimentarea arcului cu energie electrică se face de la sursa de curent continuu (redresor), (10) prin duza de contact (11) și prin cablul de masă (12). Tubul de ghidare a sârmei electrod (13), cablul de alimentare cu curent (14) și furtunul de gaz (15) sunt montate într-un tub flexibil de cauciuc (16) care împreună cu capul de sudare (17) formează pistoletul de sudare.

Figura 2.2. Schema de principiu a sudării în mediu de gaz protector activ MIG [10].

1- duză de gaz, 2- MA sub formă de sârmă, 3- metal de bază, 4- arc electric, 5- transfer metal topit, 6- contact electric MA, 7- atmosferă protectoare CO2, 8- piese, 9- pistolet sudare, 10- legătură elctrică la masă, 11- cablu curent +gaz, 12- sistem cu role avans sârmă MA, 13- MA sub formă de bobină, 14- sursă de curent, 15- butelie CO2, 16-reductor presiune, 17-manometru,

18- uscător CO2, 19- alimentare curent.

Avantajele procedeului:

Principalele avantaje ale procedeului MIG/MAG sunt productivitatea ridicată și facilitatea mecanizării, automatizării sau robotizării.

Productivitatea ridicată este asigurată de puterea ridicată de topire a arcului, pătrunderea mare la sudare, posibilitatea sudării cu viteze de sudare mari, respectiv eliminarea unor operații auxiliare. Aceste aspecte sunt determinate de densitățile mari de curent ce pot fi utilizate: 150-250 A/mm2 la sudarea MIG/MAG clasică, respectiv 300-350 A/mm2 la sudarea cu sârmă tubulară.

Flexibilitatea în direcția mecanizării și robotizării este asigurată în principal de posibilitatea antrenării mecanizate a sârmei electrod (sârme subțiri), de modul de realizare a protecției la sudare (cu gaz), de ușurința reglării și controlului parametrilor tehnologici de sudare, de gabaritul relativ mic al capului de sudare, etc.

La aceste avantaje principale, se pot adăuga:

grad înalt de universalitate a procedeului;

posibilitatea sudării în orice poziție;

eliminarea operației de curățire a zgurii;

grad înalt de utilizare a materialului de adaos (90-95%);

cantitate redusă de fum;

conducerea și supravegherea ușoară a procesului de sudare (arcul este vizibil);

factor operator superior sudării SE, 60-65%, ca efect a eliminării operației de schimbare a electrodului și de curățire a zgurii de pe cusătura sudată;

tensiuni și deformații mici la sudare (energie liniară mică).

Dezavantajele procedeului:

Se pot sintetiza astfel:

echipamente de sudare mai scumpe și mai complicate;

flexibilitatea mai redusă decât la sudarea SE: pistoletul de sudare mai greu și cu manevrabilitate mai scăzută, cu rază de acțiune limitată în cazul echipamentelor clasice la 3…5m față de sursa de sudare, uneori necesită spațiu de acces mai mare;

pierderi de material de adaos (în anumite condiții) prin stropi (5- 10%);

sensibil la curenți de aer (evitarea sudării în locuri deschise, cu vânt, etc.);

limitat la grosimi, în general, mai mari de 1 mm;

riscul unei protecții necorespunzătoare a arcului electric și a băii de metal;

probabilitatea relativ mare de apariție a defectelor în îmbinarea sudată, în principal pori și lipsă de topire.

Tabelul 2.3. Domeniile de valori ale parametrilor tehnologici de sudare MIG/MAG [10]

2.3.2. Sudarea prin topire cu arc electric și electrozi înveliți

Sudarea cu arc electric și electrozi înveliți (simbol 111 după EN ISO 4063, MMA – abreviere europeană, SMAW – abreviere americană) este un procedeu cu domeniu larg de aplicare, cu utilizare la toate tipurile de suduri și la majoritatea metalelor și aliajelor metalice.

Întrucât acest procedeu se execută de obicei manual, prezintă următoarele dezavantaje:

productivitate redusă (viteză de sudare mică și o cantitate redusă de metal depus, variând între 0,5 și 1,5 g/s, precum și timpi auxiliari mari pentru schimbarea electrozilor și pentru curățirea zgurii).

calitatea sudurii depinde și de unii factori subiectivi (calificarea și cunoștințele sudorului, etc).

