Placarea prin procedeul WIG cu sarma calda a robinetilor. [308772]

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRASOV

FACULTATEA STIINTA SI INGINERIA MATERIALELOR

SPECIALIZAREA INGINERIA SUDARII MATERIALELOR AVANSATE

Placarea prin procedeul WIG cu sarma calda a robinetilor.

Coordonator:

Prof. Dr. Ing. Pascu Alexandru

Masterant: Dumitru Florin

2019-2020

Cuprins

Cuprins Pagina

Introducere .

[anonimizat], petrochimică, aeronautica, [anonimizat], necesitatea realizării unor imbinări sudate intre materiale diferite. [anonimizat], prin care materiale apartinand unor clase structurale diferite să satisfacă cerintele impuse unor astfel de structuri. [anonimizat], imbinările prin sudare dintre otelul carbon si otelul inoxidabil permit combinarea proprietătilor celor două materiale: conductibilitatea termică ridicată a [anonimizat]. La realizarea rezervoarelor alimentare combinarea proprietătilor de rezistentă la coroziune a otelului inoxidabil austenitic si costul redus al otelului carbon reprezintă criteriul care stă la baza alegerii acestor metale pentru astfel de structuri sudate. [anonimizat], combinarea proprietătilor de rezistentă la coroziune a aliajelor aliate cu Crom cu rezistenta mecanică ridicată a otelurilor in cazul executiei unui condenser.

[anonimizat], [anonimizat]. [anonimizat] a metalelor de bază si a materialului de adaos precum si ciclurile termice la care sunt supuse fasiile din zona adiacentă cusăturii isi pun amprenta asupra calitătii finale si caracteristicilor mecanice ale imbinării sudate.

Fig.1 Componente din Inconel .

Capitolul I. [anonimizat].

Robinetul Figura 2a este o [anonimizat], transportului, reglarii presiunii a unei instalatii de extractie a [anonimizat] 2b.

a) b)

Figura 2a,b. Proces de extractie a [anonimizat].

[anonimizat] 1.

Tabelul. 1[anonimizat].

CAPITOLUL II. [anonimizat], [anonimizat].

2.1 Material de baza.

Materialul de bază ales de către proiectant pentru realizarea produsului "Robinet" este oțelul AISI4130. Acesta face parte din grupa de oțeluri pentru aparate și recipiente sub presiune utilizate la temperaturi ambiante și joase.

Proprietati fizice:

Tabelul 2 Proprietati fizice ale materialului AISI 4130.

Compozitie chimica:

Compozitia chimica a materialului de baza ”AISI4130” este prezentata in tabelul 3.

Tabelulu 4 Proprietati mecanice ale materialului de baza AISI 4130:

2.2 Material de adaos.

Materialul de adaos pentru placare este de tip Inconel 625 Fe care are urmatoarea compozitie chimica:

Tabelul 5. Compozitia chimica a materialului de adaos Inconel 625Fe.

Tabelul 6. Proprietațile mecanice ale materialului de adaos.

.

Compozitia chimica a placarii determina aceste proprietati, deci orice element care poate influenta depunerea este foarte important.

– compozitia consumabilelor de sudura (ex. sarma)

– dilutia (amestecul dintre metalul de baza si materialul depus determina adancimea de patrundere).

Determinarea dilutiei :

– calculele se bazeaza pe cunoasterea valorilor pentru :

– compozitia chimica a consumabilelor de sudura (ex. sarma)

– compozitia chimica a materialului de baza

– compozitia chimica a depunerii

– masuratori fizice ale adancimii de patrundere si stratului depus prin sudura

– folosirea de elemente stabile :Fe,Mo,Ni,Cu si Nb.Nu folositi elemente care oxideaza usor in timpul sudarii ca Si,Mn si Al.

– cand placam un otel carbon slab aliat cu material de adaos (sarma) Ni Alloy 625, continutul de Fe al materialului depus (placat) confera o buna dilutie.

% Dilutie = x 100 (1)

Fig.3 Dilutia la placari.

Controlul grosimii depunerilor :

Plecand de la diametrul de sarma, doar trei variabile de sudare pot afecta grosimea depunerii cand folosim procesul de sudare cu sarma in mediu de gaz protector:

– viteza de avans a sarmei (programabila);

– viteza de sudare (programabila);

Fig.4 Strat depus.

