Cresterea Calitătii Si Productivitătii Fabricatiei de Rulmenti cu Role la Schaeffler România Srl

UNIVERSITATATEA TRANSILVANIA DIN BRAȘOV

FACULTATEA DE

ȘTIINȚA ȘI INGINERIA MATERIALELOR

Programul de studii

INGINERIA SUDĂRII

– PROIECT DE DIPLOMĂ –

Indrumător științific:

Prof.univ. dr.ing. MACHEDON PISU Teodor

Absolvent:

Alexe Ovidiu-Andrei

BRAȘOV

2016

UNIVERSITATATEA TRANSILVANIA DIN BRAȘOV Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor Programul de studii: Ingineria Sudării

Creșterea calității și productivității fabricației de rulmenți cu role la Schaeffler România SRL prin inlocuirea sudării cu electrozii înveliții in sudarea în medii de gaze protectoare.

– PROIECT DE DIPLOMĂ –

Indrumător științific:

Prof.univ. dr.ing. MACHEDON PISU Teodor

Absolvent:

Alexe Ovidiu-Andrei

BRAȘOV

2016

FIȘA LUCRĂRII DE ABSOLVIRE/ LUCRĂRII DE LICENȚĂ/ PROIECTULUI DE DIPLOMĂ/ DISERTAȚIE

INTRODUCERE

“Nimic în viață și în natură fără sudură”, o expresie pe care am auzit-o din prima zi de facultate, mulți profesori ne spuneau acest lucru, un motto pe care anumite persoane l-au introdus în viața lor pentru ai motiva pe plan profesional. Printre acești oamenii mă număr și eu, un simplu student în anul terminal în pragul de a deveni inginer , dar nu orice fel de inginer, unul în domeniul sudării, care pur și simplu la începutul facultății nu știa pe ce drum a apucat-o, ca oricare alt student. Dar trecând timpul am înțeles la ce se referea fiecare profesor care ne spunea acest motto, am înteles valoarea lui, și totodată m-a făcut să-mi placă acest domeniu. După părerea mea, acest domeniu este unul foarte vast, frumos, plin de peripeții și încercări care merită explorat zi de zi fără a apărea sentimentul de plictiseală și monotonie.

După cum bine știm, majoritatea lucrurilor sunt compuse din părți individuale, iar pentru a le aduce la o formă finală trebuie îmbinate. Iar datoria unui Inginer în Sudură este de a realiza acest lucru pentru a creea ceva frumos, plăcut și util.

Sudura este o îmbinare nedemontabilă ce îmbină două sau mai multe corpuri solide, prin prezența unor forțe de legătură între atomi marginali ai suprafețelor de îmbinat, în anumite condiții de temperatură și presiune.

În momentul de față Ingineria Sudării are aplicații în majoritatea domenilor industriale , soluționând probleme tehnice de vârf, de la sudarea microprocesoarelor până la sudarea megastructurilor, de unde ne întoarcem iar și iar la acest motto “Nimic în viață și în natură fără sudură”.

Lucrarea mea are ca scop modificarea tehnologiei actuale cu electrod învelit, prin implementarea unei tehnologii noi în medii de gaze protectoare la rulmenții cu role de la Schaeffler Romania SRL.

Lucrarea este structurată pe 4 capitole și se ocupă atât de studiul tehnologiei actuale cu electrod învelit, cât și realizarea și studierea tehnologiilor noi în medii de gaze protectoare. Acestea fiind WIG-mecanizat și MIG.

Tehnologia actuală din punctul meu de vedere este una neconformă din punct de vedere calitativ și productiv deoarece prin folosirea procedeului actual cu electrod învelit obținem nenumarate probleme și dezavantaje, cum ar fi: nepătrundere, ZIT mărit, pori, fisuri, aspect neplăcut, timpii morții produși prin schimbarea electrodului, îndepărtarea zgurii, polizarii etc.

Primul capitol abordează tehnologia fabricației de rulmenți cu role , în care m-am axat foarte mult pe materialul din care este făcut rulmentul, deoarce este o combinație de materiale care au suferit un tratament termochimic de fosfatare pentru rezistența la coroziune. Materialul coliviei este un S355j0 fosfatat iar materialul bolțului de sudat este un C35 fosfatat care implica câteva probleme la sudură din cauza carbonului, și va avea nevoie de o preîncalizire.

În al doilea capitol am abordat stadiul actual al tehnologiei sudării cu electrod învelit la rulmenții cu role dar și împlementare unei tehnologii noi de sudare cu electrod învelit, și studierea acesteia pentru a putea face o comparație.

În capitolul trei deja am început abordarea tehnologiilor noi, respectiv WIG-mecanizat și MIG unde am realizat mai multe seturi de probe pentru fiecare dintre procedee urmate după tehnologia realizată de către mine. Dupa terminarea probelor, vor fii duse în laborator unde se va realiza anumite teste : o microstrctură, o macrostructură, încercării de duritate și de tracțiune. Iar în final voi face o comparație între procedeul actual cu electrod învelit și procedeele noi implementate.

În ultimul capitol voi încerca să abordez puțin despre încercarea de automatizare a unuia dintre procedeele care o să îmi ofere rezultatele dorite .

Lucrarea mea are ca un scop final creșterea calitătii și a productivității frabricării rulmeților cu role de la Schaefler România SRL , prin implentarea de tehnologii noi si de automatizarea acest

Capitolul 1: Rulmenții cu role Schaeffler România SRL

1.1. Principiul și clasificarea rulmenților cu role

Fig.1.1.1. Imagine explicativă a unui rulment cu role [1]

După cum bine știm, există o varietate mare de tipuri, forme și dimensiuni de rulmenți cu role cum ar fi:

Fig.1.1.2. Clasificarea rulmenților cu role [1]

Rulmenți cu role cilindrice

Rulmenți cu role cilindrice cu colivie:

Rulmenții cu role cilindrice pe un rând sunt ansambluri compuse din inele exterioare, inele interioare și din colivii cu role cilindrice. Inelele exterioare pot avea borduri pe ambele părți iar cele interioare au unul sau două borduri. Colivia împiedică contactul dintre role în timpul funcționării.

Rulmenții cu role cilindrice sunt foarte rigizi, au o capacitate portantă radială înaltă, și datorită coliviei, sunt adecvați pentru turații înalte. Rulmenții cu sufixul E au un set special de role și sunt dimensionați astfel pentru o capacitate portantă maximă. Lagărele sunt dezmembrabile, facilitând astfel montajul și demontajul. Ambele inele ale lagărului pot fi montate cu ajustaj cu strângere. Rulmenții cu role cilindrice pe un rând cu colivie se pot utiliza ca lagăre libere, lagăre de susținere și ca lagăre conducătoare.[2]

Fig.1.1.3. Rulment cu role cilindrice cu colivie [2]

Rulmenți cu role cilindrice cu frecare redusă:

Rulmenții cu role cilindrice cu frecare redusă de tip LSL și ZSL sunt rulmenți cu role pe un singur rând și corespund seriei de dimensiuni 23. Lagărele au inele exterioare masive cu două borduri, inelele interioare sunt executate cu un bord. Inelul interior este detașabil și facilitează astfel montajul lagărelor. Colivii sau distanțiere intermediare împiedică contactul reciproc între role în timpul funcționării.[3]

Fig.1.1.4. Rulment cu role cilindrice cu frecare redusă [3]

Rulmenți cu role cilindrice de înaltă precizie:

Rulmenții cu role cilindrice de acest tip sunt lagăre de precizie, pe două rânduri, pentru mașinile unelte. Aceștia formează suspensii rigide, foarte precise și se folosesc în mod obișnuit pentru suspensia radială a fusurilor principale.

Lagărele constau din inele exterioare masive fără bord, inele interioare masive cu trei borduri și din colivii masive, din alama, cu role cilindrice. Pentru reglarea optimă a jocului radial de lagăr, inelul interior are un orificiu conic cu conicitatea de 1:12. Rulmenții cu role cilindrice sunt dezmembrabili și se pot astfel monta și demonta mai simplu. Ambele inele ale lagărului se pot monta cu ajustaj cu strângere. [4]

Fig.1.1.5. Rulment cu role cilindrice de înaltă precizie [4]

Rulmenți cu role cilindrice fără colivie :

Rulmenții cu role cilindrice în varianta completă au inele exterioare și interioare și role cilindrice ghidate pe bordurile inelelor. Prin numărul maxim de role de rulare, aceste lagăre au o capacitate portantă radială deosebit de ridicată, sunt foarte rigide și astfel, deosebit de adecvate pentru construcțiile compacte. Datorită condițiilor cinematice, acești rulmenți nu ating turații comparabile cu cele ale rulmenților cu role cilindrice cu colivie. Rulmenții cu role cilindrice în varianta completă se utilizează ca lagăr liber, lagăr de susținere și lagăr conducător. Rolele pot fi dispuse pe unul sau pe două rânduri. [5]

Fig. 1.1.6. Rulment cu role cilindrice fără colivie [5]

Rulmenți cu role cilindrice fără colivie cu canal circumferențial:

Rulmenții cu role cilindrice cu caneluri circulare sunt ansambluri cu role pe două rânduri care constau din inele exterioare și interioare cu borduri, din role cilindrice ghidate pe bordurile inelelor și din șaibe de etanșare. Inelele exterioare prezintă la diametrul exterior caneluri circulare pentru inele de siguranță. Inelele interioare sunt divizate axial, sunt cu 1 mm mai late decât inelele exterioare și sunt susținute printr-o bandă de oțel circulară.

Lagăr conducător: Rulmenții cu role cilindrice cu caneluri circulare sunt lagăre conducătoare. Aceste lagăre foarte rigide preiau forțe radiale înalte, dar și forțele axiale din ambele sensuri. Varianta completă cu role, are cel mai mare număr posibil de corpuri de rostogolire, așadar și capacități dinamice și statice maxime. Datorită condițiilor cinematice, acești rulmenți nu ating turații comparabile cu cele ale rulmenților cu role cilindrice cu colivie.