Amorsarea și formarea arcului electric. Părțile componente ale arcului electric

Etapele amorsării și formării arcului electric sunt prezentate în figura 3. Electrodul, legat la una din bornele sursei (de exemplu la cea negativă), este adus în contact cu piesa legată la cealaltă bornă (fig. 3a). Punctele de contact, ce constituie locuri de ștrangulare a liniilor de curent, se vor încălzi până la temperatura de topire datorită curentului de scurtcircuit foarte mare. Sub influența forței de apăsare F, numărul punctelor de contact crește continuu, astfel încât în final, zona de contact dintre electrod și piesă va fi formată dintr-o punte de metal lichid (fig. 3b). La ridicarea electrodului de pe piesă (fig. 3c), simultan cu alungirea punții de metal, datorită forțelor electromagnetice Fe, se va produce și o ștrangulare a acestei punți. Ștrangularea punții metalice determină o creștere a rezistenței electrice, ceea ce conduce la creșterea temperaturii acestei porțiuni. La atingerea temperaturii de fierbere a metalului, are loc ruperea punții metalice și formarea vaporilor metalici care, fiind ușor ionizabili, asigură trecerea curentului în continuare, sub forma unei descărcări electrice în arc.

Procesul de formare a arcului electric durează doar câteva fracțiuni de secundă și se caracterizează prin fenomene fizice complexe: emisie termoelectronică, ionizarea gazului din spațiul arcului, accelerarea ionilor în câmpul electric , etc.

a) contact b) încălzire c) retragerea d) aprinderea

și topire electrodului arcului

Figura 2.3. Procesul de formare a arcului electric [10].

Trebuie precizat faptul că, datorită transportului de ioni de la anod la catod, anodul va apărea sub forma unui crater, iar catodul sub forma unui con. La întreruperea punții de metal, temperatura catodului este menținută și chiar majorată datorită bombardării cu ioni pozitivi, captați din descărcare.

Fig. 2.4. În arcul electric se pot deosebi următoarele zone: 1-pata catodică; 2- zona catodică; 3- coloana arcului; 4- zona anodică; 5- pata anodică [10].

1-Pata catodică (1) se formează pe suprafața catodului și este locul cel mai cald al catodului, fiind sursa emisiei electronilor. Fără pata catodică, arcul electric nu s-ar putea forma. Acest lucru a fost demonstrat experimental, prin inversarea polarității și deplasarea anodului cu viteze din ce în ce mai mari. S-a observat că, de la o anumită viteză de deplasare a anodului pata catodică (de pe piesa fixă) neputându-se forma, arcul electric se stinge, ceea ce nu se întâmplă la arcul cu polaritate directă.

2-Zona catodică (2) se întinde pe o lungime foarte mică, având ordinul de mărime de (10-4…10-6) cm, egală cu parcursul liber al electronilor în gazul ce înconjoară catodul. În această zonă, se presupune că electronii nu suferă ciocniri. Câmpul electric accelerează electronii spre anod, iar ionii pozitivi spre catod și întrucât masa ionilor este considerabil mai mare decât a electronilor, viteza lor de deplasare va fi mult mai redusă.

De aceea, în zona catodică, concentrația de ioni pozitivi (sarcina spațială) este cu mult mai mare decât concentrația de electroni , ceea ce conduce la crearea câmpului deosebit de intens în zona catodică.

Intensitatea câmpului electric este de ordinul (105 – 106) V/cm, asigurând astfel o emisie electronică însemnată, iar căderea de tensiune pe această zonă este de (8…20) V.

Temperatura petei catodice variază între 1380 °C pentru magneziu și 3680 °C pentru wolfram. În general, temperatura petei catodice este mai mică decât temperatura de fierbere a metalului respectiv, excepție făcând magneziu și aluminiu.

Aceasta se datorează faptului că , magneziu și aluminiul formează oxizi a căror temperatură de topire este mult mai înaltă și care ridică temperatura petei catodice. Valoarea căderii de tensiune pe zona catodică depinde de potențialul de ionizare al gazului sau vaporilor din spațiul arcului și se consideră că Uk = Uj ionizare.

Coloana arcului (3) este practic egală cu lungimea arcului. Aici au loc ionizări, excitări și recombinări între particulele gazului. Acest spațiu este umplut cu gaz ce are temperatura cea mai ridicată și de aceea, în coloana arcului, o importanță deosebită o capătă ionizarea termică.

Coloana arcului este neutră, suma sarcinilor particulelor negative este egală cu suma celor pozitive. Ionizarea termică a gazului se produce, nu numai datorită ciocnirilor neelastice ale electronilor cu atomii, ci și ca urmare a ciocnirii atomilor între ei.

Aceasta se explică prin faptul că, în gazul ce umple coloana arcului odată cu ridicarea temperaturii, crește rapid numărul atomilor ce dispun de energie suficientă pentru ionizarea puternică a gazului prin ciocniri. De aceea, coloana arcului conține un gaz puternic ionizat, având temperatura în axă foarte ridicată: (6000…8000) °C. În schimb, pe direcție radială, temperatura în coloana arcului va fi repartizată neuniform, datorită transmiterii căldurii, temperatura fiind maximă în axa coloanei și minimă la periferie.