Efectele dilutiei :

Reducerea duritatii;

Reducerea rezistentei la tractiune folosind Nickel Alloy 625;

Reducerea rezistentei la coroziune ;

Sensibilitatea la fisurare . Sensibilitatea la fisurare poate creste sau descreste functie de diferite cazuri Spre exemplu scaderea duritatii intr-un aliaj pentru incarcare dura poate imbunatatii ductibilitatea si astfel rezistenta la fisurare.

Efectul straturilor multiple :

Sudarea straturilor multiple prin procedeu de sudare WIG , cu o sarma Inconel 625Fe , pe material de baza AISI 4130,genereaza o multitudine de efecte atunci cand calculam dilutia.

Exemple:

– primul strat– 20% dilutie

– stratul al doilea – 25 % dilutie

– procent al materialului de baza in stratul doi = 0.20 x 0.25 = 0.05 or 5 %

– daca parametrii de sudare sunt aceiasi pentru ambele straturi , dilutia va fi superioara pe stratul doi deoarece primul strat de metal sudat se va topi mai usor decat AISI 4130 (materialul de baza).

Tabelul 7. Efectul multistrat.

CAPITOLUL III. Principiul procedeului – descrierea procedeului de sudare, avantaje, dezavantaje, performante si aplicatii.

Principiul procedeului WIG consta în formarea unui arc electric între un electrod nefuzibil din wolfram și metalul de sudat. Arcul electric, electrodul de wolfram și baia de metal topit sunt sunt protejate de un gaz inert.

Pentru realizarea cusăturii, în spațiul arcului se introduce din lateral manual sau mecanizat, metal de adaos sub formă de sârma. La sudurile pe muchie și cu margini rasfrânte, procedeul se aplică fară material de adaos.

Fig.5. Schema de principiu a procedeului de sudarea WIG.

Avantaje:

se sudează orice metal sau aliaj, obținându-se cusături cu grad ridicat de puritate;

arcul și baia de sudura sunt vizibile și astfel sudorul poate controla procesul;

nu se produc stropiri și nici împroscări de metal;

se poate suda în orice pozitie;

nu rezulta zgură ,deci nu există posibilitatea introducerii de incluziuni nemetalice în cusatura;

datorită gazului inert nu se produc modificări chimice în metalele si aliajele sudate;

se realizează suduri de mare finete începând de la grosimi ale tablelor de 0,3mm;

Dezavantaje:

este un procedeu manual și ca urmare calitatea sudurii depinde mult de îndemânarea sudorului pentru realizarea mișcarilor pistolet sârma si dozării materialului de adaos în raport cu forma îmbinarii,

viteze mici de sudare care duc la o productivitate scazută,

la materialele cu grosimi mai mari de 6mm ,se folosește numai pentru realizarea stratului de radacină urmând ca celelalte straturi sa fie depuse printr-un procedeu mai productiv.

La realizarea depunerii s-a folosit un procedeu special WIG cu sarma calda pentru a mari productivitatea prin rata depunerii.

Fig.6 Schema de principiu a sudarii WIG cu sarma calda.

Fig.7 Rata de depunere la procedeul de sudare TIG.

Capitolul IV. Etapele tehnologiei de sudare.

4.1.Stabilirea operațiilor pregătitoare în vederea sudării.

La fabricarea robinetului, semifabricatelor li se aplică urmatoarele operații:

curațirea și deconservarea;

prelucrarea pe strunguri CNC;

așezarea componentelor în vederea sudării;

verificarea corectitudinii;

placarea produsului.

Curatirea si deconservarea.

Semifabricatele au de regulă, suprafețele acoperite cu straturi de rugină, uleiuri, oxizi, impuritați mecanice (rezultate în timpul transportului sau depozitării lor înainte de folosire) sau straturi din produse specifice aplicate pentru protecția suprafețelor.

Toate acestea au influențe negative asupra calitații îmbinării sudate iar din acest motiv ele trebuie îndepertate.

Necesitatea eliminării influenței nocive ale straturilor menționate anterior, asupra calitații îmbinării sudate, impune curațirea și deconservarea semifabricatelor înainte de sudare.

Operația de curătire și deconservarea trebuie să asigure îndepartarea completă a ruginei, oxizilor, impuritaților, defectelor superficiale și acoperirilor de protecție, din zonele adiacente locurilor de amplasare a cusaturilor sudate.

Curatirea si deconservarea cuprinde trei pasi:

spalarea cu abur;

uscarea cu aer;

degresare cu solvent.