Lagăre pentru role de cablu (molete) : Datorită canelurilor la inelul exterior, inelele lagărului se pot fixa axial simplu. Astfel, lagărele sunt foarte adecvate pentru suspensia rolelor de cablu.[6]

Fig.1.1.7. Rulment cu role cilindrice fără colivie cu canal circumferential [6]

Rulmenți cu role conice:

Rulmenții cu role conice se compun din inele exterioare și interioare cu căi de rulare conice și din colivii cu role conice. Lagărele sunt demontabile. Astfel, inelul interior cu colivia cu role se poate monta separat de inelul exterior. Rulmenții cu role conice preiau sarcini radiale înalte și axiale dintr-un singur sens. În mod normal, pentru contra-ghidarea axială este necesar un al doilea lagăr dispus simetric (în oglindă). [7]

Fig.1.1.8. Rulment cu role conice [7]

Fig. 1 Fig.2

Fig.1.1.9. Rulment radial-axiali cu role conice în fig.1, Rulment radial-axiali cu role conice cu doua rânduri de role în fig.2 [8]

Rulmenți cu role butoi (sferice):

Rulmenții cu role butoi sunt rulmenți cu role pe un singur rând, cu ajustare unghiulară. Ei se compun din inele exterioare masive cu cale de rulare sferică, din inel interior masiv cu două gulere și orificiu cilindric sau conic, precum și din colivii cu role butoi. Aceste lagăre nu sunt dezmembrabile. Rulmenții cu role butoi se pretează îndeosebi la solicitări radiale și dacă trebuiesc compensate erori de aliniere. Capacitatea portantă axială este redusă. [9]

Fig.1.1.10. Rulment cu role butoi (sferice) [9]

Rulmenți cu ace:

Rulmenți cu ace cu bordure:

Rulmenții cu ace cu borduri sunt ansambluri cu ace pe unul sau pe două rânduri constând din inele exterioare fabricate prin așchiere, colivii cu ace și din inele interioare detașabile. Aceștia există în variantă deschisă sau etanșată.[10]

Rulmenți cu ace fără bordure:

Rulmenții cu ace fără borduri sunt ansambluri cu ace pe unul sau pe două rânduri constând din inele exterioare prelucrate prin așchiere, colivii cu ace și din inele interioare. Acești rulmenți sunt detașabili. Astfel inelul exterior, colivia și inelul interior se pot monta separat. [11]

1.2. Elementele componente unui rulment cu role:

După cum bine știm un rulment este format dim 4 elemente: colivie, inel interior, inel exterior, rolă cilindrică.

Colivia fosfatată:

Rulmenții radiali cu role cilindrice pe un rând cu dimensiuni mici si medii se execută, în general, cu colivii ambutisate din tablă. Rulmenții de dimensiuni mai mari se execută cu colivii masive din alamă, construcție normală din două bucați, cu ghidare pe corpurile de rostogolire (M), pe inelul exterior (MA) sau interior (MB). Pentru solicitari grele și turații ridicate coliviile se execută dintr-o singură bucată, monobloc (MPA). Rezultate bune în exploatare, pentru rulmenții de dimensiuni mici si medii, dau și coliviile executate din poliamida 6.6 armată cu fibre de sticlă, fară a depăși, însă, temperatura de funcționare de +120°C. Acestea au o greutate redusă, o funcționare silențioasă și un coeficient de frecare redus. [12]

Fosfatarea:

Procesul de fosfatare constă în esență, în formarea pe suprafața metalului a unei pelicule protectoare de fosfați insolubili.  Pelicula de fosfați își exercită rolul protector anticoroziv numai în combinație cu alte pelicule depuse ulterior pe aceasta: lacuri, vopsele, uleiuri.  Depunerea ulterioară a unei astfel de pelicule este favorizată de structura poroasă a stratului de fosfat și de proprietățile sale absorbante.  De aceea, și datorită bunei sale aderențe, aceasta este des folosită ca înlocuitor al grundului în acoperirile cu lacuri și vopsele pentru îndustria construcțiilor de mașini, autoturisme, construcții navale, a bunurilor de larg consum s.a. [13]

Fig.1.2.1. Colivia fosfatată

Tipuri constructive de colivii:

Inel interior:

Inelele interioare sunt fabricate din oțel de rulment tratat termic și au căi de rulare rectificate sau superfinisate.

Ele se utilizează în următoarele cazuri:

La inele cu ace, manșoane cu ace, bucșe cu ace, rulmenți cu ace, dacă arborele nu se poate utiliza ca și cale de rulare.

Dacă rulmenții cu ace trebuiesc combinați cu inele interioare mai late, pentru a facilita deplasări axiale ale arborelui față de carcasă.

Dacă sunt necesare suprafețe optime de rulare pentru inelele de etanșare.

Inele interioare superfinisate:

Calea de rulare a inelelor interioare de tip IR este superfinisată. Teșiturile de la părțile frontale permit montajul ușor a lagărului și împiedică deteriorarea buzelor de etanșare. Inelele interioare se oferă cu și fără orificiu de lubrefiere.

Inelele interioare rectificate:

La inelele interioare de tip LR calea de rulare este rectificată. Suprafețele frontale sunt strunjite, muchiile sunt teșite. Aceste inele au toleranțe mai mari față de inelele de tip IR. Astfel, acestea se pretează pentru aplicații care permit toleranțe mai mari de lățime și au cerințe mai reduse privind bătaia axială[14]

Inel exterior :

Bolț fosfatat:

Rolă cilindrică:

Fig.1.2.7. Rolă colindrică

1.3 Materiale

În tema propusă, respectiv „Creșterea calității și productivității fabricației de rulmenți cu role la Schaeffler România SRL prin înlocuirea sudării cu electrozi înveliți în sudarea în medii de gaze protectoare”, elementele de sudat sunt : colivia care este un S355j0 fosfatat și bolțul C35 fosfatat. Aceste două elemente fiind din materiale diferite am realizat o mică cercetare asupra materialelor și a sudabilitații lor.

Fosfatarea la fel cum am menționat și mai sus este un tratament termochimic care se aplică materialelor metalice împotriva corodării, dar totodată cauzează și anumite probleme la sudure.

1.3.1 Materialul coliviei:

Descrierea oțelului S355j0.

Acest material S355J0 este un oțel structural care este cunoscut ca oțel rezistent la coroziune. Principalele elemente de aliere sunt nichel-crom și cupru cu fosfor care oferă calități excelente de autoprotecție. Cum oțelul reacționează cu elementele din atmosferă, materialul formează un strat de rugină în timp care în esență protejează oțelul împotriva coroziunii. [15]

Sudabilitate: Dacă se utilizează metal de adaos, fără rezistență îmbunătățită la coroziune se asigură că sudura în sine este rezistentă la intemperii. Ȋnainte de sudare, orice strat de suprafață care a fost deja format trebuie îndepărtat la o adâncime de 10 mm până la 20 mm față de marginile de legătură. Trebuie luate precauții speciale, atunci când se sudează oțelurile S355J0 și S355J2 cu un conținut ridicat de fosfor. Cerințe generale pentru sudarea cu arc electric a oțelurilor menționate în acest document sunt prezentate în EN 1011-2. [16]

Aplicații ale oțelului S355j0.

S355J0 oferă o soluție economică de lungă durată ca oțel structural pentru utilizarea în aplicații cum ar fi poduri metalice rezervoare de gaz și în clădiri sculptate din cauza finisajului estetic al materialului. În plus, din oțel S355J0WP îmbunătățit cu rezistență la coroziune se poate produce o gamă largă de aplicații: arhitectură, coșuri de fum, fabricarea vagoanelor de marfă, silozuri, piloni etc. [15]

Compoziția chimică a oțelului  S355j0

Pentru comenzi de serie mare conținutul P și S poate fi cu 0,005% mai mare. Oțelurile S355J0 pot prezenta un conținut de Ni de max. 0,65%. Valoarea maximă de azot nu se aplică în cazul în care compoziția chimică prezintă un conținut minim de Al de 0,020%, sau în cazul în care există suficiente elemente de legătură N. Elementele obligatorii de legătură N sunt menționate în documentul de inspecție. [15]

Proprietăți mecanice ale oțelului S355j0

Valorile testului la tracțiune sunt prezentate în tabel și se aplică la mostre longitudinale; în caz de benzi și tablă de oțel cu lățimi de ≥600 mm se aplică mostre transversale. Dacă proprietățile mecanice ale otelului S355J0WP au fost modificate în mod semnificativ de deformări la rece, pot fi aplicate procedee de detensionare la recoacere sau normalizare. Normalizarea ar trebui, de asemenea, aplicată după deformare la cald în afara intervalului de temperatură de 750 la 1.050 ° C și după supraîncălzire. [15]

Calculul conținutului de carbon echivalent pentru materialul S355j0.

Acest calcul se realizează în vederea estimării riscului de fisurare.

Cu cât valoarea procentului de carbon echivalent din materialul de bază este mai mare cu atât crește dificultatea de sudare și se impun anumite condiții tehnologice suplimentare care pot fi aplicate atât înaintea sudării cât și după sudare. Pe baza compoziției chimice a materialelor de bază se stabilește concentrația de carbon echivalent, dupa relația:

(1.1.3.1)

(1.1.3.2)

Sudabilitatea materialului S355j0 după calculul conținutului de carbon echivalent este una excelentă deoarce se încadrează în intervalul (<0,35%) din tabelul de mai jos “Caraterizarea sudabilității oțelurilor carbon și slab aliate”.

Fig.1.3.1.3. Tabel caraterizarea sudabilității oțelurilor carbon și slab[17]

Sensibilitatea de fisurare a imbinarilor sudate

Sensibilitatea fisurării la cald.

Fisurările la cald apar la sfârșitul procesului de recristalizare și formarea acestora este favorizată la oțelurile și aliajele cu interval mare de solidificare. În scopul aprecierii comportării oțelurilor din acest punct de vedere, se folosește noțiunea de indice de sensibilitate la fisurare la cald HCS, care poate fi determinat cu ajutorul relației. [17]

(1.1.3.3)

(1.1.3.4)

Sensibilitatea fisurării la rece.

Pentru aprecierea sensibilitătii la fisurare la rece se recurge la determinarea parametrului de fisurare P, determinat cu relația:

(1.1.3.5)

În care : H – este conținutul de hidrogen în cm³/100g;

S – grosimea materialului în mm

Cu cât valoarea indicelui P este mai mică, sensibilitatea la fisurare la rece, scade. [17]

(1.1.3.6)

1.3.2 Materialul bolțului

Materialul bolțului este un oțel carbon de calitate pentru îmbunatațire. Acesta se utilizează în stare normalizată și îmbunatățita pentru organe de mașini ușor solicitate cărora li se cere o tenaticitate ridicată: bolțuri, biele, tije ale capetelor de cruce etc.[18]

Compoziția chimică a oțelului C35

Fig.1.3.1.1. Tabel compoiziție chimic[19]

Proprietăți mecanice ale oțelului C35

Fig.1.3.1.2. Tabel Propietății mecanice[19]

Calculul conținutului de carbon echivalent pentru materialul C35.

Acest calcul se realizează în vederea estimării riscului de fisurare.

Cu cât valoarea procentului de carbon echivalent din materialul de bază este mai mare cu atât crește dificultatea de sudare și se impun anumite condiții tehnologice suplimentare care pot fi aplicate atât înaintea sudării cât și după sudare. Pe baza compoziției chimice a materialelor de bază se stabilește concentrația de carbon echivalent, dupa relația:

(1.1.3.7)

(1.1.3.8)

Sudabilitatea materialului C35 după calculul conținutului de carbon echivalent este una conditionata deoarce se încadrează în intervalul (0,46…0,50) din Fig.1.3.1.3 “Caraterizarea sudabilității oțelurilor carbon și slab aliate”.