Temperatura coloanei arcului crește odată cu creșterea curentului și scade cu scăderea potențialului de ionizare. Curentul total prin coloana arcului reprezintă o sumă între curentul dat de sarcinile pozitive ce se deplasează spre catod și curentul format de sarcinile negative ce se deplasează spre anod.

4-Zona anodică (4) se află în vecinătatea anodului și are o întindere mai mare decât zona catodică, având ordinul de mărime (10-3…10-4) cm și o cădere de tensiune mai mică, având valoarea de (2…3) V. În apropierea anodului este preponderentă concentrarea electronilor, creându-se o sarcină spațială negativă. Spectrografic s-a observat că intensitatea câmpului electric este mai mică decât la catod. Anodul este puternic încălzit și temperatura sa este mai ridicată decât cea a catodului, deoarece la anod nu are loc emisie electronică. Emisia de electroni a catodului, în urma consumării lucrului mecanic de ieșire, este însoțită de o scădere a temperaturii.

Neglijând componenta curentului dată de deplasarea ionilor pozitivi, datorită mobilității lor mult mai mici decât a electronilor, se poate considera că, curentul prin arc este datorat numai electronilor.

Stabilitatea arcului electric și a procesului de sudare

La sudarea cu arc electric a metalelor, arcul electric și sursa de sudare formează un sistem energetic reciproc dependent. De proprietățile acestui sistem, sunt legate în mare măsură calitatea sudurii și posibilitățile de folosire eficientă a utilajului de sudare. În cazul cel mai general, arcul se numește stabil când valorile medii ale parametrilor ce îl determină, electrici și geometrici, rămân neschimbați (în cadrul unor limite) pe toată perioada cât se fac observațiile.

Limitele în care variază parametrii arcului depind de regimul de transport al picăturilor de metal, influența câmpului magnetic propriu, felul curentului, tipul sursei de curent, etc.

Aprecierea dacă un arc este stabil sau nu, se face studiind oscilogramele ridicate pentru curent și tensiune. În considerațiile făcute până acum s-au prezentat condițiile de natură fizică și electrică ale circuitului în care se găsește arcul, pentru ca acesta să ardă stabil. În continuare, se va studia influența proprietăților sursei de alimentare asupra stabilității arcului.

În arcul electric cu electrod fuzibil se produc variații bruște ale regimului electric în intervale de timp foarte scurte (sutimi de secundă).

Topirea electrodului și trecerea metalului sub forma de picături provoacă variații bruște ale lungimii arcului și scurtcircuitări repetate ale sursei. Caracterul dinamic al sarcinii necesită ca sursa de alimentare să îndeplinească anumite condiții speciale.

Principiul procedeului de sudare

În cazul sudării cu electrozi înveliți este necesară topirea unei zone din metalul de bază MB și din electrodul E, cu ajutorul energiei termice degajate în arcul electric, arc format între E și MB. Arcul electric este alimentat prin intermediul unor cabluri conductoare (cablu pentru masă c.m. și cablu pentru electrod c.e.), cu curent electric provenit de la o sursă specializată cu curent fig.5. Sursa de curent are o caracteristică externă coborâtoare pentru ca în cazul scurtcircuitelor frecvente care apar în timpul procesului de sudare (atingerea electrodului de piesă pentru amorsarea arcului, unirea capătului electrodului cu baia metalică prin intermediul picăturilor de metal, în cazul transferului globular, etc), curentul de scurtcircuit să fie limitat la valoarea Isc. Prin aceasta și căldura degajată este limitată în cazul scurtcircuitelor și nu se produc mici explozii cu aruncări de stropi sau arderi intense ale metalului topit.

Figura 2.5. Principiul sudării manuală cu electrozi înveliți [10].

picătura MA spre baia metalică, 2- zgura de la suprafața băii metalice, 3- baia metalică, 4- metal de bază, MB, 5- electrod învelit, 6- protecție de gaze în jurul arcului electric, 7- arc electric, 8- piese, 9- clește port electrod, 10- 11- cabluri alimentare energie electrică, 12- sursa de suadre, 13- legare rețea electrică, 14- legare la masă piesă

Pentru sudarea cu electrozi înveliți, arcul electric (7), alimentat de la o sursă de energie electrică (12), este amorsat între un electrod (5) și piesa metalică (8), care urmează să fie sudată sau încărcată prin sudare. În arcul electric se produce o căldură concentrată și o temperatură suficient de mare care topește vergeaua electrodului și suprafața piesei. Se realizează astfel, o baie metalică (3), în care se amestecă metalul topit al electrodului și metalul topit din piesă. Prin solidificarea băii metalice rezultă cusătura, care este acoperită cu un strat de zgură (2), rezultat din topirea învelișului, al electrodului. Pe măsură ce se topește electrodul, el trebuie să înainteze în spațiul arcului electric cu viteza ve astfel încât lungimea arcului la, să rămână constantă. Pentru a realiza cusătura sau depunerea, simultan cu viteza de înaintare a electrodului ve, arcul electric trebuie să înainteze pe suprafața piesei cu viteza vs, numită viteză de sudare.