Fig.8 Spalarea cu abur.

Fig.9 Uscarea cu aer

Fig.10 Degresare cu solvent.

Așezarea componentelor în vederea sudării;

Asezarea componentelor in vederea sudarii se face pe mese de pozitionare si rotire (MPR).

Fig.11 Asezarea componentelor in vederea sudarii.

Placarea "Robinetului".

Sudarea propriu-zisa este realizata de catre o coloana de sudare de tip ARC 6 (USA).

Fig.12 Placarea cu inconel a unui "Robinet".

4.2 Calculul/Alegerea parametrilor tehnologici ai regimului de sudare. Ciclograma de lucru.

Calculul parametrilor de sudare la procedeul WIG

Diametrul electrozilor nefuzibil se aleg in funcție de grosimea pieselor de sudat.

Alegem de = 3,2 mm

curentul de sudare se stabilește în funcție de electrodul nefuzibil.

Is =92 × de – 42 (1)

Is = 92 × 3,2 – 42

Is = 252 A . Se alege Is = 250 A.

tensiunea arcului se stabilește în funcție de valoarea curentului de sudare Is

Ua = 10 + 0.04 × Is (2)

Ua = 10 + 0.04 × 250

Ua = 20 V.

Debitul gazului de protecție se alege în funcție de diametrul electrodului.

Pentru electrod cu diametrul egal cu 3,2 mm avem un debit de 10 l/min.

Viteza de sudare se alege in functie

Ciclograma de lucru.

Operația de sudare începe în condițiile în care, după măsurare fără contact a arcului electric, se stabilește valoarea inițială a curentului , ce se păstrează timpul.

Urmează o creștere programatică a curentului în intervalul t3 până la valoarea normală a curentului IN, care este egal cu .

Cu un oarecare decalaj t2, față de începerea creșterii curentului, se comandă punerea în mișcare a capului de sudare, realizându-se viteza de sudare vsi.

Curentul de sudare Is1și viteza de sudare vs1 se mențin timpul necesar U, în care se realizează o rotație completă, eventual. Chiar mai mult, pentru a asigura formarea corectă a cusăturii în zona de început a acesteia.

Urmează rândul al doilea, depus cu material de adaos sub formă de sârmă, introdusă în zona de sudare mecanizat. Pentru aceasta, după scurgerea timpului , se comandă o creștere programată a curentului în timpul t5, până la valoarea IS2, necesar sudării cu material de adaos. Cu decalajul , fate de momentul creșterii curentului, se pornește și mecanismul de avans al sârmei electrod, realizându-se viteza va. In prealabil s-a realizat și creșterea vitezei de sudare. Concomitent cu punerea în mișcare a mecanismului de avans al sârmei se pune în mișcare și mecamsmțil de pendulare cu viteza vp pendulându-se sincron atât electrodul de wolfram cât și sistemul de introducere al sârmei, în vederea închiderii corecte a rândului, după ce sudorul ajunge în zona de început a rândului sudat cu material WIG. Excitare oscilatiilor naturale a baii se realizeaza de regula cu impulsuri de curent furnizate de sursa de putere , iar detectia oscilatiilor se face prin monitorizarea tensiunii pe arc, dupa momentul aplicarii impulsului de curent fie cu mijloace de fotodetectie.

Fig.13 Ciclograma de lucru la sudarea WIG.

Fig.14 Ciclograma de lucru la sudarea WIG in curent pulsat cu sarma calda.

Capitolul V . Documentatia tehnologiei de sudare: WPS – WPAR.

WPS

WPS – Continuare

WPQR

Capitolul VI. Prezentarea fluxului tehnologic si organizarea locurilor de muncă aferente tehnologiei proiectate.

Sudarea, fiind un proces special, necesită coordonarea operațiilor de sudare în scopul de a obține încrederea în procesul de fabricație prin sudare și de a obține siguranța produselor sudate în exploatare.

Fig.15. Schema logică a dispunerii echipamentelor pentru realizarea produsului.

Capitolul VII. Echipamente si dispozitive de placare folosite.

Pentru a realiza produsul avem nevoie de urmatoarele echipamente:

Coloana de sudare;

Sursa de energie WIG;

Derulator pentru sarma calda;

Masa de pozitionare si rotire.