Temperatura de preîncalzire.

O metodă de apreciere a temperaturii de preîncalzire este cea cunoscută sub numele de metoda Saferian. Calculul temperaturii de preîncalzire prin metoda Saferian se realizeaza după:

(1.1.3.9)

s- grosimea componentelor pentru sudare

Dacă radicalul din expresia de mai sus, rezultă imaginar se interpretează rezultatul în sensul că nu este necesară preîncalzirea componentelor în vederea sudării.

(1.1.3.10)

Sensibilitatea de fisurare a imbinarilor sudate.

Sensibilitatea fisurării la cald.

Fisurările la cald apar la sfârșitul procesului de recristalizare și formarea acestora este favorizată la oțelurile și aliajele cu interval mare de solidificare. În scopul aprecierii comportării oțelurilor din acest punct de vedere, se folosește noțiunea de indice de sensibilitate la fisurare la cald HCS, care poate fi determinat cu ajutorul relației. [17]

(1.1.3.11)

(1.1.3.12)

Sensibilitatea fisurării la rece.

Pentru aprecierea sensibilitătii la fisurare la rece se recurge la determinarea parametrului de fisurare P, determinat cu relația:

(1.1.3.13)

În care : H – este conținutul de hidrogen în cm³/100g;

S – grosimea materialului în mm

Cu cât valoarea indicelui P este mai mică, sensibilitatea la fisurare la rece, scade. [17]

(1.1.3.14)

Capitolul 2: Stadiul actual al Sudării cu electrod învelit

Sudarea manuală cu electrod învelit (MMA) este un procedeu de sudare manuală care folosește un electrod învelit cu un strat de flux. Curentul electric, sub forma alternativ sau continuu de la o sursă de curent electric, este folosit pentru formarea unui arc electric între electrod și piesele de sudat. În timp ce cordonul de sudură este depus, fluxul care învelește electrodul se dezintegrează dând naștere la vapori de gaz și a stratului de zgură ambele având rol de protecție, a băii de metal topit și a cordonului de sudura, împotriva acțiunii atmosferei.

Datorita versatilității procedeului, simplității echipamentului și a operării, sudarea manuală cu electrod învelit este unul dintre cele mai răspândite procedee de sudare folosite la nivel mondial. Domina celelalte procedee de sudare în activitățile industriale de întreținere și reparații, și folosit foarte intens în construcții metalice și producție industrială.[20]

Fig2.1 Schema explicativă sudare manuală cu electrod învelit[20]

Întrucat acest procedeu se execută de obicei manual, prezintă și câteva dezavantaje :

Productivitate redusă (viteza de sudare mică și o cantitate redusă de metal depus, precum și timpii morți pierduți la schimbarea electrozilor și pentru curațarea zgurii)

Calitatea suduri depinde de unii factori subiectivi(calificarea ,îndemanarea și cunostințele sudorului). [21]

2.1 Arcul electric

Arcul electric este o descărcare electrică stabilă între doi electrozi la densitați mari de curent în mediu gazos.

2.1.1 Amorsarea și formarea arcului electric. Părțile componente ale arcului electric

 Etapele amorsarii si formarii arcului electric sunt prezentate în figura 2.1.1

Punctele de contact între electrod si piesa (figura 2.1.1.a), care constituie locurile de strangulare a liniilor de curent se vor încalzi pâna la temperatura de topire, datorită curentului de scurtcircuit mare. Sub influența forței de apăsare F numarul punctelor de contact va crește continuu și zona de trecere electrod și piesa va fi formată dintr-o punte de metal lichid (figura 2.1.1.b). La ridicarea electrodului de pe piesă (figura 2.1.1.c) odată cu alungirea punții de metal, datorită forțelor electromagnetice Fe se produce și o strangulare a ei. Aceasta determina o creștere a rezistenței electrice care conduce la cresterea temperaturii acestei portiuni. La atingerea temperaturii de fierbere a metalului are loc ruperea punții metalice și formarea vaporilor metalici care fiind ușor ionizabili asigură trecerea curentului în continuare sub forma unei descarcari în arc (figura 2.1.1.d). [22]

Fig.2.1.1.1 Etapele amorsarii si forarii arcului electric[22]

Procesul de formare a arcului electric surează doar câteva fractiuni de secundă și se caracterizează prin fenomene fizice complexe:

emisie termoelectronică

ionizarea gazului din spatiul arcului

accelerarea electronilor în câmp electric, etc.

            Datorită transportului de ioni de la anod la catod, anodul va aparea sub forma unui crater iar catodul sub forma unui con. [22]

Părtile componente ale arcului electric sunt prezentate în figurile 2.1.2 si 2.1.3:

Fig. 2.1.1.2 Delimitarea zonelor arcului electric[22]        Fig.2.1.1.3Reprezentarea simplifică a arcului electric[22]

   2.1.2 Stabilitatea arcului electric si a procesului de sudare

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

Limitele în care variază parametrii arcului depind de regimul de transport al picaturilor de metal, înfuenta câmpului magnetic propiu, felul curentului, tipul sursei de current, etc.

Aprecierea daca un arc este stabil sau nu, se face studiind oscilogramele ridicate pentru curent și tensiune. În considerațiile facute pană acum s-au prezentat condițiile de natura fizică și electrică ale circuitului în care se gasește arcul, pentru ca aceasta să ardă stabil. În continuare, se va studia influenta propietăților sursei de alimentare asupra sudabilitășii arcului.

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

Topirea electrodului și trecerea metalului sub forma de picaturi provoacă variații bruste ale lungimii arcului și scurt circuitări repetate ale sursei. Caracterul dinamic al sarcinii necesită ca sursă de alimentare să îndeplinească anumite condiții speciale. [21]

2.2 Principiul sudării cu electrod învelit

În cazul sudării cu electrozii înveliți este necesară topirea unei zone din metalul de bază MB sș din electrodul E, cu ajutorul energiei termice degajate în arcul electric, arc format între E și MB. Arcul electric este alimentat prin intermediul unor cabluri conducătoare (cablu pentru masă c.m și cablu pentru electrod c.e), cu current electric provenit de la o sursă specializată cu curent figura 2.2.1 a. Sursa de current are o caracteristică externă coborâtoare pentru ca în cazul scurtcircuitelor frecvente care apar în timpul procesului de sudare, curentul de scurtcircuit sa fie limitat la valoarea . Prin aceasta ăi căldura degajată este limitată în cazul scurtcircuitelor și nu se produc mici explozii cu aruncări de stropi sau arderi intense ale metalului topit. [21]

Fig.2.2.1. Desfasurarea procesului de sudare cu electrozi înveliți SE[23]

1 – arcul electric; 2 – metalul de baza (componentele de sudat); 3 – electrodul învelit;

4 – sârma electrodului; 5 – învelisul electrodului; 6 – gazele protectoare provenite dinsubstanțele învelișului;7- baia de sudură;8 – cusătura; 9 – zgura rezultată din învelisul topit; 10 – portelectrodul; 11 – sursă de energie electrică pentru alimentarea arcului; 12 – cablurile de legatură de la sursă la electrod și la componente. [23]

Fig.2.2.2 Desfasurarea procesului de sudare cu electrozi înveliti SE[23]

1- materialul de adaos picătură, 2- zgură, 3- baia metalică, 4- metal de bază, 5- MA electrod invelit, 6- gaze protectie, 7- arc electric, 8- piese, 9- clește port electrod, 10-11- cabluri alimenatre curent, 12- sursă de sudare, 13- reglaj manual curent,14- legatura la masă[23]

În general sursele de sudare au o putere mică, medie (normală) sau mare, în funcție de natura lucrarilor executate, respectiv de diametrul maxim al electrodului utilazat, dupa cum rezultă în tabelul urmator: [21]

Fig.2.2.3 Tabel pentru puterea posturilor de sudare. [21]

Curentul de sudare este furnizat de o sursă de curent care poate fi transmis:

Transformator;

Convertizor;

Redresor;

Invertor;

1.Transformatoarele – sunt surse de curent alternativ coborâtoare de tensiune (valorile aproximative ale tensiunii și curentului în secundar sunt 70V și »500A). Pot fi răcite natural sau în ulei.[22]

Avantaje:

este simplu și are construcție ieftină;

nu are parți în mișcare care se uzează;

are durată mare de viață;

randamentul este ridicat 70 – 90%;

pierderile de mers în gol sunt foarte reduse;

suflajul magnetic este foarte slab.

Dezavantaje:

factor de putere foarte slab, cos φ = 0,3-0,45;

fiind monofazat încarcă neuniform rețeaua trifazată.

Fig.2.2.4 Principiul de funcționare a unui transformator[22]

2.Convertizoarele de sudare – sunt surse de curent continuu și se compun dintr-un motor de antrenare care poate fi motor cu ardere internă sau motor electric asincron și un generator de curent continuu cu caracteristică coborâtoare. [22]

Avantaje:

încarcă uniform rețeaua de curent trifazată;

are randament ridicat 50-65%;

au factor bun de putere;

stabilitatea arcului este mai bună în curent continuu decât în curent alternativ.

Dezavantaje:

cost ridicat;

consum mare de energie la mersul în gol;

întreținere costisitoare și pretențioasă.

3. Redresoarele – sunt surse de sudare de curent continuu compuse dintr-un transformator de putere și un redresor (de seleniu, diode sau tiristoare de putere). [22]

Avantaje:

lucrează fără zgomot și asigură suduri uniforme de calitate;

are factor de putere ridicat cos φ = 0,6-0,7;

este mai simplu și mai ieftin decât convertizorul.

Dezavantaje:

este un utilaj scump;

se defectează ușor (elementele semiconductoare)

4. Invertoarele. Masa acestor surse este mult mai mică decât a surselor clasice. De exemplu pentru a produce un curent de sudare de 10 A în cazul surselor clasice aceasta sursă va avea o masă cuprinsă între 8 – 10 kg, iar în cazul surselor cu invertor masa acestora va fi cuprinsă între 1 – 1,2 kg. [22]

Principiul de funcționare a sursei cu invertor este prezentat în figura 2.2.5

Fig.2.2.6. Principiul de funcționare a sursei cu invertor [22]

Avantajele principale ale surselor cu invertor sunt:

greutatea sursei este micșorată de circa 10 ori față de cea specifică surselor precedente;

reducerea puternică a greutății transformatorului și a inductanței de netezire;

posibilitatea oricărei forme de puls pentru curent de sudare;

Dezavantajele principale sunt:

necesitatea utilizării unor tranzistoare de putere la tensiuni ridicate (800 – 1000 V);

sensibilitatea tranzistoarelor față de supratensiunile ce apar pe rețeaua de alimentare datorită altor mașini electrice de forță, racordate la aceeași rețea de alimentare;

necesitatea montării unui filtru de rețea de construcție mai deosebită (cât mai ușor) care să protejeze rețeaua față de tensiunile transmise prin diferite cuplaje, cu frecvența de 300 Hz care este frecvența maximă a impulsurilor de curent la sudare. [22]

2.3. Performanțele sudării cu electrod învelit

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 (fig.2.3.1). [24]

Fig.2.3.1. Schema demonstrativa[24]

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 între capătul electrodului și baia de metal topit.