Tot prin limitarea curentului de scurtcircuit Isc, este protejată atât instalația, cât și circuitul de alimentare, care sunt dimensionate pentru o anumită putere maximă.

Caracteristica externă a sursei este necesar să fie cât mai coborâtoare, întrucât, în acest caz, la variațiile inerente ale tensiunii arcului Ua (cauzate de variația lungimii arcului), corespund variații reduse ale curentului de sudare Ia.

În general, sursele de sudare au o putere mică, medie ( normală ) sau mare, în funcție de natura lucrărilor executate, respectiv de diametrul maxim al electrodului utilizat, după cum rezultă din tabelul 4.

Tabelul 2.4. Puterea posturilor de sudare [10]

Conectarea piesei și a electrodului în cazul sudării cu curent continuu (cc) se poate face în două moduri:

cc- – polaritate directă (electrodul la polul ( – );

cc+ – polaritate inversă (electrodul la polul ( + );

La sudarea cu polaritate directă (cc-) adâncimea de pătrundere este mai mare decât la sudarea cu polaritate inversă (cc+).

2.3.3. Sudarea WIG

Principiul procedeului WIG.

Sudarea WIG (wolfram+inert+gaz) sau TIG (tugsten-inert-gaz), (simbol 141 EN ISO 4063, WIG-abreviere europeană, GTAW-abreviere american) are largi aplicații industriale fiind exclusiv utilizat la sudarea unor aliaje speciale cu puritate ridicată, chiar dacă productivitatea sa este mai redusă decât a celorlalte procedee de sudare în gaze protectoare .

Figura 2.6. Schema de principiu a procedeului WIG [10].

1-MA vergea , 2-MA topit , 3-cusatura sudata , 4-electrod de W , 5-baie metalica , 6- arc electric , 7-pistolet de sudare , 8-legătura la masa piesă , 9-legătura electrică sursă , 10-reductor presiune gaze , 11-piese , 12 cablu răcire cu apă cap sudare , 13-butelie Ar , 14-sursa de sudare electrică , 15-manometru debit gaz Ar.

Se formează astfel, o baie metalică (5) provenită din topirea superficială a suprafeței de incărcat și care se completează cu materialul de adaos provenit din vergeaua (1) introdusă în baia metalică (5) și menținută permanent în jetul de gaz protector de către operator. Acesta urmărește (prin masca de sudură) și reglează în permanență volumul de material de adaos necesar mai ales la operații de încărcare, precum și adâncimea de pătrundere, implicit diluția.

Electrodul din W este răcit cu jetul de gaz sau apă, pentru a evita supraîncalzirea sau deteriorarea sa. Arcul se poate alimenta în c.a și c.c .

În curent continuu există două modalități de alimentare:

– polaritate directa c.c-, electrodul la catod și piesa la anod;

– polaritate inversă c.c.+, electrodul la anod și piesa la catod;

La operațiile de încărcare prin procedeul WIG se lucrează, de obicei, cu c.c.+, unde bilanțul termic pe piesa e mai redus; ca rezultat, baia metalică este largă și mai puțin adâncă.

Electrodul fiind bombardat de electroni, care cedează energia, se încălzește puternic motiv pentru care se utilizează diametre mai mari ale electrodului de W sau obligatoriu răcirea cu apă a acestiua. Ionii de Ar, fiind grei la impactul lor cu piesa , ei sparg pelicula de oxizi de pe suprafața piesei, iar jetul de gaz o înlătură, producându-se o sablare electrică a piesei, fenomen deosebit de favorabil la piese acoperite cu axizi greu fuzibili (Al , Hg).

Alimentarea în c.a. (utilizată mai ales la piese din Al) favorizează o situație intermediară, fenomenele se ameliorează în condițiile de curățire superficială a suprafețelor. Se mai utilizează și curent pulsat, în polaritate directă, situație în care deformațiile sunt mai reduse.

Sudarea WIG are și o variantă fără vergea de metal de adaos, în cazul tablelor foarte subțiri cu marginile îndoite (la fel ca și la sudarea oxiacetilenică). Sudarea WIG se poate aplica în toate cazurile, atât ca poziție de sudare, forme și dimensiuni de cusătură, cât și tipuri de metal de bază, fiind considerat procedeul universal de sudare.

