Proiectarea Si Realizarea Unui Stand Pneumatic DE Sudare In Puncte

PROIECTAREA

ȘI REALIZAREA UNUI STAND PNEUMATIC

DE SUDARE ÎN PUNCTE

CUPRINS

1. INTRODUCERE

2. ASAMBLĂRI NEDEMONTABILE PRIN SUDARE

2.1 ENERGIA PROCESULUI DE SUDARE

2.2 AVANTAJELE APLICĂRII TEHNOLOGIEI DE SUDARE

2.3 DEZAVANTAJELE SUDĂRII

2.4 APLICAȚII INDUSTRIALE

2.5 DOMENII DE APLICARE

2.6 CLASIFICAREA PROCEDEELOR DE SUDARE ȘI CONEXE

2.7 ÎMBINĂRILE SUDATE

2.7.1 Elementele componente

2.7.2 Clasificarea îmbinărilor sudate

2.7.3 Rosturile de sudare

2.8 PROCEDEE DE SUDARE PRIN TOPIRE

2.8.1 Sudarea cu arc electric

2.8.2 Sudarea cu arc electric cu electrozi înveliți

2.8.2.1 Performanțele sudării cu electrozi înveliți

2.8.2.2 Funcțiile învelișului electrodului

2.8.3 Sudarea sub strat de flux

2.8.4 Sudarea WIG (TIG

2.8.5 Sudarea cu plasmă

2.8.6 Sudarea MIG și MAG

3. TEHNOLOGIA DE SUDARE ÎN PUNCTE

3.1 NOȚIUNI TEORETICE DE SUDARE ELECTRICĂ PRIN PRESIUNE ÎN PUNCTE

3.2 REGIMURI DE SUDARE

3.3 SUDAREA ELECTRICĂ PRIN PRESIUNE ÎN PUNCTE

3.4 SUDAREA ELECTRICĂ PRIN PRESIUNE ÎN RELIEF

3.5 APLICAȚII ALE SUDĂRII ÎN PUNCTE

4. CONSTRUCȚIA APARATELOR DE SUDARE ÎN PUNCTE

5. PROIECTAREA UNUI STAND PNEUMATIC DE SUDARE IN PUNCTE

5.1 CONSTRUCTIA SI FUNCTIONAREA STANDULUI PNEUMATIC DE SUDARE IN PUNCTE

5.2 TEHNOLOGIA DE FABRICAȚIE A PIESELOR COMPONENTE NECESARE STANDULUI PROIECTAT

5.3 PROTECȚIA MUNCII

CONCLUZII

BIBLIOGRAFIE

ANEXE

OPIS

1. INTRODUCERE

Reducerea greutății proprii a utilajelor, a consumului și a pierderilor de material, simplificarea, mecanizarea, automatizarea și modernizarea tehnologiilor de fabricație, reducerea manoperei și a cheltuielilor de fabricație, creșterea productivității muncii, ridicarea calității produselor, eliminarea rebuturilor etc. sunt cateva din obiectivele majore care se pun în etapa actuală in fața industriei construcțiilor de mașini.

Datorită specificului, tehnologia construcțiilor sudate este o tehnologie care în mare măsură corespunde cerințelor de mai sus, ceea ce explică dezvoltarea si răspândirea pe scara din ce in ce mai largă a acestei tehnologii, atât la noi în țară, cât și peste hotare. Dacă în trecut tehnologia sudării a fost utilizată numai pentru prelucrări de importanță secundară și pentru reparatii, astăzi peste 50% din mașini si utilaje se fabrică prin construcții sudate, mai ales cele destinate industriei chimice, petrochimice, siderurgice, miniere, alimentare, textile, metalurgice, ușoare etc. De asemenea se fabrică astăzi în serie mare cazane și recipiente sub presiune, poduri rulante, macarale agregate hidro și termoenergetice, batiuri de mașini, diferite organe și piese de mașini de construcție sudată etc.

Realizarea însă a construcțiilor sudate de calitate superioară este condiționată atât de nivelul de pregătire a personalului de execuție, cât și de nivelul cunoștințelor teoretice și practice ale proiectantului, astfel se cer cunoștințe multiple privind materialele și sudabilitatea lor, tehnologia proceselor de sudare, principiile și regulile de proiectare rațională și economică a construcțiilor sudate etc. Lucrarea prezentată încearcă să răspundă întocmai acestor cerințe, având ca scop înzestrarea inginerului mecanic cu o serie de cunoștințe necesare pentru aplicarea cu eficiență maximă a soluțiilor construcțiilor sudate și a tehnologiei sudării în proiectarea și realizarea mașinilor și utilajelor fabricate în diferite uzine constructoare de mașini.

2. ASAMBLARI NEDEMONTABILE PRIN SUDARE

2.1 ENERGIA PROCESULUI DE SUDARE

Sudarea este procedeul tehnologic de realizare a îmbinărilor nedemontabile a unor

componente metalice sau nemetalice prin interacțiunea atomilor mărginași ai acestora. Îmbinarea ce rezultă în urma procesului de sudare poartă denumirea de sudură. Totalitatea operațiilor care concură la realizarea sudurii poartă denumirea, așa cum s-a mai arătat, de proces tehnologic de sudare. Unui proces tehnologie de sudare îi este caracteristic un anumit procedeu de sudare.

Coeziunea locală în vederea obținerii sudurii se realizează cu un aport de energie termică sau mecanică sau și termică și mecanică. Prin aceasta atomii mărginași ai componentelor de sudat primesc energia necesară scoaterii lor din starea de echilibru stabil corespunzătoare unui nivel energetic minim. După aceea, componentele își aduc atomii marginali la distanțe egale sau mai mici decât parametrul rețelei cristaline. În această situație ei se rearanjează în cristale comune celor două componente astfel ca să atingă din nou un minim energetic. Ca atare, procesul de sudare constă în introducerea localizată, prin concentrare în timp și spațiu, a unei cantități de energie în zona sudurii pentru a scoate atomii din starea lor de echilibru stabil și apropierea atomilor mărginași la distanțe egale sau mai mici decât parametrul rețelei cristaline pentru ca ei să recristalizeze într-o rețea comună corespunzătoare unei noi stări stabile. Acest mecanism energetic este prezentat în figura 2.1.

Fig. 2.1 Mecanismul energetic privind etapele sudării [1]

Deci, prin sudare se realizează saturarea legăturilor dintre atomii de la marginile componentelor de sudat. Sudarea în Cosmos a confirmat concluzia potrivit căreia vidul înaintat din acest spațiu creează componentelor metalice posibilitatea de a se suda prin simpla aducere a lor în contact intim. Acest fapt arată că atomii mărginași, neavând toate legăturile cu ceilalți atomi (sunt nesaturați), se află la un nivel energetic deasupra minimului.

Apropiindu-i ei vor forma rețele cristaline comune componentelor, saturându-și legăturile.

În atmosfera terestră acest procedeu folosit în Cosmos nu este posibil fiindcă atomii mărginași nesaturați își completează legăturile cu atomi de aer. Suprafețele metalelor conțin straturi puternic aderente ale moleculelor de gaze, impurități, grăsimi etc. Ele se interpun între atomii metalici și fac imposibilă orice interacțiune între atomii mărginași a două metale puse în contact.

2.2 AVANTAJELE APLICĂRII TEHNOLOGIEI DE SUDARE

Ȋmbinarile sudate prezintă o serie de avantaje și anume:

reducerea consumului de metal (cu 30-50%);

productivitate mai mare (de 2-20 de ori);

proprietăți mecanice superioare (față de piesele turnate sau nituite);

dimenstiuni și complexitate nelimitate;

forma rațională, adapată solicitărilor;

se pot realiza construcții care prin alte procedee tehnologice nu se pot;

se obțin îmbinări etanșe;

se utilizează semifabricate si elemente tipizate;

utilajele de sudare sunt mai simple și mai ieftine;

posibilitate de mecanizare, automatizare, robotizare;

nu se formeaza rebut iremediabil;

timpul tehnologic este mai redus;

prețul de fabricație mai scăzut;

poluare mai redusă, condiții de lucru mai bune.

2.3 DEZAVANTAJELE SUDĂRII

Câteva dintre dezavantajele cele mai importante la sudare sunt urmatoarele:

pot apărea defecte greu de identificat;

apar tensiuni si deformații la sudare;

exista pierdere de metal la tăierea elementelor constructive;

calitatea construcțiilor sudate depinde mult de calificarea si a gradului de cunoștințe a personalului de proiectare si execuție.

2.4 APLICAȚII INDUSTRIALE

Îmbinările sudate au o gama largă de aplicabilitate și anume:

înlocuiește tehnologia turnării, nituirii si asamblării mecanice;

se aplica cu eficiența maxima la: – produse unicate, serie mică;

producție în serie mare si masă;

produse de dimensiuni mari;

produse de mare complexitate;

pentru solicitări mari.

2.5 DOMENII DE APLICARE

Îmbinările sudate își află aplicare într-o gamă largă și anume:

construcția de mașini și utilaje (batiuri, carcase, suporți, stative, cutii, schelete, platforme, tije, pârghii, axe, arbori, lagăre etc.);

industria prelucratoare (mașini unelte, agregate prelucratoare, linii de transfer, roboți, automate etc.);

transport uzinal (macarale, poduri rulante, ascensoare, mașini de ridicat etc.);

industria extractivă (combine miniere, sonde de foraj, platforme maritime, schele petroliere, combine de extracție carboniferă de suprafață, benzi transportoare etc.);

industria de utilaje de construcții (excavatoare, buldozere, laminoare de asfalt, schele de construcții, macarale de tip turn, instalații de preparare a materialelor de construcții etc.);

utilaje pentru industria ușoară (utilaje pentru industria alimentară, a berii, mori, cuptoare pentru pâine, utilaje textile, de fabricare a hârtiei, industria de încălțăminte, aparate de uz casnic, frigidere, mașini de spălat, cuptoare etc.);

industria electrotehnică și electronică (carcase de aparataj electric, electronic, plăci circuite imprimate, semiconductoare, circuite integrate, calculatoare, imprimante, scanere etc.);

tehnică de apărare (tancuri, transportoare blindate, afeturi de tunuri, rachete tactice si intercontinentale, șalupe, pontoane, nave de razboi, submarine etc.).

Tab. 2.1 Domenii de aplicare ale sudării

2.6 CLASIFICAREA PROCEDEELOR DE SUDARE ȘI CONEXE

Procedeele de sudare de bază conform STAS 5555/2-80 înlocuit parțial cu SR EN 857:2002 DECIZIA 22/2004 se împart în cinci categorii mari, în funcție de starea materialelor care participă la formarea îmbinărilor sudate, natura procedeelor de sudare și felul procedeelor conexe:

A – Procedee de sudare prin topire, la care metalul adaos și marginile rosturilor metalului de bază se topesc sub influența sursei de căldură, alcătuind baia de sudură, care prin cristalizare formează cusătura sudată;

B – Procedee de sudare în stare solidă, la care îmbinarea pieselor se realizează prin presiune în stare solidă, fără metal adaos, cu sau fără încălzire;

În afară de acestea, mai sunt prevăzute următoarele categorii de procedee:

C – Procedee speciale de sudare;

D – Procedee de lipire a metalelor;

E – Procedee conexe, care sunt metode de prelucrare la cald a metalelor, care utilizează tehnici

bazate pe procese care sunt proprii diferitelor metode de sudare, dar nu realizează îmbinări

sudate (tăierea, metalizarea, sudarea de încărcare etc.).

În funcție de energia utilizată pentru încălzirea materialelor există trei categorii de procedee de sudare:

Tab. 2.2 Clasificarea procedeelor de sudare

Ȋn figurile 2.2, 2.3, 2.4 si 2.5 sunt prezentate schemele de clasificare a principalelor categorii de procedee de sudare, lipire si conexe:

Fig. 2.2 Clasificarea procedeelor de sudare prin topire

Fig. 2.3 Procedee de sudare în stare solidă

Fig. 2.4 Clasificarea procedeelor de lipire

Fig. 2.5 Clasificarea procedeelor conexe sudării

2.7 ÎMBINĂRILE SUDATE

Îmbinarea sudată este o legătură metalică, nedemontabila, realizată printr-un procedeu oarecare de sudare, asigurând o îmbinare de egală rezistenta, de maximă siguranță în execuție și exploatare.