Dintre performantele 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. dă 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 Sudarii cu electrozii inveliti are însă și o serie de dezavantaje de natură economică și 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 urma 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 frecventă 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 rezistența la oboseală a îmbinării.

Componentele cu grosimea sub 3 mm se sudează dintr-o singură trecere fărăa 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. [24]

2.4. Funcțiile învelisului electrodului

Electrodul de sudare, prin sârma și învelisul sau, trebuie să indeplinească o serie de cerințe, după cum urmează:

să asigure funcționarea stabilă a arcului de sudare;

să conducă la realizarea unei anumite compoziții chimice a cordonului;

să realizeze cusături sudate fară defecte;

să asigure topirea uniformă a sârmei și a învelisului, progresiv și corelat;

să conduca la pierderii minime de metal prin ardere și stropire;

să permită sudarea cu productivitate ridicată;

să permită îndepartarea cu usurința a stratului de zgură solidificat pe cordon;

învelisul să fie rezistent, uniform și perfect concentric cu sârma electrod și să-și mențină în timp proprietățile fizice și chimice;

învelisul să aibă o toxicitate redus în timpul fabricării și sudării. [23]

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: [24]

Funcția de ionizare

Aceasta funcție asigură funcționarea stabilă a arcului electric între vergeaua metalică a electrodului învelit și componentele de sudat. În învelișul electrodului se află 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 intră dioxidul de titan – TiO2 – (rutilul), carbonatul de calciu, carbonatul de potasiu, oxizii și sărurile unor metale alkaline sau alcalino-pamântoase. [24]

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 enumera carbonații de calciu, magneziu și bariu precum și o serie de substanțe organice (amidon, celuloză etc). [24]

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 baza topit astfel încât să se ridice la suprafața acestuia protejând cordonul de sudură și împotriva agenților atmosferici. Este preferabil ca această 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, hematită, manganită etc.) siliciu și silicații naturali (cuart, feldspat, caolin etc.) și carbonații naturali (dolomită, magnezită,calcită etc). [24]

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. [24]

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 introduce 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. [24]

Funcția de susținere

Se materializează prin aceea că zgura formată prin solidificarea învelișului electrodului și a altor oxizi, proveniți în urma procesului de sudare, asigură sprijinirea băii de metal topit evitând curgerea ei gravitațională. Aceasta funcție este pregnant folosită la sudarea de poziție, la sudarea pe verticală sau de plafon în care există 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 împiedică scurgerea atât a zgurii topite cât și a băii de metal topit. [24]

Funcția de liant

Aceasta se caracterizează prin asigurarea legăturii între elementele aflate în învelișul electrodului precum și asigurarea aderenței învelișului pe sârma 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. [24]

Dupa felul invelisul sunt standardizate urmatoarele tipuri de electrozi:

Electrozi cu invelis acid (A);

Electrozi cu invelis basic (B);

Electrozi cu invelis celulozic (C);

Electrozi cu invelis rutilic (R) si titanic (T);

Electrozi cu invelis oxidant (O).

2.4.1. Caracteristica învelusului electrodului 19/9M BÖHLER:

Descriere electrod:

Electrod de tip rutil E 20 10 3 / 308Mo. Acest electrod este proiectat pentru articulații diferite și placare sudură. Potrivit pentru temperaturi de serviciu de la -80 ° C până la +300 ° C. Siguranța împotriva formării porozității datorită învelișului rezistent la umiditate. [25]

Compoziție chimică:

Fig.2.4.1. Compoziție chimică BÖHLER FOX CN 19/9[25]

Propietăți mecanice:

Fig.2.4.2. Propietăți mecanice BÖHLER FOX CN 19/9[25]

2.5. Algoritmul de calcul al tehnologiei de sudare cu electrozii înveliți:

Alegerea electrozilor :

Electrozii înveliți cu utilizare curentă la sudarea cu arc electric manuală au diametrele uzuale având valorile de: 1,6; 2; 2,5; 3,25; 4; 5; 6 [mm]. În funcție de valorile diametrului electrodului este stabilită și lungimea acestuia.

3,25 mm 450 mm (2.5.1)

3,25 mm 350 mm

Limitarea lungimii se impune din condiția încălzirii electrodului prin efect Joule. [24]

Alegerea diametrului electrodului se face în funcție de grosimea componentelor de sudat și de numărul de treceri, respectiv de ariile pe frecare trecere. În cazul în care sudarea se realizează într-o singura trecere unilaterală sau bilaterală în figura 2.5.1 se dă diametrul electrodului de în funcție de grosimea componentelor de sudat S.

Fig.2.5.1. Alegerea diametrului electrodului în funcție de grosimea componentelor.[24]

Dacă sudarea se realizează prin mai multe treceri atunci diametrul electrodului cu care se sudează rădăcina cusăturii se alege la o valoare mai mică, astfel încât cordonul de rădăcină, fără susținere, deci cu baie săracă, să nu aibă o arie prea mare.

Electrodul se alege și funcție de compoziția chimică a materialului de bază și caracteristicile de rezistență ale acestuia. Se caută ca rezistența minimă de rupere garantată a materialului depus conform simbolului standard al electrodului să se apropie de rezistență materialului de bază ce urmează a fi sudat.

Sub aspectul compoziției chimice sunt selectate două categorii de electrozi: electrozii destinați sudării oțelurilor cu puțin carbon și slab aliate și electrozii destinați sudării oțelurilor aliate.

În unele lucrari se face o selecție a electrozilor și din punct de vedere funcțional, distingându-se astfel:

– electrozii rapizi; permit sudarea cu viteze mari;

– electrozii de umplere; depun o cantitate mare de material, respectiv au un coeficient de depunere și un randament superior;

– electrozi pentru sudarea de poziție; asigura o solidificare rapidă a zgurii și evitarea tendinței scurgerii gravitaționale a băii de metal topit. Sunt folosiți aceștia și pentru sudarea primului strat sau în rosturi neuniforme. [24]

2. Alegerea tipului și dimensiunilor rostului

Pentru sudarea manuală cu electrozi înveliți standardul impune anumite geometrii ale rostului. Se are în vedere ca volumul de material depus să fie minim dar totodată asigurarea pătrunderii pentru realizarea caracteristicilor necesare îmbinării. [24]

3. Calculul ariei rostului, a ariei unei treceri și a numărului de treceri

Aria rostului se împarte pe mai multe treceri. Pentru trecerea de rădăcină se aloca o arie mai mică, iar pentru trecerile de completare se alocă arii apropiate de valorile maxime. Fie aria stratului de rădăcină, ariile celorlalte treceri de completare se vor calcula cu relația:

(2.5.2)

în care este aria totală a rostului iar este numărul de treceri.

Se urmărește ca valoarea să se apropie cât mai mult de valoarea ariei maxime. În aceste condiții toate trecerile începând cu i = 2 până la i = vor fi realizate cu același regim de sudare. Se practică = 0,4…0,6 ⋅ .[24]

4. Calculul intensității curentului de sudare

Intensitatea curentului de sudare cu un anumit electrod se alege funcție de indicațiile producătorului, trecute în prospectul electrodului, sau catalogul acestuia. La sudare S.E. cu electrozi înveliți fără pulbere de fier în înveliș,

= 56,25 ⋅ de − 75 [A] (2.5.3)

iar în condițiile sudării cu pulbere de fier în înveliș:

= 62,5 ⋅ de − 50 [A] (2.5.4)

în care d [mm]. [24]

5. Calculul tensiunii arcului

Când nu sunt indicații exprese ale producătorului de electrozi, tensiunea arculuise calculează cu relația:

= 0,05 ⋅ + 10 [V] [24] (2.5.5)

6. Calculul ratei depunerii

Rata depunerii se calculează cu relațiile pentru electrozii fără pulbere de fier în înveliș:

(2.5.6)

iar pentru electrozii cu pulbere de fier în înveliș:

= K ⋅ (1,588 ⋅10 ⋅ + 0,34) (5.9) (2.5.7)

în care K = 1,5 pentru sudarea cu DC+ și K = 1 pentru sudarea cu DC-. [24]

7. Calculul vitezei de sudare

Între rata depunerii, secțiunea unei treceri și viteza de sudare există relația:

= ⋅ ρ ⋅ (2.5.8)

din care rezultă expresia vitezei de sudare:

(2.5.9)

Întrucât rata depunerii a fost stabilită anterior, secțiunile trecerilor au fost precizate, viteza de sudare rezultă în baza relației. [24]

2.6 Contribuții propii

Sudarea actuală cu electrod învelit folosită la sudarea rulmenților cu role nu dă randamentul care trebuie din multe puncte de vedere, și pentru aceea am ales să fac o comparație între tehnologia actuală si una realizată de catre mine pentru a vedea exact care sunt problemele folosirii acestui procedeu.

Pentru acest lucru am realizat o tehnologie nouă a sudarii cu electrod învelit, precum și un set de probe pe care le-am controlat și realizat un buletin de analize cum ar fii: micro, macro, duritate dar și încercarii de tracțiune.

În final am comparat buletinele realizate dupa tehnologia concepută de către mine cu cele după tehnologia actuală pentru a avea un punct de vedere, și pentru a vedea unde s-a greșit până acum, tot odată aceste buletine de analize vor fii folosite mai departe în comparație și cu procedeele noi implementate respectiv Wig-mecanizat și Mig unde se va trage concluzia finală.

2.6.1 Tehnologia actuală

La sudarea rulmeților cu role cu electrod învelit în stadiul actual se folesc următoarele:

Electrozi de Ø 5 BOHLER FOX CN 19/9 M;

Transformator de sudură Fronius TransPocket 5000CEL;

Perie de sarmă.

1.Instalația de sudare:

Fig.2.6.1. Sursa sudura Fig.2.6.2. Port electrod

2.Pregătirea înaintea sudării:

Fig.2.6.3. Așezarea câtorva role egal Fig.2.6.4.Umplerea coliviei cu role și

distribuite, așezare colivie superioară. se înșurub toate bolțurile

.

Fig.2.6.5. Fixarea cu menghina de mână pentru menținerea jocului axial până se sudează.
Se înclină în plan vertical masa până ce suprafața coliviei superioare este orizontală în zona de sudare, pentru ca să nu curgă material incandescent în rulment.

3. Sudarea propriu-zisă:

Fig.2.6.6. Realizarea sudurii

4. Curățare după sudură:

Fig.2.6.9.Curațarea propiu-zisă. Fig.2.6.10. Curațarea cu peria de sârma. Suflarea cu aer

comprimat: pentru îndepărtarea eventualelor corpuri

străine care pot contamina rulmentul.