Întrucât sudarea WIG este manuală , iar curentul de sudare este limitat de diametrul electrodului nefuzibil de Wolfram, productivitatea procedeului este redusă (asemănătoare cu productivitatea sudării cu electrozi înveliți). Din acest motiv, sudarea WIG nu este eficientă la grosimi mari și cusături lungi. Domeniul preferat al sudării WIG este cel al tablelor subțiri (table cu g < 3 mm se sudează fără material de adaos, iar cele cu g > 3 mm, se sudează cu material de adaos). În cazul în care componentele au grosimi de 10-15 mm, se recomandă ca sudarea WIG să fie înlocuită cu sudarea MIG [10].

Capitolul 3 Studiul comparativ și calculul parametrilor de sudare pentru materialul P295 GH utilizat la recipientele sub presiune

3.1.Descrierea materialului

Denumirea materialului: P 295 GH

Numarul denumirii(WN): 1.0481

Standard: STAS

Țara: România

Grupa de oțeluri: Oțeluri structurale și pentru construcții

Subgrup: SR EN 10028-2 Produse plate de oțeluri pentru recipiente sub presiune. Partea 2: Oțeluri nealiate si aliate cu caracteristici specificate la temperaturi ridicate

Comentariu: Oțel de calitate nealiat

Aplicație: Cazane de abur și vase sub presiune

A.Compozitia chimică ( % )[11]:

B.Propietati mecanice [12]:

La temperatura camerei:

Condiție: Produse plate; Normalizat (+ N); t ≤ 16 mm; (trans.)

Produse plate; Normalizat (+ N); 16 < t ≤ 40mm ; (trans.)

Produse plate; Normalizat (+ N); 40 < t ≤ 60 mm ; (trans.)

Produse plate; Normalizat (+N); 60 < t ≤ 100 mm ; (trans.)

Produse plate; Normalizat(+N); 100<t≤150mm; (trans.)

Produse plate; Normalizat(+N);150<t≤250mm;(trans.)

Produse plate; Normalizat ( +N ); t ≤ 250 mm ;(trans.)

La temperaturi ridicate:

Condiție: Produse plate ; Normalizat (+N); t ≤ 16 mm; (trans.)

Limita la curgerea elastică, Grafic

Produse plate; Normalizat(+N); 16 < t ≤ 40 mm; (trans.)

Limita la curgerea elastică,

Produse plate; Normalizat (+N); 40 < t ≤ 60 mm; (trans.)

Limita la curgerea elastică,

Produse plate; Normalizat(+N); 60 < t ≤ 100mm; (trans.)

Limita la curgerea elastica,

Produse plate; Normalizat (+N); 100 < t ≤ 150mm; (trans.)

Limita la curgerea elastică,

Produse plate; Normalizat(+N); 150 < t ≤ 250mm; (trans.)

Limita la curgerea elastică,

La temperaturi scăzute:

Rezilientă, Kv/Ku:

C.Tratament termic :

Normalizare la 890-950 ˚C [13].

3.2.Materialul de adaos

Sudura se va realiza prin două procedee diferite, electrod învelit, respectiv WI , prin urmare, voi utiliza două materiale de adaos:

pentru procedeul cu electrod învelit se va folosi un electrod bazic :

EN 499: E 42 4 B 42 H5

AWS A5.1: E 7018

EN ISO 2560-A: E 42 4 B 42 H5

Caracteristici principale:

Electrozi bazici cu pulbere de fier în înveliș, destinați structurilor puternic solicitate static și dinamic și secțiunilor groase din oțeluri slab aliate, la temperaturi de până la -40˚C. Se recomandă pentru sudarea oțelurilor următoare:

-OL 44,4 ; OL 52,2 ; OL 52,4 ; OL 50 – STAS 500/2

-S185, S235, S275, S355 – EN 10025

-P235, P265, P295, P335 – EN 10028-2

-S275; S355; S420 – EN 10113-3

Domenii de aplicare:

Recipienți sub presiune, inclusiv pentru industria chimica și petrochimică, construcția de nave, sudarea țevilor, fabricarea platformelor marine.

Depozitare-calcinare:

A se pastra în locuri uscate la temperatura camerei. Înainte de sudare, electrozii se vor usca în mod obligatoriu timp de 2 ore la 250-300˚C [14].

Tabelul 3.1. Analiza chimică [14]:

pentru procedeul WIG se va folosi :

AWS A5.28-93: ER 70S-A1

EN ISO 21952-A: W Mo Si

EN 1668-97: W2 Mo

Caracteristici principale:

Baghete pentru sudarea WIG a oțelurilor slab aliate cu 0,5% Mo cu limita de curgere ridicată și rezistențe la temperaturi ridicate.

Destinate sudării straturilor de rădăcină la țevi, fără utilizarea unei perne de gaz.

Domenii de aplicație:

– Cazangerie;

– Industria chimică și petrochimică;

– Sudarea țevilor [15];

Tabelul 3.2. Analiza chimica[15]:

3.3. Echipament folosit la sudare

3.3.1. Echipament sudură cu electrozi SEI – TransPoker 2500

Figura: 3.1. Aparat sudură cu electrozi înveliți [16].