2.7.1 Elemente componente

Fig.2.6 Elementele componente ale unei construcții sudate

m.b. – metalul de bază (metalul pieselor sudate);

c.s. – cusătura sudată (partea din îmbinarea sudată care rezultă prin cristalizarea băii de sudură); b.s. – baia de sudură (topitura de metal formată prin topirea metalului adaos și a marginilor metalului de bază);

m.a. – metalul adaos (metalul sau aliajul sub formă de sârmă, vergea, bară, granule sau pulberi, care se topesc pentru completarea băii de sudură);

m.d. – metal depus (partea din metalul adaos care intră efectiv la formarea băii de sudare

α – unghiul cusăturii (măsurat între liniile laterale de topire);

r.s. – rostul de sudare (spațiul liber dintre suprafețele frontale ale pieselor care urmează să fie sudate); p.s. – pătrunderea sudurii (adâncimea de topire a metalului de bază);

l.t. – linia de topire (linia de delimitare dintre cusătură și metalul de bază);

r.c. – rădăcina cusăturii (primul rând de sudură depus);

s.c. – suprafața cusăturii (suprafață care rezultă în urma depunerii ultimului strat de sudură pe partea superioară a cusăturii);

z.i.c. – zona influențată chimic (zona de legătură dintre cusătură și metalul de bază în care s-au produs modificăristrucții sudate

m.b. – metalul de bază (metalul pieselor sudate);

c.s. – cusătura sudată (partea din îmbinarea sudată care rezultă prin cristalizarea băii de sudură); b.s. – baia de sudură (topitura de metal formată prin topirea metalului adaos și a marginilor metalului de bază);

m.a. – metalul adaos (metalul sau aliajul sub formă de sârmă, vergea, bară, granule sau pulberi, care se topesc pentru completarea băii de sudură);

m.d. – metal depus (partea din metalul adaos care intră efectiv la formarea băii de sudare

α – unghiul cusăturii (măsurat între liniile laterale de topire);

r.s. – rostul de sudare (spațiul liber dintre suprafețele frontale ale pieselor care urmează să fie sudate); p.s. – pătrunderea sudurii (adâncimea de topire a metalului de bază);

l.t. – linia de topire (linia de delimitare dintre cusătură și metalul de bază);

r.c. – rădăcina cusăturii (primul rând de sudură depus);

s.c. – suprafața cusăturii (suprafață care rezultă în urma depunerii ultimului strat de sudură pe partea superioară a cusăturii);

z.i.c. – zona influențată chimic (zona de legătură dintre cusătură și metalul de bază în care s-au produs modificări în compoziția chimică datorită procesului de sudare);

z.i.t. – zona influențată termic (partea din metalul de bază, din apropierea cusăturii, rămas în stare solidă, care a suferit modificări structural în urma procesului de sudare);

s. – grosimea teoretică a îmbinării sudate, egală cu grosimea metalului de bază (mm);

s’ – grosimea reală (practică) a cusăturii, măsurată în mijlocul secțiunii transversal a sudurii;

c – supraînălțarea (îngroșarea) cusăturii, fiind înălțimea cu care cusătura depășește suprafața superiara a metalului de bază;

bc – lățimea cusăturii (dimensiunea maximă a sudurii măsurată în exterior, perpendicular pe direcția de sudare);

lc – lungimea cusăturii (lungimea reală a cusăturii sudate).

2.7.2 Clasificarea îmbinărilor sudate

A. După poziția reciprocă a pieselor:

a – cap la cap; c – în colț exterior; e – în cruce; g – în muchie;

b – în colț interior; d – în T; f – prin suprapunere; h – cu margini răsfrânte;

i – sudare în V; j – sudare în I; k – sudare în colț concave; l – sudare în U.

Fig. 2.7 Tipuri de îmbinari

B. După numărul de treceri: a – dintr-o trecere;

b – din mai multe treceri.

C. După parțile sudate: a – dintr-o parte;

b – din ambele părți.

D. După continuitate: a – cusături continue;

b – cusături discontinue.

E. După direcția cusăturii față de direcția de solicitare: a – cusături frontale;

b – cusături laterale;

c – cusături înclinate.

Fig. 2.8 Direcția cusăturii față de direcția de solicitare

2.7.3 Rosturile de sudare

Rostul de sudare este spațiul liber de o anumită formă geometrică, care se lasă între piesele de îmbinat în vederea asigurării pătrunderii sudurii pe toată grosimea metalului de bază. Forma și dimensiunile rosturilor depend de o serie de factori, dintre care importanță mai maire o reprezintă următorii:

– calitatea și grosimea metalului de bază;

– proprietățile necesare ale îmbinării sudate;

– metoda de sudare;

– calitatea materialului de adaos;

– poziția de sudare și accesibilitate locului de îmbinare.

Elementele rosturilor în mare parte sunt notate prin cotele de dimensiuni caracteristice (Fig. 2.9):

Fig. 2.9 Elementele rostului de sudare

b – deschiderea rostului [mm];

α – unghiul rostului [grd];

h – înălțimea rădăcinii rostului [mm];

E – lățimea rostului [mm];

r – raza rostului [mm];

s – grosimea metalului de bază [mm];

lr – lungimea rostului [mm].

În afara acestora se mai defines următoarele noțiuni: rădăcina rostului, muchia rostului, suprafața rostului.

Clasificarea rosturilor de sudare se face în funcție de formă geometrică și gradul de simetrie a secțiunii transversale. Astfel se deosebesc rosturi:

simetrice sudate dintr-o parte;

simetrice sudate pe ambele părți;

asimetrice sudate dintr-o parte;

asimetrice sudate din ambele părți;

După formă geometrică, rosturile pot fi prelucrate în: I, V, Y, U, X, 2U etc.

Prelucrarea rosturilor se face prin metode termice, sau mecanice prin așchiere sau forfecare. De regulă tăierea elementelor constructive din semifabricatele laminate se face prin metode termice (cu flacără și jet de oxygen, cu plasmă, cu arc electric, laser etc.), urmată de prelucrarea mecanică prin frezare, strunjire, rabotare, polizare etc.

2.8 PROCEDEE DE SUDARE PRIN TOPIRE

2.8.1 Sudarea cu arc electric

Principiul sudării cu arc electric are la baza respectarea următoarelor condiții:

– menținerea arcului electric într-o stare staționară astfel încât intensitatea curentului Is și tensiunea arcului Us (fig2.10) să aibă valori cât mai constante;

– aportul continuu cu viteza ve a materialului de adaos 1 în arcul electric, arc care arde între vergeaua electrod și componentele de sudat 2;

– deplasarea arcului electric în lungul rostului între componentele de sudat, cu viteză constantă – numită viteza de sudare vs. În acest fel se realizează topirea marginilor formând împreună cu materialul de adaos o baie de sudură 3;

Fig. 2.10 Principiul de bază al sudării cu arc electric [2]

– urmărirea rostului și umplerea lui uniformă astfel că după solidificarea băii să se realizeze un cordon continuu și cu dimensiuni geometrice impuse.

Se poate face o clasificare a procedeelor de sudare cu arc în funcție de gradul în care sudorul participa la realizarea acestor operații:

-sudare manuală – când sudorul executa toate operațiile manual;

-sudare semimecanizata – când sudură se execută manual cu excepția alimentării cu sârmă electrod a procesului de sudare;

-sudare mecanizata – când toate operațiile de sudare se execută mecanizat, însă nu există circuit de reacție (feed-back), sudorul trebuie să supravegheze continuu procesul, intervenind și reglând parametrii de lucru, funcție de modul de desfășurare al acestuia;

-sudare automată în care instalația este prevăzută cu circuit de reactive, astfel încât ea autoreglează parametrii regimului de sudare și poziția relativă a elementelor de adaos și metal de bază, asigurând stabilitatea procesului. Sudorul intervine doar atunci când se defectează elementele instalației de sudare, sau se impune o realimentare cu material de sudare.

Clasificarea procedeelor de sudare cu arc electric poate fi făcută și în funcție de modul de protecție a băii de sudură. Baia de sudură trebuie protejată față de aerul din mediul înconjurător. Oxigenul din aer are ca efect modificarea compoziției chimice a aliajelor metalice, axidand elementele de aliere în ordinea afinității lor față de acest element. Oxizii rezultați au ca efect reducerea rezistenței și a plasticității îmbinării sudate. Azotul din aer formează nitruri dure și casante producând tendințe de rupere fragile, precum și de apariție a porilor. Influențe defavorabile au și alte gaze conținute în aer, dintre care și hidrogenul, care contribuie la fragilizarea oțelului.

Protecția băii de sudură precum și a cordonului de sudură se realizează fie cu ajutorul unui înveliș aplicat pe sârmă electrod, fie cu un flux ce acoperă arcul electric, fie cu gaz sau amestec de gaze insuflate în jurul arcului electric și a băii de sudură.

Un alt punct de vedere al clasificării procedeelor de sudare cu arc electric îl constituie modul de participare al electrodului la formarea băii. Arcul electric arde între un electrod de secțiune circular și componentele de sudat. Electrodul poate fi fuzibil în condițiile în care se topește în procesul de sudare, furnizând materialul de adaos, material ce participa ca material depus în formarea cordonului. Electrodul poate fi nefuzibil când el nu participa la formarea cusăturii, el servind ca element între care se realizează arcul electric. Electrozii nefuzibili sunt cei din wolfram (tungsten) sau de cărbune. Electrozii de cărbune au o pomdere tot mai mică în realizarea procedeelor de sudare cu arc electric datorită durabilității reduse.

Elementele geometrice ale unei îmbinări sudate sunt cordonul de sudură și zona influențată termic (termomecanic). Cordonul de sudură (fig. 2.11) este partea îmbinării care leagă componentele de sudat și care se formează prin solidificarea băii de sudură. Zona influențată termic (ZÂT) este zona de trecere dintre cordonul de sudură și materialul de bază.

Fig. 2.11 Cordonul de sudură

2.8.2 Sudarea cu arc electric cu electrozi înveliți

Sudarea cu electrozi poate fi realizată în varianta cu electrozi nefuzibili sau cu electrozi fuzibili. Electrozii nefuzibili folosiți la sudare pot fi confecționați din cărbune, din grafit sau din wolfram. La rândul ei, sudarea cu electrozi fuzibili poate fi realizată cu electrozi neînveliți sau cu electrozi înveliți. Sudarea cu electrozi nefuzibili se poate efectua fără aport de material de adaos, prin topirea locală a marginilor pieselor de sudat, sau cu aport de material de adaos. Sudarea cu electrozi nefuzibili din wolfram se practică de obicei în varianta cu protecție de gaze inerte.

Tab. 2.3 Clasificarea sudării cu electrozi

Sudarea cu electrozi nefuzibili din cărbune și grafit poate fi asigurată ținând seama că menținerea arcului se obține datorită degajării în procesul de sudare a oxigenului și bioxidului de carbon provenit din oxidarea electrozilor de cărbune, gaze care asigura ionizarea mediului intre componentele de sudat. Sudarea cu electrozi de cărbune sau grafit se poate realiza în două variante, cu arcul electric amorsat intre electrodul nefuzibil și componentele de sudat, sau cu arcul electric amorsat între cei doi electrozi. În ultimul caz arcul poate fi deplasat ușor, fără o amorsare de fiecare dată, la începutul sudării, efectuându-se operații de sudare sau lipire cu ajutorul lui. Electrodul de cărbune este confecționat de obicei din cărbune copt, din cărbune preset sau cocs. Electrodul de grafit este obținut prin sinterizare din pulbere de grafit. Electrodul din cărbune este ieftin, mai puțin fragil dar se uzează mai repede, circa 1-3 mm/min. Electrodul din grafit are o uzură mai redusă, circa 1 mm/min, asigurându-se astfel menținerea constantă a arcului electric în condițiile amorsării lui între doi electrozi de grafit. Uzura electrodului (consumul de electrod în timpul procesului de sudare) fiind mai mică la electrozii din grafit, aceștia din urmă pot suporta, ca atare, o intensitate mai mare a curentului electric. Diametrele uzuale ale electrozilor din cărbune și grafit sunt cuprinse între 3,2 – 20 mm, suportând o intensitate a curentului de sudare cuprins între 15 – 400 A la electrozii din cărbune și 15 – 500 A la electrozii din grafit. Vârful electrodului din cărbune sau grafit se prelucrează conic la dimensiunile din figura 2.12.