5. Verificarea aspectului sudurii:

Fig.2.6.11. Sudura trebuie să fie fără pori, găuri sau denivelări mari.

Dacă sunt aceste defecte, ele vor fi remaniate (umplute) cu sudură

și apoi remaniate prin prelucrare cu peria de sârmă sau corpuri abrazive.

6. Defecte după sudură:

2.6.2 Tehnologia propie:

Am realizat calculul tehnologie sudării cu electrod învelit, dar tot o dată un set de probe și analize după acel calcul, în final alegandu-se cea mai buna proba, urmand să fie trecută într-un WPS(Welding Procedure Specification), și coparându-se cu tehnologia actuală.

Tehnologia și calculele le-am realizat pe doua dimensiunii de bolțurii :Ø12 și Ø25:

1.Alegerea diametrului electrodului:

După Figura 2.5.1. din tablelul alegerea diametrului electrodului în funcție de grosimea componentelor, reiese că pentru diametrul bolțului Ø12 unde grosimea de sudatat este 2,5 mm am nevoie de un electrod de Ø 2,5 iar pentru bolțul Ø25 unde grosimea de sudat este de 4,5 am nevoie de un electrod de Ø 3,2 sau Ø 4 si chiar Ø5.

2.Întensitatea curentului:

Ø 12 (=2,5)

=56,25 ⋅ de − 75 [A] (2.6.1)

=56,252,5 -75=65,62[A] (2.6.2)

Ø25 (=3,2)

=56,25 ⋅ de − 75 [A] (2.6.3)

=56,253,2 -75=105[A] (2.6.4)

Ø25 (=4)

=56,25 ⋅ de − 75 [A] (2.6.5)

=56,254 -75=150[A] (2.6.6)

3. Calculul tensiunii arcului:

Ø 12 (=2,5)

=0,05 ⋅ + 10 [V] (2.6.7)

= 0,05 ⋅65.62 + 10 =13,281[V] (2.6.8)

Ø25 (=3,2)

= 0,05 ⋅ + 10 [V] (2.6.9)

= 0,05 ⋅105 + 10 =15,25[V] (2.6.10)

Ø25 (=4)

= 0,05 ⋅ + 10 [V] (2.6.11)

= 0,05 ⋅150 + 10 =17,5[V] (2.6.12)

4. Calculul ratei depunerii.

Ø 12 (=2,5);

(2.6.13)

=1,176 (2.6.14)

Ø25 (=3,2) ;

(2.6.15)

=1,473 (2.6.16)

Ø25 (=4);

(2.6.17)

=1,814 (2.6.18)

5.Calculul vitezei de sudare:

Ø 12 (=2,5);

Vs= (2.6.19)

Vs=7,35 [cm/min] (2.6.20)

Ø25 (=3,2) ;

Vs= (2.6.21)

Vs=9,19 [cm/min] (2.6.22)

Ø25 (=4);

Vs= (2.6.23)

Vs=10,39 [cm/min] (2.6.24)

6.Energia liniara:

Ø 12 (=2,5);

El= (2.6.25)

El=8,29 [KJ/cm] (2.6.26)

Ø25 (=3,2) ;

El= (2.6.27)

El=12,1 [KJ/cm] (2.6.28)

Ø25 (=4);

El= (2.6.29)

El=17,6 [KJ/cm] (2.6.30)

2.6.3 Aparatura folosita

Aparatură și ustensilele folosite pentru efectuarea probelor de sudura, se compun din:

Pentru primul set de probe am folosit un invertor MAHE, iar pentru cel de al doilea set de probe am folosit un transformator FRONIUS TRANS POCKET 5000.

Port electrod

Perie de sârma

Echipament de protectie sudor

Fig.2.6.3.1 Realizarea sudurii

Fig.2.6.3.2. Ilustrarea Aparaturii și a echipamentului folosit pentru realizarea probelor

2.6.4 Efectuarea probelor

Având în vedere realizarea mai multor probe am luat o marjă de eroare de +/- A.

În urma sudării cu amperajele din tehnologia calculate de către mine, am văzut practic că este imposibil de sudat cu aceste amperaje deoarece materialele de sudat se compun din diferite proprietăți, și practic se sudeaza greu.

Totuși am realizat anuminte teste pentru cele două diametre de bolț cu amperaje luate din tehnologia actuală care se afla în tabelul următor:

Fig.2.6.3.3.Tabel amperaj actual pentru sudarea rulmentilor cu role.

Am încercat să combin mai multe tipuri de sudare cu electrod învelit în diferite amperaje, diferite diametre de electrozi, și straturi de sudură.

De obicei se sudează două straturi de sudură, deoarece mereu după primul strat de sudură apar pori, am încercat și dintr-un singur strat dar numai odată am avut un caz fericit să nu am porii de suprafață, vizibili.

Fig.2.6.3.4. Tabel cu datele probelor efecuate cu invertorul MAHE pentru bolțul de Ø25

Fig.2.6.3.5. Tabel cu datele probelor efecuate cu transformatorul FRONIUS pentru diametrul bolțului de Ø25

Între aceste două tabele cu valori se poate observa o diferență de amperaj enormă deoarece fiecare dintre cele două aparate dezvoltă altă putere.

Fig.2.6.3.6. Tabel cu datele probelor efecuate cu invertorul MAHE pentru bolțul de Ø12

Probele efectuate pentru bolțul Ø25 Invertor MAHE:

Probele efectuate pentru bolțul Ø25 Transformator FRONIUS:

Probele efectuate pentru bolțul Ø12.

Aspectul sudurii după tăierea coliviilor cu fierăstrăul mecanic cu emulsie.

Fig.2.6.3.7. Imagini cu probele de sudură tăiate, fără prelucrare.

2.6.5 Controlul și analizarea probelor

Controlul nedistructiv al sudurilor:

Metoda de control folosită este inspecția cu pulberi metalice, iar pentru această operațiune am folosit mașina Fluxen.

Metoda de examinare cu particule magnetice este una dintre cele mai sensibile, fiabile și productive metode nedistructive pentru inspecția de suprafață a produselor din materiale feromagnetice. Metoda se bazează pe atragerea particulelor feromagnetice de forța fluxului de scăpări care apare deasupra defectelor de suprafață, cum ar fi fisuri, suprapuneri, lipsa sudurii, pori, după o magnetizare completă.

Metoda cu particule magnetice se poate utiliza pentru indicarea defectelor de suprafață deschise, și în anumite condiții, pentru detectarea defectelor situate aproape de suprafață. O probabilitate mai mare de detectare există atunci când direcția unui defect este perpendiculară pe direcția câmpului magnetic aplicat. Cu cât este mai mic unghiul dintre defect și linile de câmp magnetic, cu atât este mai slabă indicația . [31]

Fig. 2.6.5.1. Exemplificare procedura [32]

Fig.2.6.5.3. Așezarea și ungerea cu solventul cu pulbere metalice

Fig.2.6.5.4. Control UV

Analizarea probelor:

2.6.6. Planul de control WPS

Fig. 2.6.6 1. Planul de control WPS pentru bolțul Ø 25

Fig. 2.6.6 2. Planul de control WPS pentru bolțul Ø 12 cu un singur strat.

Fig. 2.6.6 3.Planul de control WPS pentru boltul Ø 12 cu doua straturi

CAPITOLUL 3 IMPLEMENTAREA NOILOR TEHNOLOGII, SUDAREA ÎN MEDII DE GAZE PROTECTOARE

Prin implementarea acestor două tehnologii de sudare în medii gaze protectoare, voi încerca să demonestrez beneficile lor prin productivitatea lor și calității sudurilor dar și protecția sudorilor, dar și să evidențiez problemele sudării cu electrod învelit făcând o concluzie finală între cele trei procedee.

3.1. Sudarea WIG-mecanizat

Sudarea WIG este un procedeu de sudare cu arcul electric în mediu de gaz protector inert cu electrod nefuzibil. Arcul electric este amorsat între un electrod nefuzibil și piesa de sudat. Simbolizarea procedeului rezultă din inițialele denumirii engleze Wolfram-Inert-Gas.

Sudarea WIG se efectuează cu sau fără material de adaos introdus sub formă de sârmă, în curent continuu sau alternativ, sursa de sudare având caracteristică externă căzătoare. Procedeul poate fi aplicat în varianta manuală, semimecanizată, mecanizată sau automatizată.
Sudarea WIG are un grad înalt de universalitate, putând fi aplicată pentru îmbinarea practic a oricăror materiale metalice. Este posibilă efectuarea sudării în orice poziție, grosimea minimă sudabilă fiind de circa 2,5 mm.

Sudurile WIG se caracterizează printr-o calitate excelentă, datorată în bună măsură protecției oferite de gazul inert. Trecerea materialului de adaos prin arcul electric se face practic fără stropi. Materialul de adaos nefiind conectat în circuitul electric de sudare, el nu este transferat prin spațiul arcului, ci doar topit de acesta. Astfel, există posibilitatea controlului independent al sursei termice și al introducerii de material de adaos. Sudura nu este acoperită cu zgură și, ca atare, nu este necesară o curățare a îmbinării sudate. Procedeul permite un control excelent asupra modului de formare a rădăcinii sudurii. [26]

La sudarea WIG se utilizează electrozii nefuzibili, gaze de protecție și eventual, sârme pentru sudare și un sistem mecanizat de tragere a sârmei.

În tabelul următor se indica domenii uzuale de valorii ale parametrilor de sudare WIG:

Fig.3.1.1. Tabel domenii uzuale de valorii ale parametrilor de sudură WIG. [27]

3.1.1 Principiul procedeului WIG

Fig.3.1.1.1. Schema de principiu a procedeului de sudare și încărcare WIG.

1-MA vergea, 2-MA topit, 3-cusătură sudată, 4- electrod de W, 5- baie metalică, 6- arc electric, 7- pistolet de sudare, 8- legatură la masă piesă, , 9- legatură electrică pentru sursă, 10- reductor de presiune gaze, 11- piese, 12- cablu de răcire cu apă cap sudare, 13- butelie Argon, 14- sursă de sudare electrică, 15- manometru debit gaz. [21]

Principiul de sudare a procedeului WIG este prin formare unei bai metalice provenită prin topirea superficială a suprafeței de încarcat și care se completează cu materialul de adaos provenit din vergeaua introdusă în baia metalică și menținută permanent în jetul de gaz protector de către operator. Acesta urmărește și reglează în permanență volumul de material de adaos necesar mai ales la operații de încărcare, precum și adâncimea de pătrundere, implicit diluția.

Electrodul de wolfram este răcit de jetul de gaz sau apa, pentru a evita supraîncălzirea sau deteriorarea sa.

Arcul se poate alimenta în c.a și c.c, în curent continuu există două modalități de alimentare:

Polaritate directă , electrodul la catod și piesa la anod;

Polaritate inversă , electrodul la anod și piesa la catod.