Caracteristici generale :

-Reglare inteligentă pentru un arc electric stabil;

-Proprietăți de amorsare și sudare remarcabile;

-Greutate redusă și dimensiuni mici;

-Funcționare cu alimentare cu curent monofazic (TP 2500 MVm) și trifazic;

-Apt pentru generator (Sursele de curent ale seriei TP 2500 sunt total compatibile generatoarelor, , daca puterea aparentă maximă dezvoltată de generator este de minim 14 kVA.)

Un dispozitiv electronic de reglare ajustează caracteristica sursei de curent la cea a electrodului sudat. În cazul utilizării electrozilor rutilici (Rutil), a electrozilor bazici (Basic) sau a electrozilor celulozici (CEL), modurile de funcționare selectabile special garantează rezultate perfecte sudării.

Procedeul de sudare:

-Sudarea manuală cu electrod invelit;

-Sudarea cu arc electric WIG-DC (lift arc – este nevoie doar de un pistolet WIG);

Materiale de bază recomandate:

-Oțel;

-CrNi;

Domenii de aplicare:

-Construcția de instalații industriale și rețele de conducte;

-Construcția de instalații și recipiente;

-Construcția de mașini și construcții metalice;

-Industria construcțiilor de montaj;

-Reparații și mentenanță;

-Construcții navale;

Date tehnice:

-Tensiunea rețelei: 380-460V;

-Toleranța tensiunii rețelei: ± 10%;

-Frecvența rețelei: 50/60

-Siguranța rețelei: 16 A lenta;

-Curent permanent în circuitul primar: 10,3 A la 100 % DA*;

-Cos Phi: 0,99 la 250 A;

-Randament: 89% la 175 A;

-Domeniul curentului de sudare: curent trifazic

Electrod: 15- 250 A;

WIG: 10,4 – 20 V;

-Curent de sudare la 10 min/ 40˚C : 35 % DA: 250 A;

60 % DA: 200 A;

100 % DA: 175 A;

Putere de sudare la nespecificată

Tensiune de sudare: maximă:

Electrod: 20,6 – 30 V

WIG: 10,4 – 20 V

Tensiunea de mers in gol: Versiune standard: 88 V

TP 2500 VRD, TP 2500 WIG VRD: 12 V

Tipul de protecție: IP 23;

Tipul de răcire : AF;

Clasa de izolație : F;

Marcaj: CE;

Marcaj de siguranță: S;

Dimensiuni l x b x h: 430 x 180 x 320 mm;

Greutate: 12,5 kg; [16];

3.3.2. Aparat de sudură WIG/TIG – Magic Wave 4000

Aparatul de sudură Magic Wave 4000 este o dezvoltare a instalațiilor de sudare tranzistoare, destinată în special pentru sudarea WIG, manuală și automatizată, precum și pentru sudarea cu electrozi înveliți în domeniul continuu și alternativ.

Dimensiunile constructive minime, greutatea redusă, precum și consumul redus de energie sunt avantajele care recomandă acest aparat atât în producție, cât și reparații.

Figura 3.2. Aparat sudură WIG [17];

Procedeu de sudare:

-Sudare cu arc electric WIG DC si WIG AC/DC

-Sudare cu electrozi înveliți

Date tehnice:

-Tensiunea rețelei: 3 x 400 V

-Toleranța tensiunii rețelei : +/- 15%

– Frecvența rețelei: 50 – 60 Hz

– Siguranța rețelei: 16 A lente

-Cos phi ( la 400 ): 0,99

-Tensiune max. La sudare: – WIG: 10,1 – 26,0 V

-Electrod:20,4 – 36,0 V

-Tensiunea de mers în gol: 89 V DC

-Tipul de protecție: IP 23 , Marcaj CE , Marcaj de siguranță S

-Tipul de racire AF , Clasa de izolație B

-Dimensiuni: l x b x h ; 625 x 290 x 705 mm

-Greutate: 58,2 kg

Materiale de bază recomandate: Oțel, CrNi, Metale speciale, Aluminiu, Aliaje de aluminiu, Cupru, Magneziu, Oțeluri duplex[17].

3.4. Calcule privind aria rostului și determinarea parametrilor optimi de sudare

3.4.1. Determinarea rostului și calculul ariei :

Am ales un rost in „Y” conform standardului ISO 9692-1:2003(E)

Figura3.3. Tipul rostului [10].