7.1 Coloana de sudare.

Coloana de sudare prezentat în figura 11 este format dintr-o coloana verticale (eventual o traversă de rigidizare) și o traversă mobilă pe direcția verticală pe care se deplasează caruciorul cu capul de sudare. Coloanade sudare se utilizează la sudarea pieselor cu inaltime mare.

Coloana de sudare caracteristici:

Inaltimea nivelului de sudare 4000 mm ;

Inaltimea maxima a coloanei 4500 mm ;

Viteza de sudare 20 m/min;

Viteza de deplasare a caruciorului 40 m/min;

Viteza de ridicare si coborare a consolei 25 m/min;

Dimensiunile de gabarit 5000/6050/4700 L/l/h;

Masa 5600 kg.

Fig.16. Coloana de sudare.

7.2 Sursa de energie WIG.

Pentru sudarea WIG vom alege sursa de sudare TETRIX 551 de la EWM.

În ambele moduri (DC si Pulsat), sursa de sudare WIG oferă o amorsare ușoară a arcului, precum și o stabilitate foarte bună a acestuia. Cu ajutorul acesteia se pot suda toate tipurile de materiale cu diferite grosimi, rezultând o calitate superioară a îmbinării sudate.

Sursa de sudare oferă o serie de avantaje operatorului sudor atât prin complexitatea funcțiilor ajutătoare oferită de aceasta, cât si prin interfața simplă de utilizare.

Caracteristicile tehnice ale sursei de sudare TETRIX 551 EWM.

Caracteristici:

Echipament de sudare WIG;

Echipament multi proces :WIG,MMA, Craituire.

Este mobil, cu ajutorul unor inele poate fi mutat usor cu ajutorul macaralei;

Prezinta 8 programe care pot fi memorate;

Program activArc care ajuta la depunerea MA;

Program Spotmatic – salveaza 50% din timpul de sudare, la sudare in puncte;

Conexiune cu telecomanda pe coloana de sudare;

Racirea tortei se face cu apa datorita rezervorului de 12 l si a unei pompe centrifugale;

5 m cablu de interconexiune.

Fig.17Sursa de sudare WIG "TETRIX 551" EWM.

7.3 Derulator pentru sarma calda.

Pentru aducerea sarmei in baia de metal topit vom alege derulatorul cu sarma calda pentru sudarea WIG de la EWM care este prezentat in figura 13.

Fig.18 Derulator cu sarma calda pentru sudarea WIG.

Caracteristicile derulatorului cu sarma calda :

Derulatorul poate sa aduca sarma in baia de metal topit atat calda cat si rece;

Viteza mare de sudare (aproximativ comparabil cu MIG/MAG);

Rata de depunere mare;

Aspect placut al sudurii fara stropi;

Alimentare la 220V (-20% – +25%);

Curent pentru incalzirea sarmei: 40-180A;

Dimensiunii: 643/342/480 L/l/h mm;

Greutate 30 Kg.

Fig.19 Panou de comanda la derulatorul cu sarma calda.

7.4 Cap de sudare WIG.

Automatul de sudare ales pentru sudarea WIG este A25 figura 15.

Fig.20 Cap de sudare WIG automat.

7.4 Masa de pozitionare si rotire.

Pentru realizarea rotirii produsului (implicit a vitezei de sudare) s-a folosit o masa de pozitionare si rotire destinata pieselor cu greutate de pana la 10 tf și diametrul cuprins între 300 si 4000 mm, standul este prezentat în figura 16.

Fig.21 Masa de pozitionare si rotire.

Capitolul VIII. Defecte tehnologice posibile.

Posibilele defecte sunt:

8.1.Zona influentata termic mare ZIT;

Fig.22 Strat de sudare realizat prin depunere cu ZIT mare.

8.2. Duritate mare in zona influentata termic.

Fig.23 Duritatea mare a unui strat depus.

8.3. Straturi neunifrome.

Fig. 24 Straturi neuniforme.

8.4 Fisurarea.

Fisurile care pot apare la temperaturi mai mari de 1200°C, au caracter interdendritic si sunt cauzate de existenta fazelor usor fuzibile plasate la limitele grăuntilor cristalini. Nichelul favorizează aparitia fisurilor prin formarea eutecticului Ni-Ni3S2 si a altor compusi usor fuzibili cu siliciu, niobiu, bor. In prezenta titanului si niobiului, carbonul, la concentratii de 0,006…0,14%, favorizează aparitia fisurilor la cald in sudură.

Fig.25 Fisurarea sudurii.

Cap. IX. Protectia muncii la sudare.