La operațiile de încărcare prin procedeul WIG se lucrează de obicei cu , unde bilanțul termic pe piesă este mai redus, ca rezultat baia metalică este largă și mai puțin adâncă. [21]

Electrodul fiind bombardat de electroni, care-i cedează energia, se încălzește puternic motiv pentru care se utilizează diametre mai mari ale electrodului de W sau obligatoriu răcirea cu apă a acestuia. Ionii de Ar, fiind grei la impactul lor cu piesa, ei sparg pelicula de oxizi de pe suprafața piesei, iar jetul de gaz o înlătură, producându-se o sablare electrică a piesei, fenomen deosebit de favorabil la piese acoperite cu oxizi greu fuzibili. [21]

O metodă de mărire a productivității procedeului WIG este sudura WIG cu sistem mecanizat de antrenare a sârmei și WIG cu sârmă încălzită, a cărui principiu se poate observa în figura 3.1.1.2.

Fig.3.1.1.2. Sudare mecanizată a procedeului WIG și WIG cu sârmă încălzită [21]

La această metodă avansul sârmei electrod se realizează mecanizat ca și în cazul procedeelor MIG/MAG, ceea ce ușurează executarea operației de sudare. Prin încălzirea suplimentară a capătului liber al sârmei 1, cu ajutorul curentului produs de sursă de curent 2, prin intermediul contactului alunecător 3, aportul termic în baie de sudură 4 este mult mai mare și topirea se efectuează cu o viteză sporită. [21]

3.1.2. Materiale pentru sudare

Materialele necesare pentru sudarea WIG sunt:

Electrozi nefuzibili;

Materiale de adaos (vergele sau sârme);

Gaze protectoare.

Electrozii nefuzibilii pentru sudarea WIG sunt confecționați din Wolfram sau din Wolfram și aliat cu Thoriu (1-2% Th) sau chiar cu Zirconiu (0,3-0,5 % Zr).

Prin alierea wolframului se obțin electrozi care permit sudarea cu densitați mari de curent și cu uzuri mici ale electrozilor. Uzura depinde în primul rând de puritatea gazului protector și de valoarea curentului în raport cu curentul maxim admis, pentru un anumit diametru de electrod și o anumită polaritate.

Pregătirea electrodului nefuzibil pentru sudare Wig diferă după natura și polaritatea curentului. [21]

– Pregătirea electrozilor nefuzibilii;

– Aspectul vârfului electrodului în timpul sudării;

– Forma cusăturii ce rezultă după sudare.

Fig.3.1.2.1. Pregătirea și forma electroziilor în timpul sudării [21]

Fig.3.1.2.2. Tabel de definire a electrozilor de wolfram.[27]

Materialul de adaos la sudarea WIG se prezintă sub formă de vergele, benzi din table tăiate la forfecare, sârme și uneori pulberi metalice.

Compoziția chimică a metalului de adaos trebuie să fie apropiată de compoziția chimică a componentelor care se sudează, întrucât în atmosfera protectoare inertă să nu aibă loc reacții de oxidare sau pierderi prin volatizare .

Există și situații în care metalul de adaos are o compoziție total diferită față de cea a componentelor și anume, în cazul în care se urmărește ca sudura să aibă alte proprietăți față de materialul de bază. [21]

Gaze protectoare pentru sudarea WIG se utilizează gaze inerte, în primul rând argon. Se pot folosi, de asemenea, heliu, amestecuri argon-heliu, și amestecuri argon – hidrogen (1-10% H2).

Comaparand propietatile celor doua gaze inerte se remarca urmatoarele:

– potențialul de ionizare al argonului este mai mic (15,7 V) decât cel al heliului (24,5 V). Ca atare, la același curent de sudare și aceeași lungime a arcului, tensiunea arcului în heliu va fi mai mare decât în argon și ca efect, puterea arcului în heliu și pătrunderea sudurii vor fi mai mari. La sudarea în heliu se pot utiliza viteze de sudare mai înalte.

– argonul este mai greu decât aerul, în timp ce heliul este mai ușor. De aceea, pentru a asigura același nivel al protecției gazoase este necesar un debit de heliu mai mare decât cel de argon. în același timp, pretențiile pentru poziționarea arzătorului față de piesă sunt mai ridicate la sudarea în heliu. Din acest motiv, sudarea în heliu se aplică, mai ales în varianta mecanizată;
– amorsarea arcului electric este mai dificilă în hefiu decât în argon. Uneori, la sudarea în heliu se preferă, de aceea, amorsarea arcului electric în argon și schimbarea ulterioară a gazului de protecție;

prețul argonului este mai redus decât cel al heliului;

la sudarea în curent continuu cu polaritate inversă, utilizarea argonului permite obținerea efectului de microsablare. Datorită bombardării piesei cu ioni grei de argon se produce o curățire superficială a piesei de peliculele de oxizi greu fuzibili, situație favorabilă în cazul sudării aluminiului. [27]

3.1.3 Amorsarea arcului electric

Amorsarea arcului se poate face prin două feluri, prin atingerea piesei de către electrod

sau prin impuls de înaltă tensiune :

Fig.3.1.3.1. Amorsarea arcului prin atingerea piesei [21]

Fig.3.1.3.2. Amorsarea arcului prin impuls de înaltă frecvență [21]

I-generator de impulsuri; G-sursă de sudare

Pentru a forma arcul între electrod și piesă, spațiul dintre acestea trebuie să fie conducător electric. Datorită temperaturii înalte la aprindere, gazul protector devine conducător.

Pentru a evita incluziuni de W în cordon se recomandă amorsare pe table de Cu. Metoda este valabilă pentru sudarea în curent continuu.

Prin amorsarea arcului fără atingere se evită impurificarea băii metalice. Metoda se folosește atât la sudarea în curent continuu cât și alternativ. [21]

3.1.4. Parametri tehnologici de sudare

Elaborarea tehnologiei de sudare WIG începe cu stabilirea gazului de protecție precum și a diametrului vergelei electrod. Se reamintește faptul că grosimile componentelor sub 3,5 mm se sudează dintr-o singură trecere, cu rost în „I”, fără metal de adaos. Celelalte tipuri de cordoane cap la cap în funcție de grosimea S a componentelor se sudează cu rost în „I” sau „V” conform figurii 3.1.4.1. [24]

Fig.3.1.4.1. Tipurii de cordoane in functie de grosimea componentelor. [24]

1.Diametrul electrodului nefuzibil se alege în funcție de grosimea componentelor de sudat conform relației statistice:

( 3.1.4.1)

,în care si S sunt exprimate în mm.

Această relație este valabilă pentru domeniul grosimilor componentelor cuprinse între 1<S<15. Diametrul electrodului calculat cu această relație se aproximează la una din valorile diametrelor folosite la confecționarea electrozilor din wolfram sau wolfram thoriat: . Corespondența dintre diametrul electrodului de wolfram (), a vergelei material de adaos () și debitul de argon este dată în figura 3.1.4.2. [24]

Fig.3.1.4.2.Corespondența între diametrul electrodului, al materialului de bază și debitul de argon [24]

2. În cazul folosirii heliului drept gaz de protecție debitul acestuia se dublează față

de debitul necesar de argon. Uneori diametrul materialului de adaos și debitul de argon

se calculează calculează cu relațiile informative:

(3.1.4.2)

(3.1.4.3)

,în care valorile mai mari sunt folosite pentru diametre mai mici ale lui de în [mm].

3.Următorul parametru tehnologic ce trebuie determinat îl constituie natura și polaritatea curentului. Ȋn acest sens în figura 3.1.4.3. sunt date indicații privind alegerea curentului de sudare și a polarității curentului continuu la sudarea diferitelor materiale după procedeul WIG.

Fig.3.1.4.3.Tabelul pentru determinarea polarității curentului. [24]

4. Intensitatea curentului la procedeul WIG se calculează în funcție de felul curentului și polaritatea acestuia. Astfel:

(3.1.4.4)

(3.1.4.5)

(3.1.4.6)

5.Tensiunea arcului:

Ua=0,05 x Is+10 (3.1.4.7)

6.Având în vedere forma rostului dintre componentele de sudat se stabilește numărul de treceri precum și secțiunea fiecărei treceri, . Ȋn felul acesta se poate calcula viteza de sudare pe trecere conform relației:

(3.1.4.8)

,în care aria trecerii este exprimată în [], iar densitatea materialului depus în [kg/].

7. Rata depuneri prin procedeul WIG în cazul sudării cu metal de adaos se calculează cu relația:

(3.1.4.9)

Ȋn care rata depunerii se măsoară în [kg/h] dacă intensitatea curentului de sudare se introduce în [A].

Fig.3.1.4.3.Tabel recomandării pentru încărcarea de curent a electrozilor nefuzibili. [28]

Contribuții propii

3.1.5.1 Calcularea tehnologie de sudare WIG:

1.Diametrul electrodului nefuzibil:

Ø12;

(3.1.4.10)

=2,017 (3.1.4.11)

STAS Ø 2,4

Ø25;

(3.1.4.12)

= 3,706 (3.1.4.13)

STAS Ø3,2 ; Ø4

2.- Debitul de gaz

Ø12;

(3.1.4.14)

( 9…14 l/mm) (3.1.4.15)

Ø25;

(3.1.4.16)

(10…15 l/mm) (3.1.4.17)

-Diametrul materialului de adaos:

Ø12;

STAS Ø1,2

Ø25;

STAS Ø 2

3.Polaritate curentului .

4.Intensitatea curentului:

Ø12;

(3.1.4.18)

(3.1.4.19)

Ca urmare după calculul intensității curentului de sudură pentru diametrul electrodului de 2,4, am luat o marjă de eroare de circa +/- 10 A, urmând realizarea unor probe după aceste rezultate:

Fig.3.1.5.1.1. Calcul intensitatea curentului Ø12

Ø25;

(3.1.4.20)

(3.1.4.21)

Ca urmare după calculul intensității curentului de sudură pentru diamentrul electrodului de 3,2, am luat o marjă de eroare de circa +/- 10 A, urmând realizarea unor probe după aceste rezultate:

Fig.3.1.5.1.2. Calcul intensitatea curentului Ø25

5.Tensiunea arcului:

Ø12;

Ua=0,05 Is+10; (3.1.4.22)

Ua=0,05 172,8+10=16,912 V (3.1.4.23)

Pentru fiecare dintre intensități de curent am determinat și tensiunea arcului:

Fig.3.1.5.1.3.Tensiunea arcului Ø12;

Ø25;

Ua=0,05 Is+10; (3.1.4.24)

Ua=0,05 252,4+10=22,62 V (3.1.4.25)

Fig.3.1.5.1.4.Tensiunea arcului Ø25;

6.Viteza de avans:

Ø12;

(3.1.4.26)

(3.1.4.27)

Pentru fiecare intensitate de curent am calculat și viteza de sudare.