Unde:

S=6 mm;

C=2mm;

b=1 mm;

α=60˚;

h=1,35 mm;

Aria cordonului se determină în funcție de configurația geometrică a rostului:

=*tg+b*s+*h*[2*(s-c)* tg+b+6] (3.1)

=*tg+1*6+*1.35*[2*(6-2)* tg+1+6]

=15,232+10,454

=25,6864

Pentru determinarea numărului de treceri este necesar calculul ariilor de trecere:

-primul strat, stratul de radacină: = (6…8)* (3.2)

= 6*2= 12

-stratul de umplere: = (8…12)* (3.3)

=8*2=16

Cunoscând acestea :

-numărul de treceri n=+1 (3.4)

n=+1

n=1,855≈2 treceri

3.4.2.Determinarea parametrilor de sudare pentru electrod învelit:

a) Intensitatea și tensiunea curentului de sudare;

-pentru stratul de rădăcină :

Is=*j Is=*15 Is=47,123[A] (3.5)

Ua=0.05*Is+10 Ua=0.05*47,123+10 Ua=12,356[V] (3.6)

-pentru stratul de umplere:

Is=*j Is= *13 Is=40[A] (3.5)

Ua=0.05*Is+10 Ua=0.05*40+10 Ua=12[V] (3.6)

b) Viteza de sudare:

= * [cm/min] unde: (3.7)

=curentul de sudare (A)

ρ= densitatea materialului (g/)pt. Oțel ρ = 7,8 g/

= aria trecerii ()

-pentru stratul de rădăcină – conform formulei (3.7):

= * [cm/min]

=5,348 [cm/min]

-stratul de umplere- conform formulei (3.7):

= * [cm/min]

=3,844 [cm/min]

c) Energia liniară:

=η* unde: (3.8)

η=randament termic; η=0.7…0.9;

=tensiunea arcului [V]

= curentul de sudare [A]

= viteza de sudare [cm/s]

-pentru stratul de rădăcină – conform (3.8):

=0,9*12,356*47,123/320,28

=1,636 [kJ/cm]

-pentru stratul de umplere – conform (3.8):

=0,9*13,190*40/230,676

=2,058 [kJ/cm]

3.4.3.Determinarea parametrilor de sudare pentru procedeul WIG:

a)diametrul electrodului nefuzibil:

= -00.24*+0.77*S+0.242 (3.9)

S =grosimea componentelor de sudat

=3.998≈3,2 material de adaos vergea 2 mm Debit Ar=0.40[]

b) intensitatea și tensiunea curentului de sudare:

=92*-42 (3.10)

=92*2-42

=142[A]

Ua=0.05*Is+10 Ua=0.05*142+10 Ua=17[V] (3.11)

c) rata depunerii:

=0.192**+0.148 (3.12)

=0.632

d)Determinarea numărului de treceri:

– pentru stratul de rădăcină – conform formulei (3.2)

= 6*2= 12

-stratul de umplere – conform formulei (3.3)

=8*2=16

Cunoscând acestea :

-numărul de treceri – conform formulei (3.4):

n=+1

n=1,855≈2 treceri

Viteza de sudare:

= [cm/min] (3.13)

Unde:

-aria treceri;

ρ-densitatea materialului

-pentru stratul de rădăcină conform formulei (3.13):

=[cm/min]

=7,5 [cm/min]

-pentru stratul de umplere conform formulei (3.13):

=[cm/min]

=5,8 [cm/min]

3.5. Stabilirea sudabilității materialului P 295 GH :

a)Carbonul echivalent:

Ce=C+ ++[%] (3.14)

Ce=0.1+++[%]

Ce=0.1+0.216+0.04+0.02[%]

Ce= 0.376 [%]

b)Caracterizarea sudabilității:

În urma procentului de carbon echivalent rezultat în urma calculului, oțelul se încadrează în grupa Ib-sudabilitate bună, condiționată (0.25< Ce <0.5%). Litera de sudabilitate „D”(0.36…0.40)

c)Severitatea termică:

St=S St=*6 St=2 (3.15)

d)Sensibilitatea de fisurare la cald:

HCS= (3.16)

HCS=

HSC=

HSC=0.841

Oțelul prezintă sensibilitate redusă de fisurare la cald. HCS<4

e)Sensibilitatea de fisurare la rece:

P=C+++++ (3.17)

P=0.1++++

P=0.1+0.006+0.06+0.001+0.01+0.133

P=0.310

Cu cât „P”este mai mic sensibilitatea la rece scade.

f)Temperatura de preîncalzire:

Tpr=350* (3.18)

Tpr=

Tpr=350*

Tpr=129.54 aprox 130

3.6.WPS

3.6.1.WPS – electrod învelit

3.6.2.WPS – WIG

3.7. Structuri macro:

Acestea se vor realiza cu ajutorul microscopului OPTIKA MICROSCOPES ITALY SN 12137

3.7.1.Pregătirea probelor:

Prelevare- s-a realizat cu o freză prevăzută cu răcire cu apă;

Rectificare (planare) – mașină de rectificat plan;

Șlefuire – hârtie abrazivă de granulație:

400 – 600 – 800 – 1000 – 1500 – 2000 – 2200;

Atac reactiv nital 5 %, acid azotic () restul alcool etilic;

3.7.2.Probe realizate pin procedeul „sudarea cu electrod învelit”

Proba numărul 1;

stratul de radăcină;

stratul de umplere;

Proba numărul 2;

stratul de radăcină;

stratul de umplere;

zona marcată cu roșu defect (fisură de refulare a piesei)

Proba numărul 3;

1-stratul de radăcină;

2-stratul de umplere;

zona marcată cu roșu defect (fisură de refulare a piesei)

3.7.3.Probe realizate prin procedeul WIG;

Proba numărul 1;

1-stratul de radăcină;

2-stratul de umplere;

Proba numărul 2;

1-stratul de rădăcină;

2-stratul de umplere;

zona marcată cu roșu defect (incluziune)

Proba numărul 3;

1-stratul de rădăcină;

2-stratul de umplere;

zona marcată cu roșu defect (fisură de refulare a piesei)

zona marcată cu verde defect (lipsă de pătrundere)

3.8. Determinarea durităților prin metoda POLDI VICKERS

Metoda Vikers, reglementată prin STAS 491/1 (aflat în concordanță cu standardele internaționale ISO 409/1 și ISO 6507/1), este o metodă de determinare a durității materialelor metalice care utilizează ca penetrator o piramidă pătrată dreaptă confecționată din diamant, având unghiul diedru al fețelor opuse de 136˚ și unghiul dintre muchiile opuse de 148˚[18].

Determinarea acestora s-au realizat la o sarcină de 30 N.

Graficul 3.1. Duritatea rezultată în urma sudării cu electrod învelit:

Graficul 3.2. Duritatea rezultată în urma procedeului wig:

Capitolul 4 Concluzii

În urma cercetărilor efectuate se poate constata faptul că, la cele două procedee de sudare, electrod învelit respectiv WIG, pot apărea defecte precum fisuri de refulare a piesei, supraînalțare, lipsă de pătrundere și incluziuni.

Putem observa faptul că, la sudarea cu electrod învelit, cele trei zone: materialul de bază, zona influențată termic, cât și cusătura sudată, au valori apropiate în urma determinării durității, rămânând în valorile acceptate, neschimbând proprietățile materialului de bază.

Însă la procedeul WIG, zona influențată termic prezintă valori destul de ridicate ducând la schimbări în materialul de bază, respectiv creșterea rigidității, fiind un aspect negativ.

Prin urmare, consider că procedeul de sudare cu electrod învelit este mai potrivit, întrucât în urma sudării, dorim să nu se schimbe proprietățile materialului de bază.

Bibliografie:

[1] http://www.calorset.com/#!echipamente-si-recipiente-sub-presiune/c1b9u

[2] http://www.calore.ro/noutati/steam

[3] http://camexipsa.ro/

[4] http://www.colectaredeseuri.com/articol-in-ce-se-transforma-sticla-dupa-reciclare

[5] http://www.reteteculinare.ro/articole/din-ce-e-bine-sa-bei-apa/

[6] http://www.catalog-md.ro/MD%202015%20RO_final.pdf

[7] Vasile Palate., Ioan I. Stefanescu., Recipiente si aparate tubulare. Editura SEMNE,Bucuresti,2000

[8] Sergiu Stanciu.,Ioan Alexandru.,Matei Gheghe ., Materiale pentru constructii metalice., Editura SEDCOM LIBRIS.,

[9] curs sudabilitate prof.dr.ing. Candea Virgil

[10] Teodor Machedon Pisu.,Elena Machedon Pisu.,Tehnologia sudarii prin topire-Procedee de sudare.,Editura LUX LIBRIS 2009

[11]http://search.totalmateria.com/MaterialDetails/MaterialDetail?vkKey=1380464&keyNum=63&type=2&hs=0

[12]http://search.totalmateria.com/MaterialDetails/MaterialDetail?vkKey=1380464&keyNum=63&type=3&hs=0

[13]http://search.totalmateria.com/MaterialDetails/MaterialDetail?vkKey=1380464&keyNum=63&type=7&hs=0

[14] electrozi-saf-fro25134

[15] baghete wig saf-fro25137

[16] http://www.spatiulconstruit.ro/biblioteca-media-gama/echipamente-sudura-cu-electrozi-sei-fronius-cm-metal-trading-object_id=1014?l4=documentatie_gama&currentObjectType=documentatie_gama&f_dc_doc=4982

[17] http://www.spatiulconstruit.ro/gama-de-produse/echipamente-profesionale-de-sudura-manuala-automata-wig-tig-fronius-cm-metal-trading-object_id=1016

[18] http://ime.upg-ploiesti.ro/attachments/article/102/MAS_IM_MATERIALE_2013.pdf