Fig. 2.12 Vârful electrodului de cărbune

Sudarea cu electrozi din cărbune sau grafit are o răspândire relativ redusă. Ea este încă folosită la sudarea tablelor galvanizate caz în care sudarea se realizează cu material de adaos pe bază de bronz cu siliciu. Aceste procedee de sudare se mai folosesc și la sudarea tablelor din cupru, caz în care materialul de adaos este o vergea din cupru introdusă în arcul electric menținut între electrozii de cărbune sau grafit, sau între aceștia și materialul de bază. Sudarea fără material de adaos este folosită la table relativ subțiri, cu grosimi de maxim 2 mm marginile fiind răsfrânte că în figură.

Sudarea cu electrozi de cărbune sau grafit cu arcul amorsat între doi electrozi este utilizată uneori și pentru remedierea unor piese din bronz sau fonta sau pentru operații de lipire sau încărcare dura.

Sudarea cu electrozi fuzibili neânveliți este un procedeu foarte rar întâlnit. Sudarea se poate utiliza numai în curent continuu, având marele dezavantaj ca nu se asigura o ionizare bună a spațiului arcului electric, de aceea și stabilitatea arcului electric este scăzută. De asemenea, în zona arcului pătrund ușor oxigenul, azotul și hidrogenul din aerul înconjurător degradând caracteristicile mecanice ale sudurii.

Se poate utiliza un astfel de procedeu în condițiile unor suduri puțin pretențioase, pentru încărcări, sau în condițiile în care nu dispunem de utilaj și electrozi de performanță.

Sudarea cu electrozi fuzibili înveliți este însă procedeul cel mai larg folosit. El deține o sferă de activități de circa 60-75% din totalitatea procedeelor de sudare.

2.8.2.1 Performanțele sudării cu electrozi înveliți

Sudarea cu electrozi înveliți (SE) este un procedeu de sudare manuală în care electrodul învelit este deplasat în lungul componentelor de sudat cu viteza de sudare vS, fig. 2.14.

Fig. 2.14 Sudarea cu electrozi înveliți [3]

Arcul electric se menține între capătul electrodului și componentele de sudat, electrodul fiind fuzibil este necesară o mișcare de înaintare a acestuia cu viteza ve spre componentele de sudat. Intensitatea curentului de sudare se stabilește în circuitul format din electrod, arcul electric și sursa de sudare iar tensiunea arcului intre capătul electrodului și baia de metal topit.

Dintre performanțele cele mai importante ale procedeului S.E. se remarcă posibilitatea realizării operației de sudare aproape la toate metalele și aliajele metalice. Grosimea componentelor de sudat variază de la valoarea minimă de circa 1 mm până la valorile cele mai mari posibile. Prin acest procedeu se poate suda în orice poziție. Procedeul S.E. da posibilitatea unei accesibilități ușoare la toate cordoanele de sudură a unei structuri sudate. Echipamentele de sudare pentru acest procedeu sunt ieftine, simple și ușor de întreținut.

Procedeul S.E. are însă și o serie de dezavantaje de natură economică și a productivității. Astfel, factorul operator este foarte redus, mai mic decât 25%, iar gradul de utilizare al materialului de adaos este dintre cele mai reduse, cifrându-se la mai puțin de 65%. Din acest motiv sudarea cu electrozi înveliți, în multe situații, în care există posibilitatea tehnică și economică a înlocuirii ei cu o sudare mecanizată, aceasta din urmă trebuie introdusă. Factorul operator redus și gradul de utilizare al materialului de adaos mic se datorează necesității schimbării frecvente a electrozilor. Capătul prins în cleștele port electrod se pierde de obicei. De asemenea, pierderi importante au loc și în timpul procesului de sudare datorită stropilor. Schimbarea frecvență a electrozilor îngreunează desfășurarea continuă a procesului de sudare, scade productivitatea muncii, deci și factorul operator, dar totodată

creează cratere care duc la concentratori de tensiune, zone periculoase în condițiile comportării fragile a materialului și care reduc rezistenta la oboseală a îmbinării.

Componentele cu grosimea sub 3 mm se sudează dintr-o singură trecere fără prelucrarea marginilor. Componentele cu grosimea cuprinsă între 3-7 mm se sudează S.E. dintr-o singură trecere cu rostul prelucrat în V. Îmbinările de colț se sudează dintr-o singură trecere până la calibrul de 8 mm.

De obicei intensitatea curentului de sudare la sudarea S.E. este cuprinsă între 25-500 A. Nu se folosește o intensitate mai mare de 500 A întrucât electrodul ar trebui să aibă diametrul prea mare, pentru a reduce supraîncălzirea acestuia prin efect Joule, devine greu și dificil de mânuit. Tensiunea arcului este cuprinsă între 15 și 35 V, iar viteza de sudare între 6-30 m/h.

2.8.2.2 Funcțiile învelișului electroului

Electrodul învelit este constituit dintr-o vergea metalică a cărui diametru poartă denumirea de diametrul electrodului învelit (de) și un înveliș format din o serie de substanțe presate pe aceasta. Funcțiile învelișului sunt următoarele:

Funcția de ionizare

Această funcție asigură funcționarea stabilă a arcului electric între vergeaua metalică a electrodului învelit și componentele de sudat. În învelișul electrodului se afla substanțe cu potențial scăzut de ionizare care dau posibilitatea amorsării ușoare a arcului prin ionizarea acestora ca urmare a tensiunii aplicate arcului electric. Tensiunea arcului la sudarea S.E. este relativ mică datorită tocmai substanțelor ionizante din învelișul electrodului. În categoria acestor substanțe ionizante intra dioxidul de titan – TiO2 – (rutilul), carbonatul de calciu, carbonatul de potasiu, oxizii și sarurile unor metale alcaline sau alcalino-pamantoase.

Funcția de protecție

Se asigură printr-o serie de substanțe din învelișul electrodului care au rolul de a produce gaze a căror presiune protejează baia de sudură împotriva pătrunderii unor elemente din mediul înconjurător, în special oxigenul, hidrogenul și azotul. Aceste elemente deci izolează baia de metal topit de mediul înconjurător. Dintre substanțele protectoare (gazeifiante) se enumeră carbonații de calciu, magneziu și bariu precum și o serie de substanțe organice (amidon, celuloză etc).

Funcția moderatoare

Această funcție este conferită de o serie de substanțe din înveliș care au rolul de a forma o crustă de zgură peste cordonul de sudură. Aceasta crustă este izolatoare termic, micșorând viteza de răcire a cordonului, îmbunătățind astfel plasticitatea acestuia. Totodată, zgura trebuie să aibă o densitate mică în raport cu materialul de bază topit astfel încât să se ridice la suprafața acestuia protejând cordonul de sudură și împotriva agenților atmosferici. Este preferabil ca aceasta zgură să se elimine ușor de pe suprafața cordonului. Dintre substanțele folosite ca moderatoare (zgurifiante) se menționează minereurile de titan, mangan și fier (rutil, ilmenit, rodonit, hematita, manganita etc.) siliciu și silicații naturali (cuarț, feldspat, caolin etc.) și carbonații naturali (dolomita, magnezita, calcita etc).

Funcția de purificare

Aceasta este conferită de substanțele din înveliș care se combină cu elementele nedorite din baia de sudură, în special cu sulful și fosforul precum și cu unele gaze ajunse sub presiunea arcului în baia de metal topit. Dintre substanțele purificatoare ale băii de metal topit se menționează carbonatul de sodiu, sulfatul de potasiu, boraxul, hidroxizii alcalini etc. O serie de feroaliaje, aluminiu, siliciu și grafitul exercită efectul de dezoxidare al băii metalice.

Funcția de aliere

Se realizează prin introducerea în învelișul electrozilor a unor pulberi de metale care în timpul procesului de sudare trec în baia de metal topit producând alierea acesteia. Uneori electrozii înveliți au un înveliș gros astfel încât în componența acestora se introduc pulberi de fier. Acestea măresc randamentul depunerii, respectiv cresc cantitatea de material depusă în unitatea de timp. Crește deci și coeficientul de depunere. Totodată adaosul de elemente de aliere în arcul electric are drept scop și compensarea pierderilor prin ardere a unor elemente în coloana arcului, cum ar fi carbonul, manganul, siliciul, cromul, nichelul etc.

Funcția de susținere

Se materializează prin aceea că zgura formată prin solidificarea învelișului electrodului și a altor oxizi, proveniți în urma procesului de sudare, asigura sprijinirea băii de metal topit evitând curgerea ei gravitațională. Această funcție este pregnant folosită la sudarea de poziție, la sudarea pe verticală sau de plafon în care exista tendința curgerii gravitaționale a băii de metal topit. Funcția de susținere se caracterizează și prin aceea că produce în zgura topită o tensiune superficială de valoare mare, astfel încât împiedica scurgerea atât a zgurii topite cât și a băii de metal topit.

Funcția de liant

Aceasta se caracterizează prin asigurarea legăturii între elementele aflate în învelișul electrodului precum și asigurarea aderentei învelișului pe sârmă de sudat. Cei mai folosiți lianți din învelișul electrodului sunt silicații de sodiu și de potasiu. Uneori când aceștia sunt nedoriți, datorită prezenței suplimentare a siliciului în baia de metal topit, se folosesc ca lianți dextrina, lacuri bachelitice sau uneori lianți organici.

2.8.3 Sudarea sub strat de flux

Sudarea sub strat de flux se realizează în variantă mecanizată. Această sudare constă (fig. 2.15) din depunerea unui strat de flux 1, provenit din buncărul 2, deasupra rostului îmbinării de sudat. Sârma electrod 3, provenită din toba 4 este antrenată de un mecanism de avans al sârmei electrod 5 și, după ce trece prin piesele de contact electric 6, este trimisă asupra rostului unde se produce arcul electric. Sârma se topește și odată cu ea și fluxul. Arcul este bine protejat de către perna de flux aflată deasupra lui.

Fig. 2.15 Principiul de sudare sub strat de flux [4]

Principalele avantaje ale sudării sub strat de flux constau în următoarele:

– datorită eliminării factorilor legați de îndemânarea sudorului, cusătura este mai omogenă și mai uniformă. Procedeul fiind mecanizat, geometria cusăturii se menține constantă pe întreaga lungime a ei;

– productivitatea procedeului este mai ridicată de la 5…20 ori față de sudarea manuală SE, aceasta datorându-se mecanizării procedeului precum și ratei depunerii mult mai mari;

– consumurile energetice sunt cu 30…40 % mai reduse la aceiași cantitate de material depus, cu toate că intensitatea curentului de sudare este mai mare;

– curentul de sudare, IS, este mai mare la același diametru al sârmei electrod, decât la sudarea cu electrod învelit, întrucât lungimea dintre contactul electric și arcul electric este mult mai mică la sudarea S.F. și ca atare pierderile prin efect Joule pe rezistența electrodului sunt mult diminuate;

– procedeul asigură o foarte bună protecție contra pătrunderii aerului în zona arcului electric prin stratul de zgură topită cât și prin stratul de flux, în care sunt înmagazinate gazele procesului de sudare;

– cantitatea de fum degajată în urma procesului este mică, îmbunătățind condițiile de muncă în hale și ateliere;

– gradul de folosire al materialului de adaos, al sârmei electrod, este foarte mare apropiat de unitate. Față de sudarea electrică S.E, în care se pierdea o cantitate din electrodul învelit rămas în port-clește, la sudarea S.F. sârma electrod se consumă aproape integral.