Fig.3.1.5.1.5.Viteza de avans Ø12;

Ø25;

(3.1.4.28)

(3.1.4.29)

Fig.3.1.5.1.6.Viteza de avans Ø25

7. Rata depunerii:

Ø12;

(3.1.4.30)

(3.1.4.31)

Rata depunerii am calculat-o pentru fiecare parametru:

Fig.3.1.5.1.7.Rata depunerii Ø12

Ø 25;

(3.1.4.32)

(3.1.4.33)

Fig.3.1.5.1.8.Rata depunerii Ø25

3.1.5.2.Aparatura folosită

Aparatură și ustensilele folosite pentru efectuarea probelor de sudură, se compun din:

Aparat de sudură Wig Fronius MagicWave 5000 cu un sistem mecanizat de avans al sârmei Fronius TR 4000.

Polizor pentru ascuțirea electrodului de wolfram

Consumabilele pentru aparat

Perie de sârmă

Echipament de protecție sudor

Fig.3.1.5.2.1. Sudarea probelor

Fig. 3.1.5.2.2. Ilustrarea aparaturii și a echipamentului folosit pentru realizarea probelor

3.1.5.3 Efectuarea probelor

Realizarea probelor le-am făcut după tehnologia calculată și aproximată mai sus pentru fiecare dintre diametrele de bolț. În urma efectuării acestor probe am discutat cu sudorul, și împreună cu el am decis care dintre amperaje și viteze de avans a sârmei dată de aparat este mai bună din punct de vedere al manevrabilității, a controlului și a aspectului vizual.

În urma acestor aspecte am mai realizat câteva probe cu amperajele stabilite pentru a vedea și a urmări cu exactitate sudura și pentru a stabili o recomandare, dar și unele probe curățate de ulei cu alcool etilic.

După aceste aspecte mai departe voi trimite probele la laborator și le voi examina microscopic, macroscopic, și voi face și un test de duritate pentru ficare probă în parte iar aceste lucruri îmi vor zice cu exactitate care dintre suduri este în regulă din toate punctele de vedere, adică să fie pătrunsă, să nu am fisuri, pori și o zonă influențată termic foarte mare.

Fig. 3.1.5.3.1.Tabel cu datele probelor efectuate pentru bolțul Ø25.

Fig. 3.1.5.3.2. Tabel cu datele probelor efectuate pentru bolțul Ø12.

Probele efectuate pentru bolțul Ø25:

Probele efectuate pentru bolțul Ø12.

Aspectul sudurii după tăierea coliviilor cu fierăstraul mecanic cu emulsie.

Fig. 3.1.5.3.3.Imagini cu probele de sudură tăiate, fară prelucrare.

3.1.5.4. Controlul si analizarea probelor

Contolul nedistructiv al sudurilor:

Metoda de control folosită este inspecția cu pulberi metalice, iar pentru această operațiune am folosit mașina Fluxen.

Metoda de examinare cu particule magnetice este una dintre cele mai sensibile, fiabile și productive metode nedistructive pentru inspecția de suprafață a produselor din materiale feromagnetice. Metoda se bazează pe atragerea particulelor feromagnetice de forța fluxului de scăpări care apare deasupra defectelor de suprafață, cum ar fi fisuri, suprapuneri, lipsa sudurii, pori, după o magnetizare completă.

Metoda cu particule magnetice se poate utiliza pentru indicarea defectelor de suprafață deschise, și în anumite condiții, pentru detectarea defectelor situate aproape de suprafață. O probabilitate mai mare de detectare există atunci când direcția unui defect este perpendiculară pe direcția câmpului magnetic aplicat. Cu cât este mai mic unghiul dintre defect și liniile de câmp magnetic, cu atât este mai slabă indicația. [31]

Fig. 3.1.5.4.1. Exemplificare procedură [32]

Fig.3.1.5.5.1 Planul de control WPS pentru bolțul Ø25.

Fig.3.1.5.5.2.Planul de control WPS pentru boltul Ø12

3.2. Sudarea MIG

3.2.1. Principiul, caracteristici, domeniu de aplicare a procedeului MIG

Principiul sudării în mediu de gaz protector cu electrod fuzibil este ilustrat în figura 3.2.1.1.

Fig.3.2.1.1. Principiul sudării în mediu de gaz protector cu electrod fuzibil [34]

MIG, provine din “Metal Inert Gaz”- Sudarea cu electrod fuzibil în mediu de gaz inert.

Arcul electric este amorsat între un electrod fuzibil, sub forma unei sârme de sudare și piesă. Sudarea se desfășoară într-un mediu de gaz protector.

În funcție de caracterul gazului de protecție se disting două variante ale procedeului:

– sudarea MIG (Metal-lnert-Gas) în cazul unui gaz inert;

– sudarea MAG (Metal-Active-Gas) în cazul unui gaz activ.

Procedeul MIG/MAG se poate utiliza în variantă semimecanizată, mecanizată, automatizată sau robotizată. Sudarea se efectuează în curent continuu, polaritate inversă, sursa de sudare având o caracteristică externă rigidă. Controlul arcului electric la sudare se realizează prin mecanismul de autoreglare (reglare internă), viteza de introducere a sârmei în baia topită fiind constantă.

Procedeul are un grad înalt de universabilitate atât sub aspectul materialelor de bază sudabile, cât si al pozițiilor de sudare. Astfel, la utilizarea unui gaz inert pot fi sudate practic toate materialele metalice. Este posibilă, de asemenea, efectuarea sudării în orice poziție. Procedeul de sudare MIG/MAG se remarcă prin rata mare a depunerii. În funcție de diametrul sârmei folosite, rata depunerii poate ajunge la cca. 10 kg/h. Procesul de sudare se caracterizează printr-un grad înalt de utilizare a materialului de adaos și cantitate redusă de fum. Sudura nu este acoperită cu zgură. Procedeul ridică cerințe relativ scăzute pentru pregătirea sudorului (la sudarea oțelurilor nealiate și slab aliate) și prezintă posibilități de mecanizare bune. [33]

Procedeul oferă însă o flexibilitate mai redusă decât sudarea cu electrozi înveliti, pentru

efectuarea sudării fiind necesar un spatiu de acces mai mare. În acelasi timp, distanta dintre pistoletul de sudare si sursă este limitată la valori de cca.4 m, ea putând fi mărită prin utilizarea unor sisteme speciale de antrenare a sârmei până la cea.16 m.

Utilajul de sudare este mai complicat și ca atare, mai scump. În fine, efectuarea sudării în aer liber în condiții de curenți de aer (vânt) este îngreunată de deteriorarea nivelului de proiecție al materialului topit.

Procedeul prezintă o sensibilitate la defecte de legătură la începutul sudării, ca urmare a faptului că avansul sârmei demarează simultan cu începerea procesului de degajare a energiei. În anumite condiții tehnologice, în timpul sudării se pot produce împroșcări de material topit (stropiri). Sudarea MIG/MAG reprezintă, în prezent, procedeul cu cel mai mare volum de aplicare industrială. În majoritatea cazurilor este avantajoasă, din punct de vedere economic.

Procedeul se poate utiliza la sudarea unor piese cu grosimea peste 1 mm. În varianta MIG, procedeul se folosește pentru sudarea oțelurilor aliate și a metalelor neferoase, iar în variantă MAG pentru îmbinarea oțelurilor carbon și slab aliate. [33]

3.2.2. Materiale pentru sudare

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 că 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. [24]

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. [24]

3.2.3. Algoritmul de calcul al tehnologiei de sudare MIG

1.Intensitatea curentului electric:

– trecerea short-arc: =125,5 ⋅ − 32,25 [A] (3.2.3.1)

Relații valabile pentru ∈(0,8…2,4)

2. Tensiunea arcului :

= 13,34 + 0,05 ⋅ [V] (3.2.3.2)

3. Rata depunerii:

=0,3⋅ ⋅ +0,1⋅ +0,5 [kg/h] (3.2.3.3)

4.Viteza de sudare:

-sudarea short-arc: =1003,2-+ (3.2.3.4)

, cu aceleași unități de măsură ca și în relațiile precedente.[24]

3.2.4. Contribuții proprii.

La acest procedeu de sudură, respectiv sudarea MIG ( Metal Inert Gaz) am folosit un aparat de sudură care se numește CMT (Cold Metal Transfer), care sudează în diferite moduri: pulsatoriu, sinergic, etc. Eu am folosit cele două moduri menționate încercând stabilirea unor parametri, și suduri mai aproape de adevăr. La efectuarea probelor am încercat diferite intensități, viteze de sârmă și moduri, numai că din cauza aspectului sudurii, a stropilor degajați, a manevrabilității grele a pistolului de sudură, și a aspectului plin cu pori a sudurii am decis sa renunț la continuarea efectuării probelor cu acest procedeu deoarece eu încerc să găsesc un procedeu prin care să elimin stropii și porii, dar să aibă și o manevrabilitate bună și o productivitate aproximativă sau chiar mai bună ca procedeul actual cu electrod învelit.

3.2.4.1. Calcularea tehnologiei de sudare MIG

1.Intensitatea curentului electric:

– trecerea short-arc: =125,5 ⋅ − 32,25 [A] (3.2.4.1)

=125,5 ⋅1,2 − 32,25 =118,35[A] (3.2.4.2)

2. Tensiunea arcului :

= 13,34 + 0,05 ⋅ [V] (3.2.4.3)

= 13,34 + 0,05 ⋅118,35=19,25[V] (3.2.4.4)

3. Rata depunerii:

=0,3⋅⋅+0,1⋅118,35+0,5[kg/h] (3.2.4.5) =0,3⋅⋅+0,1⋅118,35+0,5=1,03[kg/h] (3.2.4.6)

4.Viteza de sudare:

-sudarea short-arc: =1003,2-+ (3.2.4.7)

=1003,2-+ =7,6 [cm/min] (3.2.4.8)

3.2.4.2. Aparatura folosită

Tab.3.2.4.2.1.Tabel Aparatură MIG

3.2.4.3. Efectuare probelor

Tab. 3.2.4.3.1. Efectuarea probelor MIG(CMT)

3.2.4.4. Concluzie

Acest procedeu este unul foarte productiv dar nu se pretează pentru ce am eu nevoie, și acest lucru se vede în probele efectuate pe care le-am afișat

Capitolul 4 : Automatizarea procesului de sudare WIG pentru sudarea rulmențiilor cu role

Fig.4.1.Robot de sudură ABB cu cap de sudare și sursă Fronius [35]

Acest capitol are ca scop introducerea în urmatoarea temă, pe care o voi continua mai departe respectiv automatizarea și implemantarea unor roboții de sudare WIG, pentru o perfomantă și productivitate ridicată.

În final, proiectul meu și-a dorit obținerea unei noi tehnologii de sudure, care să-mi elimine stropii, porii, fisurile, nepătrunderea, și zgură care se depune pe role și colivii etc. și posibilitatea de automatizare și robotizare a acestuia, pentru a ajunge la rezultate înalte.