7.1 Generalități

La execuția operației de sudare este obligatorie respectarea tuturor măsurilor de protecție a muncii pentru eliminarea riscului de producere a unor accidente.

Măsurile de protecția muncii sunt prevăzute în normative republicane, respectiv norme specifice diferitelor ramuri industriale, fiind grupate pe procedee de sudare.

La sudare pot sa apară următoarele surse de pericole pentru producerea unor accidente:

pericole datorită impurificării atmosferei prin gaze, fum și vapori de metale;

pericole datorită radiației sursei termice și zgomotului;

pericole datorită curentului electric;

pericole prin ardere;

pericole prin incendii și explozii.

7.2. Măsuri de protecție împotriva impurificării atmosferice

Pentru aceste degajări ce rezultă în timpul procesului de sudare au fost stabilite concentrații maxime admise care dau valorile maxime din impuritatea respectivă, ce pot fi prezente în atmosferă, fără ca la o durată de inhalare de 8 ore să producă efecte negative asupra operatorilor. Acestea sunt prezentate în tabelul 1, pagina 153 – Tehnologia sudării prin topire. Îndrumar de laborator; autor Ionel Sârbu.

Pentru a elimina acest pericol este necesară ventilația corespunzătoare a locului de muncă.

Cantitatea de aer necesară pentru ventilație se calculează cu relația:

V = [ m³ / h ].

k – cantitatea de gaz, vapori, fum [ g / h ];

CMA – valoarea maximă admisă la locul de muncă.

7.3. Măsuri de protecție împotriva radiației și a zgomotului

Atât flacăra cu gaz, cât și arcul electric emit o serie de radiații caracterizate prin diferite lungimi de undă și care pot provoca vătămări ale personalului operator.

Radiațiile infraroșii cauzează căldura produsă la sudare și acționează în timp asupra vederii operatorului.

Radiațiile ultraviolete provoacă vătămarea ochiului și a pielii.

Operatorul trebuie să poarte echipament de protecție pentru a evita aceste efecte negative.

Echipamentul este compus din:

mască;

ochelari prevăzuți cu filtru;

șort de piele;

mănuși;

ghete;

jambiere.

7.4. Măsuri de protecție împotriva electrocutării.

În cazul procedeelor de sudare electrică există pericolul electrocutării personalului operator. Efectul curentului electric asupra acestuia depinde de intensitatea curentului, de calea sa prin corpul uman, de frecvența și durata sa de acțiune.

Intensitatea curentului prin corp depinde de tensiunea și rezistența acestuia. Aceasta din urmă nu are valoare constantă, ci depinde de traseul curentului prin corp și de alți factori, în primul rând, de umiditate.

Pentru protecția împotriva curentului electric sunt necesare următoarele măsuri:

operatorul sa poarte echipament de protecție adecvat (mănuși, încălțăminte corespunzătoare);

portelectrodul va fi izolat, podeaua locului de muncă va fi acoperită cu un material izolator;

instalațiile de sudare trebuie să respecte prescripțiile de electrosecuritate; ele vor avea tensiunea de mers în gol de maxim 110 V curent continuu și 75 V curent alternativ.

7.5. Pericole prin ardere.

În timpul procesului este necesară topirea materialului în zona sudării. Temperaturile mari, atât ale sursei termice cât și, a pieselor pot provoca vătămări ale persoanelor la atingeri sau uneori, se produce o stropire de material topit. Se folosesc mască, mănuși, șort.

7.6. Pericole prin incendii și explozii.

Măsuri ce trebuie luate:

sudarea se face în spații unde nu există materiale inflamabile;

personalul va fi instruit suplimentar pe linie de protecție împotriva incendiilor;

locul de sudare va fi dotat cu mijloace de stingere a incendiilor;

la sudurile de montaj se va urmări traiectoria picăturilor de metal topit.

Bibliografie

Iacobescu,G. Rontescu,C. –„Tehnologia sudarii prin topire” Ed. Printch

Zgură, Gh. ș.a. – Tehnologia sudării prin topire, 2007;

Iacobescu,G., Solomon, Gh., sa- Echipamente pentru sudare, Ed. Printch.

4. www.ewm-group.com;

5. http://www.c-a-m.com/forms/index.aspx;

6. http://www.arcspecialties.com/;

7. http://www.magellanmetals.com/

8. http://www.informaworld.com/smpp/title~content=t778164493.