Principalele dezavantaje la sudarea cu procedeul S.F. constau în:

– se pot suda eficient numai cordoane drepte și circulare cu diametrul relativ mare. Lungimea cordoanelor trebuie să depășească cel puțin 1 m, pentru ca sudarea să fie eficientă;

– pe cusătura de sudură rămâne zgură, care trebuie îndepărtată, ceea ce impune operații suplimentare pentru evacuarea ei. Din acest motiv, mai ales, la zgurile aderente la cordon, eficiența sudării în mai multe treceri este mai redusă. La acest procedeu se impun pretenții mărite privind curățirea suprafeței metalului de sudat;

– arcul electric nu poate fi supravegheat și ca atare este necesară prelucrarea precisă, rectilinie sau circulară a componentelor pentru ca materialul depus să fie așezat corect în rostul de sudură;

– prin procedeul S.F. se sudează în mod curent oțeluri, nealiate, cu puțin carbon și oțeluri aliate. Se mai sudează uneori oțeluri inoxidabile sau materiale neferoase cum ar fi: Ni, Cu și aliajele de tip monel. Se pot suda fără prelucrarea rostului, grosimi până la 15 mm și cu prelucrarea în V a rostului, grosimi până la 25 mm. Se poate suda atât în current alternativ cât și în curent continuu.

2.8.4 Sudarea WIG (TIG)

Prin procedeul WIG teoretic se sudează toate metalele. Datorită aspectelor economice este îndeosebi destinat sudării oțelurilor inoxidabile, a oțelurilor bogat aliate, a aliajelor de Al, Mg și Cu etc, a oțelurilor active și refractare, sudării componentelor subțiri a unor metale și aliaje de tipul celor arătate mai sus. Este în general un procedeu destinat sudărilor dificile din toate punctele de vedere. Grosimile componentelor putând fi 0,1…3,5 mm, la sudarea dintr-o singură trecere, cu rost „I”, fără metal de adaos. Dacă componentele sunt mai groase se sudează cu rost în „V” sau cu alte tipuri de rosturi și metal de adaos. Gama parametrilor regimului de lucru este foarte variată, astfel:

– intensitatea curentului de sudare IS= 3…1000 A;

– tensiunea arcului Ua = 8…30 V;

– viteza de sudare vS = 5…50 cm/min;

Procedeul WIG are însă și o serie de dezavantaje cum ar fi:

– mecanizarea procedeului este destul de dificilă; motiv pentru care se apelează de obicei la sudarea manuală, ca atare, calitatea sudurii depinde mult de operator;

– productivitatea procedeului este redusă, echipamentele pentru sudare sunt mai scumpe și cu întreținere pretențioasă.

În concluzie, procedeul WIG se caracterizează printr-o protecție foarte bună a arcului și a metalului depus împotriva aerului atmosferic, evitând astfel folosirea unor electrozi speciali, a unor fluxuri speciale sau curățirea de zgură a cusăturii. Lipsesc de asemenea, incluziunile de zgură din cordon, proprietățile mecanice și de rezistență ale cordonului și ale îmbinării fiind foarte bune.

Fig. 2.16 Schema de principiu a sudarii WIG

Sudarea WIG se realizează manual cuprinzând mai multe etape. În primul rând se amorsează arcul electric, care topește componentele de sudat formând o baie comună (fig. 2.17). Amorsarea se face cu sârma electrod perpendiculară pe materialul de bază. Când baia de metal topit are un volum acceptabil, atunci pistoletul se înclină la 75…80°, moment în care în coloana arcului se introduce vergeaua materialului de adaos.

Vergeaua este înclinată cu 15…20° față de materialul de bază. Vergeaua se topește, căzând în baia de metal topit 1…3 picături. Apoi vergeaua se retrage, arcul electric revine în poziția verticală, se trece la topirea unei noi băi de sudură alăturate celei precedente și puțin suprapusă cu aceasta și apoi fenomenul se repetă. Este de remarcat că în timpul procesului de sudare vergeaua materialului de adaos nu trebuie să se atingă de electrodul de wolfram adus la e temperatură foarte mare. În caz contrar electrodul de wolfram se impurifică și se deformează. Se preferă, sub aspectul tehnicii sudării, realizarea operației de la stângă la dreapta fiind mai comodă pentru operator.

Fig. 2.17 Tehnica de sudare WIG(TIG) [5]

În cazul când materialul de adaos, respectiv materialul vergelei are o tendință mare spre oxidare, aceasta nu se extrage din conul gazului de protecție, asigurându-se astfel protecția și a vergelei materialului de adaos.

În concluzie sudarea WIG este o sudare cu un spectru larg de aplicare dar ea se va utiliza numai atunci când procesul tehnologic o reclamă datorită costurilor ridicate ale aparaturii, gazului de protecție și a electrodului nefuzibil. La aceasta se mai adaugă și faptul că randamentul termic al procedeului este relativ scăzut. Circa 50% din cantitatea de căldură produsă în arcul electric al procedeului WIG este folosită la topirea marginilor îmbinării materialului de bază, iar restul se pierde prin conducție în masa piesei și prin radiație și convecție.

2.8.5 Sudarea cu plasmă

După cum s-a mai arătat sudarea cu plasmă este similară din punct de vedere principial cu sudarea WIG. În plus sudarea cu plasma, se aplică acelorași materiale ca și sudarea WIG însă cu o serie de avantaje în plus.

În figura 2.18 sunt prezentate comparativ procedeele de sudare WIG și cu plasmă, PL, indicându-se temperaturile zonei arcului electric. Se observă că la sudarea cu plasmă, urmare a constrângerii arcului electric, într-o duză suplimentară, temperatura arcului este mult mai mare și, ca atare, densitatea energetică a arcului crește.

Fig. 2.18 Temperaturile zonei arcului electric [6]

Ca atare, față de sudarea WIG sudarea cu plasmă prezintă următoarele avantaje:

– asigură o concentrare mai mare a energiei și, ca urmare, cantitatea de căldură administrată este mai mare, asupra materialului de bază. Se obțin astfel temperaturi mai mari și posibilităiți mai rapide de a topi materialele în vederea operației de sudare. Ca urmare, productivitate operației de sudare cu plasmă și pătrunderea sunt mai mari.

Raportul între lățimea cordonului și pătrundere este de circa 1:1 pînă la 1:2.

– stabilitatea arcului este mai bună chiar la curenți mai mici. La sudarea cu plasma arcul nu mai „rătăcește” pe electrodul de wolfram și materialul de bază ci este concentrate și focalizat asupra zonei care trebuie să fie sudată din materialul de bază;

– la aceeași grosime a materialului de bază sudarea cu plasmă necesită curenți mai mici precum și un număr mai mic de treceri datorită concentrării mai mari a arcului;

– sensibilitatea față de variația lungimii arcului este mai redusă;

– este eliminată contaminarea cu W a băii de metal topit, ca urmare a trecerii lui prin arcul electric. Se asigură totodată și o protecție mai bună a electrodului de wolfram față de procedeul WIG;

– operatorul ce realizează operația de sudare cu plasmă poate să aibă o dexteritate mai redusă în ceea ce privește tehnica operatorie;

– deformațiile construcțiilor sudate sunt mai reduse în cazul sudării cu plasmă decât în cazul sudării WIG.

Pe lângă avantajele arătate, sudarea cu plasmă prezintă o serie de dezavantaje cum ar fi:

– costul echipamentului de sudare cu plasmă este de circa 2…5 ori mai scump decât sudarea WIG;

– pistoletul, cu diametru de vârf mai mare decât în cazul sudării WIG, datorită existenței celor două duze, una a gazului plasmagen și alta a gazului de protecție, are o greutate mai mare și totodată o manevrabilitate mai greoaie în rostul de sudură. Greutatea mărită este provocată și de necesitatea răcirii cu apă a pistoletului la intensități ale curentului de sudare mai mari de 50 A;

– întreținerea pistoletului de sudare, sau a plasmatronului este mai dificilă mai ales în ceea ce privește centrarea precisă a electrodului de wolfram în orificiul duzei de constrângere, precum și asigurarea protecției diametrului interior al duzei față de arcul pilot, totodată și menținerea circuitului de răcire în stare permanentă de funcționare.

2.8.6 Sudarea MIG și MAG

Procedeele de sudare în mediu de gaze MIG și MAG sunt folosite în varianta semimecanizată sau mecanizată (uneori automatizată). Varianta semimecanizată se întâlnește în mod curent, în care sudorul execută majoritatea operațiilor cu excepția aducerii sârmei de sudură și a gazelor de protecție în zona arcului. Aceste materiale de sudare vin în zona arcului prin intermediul unui tub flexibil de la panoul de distribuție al gazelor și de la mecanismul de avans al sârmei electrod. Varianta mecanizată sau automatizată folosește o sanie, sau un cărucior care realizează deplasarea arcului electric în lungul rostului elementelor de îmbinat. Pe sanie sau cărucior se află atât sistemul de avans al sârmei electrod cât și capul de sudare la care vin gazele de protecție, precum și sistemul de răcire cu apă a duzelor capului de sudare. Avantajele procedeelor de sudare MIG-MAG sunt următoarele:

– rata depunerii, coeficientul de depunere, productivitatea și factorul operator sunt mult mai mari decât la sudarea SE, comparabile cu cele de la sudarea SF;

– arcul electric este vizibil și deci conducerea procesului de către operator este mult ușurată;

– în urma procesului de sudare nu rezultă o cantitate importantă de zgură, ca atare nu este nevoie de curățirea acesteia. În cordon probabilitatea apariției incluziunilor de zgură este mult redusă. Sudarea prin mai multe treceri este astfel ușurată evitând curățirea zgurei. Ca atare, productivitatea procedeelor creste;

– procedeele au un grad mare de universalitate, putându-se suda majoritatea materialelor metalice și în orice poziție.

Dezavantajele procedeelor MIG-MAG sunt următoarele:

– echipamentul de sudare este mai scump datorită complexității lui în ceea ce privește avansul sârmei electrod, necesitatea răcirii cu apă, necesitatea administrării gazului de protecție;

– pistoletul de sudare este mai greu datorită existenței și a furtunului de legătură care

transportă conductele de gaz, de apă de răcire și cablul flexibil de conducere a sârmei de sudare, precum și cablul de curent;

– operatorul nu poate urmări gradul de protecție al băii de sudură neobservând clopotul de gaz creat în jurul arcului;

– intemperiile atmosferice provoacă deplasarea gazului de protecție și în special vântul ce acționează în condițiile de șantier.

Parametrii tehnologici primari la sudarea prin procedeele MIG-MAG, variază între următoarele valori:

– intensitatea curentului de sudare: IS = 50…500 A;

– tensiunea arcului: Ua = 16…35 V;

– viteza de sudare: vS = 30… 150 cm/min;

– diametrul sârmei electrod: de = 0,6…3,2 mm, mai des folosit fiind d = 0,8…2,4 mm;

– debitul de gaz Qg = 10…25 l/min.

Fig. 2.19 Schema de principiu a sudari MIG si MAG [7]

La sudarea MIG sârmele de sudare au în general aceeași compoziție ca și materialul de bază care se sudează. Drept gaze de protecție la sudarea MIG se folosesc argonul sau heliul. Argonul are avantajul ca este un gaz mai ieftin, asigură o stabilitate bună a arcului electric întrucât tensiunea de ionizare este mai mică. În plus, argonul produce și „autoascuțirea” sârmei în cursul sudării, ceea ce conduce la concentrarea arcului electric. Heliul este un gaz mai scump, cu o densitate mai mică decât argonul și chiar decât a aerului. El nu asigură fenomenul de microrablare așa cum se întâmplă în cazul argonului. Heliul însă realizează o pătrundere mult mai mare la sudarea diferitelor materiale metalice. Uneori, în gazul de protecție se mai introduce oxigenul și bioxidul de carbon. Oxigenul introdus, în proporții relativ scăzute, 1…5%, face să crească temperatura arcului datorită fenomenelor energice de oxidare, ca atare, crește și pătrunderea cusăturii. Trebuie avut în vedere faptul că oxigenul reduce cantitatea de elemente de aliere din compoziția materialului topit ca urmare a proceselor de oxidare din baie și din arcul electric. Combinarea argonului cu dioxidul de carbon, până la 25% CO2, are drept consecință același efect de oxidare energică creat prin descompunerea bioxidului de carbon și, ca atare, conduce la intensificarea regimului de sudare. În plus arcul devine mai stabil, iar împroșcările de metal se reduc.