Iar alegerea propiu-zisă a unui robot trebuie sa țina seama de o serie de factorii:

este necesară alegerea unui producător recunoscut în domeniu care poate asigura suportul tehnic necesar atât la instalarea inițiala cât și în cazul unor schimbări în ceea ce privește profilul întreprinderii;

este recomandată alegerea unui robot care să fie conceput pentru sudarea WIG și care să posede un software adecvat pentru aplicația respectivă;

furnizorul selecționat trebuie să asigure instruire la nivelul întregului sistem robotizat, atât la producător cât și la societatea beneficiară, după montarea roboților;

se recomandă alegerea unui furnizor care va asigura realizarea deplină a proiectului beneficiarului;

este necesară implicarea personalului departamentului de sudură în procesul de alegere, alături de un program adecvat de instruire; aceste măsuri pot constitui factorii de succes ai aplicației de sudare robotizate;

se va alege un furnizor care poate furniza piese de schimb și service la fața locului;

este indicată alegerea unui furnizor care poate asigura echipament și proceduri adecvate pentru protecția muncii;

se impune alegerea unui furnizor a cărui politicăeste bazată pe conceptul sistematic total și nu pe prețul competitiv.

Echipamentul de sudare și robotul pe care eu i-am ales să continuii mai departe cercetare sunt specializații și foarte vechii în domeniu:

Robotul este unul ABB IRB 2600 cu 6 axe special pentru sudură, și are o capacitate de rezistentă de sustinere în braț până 20 de kg , și softul de sudare WIG.

Fig.4.2.Robotul ABB IRB 2600 [36]

Capul de sudare este de Fronius și se numeste Robacta TTW 4500 care se poate folosii pânî la un diametru de material de adaos de la 1,0 până la 4,8 iar împreuna cu sursa de sudare Fronius MagicWave 5000 cu un amperaj maxim de până la 500A.

Fig.4.3.Capul de sudare Fronius Fig.4.4. Sursa de sudare Fronius MagicWave 5000 [38]

Robacta TTW 4500 [37]

În concluzie daca se automatizează sudarea rulmentilor cu role, nu numai ca se va crește productivitatea, dar se va elimina toți factorii care au pus probleme până acum, și vor fii mult mai calitativii din punct de vedere al fabricației.

Concluzie

Ca o concluzie finală mi-am atins toate obiectivele propuse în această lucrare, încercând difereite modurii de sudare, creeand diferite tehnologii de sudură și sudând în foarte mulții parametrii.

După toate aceste relizarii am studiat fiecare tehnologie în parte, realizând încercarii de duritate dar și o analiza micro/macro dar și o verificare cu pulbere metalică, iar analizând toate rezultatele, sudura WIG-mecanizat mi sa pretat cel mai bine din orce punct de vedere .

Această sudură sa dovedit cea mai curată și mai buna sudură din procedeele încercate din punct de vedere al calității, patrunderii și a aspectului.

Acest procedeu se pretează foarte bine la automatizare , urmând mai departe sa analizez acest aspect.

Sudura actuală cu electrod învelit este o sudură destul de buna numai că din cauza diversității materialelor și tratamentelor de fosfatare și a altor factorii mereu se produc porii, iar operatorii sudorii pentru evitarea acestor porii, ori sudează cu amperaje foarte marii de unde rezultă energie liniară mare, ori nepatrundere, sau mai multe straturi unde normal riscul este destul de mare, pentru că porul iesit din primul strat să nu fie acoperit complet și să ramână în interiorul sudurii. Aceste aspecte se pot observa și în analizele făcute.

Sudura MIG în schimb am renunțat la anlizarea ei deoarece sudând s-au produs foarte mulți stropii, iar aspectul sudurii era unul foarte urât , ridicat și cu porii, iar pentru acest motiv am renunțat la cercetarea lui, chiar dacă productive ar fii fost cel mai bun.

În final pentru sudura WIG-mecanizat și MMA am relizat WPS-uri urmând analiza probelor și a datelor obținute din efectuare lor.

Bibliografie

1.http://www.omtr.pub.ro/t_cicone/didactic/om_files/OM_AR_I_Cap.06(Rulmenti)_2spp_part1.pd

2.http://www.schaeffler.ro/content.schaeffler.ro/ro/products_services/inafagproducts/rotativ_products/cylindrical_roller_bearings/zylro_with_cage/zylro_with_cage.jsp

3.http://www.schaeffler.ro/content.schaeffler.ro/ro/products_services/inafagproducts/rotativ_products/cylindrical_roller_bearings/lowfriction_cylro/reibungsarme_zylro.jsp

4.http://www.schaeffler.ro/content.schaeffler.ro/ro/products_services/inafagproducts/rotativ_products/cylindrical_roller_bearings/high_precision_cylro/hochgenauigkeits-zylro.jsp

5.http://www.schaeffler.ro/content.schaeffler.ro/ro/products_services/inafagproducts/rotativ_products/cylindrical_roller_bearings/full_comp_cylro/vollrollige_zylro.jsp

6.http://www.schaeffler.ro/content.schaeffler.ro/ro/products_services/inafagproducts/rotativ_products/cylindrical_roller_bearings/cylro_with_snap_ring/vollrollige_zylro_mit_ringnuten.jsp

7.http://www.schaeffler.ro/content.schaeffler.ro/ro/products_services/inafagproducts/rotativ_products/tapered_roller_bearings/tapered_roller_bearings.jsp

8. http://webbut.unitbv.ro/Carti%20on-line/OM/Jula_Lates_2004/Cap6.pdf

9.http://www.schaeffler.ro/content.schaeffler.ro/ro/products_services/inafagproducts/rotativ_products/barrel_roller_bearings/barrel_roller_bearings.jsp

10.http://www.schaeffler.ro/content.schaeffler.ro/ro/products_services/inafagproducts/rotativ_products/neema/neema_with_ribs/namas_mit_borden.jsp

11.http://www.schaeffler.ro/content.schaeffler.ro/ro/products_services/inafagproducts/rotativ_products/neema/neema_without_ribs/namas_ohne_borde.jsp

12. http://www.urb.ro/catalog/cat_3_1.pdf

13. http://www.creeaza.com/referate/chimie/Fosfatarea-materialelor-metali889.php

14http://www.schaeffler.com/content.schaeffler.ro/ro/products_services/inafagproducts/rotativ_products/neema/inner_rings/inner_rings.jsp

15. http://www.totalmateria.com/subgroup.aspx?LN=RO&id1=11018&db=S

16. http://www.ice-steels.com/steel-plate-sheet/EN-10025-S355J0-steel.html

17. Curs Informatizarea si optimizarea proceselor de sudare , Sef lucr. ing. LUCA Mihai

18.http://www.arcasi.ro/arcasipoze/oteluri/OTELURI%20CARBON%20DE%20CALITATE.pdf

19.http://search.totalmateria.com/MaterialDetails/MaterialDetail?vkKey=1384991&keyNum=408&type=2&hs=0

20.http://www.sudura.com/site2014/despre-sudare-și-debitare/sudarea-manuală-cu-electrod-invelit

21.Tehnologia sudarii prin topire: procedee de sudare /dr.ing.Teodor Machedon-Pisu, dr.ing.Elena Machedon-Pisu. – Brasov : Lux Libris, 2009

22. http://www.scritub.com/tehnica-mecanica/SUDAREA-CU-ARC-ELECTRIC33635.php

23. Curs Teoria proceselor sudate – Prof. dr. ing.  CANDEA Virgil

24.Universitatea “Dunărea de Jos” –Galați- TEHNOLOGII DE SUDARE, Daniel VIȘAN

25. http://www.mip-co.com/Download.ashx

26.http://informatiitehnice.com/ingineria-sudarii/sudarea-wig-principiu-caracteristici-si-domenii-de-aplicare/

27. http://www.weld.ro/SITE/images/WIG.pdf

28. Sudarea prin Topire –prof.dr.ing. Doruin Dehelean – editura Sudara Timisoara 1997

29. http://www.weldingshop.co.uk/images/main-tig-torch-image.jpg

30.http://www.sculesiechipamente.ro/media/catalog/product/cache/1/thumbnail/482×384/9df78eab33525d08d6e5fb8d27136e95/p/e/perie_sarma_t1.jpg

31. http://www.kimet.ro/pulberi-magnetice.html

32.http://www.phys.ubbcluj.ro/~daniel.andreica/pdf/NDT/PDFMNINSPECTIA%20CU%20PARTICULE%20MAGNETICE.pdf

33. http://www.asr.ro/images/proiecte/Sudarea%20MIG.pdf

34.http://www.saf-fro.ro/file/otherelement/pj/b2/ec/6c/55/migmag6392004531456530544.pdf

36.http://www.directindustry.com/prod/abb-robotics/product-30265-566278.ht

35. http://www.smenco.com.au/wp-content/uploads/2014/11/IMG_6249.jpg

37.https://www.fronius.com/cps/rde/xchg/SID92A8ADE29DA99641/fronius_international/hs.xsl/79_2594_ENG_HTML.htm#.V3GL29V8uUl

38.https://www.fronius.com/cps/rde/xchg/SID92A8ADE29DA99641/fronius_international/hs.xsl/79_4673_ENG_HTML.htm

DECLARAȚIE PRIVIND ORIGINALITATEA

PROIECTULUI DE DIPLOMA

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAȘOV

FACULTATEA DE ȘTIINȚA ȘI INGINERIA MATERIALELOR

PROGRAMUL DE STUDII: INGINERIA SUDĂRII

NUMELE ȘI PRENUMELE ABSOLVENTULUI/ABSOLVENTEI: Alexe Ovidiu-Andrei

PROMOȚIA: .2016

SESIUNEA DE DIPLOMĂ: iulie 2016:

DENUMIREA PROIECTULUI DIPLOMĂ:Creșterea calității și productivității fabricației de rulmenți cu role la Schaeffler România SRL prin inlocuirea sudării cu electrozii înveliții in sudarea în medii de gaze protectoare.

CADRUL DIDACTIC ÎNDRUMĂTOR: Prof.univ. dr.ing. MACHEDON PISU Teodor

Declar pe proprie răspundere, că lucrarea de față este rezultatul muncii proprii, pe baza cercetărilor proprii și pe baza informațiilor obținute din surse care au fost citate și indicate conform normelor etice, în textul proiectului, în note și în bibliografie.

Declar că nu s-a folosit în mod tacit sau ilegal munca altora și că nici o parte din proiect nu încalcă drepturile de proprietate intelectuală ale altcuiva, persoană fizică sau juridică.

Declar că proiectul nu a mai fost prezentat sub această formă vreunei instituții de învățământ superior în vederea obținerii unui grad sau titlu științific ori didactic.

În cazul constatării ulterioare a unor declarații false, voi suporta rigorile legii.

Data: __________ Absolvent

Alexe Ovidiu-Andrei