Fig. 2.20 Sudarea MAG

La sudarea MAG sârmele de sudură au în compoziția lor un surplus de siliciu și mangan, în cazul sudării oțelurilor, pentru a asigura dezoxidarea băii. În lipsa acestor elemente oxigenul provenit din descompunerea bioxidului de carbon ar ataca alte elemente de aliere, sau fierul creând oxizi cu efecte defavorabile asupra compoziției băii de metal topit. De obicei la sudarea MAG a oțelurilor carbon și slab aliate sârmele au circa 0,3…1,2% Si și 1,2…2,5% Mn. Uneori, în sârma de sudură se introduce și titan realizându-se o microaliere cu titan pînă la 0,2%. Această microaliere conduce la un procent de titan de 0,03% în cordonul de sudură având ca efecte creșterea caracteristicilor de rezistență ale îmbinării și în special creșterea rezilienței de peste două ori. Cel mai folosit gaz activ pentru sudarea MAG este dioxidul de carbon, după cum s-a arătat. Dar la sudarea MAG mai pot fi folosite și amestecuri de gaze. Astfel argonul introdus în dioxidul de carbon conduce la îmbunătățirea arderii arcului electric asigurând deci creșterea stabilității acestuia și totodată îmbunătățirea plasticității îmbinării ca urmare a reducerii cantității de oxigen din apațiul arcului. Oxigenul introdus în dioxidul de carbon are același efect ca și la sudarea MIG, respectiv creșterea temperaturii metalului topit, crește astfel viteza de sudare. Totodată, oxigenul micșorează și efectul de împroșcare a metalului topit, dând cusăturii un aspect mai uniform. Oxigenul se introduce în proporție de până la 10% la oțelurile nealiate, deci neafectate de reducerea prin oxidare a elementelor de aliere și în proporție până la 5% la oțelurile slab aliate. Gazele de protective la sudarea MIG-MAG trebuie să aibă o puritate foarte mare de circa 99,9%.

De asemenea, umiditatea gazelor trebuie să fie mai mică decît 300 mg/m3·N și în cazurile pretențioase de sudare sub 100 mg/m3·N. Se are în vedere că, cu cât puritatea gazului este mai mică și viteza de sudare se va reduce. O influență deosebită o are puritatea gazului asupra caracteristicilor mecanice ale îmbinării sudate. Umiditatea gazului este deosebit de nefavorabilă prin aceea că apa la temperatura arcului se descompune în hidrogen și oxigen ambele gaze având efecte defavorabile asupra băii de metal topit.

Fig. 2.20 Sudara MIG-MAG

3. TEHNOLOGIA DE SUDARE IN PUNCTE

3.1 NOȚIUNI TEORETICE DE SUDARE ELECTRICĂ PRIN PRESIUNE ÎN PUNCTE

Principiul sudării electrice prin presiune în puncte – acest procedeu de sudare se bazează pe efectul Joule, de trecere a curentului electric prin coloana de metal cuprinsă între vârfurile electrozilor de contact (figura 3.1).

Fig. 3.1 Principiul sudării în puncte prin presiune și rezistență electrică

Sudarea în puncte prin presiune și rezistență electrică este un procedeu de sudare în stare solidă aplicat pentru îmbinarea pieselor și elementelor structurilor sudate confecționate din semifabricate sub formă de tablă, dar se aplică și la sudarea elementelor din sârmă sau bară.

Imbinarea se realizează prin suprapunere pe o anumită lățime a tablelor de grosime s (mm), strângerea fiind relizată cu ajutorul unor electrozi de contact realizați din cupru sau aliaje de cupru, acționați mecanic cu forța de refulare Fref (kN), iar curentul electric de preîncălzire trece între electrozii de contact prin cele două table de sudat.

Rezistența de contact dintre cele două metale de bază are o valoare foarte mare, astfel că aici se produce o încălzire mai pronunțată, care duce la apariția unui nucleu topit a materialului, cu diametrul de dn = (0,8-0,9) de care apoi este înconjurat de o zonă de sudare prin deformare plastică.

Fig. 3.2 Urma rezultată la sudarea prin presiune în puncte [8]

Sudarea are trei faze, care se succed după fixarea și strângerea tablelor între electrozii de contact:

-preîncălzirea la temperatura de deformare la cald (1100-13000C);

-refularea prin aplicarea forței de refulare;

-răcirea îmbinării sub presiune, în timp ce are loc solidificarea nucleului topit și recristalizarea zonelor deformate plastic.

Fig. 3.3 Dependența dintre rezistența electrică și temperatură [9]

RΩ – rezistența ohmică a metaluluide bază;

Rpp – rezistența de contact dintre piesele de îmbinat;

Rcp – rezistența de contact dintre electrozii de cupru și piesa.

RΩ crește cu temperatura, rezistențele de contact între piesele de sudat Rpp și între electrodul de cupru și piesa Rcp scad puternic în funcție de creșterea temperaturii pieselor.

După poziția electrozilor de contact se deosebesc două tipuri de sudare electrică prin presiune:

Sudarea directă în puncte – electrozii de contact sunt plasați de ambele părți ale componentelor. Principiul de lucru este cel prezentat in figura 3.1, componentele fiind strânse între electrozii de contact cu o forță (F), care sunt conectați la sursa de curent, ce furnizează un curent de intensitate ridicată (de ordinul miilor de amperi) și tensiune mică (de ordinul volților).

Sudarea indirect în puncte – numită și sudare în puncte pe o singură parte, la care se utilizează un electrod ascuțit (electrod activ) pentru realizarea punctului de sudură și un al doilea electrod cu suprafața de contact mărită și este dispus pe aceeași parte cu primul și prin intermediul căruia se realizează închiderea circuitului electric. În acest caz piesele sunt așezate pe un suport, punctual sudat obținându-se, în principiu, în același mod ca și în cazul precedent.

Fig. 3.4 Schema de principiu al mașinii de sudat în puncte prin presiune și rezistență electrică

Funcționarea simplificată a sudării prin presiune în puncte necesită parcurgerea următoarelor faze prezentate în figura 3.5:

a) introducerea componentelor de sudat suprapuse între electrozii de contact, în poziția necesară;

b) coborârea electrodului de contact superior și strângerea componentelor între cei doi electrozi cu forța F;

c) conectarea curentului de sudare pentru un timp determinat, care duce la inițierea și dezvoltarea nucleului topit (sudarea);

d) întreruperea curentului de sudare și solidificarea nucleului topit sub acțiunea forței de strângere F (forjarea);

e) ridicarea electrodului de contact superior și retragerea componentelor, urmând ca succesiunea fazelor să se repete pentru un alt punct de sudură.

Fig. 3.5 Fazele operațiilor la sudarea în puncte: a) Introducerea componentelor. b) Coborârea electrodului superior. c) Sudare. d) Menținerea forței (forjare). e) Ridicarea electrodului. [10]

Formarea punctului de sudură cuprinde trei procese distincte care se produc concomitent:

– procesul electric;

– procesul metalurgic;

– procesul mecanic.

Rezultatul unei operații de sudare este îmbinarea pieselor printr-un punct de sudură, localizat în planul de separație dintre acestea și format din metal topit și solidificat aparținând ambelor piese. Dacă se realizează o secțiune transversală prin îmbinarea sudată (un punct de sudură), prin analiză metalografică se poate observa geometria punctului și zonele adiacente ale acestuia așa cum este prezentată mai jos în figura 3.6.

Fig. 3.6 Geometria punctului de sudură

d1 – Diametrul punctului de sudură;

d2 – Diametrul amprentei lăsate de electrozi în piese;

h2 – Adâncimea amprentei;

h1 – Înălțimea punctului de sudură;

ZITM – Zona influențată termomecanic;

MB – Material de bază.

În cadrul procesului de sudare electrică prin presiune în puncte parametrii regimului de sudare sunt acele mărimi pe care sudorul le poate regla din controlerul echipamentului de sudare:

– Intensitatea curentului de sudare Is[A];

– Timpul de sudare ts [secunde sau perioade];

– Forța de apăsare aplicată electrozilor de contact F[N].

Calitatea îmbinărilor sudate electric prin presiune în puncte este influențată printre alți factori de factorii tehnologici. Aceștia sunt:

– Grosimea materialului;

– Diametrul la varf al electrozilor de contact;

– Calitatea suprafețelor în contact a componentelor ce se vor suda.

Alți factori care influențează calitatea îmbinărilor sudate sunt factorii constructivi. Aceștia sunt următorii:

– Influența circuitului secundar;

– Masa magnetică introdusă între brațele instalației de sudat;

– Fenomenul de șuntare;

– Amplasarea punctelor față de marginea componentelor de sudat;

– Pasul între punctele sudate;

– Direcția de solicitare etc.

3.2 REGIMURI DE SUDARE

Regimurile de sudare în puncte utilizate în mod obișnuit se împart în două categorii:

1. Regim de sudare moale – intensitatea curentului aproape de valoarea minimă a intensității de sudare, timp de sudare lung, sudarea se produce lent. În acest caz se încălzește un volum mare de metal, care depășește zona punctului de sudură, iar electrozii în contact cu metalul în stare plastică lasă în componentele de sudat amprente adânci. Starea suprafețelor componentelor ce urmează a fi sudate influențează în mai mică măsură dimensiunile și rezistența punctului de sudat. Pregătirea suprafețelor este mai puțin pretențioasă.

Zona încălzită rezultă mai mare, metalul de bază poate fi mai ușor deformat, iar vitezele de încălzire și răcire sunt mai reduse, prin care se evită formarea de structuri de călire. Sudarea cu regim moale se aplică pentru lucrări de asamblare-sudare, pentru sudarea tablelor de oțeluri aliate și cu conținut mai mare de carbon, ușor călibile, cu grosimi mai mari s > 6 mm.

Fig. 3.7 Dimensiunile punctului de sudură în funcție de tipul regimului de sudare

d1 – Diametrul punctului de sudură;

d2 – Diametrul amprentei lăsate de electrozi în piese;

h2 – Adâncimea amprentei;

h1 – Înălțimea punctului de sudură.

2. Regim de sudare dur – intensitatea curentului mult superioară celei minime de sudare, timpul de sudare foarte scurt. Numai zona punctului de sudură este adusă la o temperatură ridicată, sudarea terminându-se înainte ca suprafața componentelor de sudat în contact cu electrozii să atingă o temperatură ridicată. În consecință capetele electrozilor sunt menținute la o temperature scăzută păstrându-se la valoarea inițială duritatea și diametrul la vârf. Densitatea de curent rămâne constantă, rezultând o bună repetabilitate a valorii rezistenței punctelor sudate.

Rezultă o zonă mică de influență termică, productivitate mare de sudare și pierderi mai reduse de căldură prin conducție în tablele de sudate. Se aplică pentru fabricarea în serie mare sau în masă a structurilor sudate prin puncte, precum și pentru sudarea tablelor din metale și aliaje cu conductibilitatea termică ridicată pe bază de Cu și Al. Varianta se aplică la sudarea tablelor subțiri cu s < 6 mm. În figura 3.7 sunt prezentate dimensiunile punctului de sudură în funcție de tipul regimului de sudare.

Avantajul principal al regimului moale constă în aceea că nu necesită mașini de sudat de putere mare. Dezavantajele regimului moale sunt:

Necesită timpi mari de sudare, deci productivitatea este mică;

Produce amprente adânci și deformații mari;

Se creează o structură dendritică grosolană, deci sudura cu rezistență mecanică mai mică;

Energia necesară pentru realizarea unui punct este mai mare, din cauza căldurii transmise către părțile mai reci ale componentelor;

Necesită o curățare și o schimbare frecventă a electrozilor de contact.

Regimul dur s-a generalizat datorită avantajelor pe care le prezintă:

Pierderile calorice prin conducție în componentele de sudat și electrozi sunt mai scăzute decât la regimul moale;

Necesită timpi de sudare scurți și deci productivitatea se mărește;

Produce deformații minime;

Consumul electrozilor și al energiei electrice este mai mic.

Dezavantajele regimului dur constau în aceea că necesită mașini de sudat de putere mare și

o situație energetică bună în întreprinderi.

Timpul de sudare influențează, viteza de răcire a punctului, după întreruperea curentului. Prin încălzirea mai lentă a componentelor de sudat, deci prin folosirea unor regimuri moi de sudare, rezultă și o răcire mai lentă. La acest regim de sudare sunt pierderi termice mari, pierderi care sunt utilizate pentru reducerea gradientului de temperatură. Regimurile moi se folosesc la sudarea oțelurilor cu conținut de carbon mai mare de 0,1% și a unor oțeluri aliate, pentru diminuarea efectului de contracție și evitarea fisurilor. Ciclul de sudare în puncte reprezintă variația în timp a principalilor parametrii de sudare: curentul de sudare Is și a forței de apăsare F, în diverse faze de formare a punctului de sudură.

Deosebim mai multe variante de cicluri de sudare în puncte:

Cicluri de sudare cu forță de apăsare constantă (F=constant):

-Sudarea cu un singur impuls constant de curent – sudarea oțelurilor cu conținut redus de carbon și grosime mică (s<4…6mm), cu un timp de întârziere de 0,1 .. 0,15 secunde;

-Sudarea cu impulsuri de current;

-Sudarea cu preîncălzire;

-Sudarea cu tratament termic;

-Sudarea cu impuls variabil.

Cicluri de sudare cu forță de apăsare variabilă:

-Sudare cu un singur impuls constant de current;

-Sudare cu răcire dirijată a nucleului topit;

-Sudare cu impuls variabil de current;

-Sudarea cu program pentru forță și curent (se poate executa cu impulsuri de current pentru fiecare fază, preîncălzire, sudare și respectiv postîncălzire.

Curentul de sudare influențează proprietățile mecanice a îmbinărilor sudate aceasta fiind evaluată prin forța de rupere la forfecare a punctului sudat. Totodată influențează diametrul punctului de sudură și adâncimea amprentei lăsate de electrodul de sudare. Independent de reglajul mașinii de sudat în puncte, curentul poate avea variații întâmplătoare datorită următoarelor cauze:

– Variația tensiunii în rețea;

– Modificarea rezistenței și reactanței mașinii de sudat, ca urmare a încălzirii sau a introducerii de material feromagnetic între cele două parți ale mașinii (partea superioară și cea inferioară);

– Variația rezistenței electrice a zonei cuprinse între electrozi ca urmare a variației rezistenței de contact la componentele pregătite necorespunzător sau a modificărilor întâmplătoare de grosime;

– Ramificarea curentului prin punctele sudate anterior sau alte contacte, etc.

Alegerea tehnologiei de sudare în puncte se face ținând cont de următorii factori tehnologici:

– Tipul și dimensiunile electrozilor de contact;

– Pregătirea suprafețelor componentelor de sudat;

– Sudarea a două sau mai multe componente de grosimi sau materiale diferite.

Distanța dintre punctele sudate succesiv (pasul) p, nu poate fi oricât de mică, datorită efectului de șuntare a curentului. Pasul minim posibil de realizat crește odată cu grosimea tablelor. Dacă punctul de sudat este amplasat prea aproape de marginea componentelor se produce o deformare plastică a marginilor sau chiar o expulzare parțială a metalului topit din nucleul punctului de sudură. Lungimea minimă de suprapunere cerută crește cu grosimea componentelor și cu diametrul varfului electrodului. Din punct de vedere constructiv, trebuie ca în procesul de fabricație al subansamblurilor sudate să se țină cont și de direcția de solicitare și de natura solicitării.

3.3 SUDAREA ELECTRICĂ PRIN PRESIUNE IN LINIE

Sudarea în linie (sudarea cu role) prin presiune și rezistență electrică este de fapt o sudare în stare solidă în puncte succesive, la care electrozii de contact sub formă de cuie sunt înlocuiți cu role de contact de cupru, care realizează strângerea și refularea tablelor de îmbinat, transmiterea curentului de sudare și printr-o mișcare continuă sau intermitentă de rotație realizează avansul pieselor de sudat. Aces procedeu de sudare este prezentat in figura 3.8.

Fig. 3.8 Schema de principiu a sudării în linie prin presiune și rezistență electrică

Rolele de cupru cu diametrul Dr (mm) și lățime br (mm) realizează mecanizat și automat toate fazele de lucru cunoscute de la sudarea în puncte: strângerea, preîncălzirea, refularea și răcirea sub presiune. Prin rotirea cu turația nr (rot/min.) a rolelor, se obține avansul procesului de sudare de a lungul cusăturii. Preîncălzirea are loc prin rezistență electrică, ca la sudarea în puncte. De multe ori rolele realizează în plus forjarea punctului sudat, cu diamtrul dn.

Fig. 3.9 Sudarea electrică prin presiune în linie

Sudarea în linie se aplică în industrie pentru sudarea tablelor de oțeluri nealiate, slab aliate, sau înalt aliate (oțeluri inoxidabile), a tablelor de aluminiu, AlMn, AlMg, cu grosimea de s = 0,2-4 mm pentru realizarea de construcții sudate sub formă de cutii, carcase, rezervoare, canistre, bidoane, radiatoare, grinzi, tamburi, tije, pârghii, role, roți, țevi etc., unde se poate asigura accesul la cusătură a rolelor de contact, înlocuind foarte avantajos sudarea cu flacără, cu arc electric în atmosfere protectoare, sau sudarea în puncte. Dintre avantajele sudării în linie se poate evidenția productivitatea ridicată, mecanizarea și automatizarea procesului, obținerea de cusături etanșe. Ca desavantaj apare costul ridicat al mașinii de sudat în linie și necesitatea accesului bun la îmbinare și forma simplă a cusăturilor care se pot suda.

3.4 SUDAREA ELECTRICĂ PRIN PRESIUNE ÎN RELIEF

Sudarea în relief este un procedeu de sudare electrică prin presiune, derivate din sudarea prin presiune în puncte, la care îmbinarea se realizează prin intermediul unor proeminente (reliefuri) plasate pe una sau pe ambele piese de sudat, obținându-se o concentrare a curentului de sudare în zona punctelor de sudat, figura 3.10.

Fig. 3.10 Concentrarea curentului la sudarea în relief

Spre deosebire de sudarea în puncte, unde electrozii determinau zona de trecere a curentului, la sudarea în relief concentrarea curentului se realizează prin contactul punctiform realizat între piesele de sudat, acestea fiind strânse între electrozii (plăcii) care au rolul de a transmite curentul spre zona de sudat, transmițând concomitant și forța de stranger necesară. Esențială este înlocuirea contactului plan dintre suprafețele cu un contact punctiform sau linear. Acest lucru îl realizează reliefurile (proeminentele) care pot fi artificiale, provocate, său natural.

După tipul și poziția componentelor de sudat și modul de realizare a concentrării curentului de sudare se disting variantele de sudare în relief:

prin suprapunere;

în T;

c) în cruce.

Sudarea în relief prin suprapunere

Componentele de sudat 1 și 2 (figura 3.11) sunt presate cu forța P prin intermediul unor electrozi cu suprafara plana 4 și 5, racordați la secundarul transformatorului 6.

Îmbinarea se formează în puncte distincte determinate de existența unor proeminente 3, pe una din componente prin care se realizează concentrarea curentului și a forței de apăsare. La trecerea curentului de sudare, în prima etapă se încălzesc proeminentele și zonele adiacente contactului dintre vârfurile proeminentelor și cealaltă componentă. Odată cu creșterea temperaturii, datorită scăderii rezistenței mecanice a materialelor, proeminentele se aplatiseaza sub influența forței P și sudarea decurge în continuare că la sudarea în puncte.

Fig. 3.11 Schema de principiu a sudării în relief prin suprapunere

Obținerea unor îmbinări de calitate este condiționată, în primul rând, de o realizare îngrijită a proeminentelor (uniformitate în înălțime, corespunzător profilate) și o curățire a suprafețelor în așa fel încât curentul de sudare și forța de apăsare să se repartizeze cât mai uniform asupra proeminentelor. Proeminentele trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

să fie suficient de rigide pentru a nu se deformă înainte de topirea materialului sub acțiunea forței de apăsare;

să aibă o masă suficiet de mare pentru a realiza încălzirea pieselor cu care vin în contact, până la temperatura de sudare, fără să se supraîncălzească (ardă); din acest motiv, în cazul unor piese de dimensiuni diferite, proeminentele se pot executa în piesă mai groasă;

să fie cât mai simple, cu o formă cât mai regulată, ușor de realizat.

Sudarea în relief în T

Sudarea în T reprezintă o particularitate a sudării în relief, denumirea provenind de la faptul că axa uneia din piesele care se sudează este perpendiculară pe suprafața celeilalte (de exemplu tabla). Una din piese este prelucrata mecanic sau deformată plastic astfel încât contactul inițial între elementele de sudat este redus la un punct sau o linie. Schema de principiu a sudării în T este prezentată în figură 3.12.

Fig. 3.12 Sudarea in relief in T

1) bolț; 2) placă; 3) electrod inferior; 4) electrod superior; 5) transformator de sudare; 6) bavură dupa sudare.

Piesa 1 (bolț, știft, șurub, țeava, platbanda) este poziționată și presată în poziție vertical deasupra piesei 2 (table, profil) așezată pe electrodul inferior 3. La conectarea transformatorului de sudare 5, datorită concentrării curentului în zona limitată de contact a pieselor de sudat, această zonă se încălzește rapid și se deformează sub acțiunea forței de apăsare P, rezultând o îmbinare sudată de o formă specifică, inelară. Astfel metalul topit este evacuate progresiv radial spre exterior, începând cu axa piesei. În funcție de tipul regimului de sudare, bavura formată poate să fie inelară, cu contur regulat, depășind conturul îmbinării cu raze de cacordare. Este o situație favorabilă, rezistenta îmbinării fiind maximă, ruperea îmbinării producându-se, de regulă, în metalul de bază. Dacă regimul de sudare este dur și forța de apăsare foarte mare evacuarea radial a metalului topit se face cu viteza rezultând o bavură ascuțită, inelară cu contur neregulat cu rezistența mecanică mai scăzută, dat fiind existent concentratorilor de tensiune inelari la baza îmbinării.

De remarcat că efectul de răcire al electrozilor de contact este foarte redus în vârful bolțului, în schimb se manifestă pregnant la table în contact cu electrodul plan, împiedicând perforarea acesteia. De aceea ZIT-ul este asimetric cu o extindere mai accentuată în axă bolțului.

Sudarea în relief “în cruce”

Varianta procesului de sudare în relief are această denumire după poziția pieselor care se sudează, adică suprapuse în cruce. De exemplu, în cazul a doua bare (sârme) 1 și 2 acestea sunt dispuse între electrozii 3 și 4 alimentați la transformatorul de sudare (figura 3.13).

Fig. 3.13 Sudarea în relief “în cruce” 1-2) bare; 3-4) electrozi de contact; 5) transformator de sudare

Pentru a asigura stabilitatea barelor, pe vârful electrozilor sunt practicate canale (degajări) corespunzătoare formei barelor de sudat.

Poziția încrucișată a barelor (ce creează un contact punctiform natural) determină condiții optime de sudare. Contactul inițial pe o suprafață mică duce la realizarea unor densități mari de current, rezultând o încălzire rapidă, concentrate în zona de îmbinat.

3.5 APLICAȚII ALE SUDĂRII IN PUNCTE

Dacă multă vreme sudarea în puncte a fost confundată cu realizarea caroseriilor auto, în momentul de față, factorii tehnici și tehnologici importanți, cum ar fi:

creșterea puterii transformatoarelor de sudare;

introducerea comenzii prin programatoare performante, ce permit un dozaj constant și precis al energiei de sudare;

dezvoltarea de materiale (aliaje) pentru electrozi cu caracteristici electrice și mecanice superioare;

introducerea pe scara tot mai largă a sudării în curent continuu sau în curenți de medie frecvență;

În același timp, trebuie ținut cont de faptul că sudarea în puncte este un procedeu care este specific producției de serie, prin:

faptul că asigură caracteristici mecanice bune a îmbinărilor sudate;

este un procedeu rapid;

se pretează foarte bine mecanizării și automatizării.

Cu toate acestea, se constată că, în prezent, pe baza celor prezentate, o lărgire a domeniilor de aplicație spre domenii care nu sunt caracterizate de o producție de serie, cum ar fi: sudarea aeronautică, sudarea materialelor cu conținut ridicat de carbon, sudarea de piese din aliaje diferite.

În tratarea oricărei aplicații trebuie avută în vedere gamă largă de utilaje universale și specializate existența, fiecare din ele cu avantajele și dezavantajele specific. Instalațiile specializate au o productivitate mai ridicată, dar sunt mai complicate și mai scumpe din punct de vedere al invenstitiei inițiale, fapt ce impune utilizarea lor în producția de serie mare, unde investiția se poate amortiza rapid.

Instalațiile universale (în special cele fixe) se utilizează în fabricația de unicate și în cazul seriilor mici.

Sudarea caroseriilor. La sudarea acestora se folosesc materiale cu un conținut redus de carbon. Grosimea tablelor folosite variază între 0.6 și 1.3 mm. Se întâlnesc și situații de sudare prin puncte a unor grosimi mai mari, în cazul elementelor ce completează construcția caroseriei, servind la fixarea altor ansamble, că de exemplu suporți de motor, suporți de amortizor, de balamale pentru uși, etc. Acestea sunt compuse din piese ambutisate cu grosimi de 2.5…3 mm sudate între ele.

La o caroserie de autoturism se execută cca. 10000-12000 de puncte.

Pentru operația de sudare în puncte nu este necesară o pregătire specială a suprafețelor. În condiții de stocare normal a elementelor component, ele ajung la mașinile de sudat cu o suprafață curate, acoperită cu un strat de ulei folosit pentru protecte sau provenit de la ambutisare. Acest strat nu împiedica procesul de sudare, producându-se dislocarea lui în dreptul electrozilor.

Fig. 3.14 Linii robotizate pentru sudarea caroseriilor de automobile

Instalațiile de sudat în puncte utilizate sunt în general cu clești pneumatici, suspendați pe brațe mobile, grinzi rulante sau monoșine. La capătul linii se afla un dispozitiv de control al ansamblului executat

Sudarea șasiurilor. În prezent se întâlnesc la autocamioane șasiuri sudate complet sau parțial prin puncte, unele îmbinări rămânând încă nituite sau sudate cu arc electric datorită solicitărilor deosebit de grele la care este supus ansamblul. Șasiul se compune, în principiu, din două lonjeroane legate între ele printr-un număr de traverse în formă de U și gusee. Anumite regiuni sunt întărite cu platbenzi sau adaosuri profilate din table, sudate în puncte de lonjeron. Lonjeroanele se obțin prin îndoire sau presare din table de 6-8 mm cu conținut mai mare de carbon (OLC 25 sau OLC 35) sau oțeluri aliate.

Fig. 3.15 Sudarea prin puncte a șasiului de autoturism

La sudare se utilizează instalații cu care se pot realiza cicluri complexe de sudare (permit recoacerea sau răcirea controlată a punctului sudat). Asamblarea elementelor de mărime mică se realizează pe mașini fixe cu puterea de 180-300 kVA, iar asamblarea întregului sasiu se realizează pe instalații suspendate cu clești acționați hydraulic (prin intermediul unui amplificator pneumo-hidraulic ce debitează ulei cu presiunea de 90 bar) cu puterea de 200-250 kVA.

Sudarea roților de autoturism. Roata se compune din discul ce formează partea de prindere a roții și janta, ce formează partea periferică care preia anvelopă. Aceste elemente, executate din table de 1.8…4 mm sunt îmbinate printr-un număr de 8…16 puncte. În funcție de seria de fabricație sudarea poate fi făcută pe mașini obișnuite, executându-se punct cu punct, folosindu-se un dispozitiv de rotire și divizare în funcție de numărul necesar de puncte (figura 3.16) sau la producția de serie mare, pe mașini speciale, prevăzute cu patru capete ce executa simultan patru puncte de sudură.

Puterea unui cap de sudură ajunge la 150 kVA, iar forța de apăsare a electrodului, realizată pneumatic ajunge la 3000 daN.

Fig. 3.16 Sudarea roții de autoturism

Îmbinarea fiind deosebit de importantă pentru siguranță în exploatare a autovehiculului, se impune un control riguros al îmbinării. Sunt efectuate încercări distructive atât pe eșantioane sudate cât și direct pe roată pe mașini speciale.

Sudarea în construcții aeronautice. Rezultatele bune obținute prin aplicarea sudării prin puncte în construcția de autovehicule au determinat aplicarea acestui procedeu în construcția avioanelor. Numărul de puncte sudate în construcția unui avion de pasageri ajunge azi la 500.000. În componența avionului francez de pasageri Caravelle intră 300.000 puncte sudate din aliaje de aluminiu de 0.5…2 mm ambutisate sau profilate.

Fig. 3.17 Hala pentru construcția avioanelor de pasageri

Pregătirea suprafețelor este făcută într-o secție specială și constă în:

degresarea în două etape, cu tetraclorura de carbon în baie alcalină, urmată de spălări repetate;

decaparea de acid azotic la 85oC, urmată de spălare și uscare;

oxidarea controlată a suprafeței în soluții special cu formarea unui strat subțire de oxizi și saruri complexe, rezistent la coroziune.

Controlul se execută atât în timpul sudării cât și după sudare, cuprinzând verificarea rezistenței de contact, verificarea aspectului, încercări mecanice și controlul cu raze X.

Se controlează radiografic cu predilecție zona punctelor ce au prezentat defecte la controlul visual. Remedierea punctelor defecte se face prin găurire și aplicarea de nituri speciale pentru fiecare tip și mărime defect.

Alte aplicații ale sudării prin presiune în puncte:

sudarea pereților laterali ai vagoanelor de călători;

sudarea în electrotehnica a elementelor de îmbinat, cum ar fi baza tranzistorului de suportul său;

sudarea caloriferelor;

sudarea în industria ușoară: balamale, obiecte de bucătărie, ornamente pentru închizători de genți și poșete, sudarea suportului mânerului de la vasele din duraluminiu.

4.CONSTRUCȚIA APARATELOR DE SUDARE ȊN PUNCTE

Un echipament de sudare electrică prin presiune în puncte este o mașină ce realizează sudarea a doua sau mai multe piese suprapuse, strânse între electrozii de contact, la care sudarea se produce între suprafețele în contact, în locurile prin care trece curentul electric dirijat perpendicular pe aceste suprafețe.

Clasificarea echipamentelor de sudare electrică prin presiune se poate face după mai multe criteria, cel mai general clasificându-le în două mari categorii:

echipamente fixe (staționare) – la care componentele de sudat sunt aduse la postul de sudură și se deplasează după realizarea ficarui punct de sudură;

echipamente mobile (suspendate) – în cazul cărora componentele de sudat sunt fixe și echipamentul este deplasat după realizarea fiecărei suduri.

După modul în care este realizată forța de sudare, se disting:

cu acționare mecanică;

cu acționare pneumatică;

cu acționare hidraulică;

cu acționare electrică;

cu acționare combinată.

După natura alimentării cu curent electric:

mașini monofazice;

mașini trifazice.

După natura curentului de sudare:

mașini de curent alternativ;

mașini de curent de joasă frecvență;

mașini de curent continuu sau redresat.

După cadență de sudare:

mașini de sudat în puncte simple;

mașini de sudat în puncte successive;

mașini de cadența mică;

mașini de cadența mare.

În principiu un echipament de sudare electrică prin presiune în puncte se compune din următoarele părți:

batiul mașinii;

sursa de sudare, care furnizează curentul de sudare;

circuitul electric secundar, prin intermediul căruia curentul de sudare ajunge de la sursa la electrozii de contact;

brațele, portelectrozii și electrozii de sudare;

sistemul de realizare a forței de apăsare și sudare, prin intermediul căruia se realizează forța necesară asupra componentelor de sudat;

instalația de răcire a elementelor supuse încălzirii;

instalația de forță și comanda, care realizează anclașarea și întreruperea curentului de sudare; programarea și realizarea diferiților timpi legați de procesul de sudare: apropiere, sudare, menținere, preîncălzire, postincalzire; reglarea diferitelor valori de curenți necesari;

diferite accesorii pentru realizarea de suduri de o calitate cât mai bună.

La ora actuală pe piața există o multitudine de firme care produc mașini de sudat în puncte și dotate cu toate accesoriile necesare pentru realizarea de suduri de calitate. Fiind un procedeu de sudare ce se pretează foarte bine automatizării și robotizării, amploarea cu care s-au dezvoltat echipamentele de sudare în puncte este pur și simplu spectaculoasă.

Se vor prezenta în continuare succinct exemple din fiecare categorie:

Mașini cu acționare mecanică. Cele mai vechi și cele mai simple echipamente de sudat în puncte sunt mașinile “cu acționare umană”, prin intermediul unei pedale și cu amplificarea forței prin intermediul unui sistem de pârghii. La început mașinile nu aveau nici un accesoriu în dotare, la ora actuală fabricându-se încă acest tip de mașini, dar dotate cu accesorii și programator de sudare, procesul de sudare realizându-se în condiții foarte bune.

O astfel de mașină este prezentată în figură 4.1, fabricate de firma TECNA și are următoarele caracteristici:

este dotată cu unitate de control TE 25;

brațe ajustabile până la 320 mm;

port-electrozi din crom-cupru pentru condiții grele de lucru și durabile, destinate asamblărilor unghiulare și pe ambele direcții;

sistem de răcire cu apă a electrozilor;

cursa electrozilor reglabilă, dându-i posibiliatea de a ajunge la viteză maximă de lucru;

transformator răcit cu apă, cu înfășurare acoperită cu rășini epoxidice;

contactor SCR sincron, izolat de circuitul de răcire cu apă cu termostat de protecție;

forța electrozilor reglabilă; un microswitch pornește ciclul de sudare când valoarea stabilită de operator este atinsă;

pedala de control ajustabila în lungime.

Fig. 4.1 Mașina de sudat în puncte cu acționare cu pedală, cu brațe oscilante (TECNA)

Astfel de mașini se folosesc în ateliere mici pentru sudare în regim moale a tablelor subțiri, fără pretenții de calitate din cauza forței de presare reduse.

Mașini cu acționare pneumatică. Față de mașinile de sudat în puncte cu acționare mecanică, mașinile cu acționare pneumatică au o serie de avantaje:

posibilitatea dimensionării instalației pneumatice în funcție de aplicație;

posibilitatea reglării în limite mai largi și de mai mare precizie a forței de sudare;

creșterea cadenței de sudare și a performanțelor mașinii;

eliminarea efortului uman;

posibilitatea efectuării de cicluri de sudare complexe, cu aplicarea de forțe diferite pe parcursul realizării punctului de sudură.

Mașinile de sudat în puncte staționare cu acționare pneumatică sunt realizate într-o gamă foarte largă de tipodimensiuni, diferențiate prin puterea transformatorului, lungimea și configurația brațelor, forța de sudare, capacitatea maximă de sudare. Cei mai mulți producători au o serie “ușoară” de mașini, având transformatoare de maxim 100kVA la DA 50% și o serie “grea”, având transformatoare de puteri peste 125…1180 sau 250 kVA. Pentru explicarea acestui tip de mașini, în figura 4.2 este prezentată mașina de sudat în punte cu acționare pneumatică cu brațe oscilante.

Fig. 4.2 Mașina de sudat în punte cu acționare pneumatică cu brațe oscilante (TECNA)

Mașina din figura 4.2 este dotată cu două pedale de acționare. A doua pedală poate fi folosită pentru sudarea aceleiași piese folosind un al doilea curent și timp pentru sudare setate la începutul operației de sudare. Mașinile sunt confecționate pentru diferite puteri nominale (32, 44, 62 kVA) și dotate cu programatoare de diferite tipuri. Pe lângă mașina mai sus cu acționare mecanică, acestea prezintă următoarele caracteristici specifice:

acționare pneumatică;

cilindru pneumatic cu dublu efect, ungere liberă contra vaporilor;

reglarea forței electrozilor cu un grup filtru-reductor de aer comprimat cu manometru, cu descărcare semiautoama a condensului;

regulator al vitezei electrozilor, amortizor pentru sfârșitul cursei cilindrului, amortizor pentru descărcarea aerului comprimat, asigurând un zgomot minim;

realizează sistem de operare punct cu punct și serie de puncte cu forțe constant;

comandă se face prin intermediul unor programe digitale sau analogice.

TE 90 (figura 4.3) este o unitate de control cu microprocessor pentru instalații de sudură prin rezistență, monofazice.

Fig. 4.3 Unitatea de control TE 90 (TECNA)

Unitatea poate fi folosită atât pe mașinile cu acționare manuală cât și pe cele cu acționare pneumatică și prezintă următoarele caracteristici:

unitate de control sincronă;

reglarea curentului de sudare prin modificarea sinusoidei;

programarea simplă cu 4 taste;

reglaje duble a timpului/curentului apelabile prin intermediul comutatorului de la distanță;

panta de curent și pulsuri;

mod de lucru: punct singular, automat puncte multiple;

compensarea curentului secundar pentru sudarea tablelor murdare și a barelor;

posibilitatea dezactivării auto-retinerii pentru utilizarea comenzii manuale;

fixarea timpului de sudare optimizează drenajul de curent de la rețea;

ventil magnetic 24 Vdc 7.2 W max. cu ieșire asigurată contra scurtcircuitelor.

Mașini de sudat în puncte trifazice. În comparație cu o mașină de sudat clasică, acestea au o serie de avantaje:

factorul de putere este superior;

reducerea masei magnetice introdusă între brațele mașinii de sudat;

costuri ale mașinii mai reduse;

distribuție simetrică a sarcinii pe toate trei fazele.

Mașina din figura 4.4 este fabricate de aceeași firmă TECNA și are următoarele caracteristici:

protecția diodelor la suprasarcini, supratensiuni și temperaturi înalte;

cilindru cu tija placate cu crom pentru regimuri de lucru dificile și pentru durata lungă de utilizare; dispozitiv reglabil antirotire;

cursa dublă reglabilă cu cheie de control;

lubrifiere liberă a componentelor din circuitul pneumatic pentru eliminarea vaporilor;

rezervor și filtru de aer încorporate;

dispozitiv de decuplare a aerului comprimat;

Fig. 4.4 Mașină de sudat trifazică (TECNA)

valve de control a vitezei electrozilor, amortizor de șocuri pentru finalul cursei electrozilor;

realizarea operației de sudare se face în două faze distincte: coborârea electrozilor și realizarea forței de apăsare, însă fără sudarea pieselor și dacă acestea sunt bine poziționate se realizează faza a doua, sudarea pieselor;

sistem de siguranță, care oprește automat mașina în cazul în care apa de răcire nu mai circulă;

unitate de control cu microprocessor tip TE 183.

Mașina mai poate fi echipată opțional cu:

valva pentru oprirea scurgerii apei de răcire când mașina este oprită;

selector rotativ pentru accesarea programelor de sudare;

cilindru 1200 daN, cursa totală 100mm.

Echipamente mobile de sudat în puncte. Domeniul vast de utilizare al echipamentelor staționare este limitat de geometria și posibilitățile de manevrare ale pieselor de sudat. Acest handicap a adus la crearea unei game largi de mașini de sudat în puncte mobile, care se folosesc la sudarea componentelor de gabarit mare, a căror manipulare este incomodă, de exemplu: caroseriile de autovehicule, armaturile pentru fier beton, diferite subansamble ale vagoanelor de cale ferată, etc.

Fig. 4.5 Post universal de sudare (TECNA)

Astfel de mașini se definesc ca fiind mașini la care forța de apăsare și curentul de sudare sunt aplicate pieselor de sudat prin intermediul unui clește de sudare. Mașină poate fi cu transformatorul încorporate în clește sau separate (montat pe cărucior, așezat pe sol sau suspendat), cu cleștele suspendat său portabil. Mașina cu transformator separate poate fi dotată cu unul sau doi clești.

Mașinile de sudat mobile pot fi:

transportabile, când se deplasează pe sol;

suspendate, cu sau fără deplasare în plan orizontal;

portabile, dacă sunt ținute de operator în mână.

Aceste mașini de sudat mobile, cunoscute și sub denumirea de “posturi suspendate cu clești de sudare în puncte” se compun din următoarele părți component:

sursa de sudare;

instalația de forță;

instalația de comandă electrică;

cabluri de joasă impedanța;

clește de sudat în puncte;

diferite accesorii.

Pistolet pneumatic (SMARTGUN) (figura 4.6). Este protejat de un brevet și are o caracteristică importantă și inovatoare: simplicitatea comenzii prin intermediul unui “trăgaci” cu două poziții. În timpul primei părți a cursei, electrozii exercită doar forța de apăsare, permițând astfel închiderea treptată sau redeschiderea brațelor.

Fig. 4.6 Pistolet de sudare (SMARTGUN)

Prin apăsarea în continuare a trăgaciului, se realizează sudarea, dar doar dacă forța de stranger este corectă; aceasta deoarece un presostat diferențial reglează automat startul sudării între 3 și 8 bar.

Echipamente de sudat multipunct. Sudarea structurilor din table de dimensiuni mari utilizând clești suspendați a ridicat o serie de dezavantaje, cum ar fi:

productivitate scăzută;

număr mare de posturi de sudare;

consum mare de manopera prin numărul mare de operatori necesari.

Eliminarea acestor dezavantaje s-a făcut prin utilizarea pentru asamblarea structurilor de tablă a mașinilor automate, pentru sudarea simultană (secvențiala) a unui număr mare de puncte. Punctele se pot realiza simultan, pentru un număr mic de puncte în cazul reperelor simple sau secvențial, pentru a nu supraîncărca rețeaua, în cazul unui număr mare de puncte. În figură 4.7 se poate vizualiza mașina de sudat multipunct, ce sunt fabricate pentru puteri cuprinse între 36 – 140 kVA la DA 50%.

Fig. 4.7 Mașină de sudat multipunct tip DJ-T

Se utilizează în industria autovehiculelor, pentru creșterea productivității. Există numeroase metode și instalații ce pot fi clasificate, în principal, astfel:

după modul de trecere a curentului:

sudare directă, pe suport de cupru (calapod);

sudare indirectă, cu sau fără suport.

după schema de lucru:

strângere simultană și conectare succesivă la TS;

strângere succesivă;

mașini cu mai multe transformatoare.

Mașini de sudat plase din sârmă. Plasele din sârmă reprezintă o aplicație specifică sudării electrice prin presiune. Trebuie menționat că din punct de vedere strict tehnologic, sudarea în cruce a sârmelor este o aplicație a sudării în relief. Însă plasele de dimensiuni mici (lături de 500-600 mm, ochiuri 50x50mm, realizate din sârmă de 3-5 mm diametru), în cazul unei producții mici, se pot realiza prin sudarea punct cu punct a intersecțiilor din noduri, în condițiile utilizării unui șablon pentru poziționarea exactă a sârmelor și eventual a unei mese de poziționare, care să permită deplasarea rapidă între punctele de sudare.

Pentru sudarea plaselor din sârmă utilizate în construcții, la infrastructură căilor de comunicații se utilizează mașini specializate, care realizează simultan un rând de puncte de sudură.

Funcție de dimensiunile plasei de realizat există mai multe tipodimensiuni cu deschideri de 1250, 2400, 2700 sau 3200 de mm. Cele cu deschideri de 1250 mm se utilizează de obicei pentru realizarea panourilor de plasă de sârmă pentru boxpalete; cele mai uzuale, având domeniul de aplicabilitate cel mai larg sunt cele cu deschiderea de 2400 mm. În figură 4.8 se poate vizualiza o mașină de sudat automată a plaselor de sârmă, la care alimentarea cu sârmă se poate face manual dar și automat și cu încărcare directă de palate a plaselor de sârmă sudate.

Fig. 4.8 Mașină de sudat automată a plaselor de sârmă

Constructiv, aceste mașini sunt alcătuite din următoare părți principale:

Batiul este o construcție sudată având deschiderea funcție de lățimea plasei de sudat, în interiorul său fiind dispuse transformatoarele de sudare și elementele instalației de forță.

Pe batiu se află electrozii inferiori cu legăturile la transformare, precum și cilindrii de acționare superiori, cu electrozii corespunzători. De asemenea în interiorul batiului se află sistemul cremaliera-roata dințata și cilindrul de acționare al sistemului de tragere al plasei sudate, iar pe ghidaje se găsește masa de poziționare a sârmelor transversal.

Transformatoarele de sudare, în număr de 6 la o mașină de 2400 mm, alimentează fiecare câte două perechi de puncte de sudare (câte una pentru fiecare secundar). Elementul de închidere al circuitului între cele două puncte sudate pe fiecare secundar este basculant, fiind acționat de cilindrii hidraulici. Pe masa de poziționare din aval se dispun la începutul ciclului sârmele longitudinale. Sârmele transversale sunt dispuse într-un buncăr aflat pe batiu, de unde prin cădere gravitațională sunt aduse în ghearele acționate hidraulic, care realizează aruncarea câte unei sârme pe sârmele longitudinale aflate între electrozii de sudare. După desfășurarea unui ciclu complet de sudare, sistemul de avans al plasei realizează un pas prereglat, după care o nouă sârmă transversal este aruncată, iar ciclul de sudare se reia.

Creierul mașinii este programatorul de sudare, ce îndeplinește funcțiile de comandă pentru toate mișcările secvențiale de sudare. Numărul total de cicluri se poate programa initial în funcție de lungimea plasei sudate.

5.PROIECTAREA UNUI STAND PNEUMATIC DE SUDARE ÎN PUNCTE

5.1 CONSTRUCȚIA ȘI FUNCȚIONAREA STANDULUI PNEUMATIC DE SUDARE ȊN PUNCTE

Elementele componente (Anexa1) si modul de functionare al standului pneumatic de sudare in puncte este prezentat in figura 5.1.

Fig. 5.1 Elementele componente ale standului pneumatic de sudare în puncte

Funcționarea standului se realizează în urma montării suportului U (2) în suportul (1), fixat prin înfiletarea șurubului cu flanșă M12x20 (10) în piulița cu flanșă (9). Pe suportul U (2) se montează cei doi clindri compact FESTO (5) și fixați cu ajutorul a patru șuruburi M8x15 (3). Electrozii de cupru (6) sunt acționați de cilindrii compact FESTO (5), aceștia din urmă fiind legați la instalația pneumatică care este alimentată de un compressor, iar comanda cilindrilor FESTO se realizată cu ajutorul unor distribuitoare. Fixarea electrozilor de cupru (6) se face cu ajutorul tijei filetate M8x60 (8), un capăt fiind filetat în electrod iar celălat capăt filetat în pistonul cilindrului compact FESTO. Reglarea poziției relative a electrodului față de pistonul cilindrului compact FESTO se poate realiza cu ajutorul piulițelor (7).

Pentru a obține o calitate bună a punctelor de sudură și o exploatare corectă este necesar să:

electrozii să fie coaxiali, să nu existe abateri de la coaxialitate în timpul funcționării;

să se respecte presiunea prescrisă pe cilindrii compact FESTO, provenită de la compresor;

să se asigure presiunea necesară realizării punctelor de sudură, astfel încât să nu existe peliculă de aer între table;

respectarea condițiilor de lucru și controlarea temperaturii în jurul punctelor de sudură, astfel încât să se evite blocarea pistonului în cilindru;

fixarea corespunzătoare a cilindrilor compact FESTO în suporți.

5.2 TEHNOLOGIA DE FABRICAȚIE A PIESELOR COMPONENTE NECESARE STANDULUI PROIECTAT

În acest capitol voi prezenta tehnologia de fabricație a pieselor componente cele mai importante, necesare standului prezentat.