Metode Si Mijloace DE Control A Imbinarilor Sudate

CUPRINS

Capitolul 1 Metode și mijloace de control 7

1.1 Importanța controlului nedistructiv 7

1.2 Eficiența controlului nedistructiv 9

1.3 Metode și mijloace de control a îmbinãrilor sudate 11

1.3.1 Controlul vizual 14

1.3.2 Controlul cu radiații penetrante 14

1.3.3 Controlul cu ultrasunete 19

1.3.4 Floroscopia 19

1.3.5 Controlul cu lichide penetrante 20

Capitolul 2 Materialul de bazã al probei. Comportarea la sudare 24

2.1 Criterii de alegere a oțelurilor 24

2.2 Prezentarea materialului de bazã 25

2.3 Analiza sudabilitãții 27

Capitolul 3 Tehnologia de sudare 30

3.1 Procedeul de sudare folosit la executarea probei 30

3.2 Stabilirea rosturilor dintre componente 32

3.2.1 Criterii de alegere a rosturilor 32

3.3 Materialul de adaos 34

3.3.1 Criterii de alegere a materialului de adaos 34

3.4 Prezentarea materialului de adaos 38

3.5 Elaborarea parametrilor tehnologici de sudare 39

Capitolul 4 Defectele îmbinãrilor sudate prin topire 41

4.1. Defecte interne volumetrice 42

4.1.1 Sulfura 42

4.1.2 Incluziunea solidã 48

4.2 Defecte interne plane 49

4.2.1 Lipsa de topire 49

4.2.2 Lipsa de pãtrundere 50

4.2.3 Fisura 51

4.3 Defecte de formã și suprafațã 56

4.3.1 Crestãtura 56

4.3.2 Retasura 57

4.3.3 Îngroșarea excesivã sau supraînãlțarea 58

4.3.4 Excesul de pãtrundere 58

4.3.5 Subțierea 59

4.3.6 Suprafața neregulatã 59

4.3.7 Reluarea defectuoasã 59

4.3.8 Stropi 59

4.3.9 Arsura 60

Capitolul 7 Examinarea cu ultrasunete a îmbinãrilor sudate 80

7.1. Procedee de examinare a îmbinãrilor sudate 84

7.2. Detrminarea mãrimii defectului 86

7.3. Influența factorului uman asupra examinãrilor îmbinãrilor sudate 87

Capitolul 8 Determinãri experimentale 91

8.1 Metoda de lucru 91

8.2 Prezentarea probei 92

8.3 Măsurărea vitezei asupra probei 93

Bibliografie 100

BIBLIOGRAFIE RECOMANDATĂ:

Voicu Safta

Controlul îmbinărilor sudate și produselor sudate, vol. 1. Editura Facla, Timișoara, 1984

E.P. Papadakis

Journal of Applied Physics – vol.35 (5), 1964

Ciocan, M. Soare, E. Ciocan, V. Revenco, T. Meleg

Analiza spectralã a atenuãrii spectrale în polcristaline metalice și ceramice, R.I.ICN nr. 4179/1995

3. M. Soare, C. Iorgdache, T. Meleg, V. Toma, V. Revenco, V. Dragne, F. Petrin, C. Ducu Experimentãri privind determinarea nedistructivã a concentrației de hidrogen din peretele CANDU prin metode ultrasonice – R.I.ICN nr. 4669/1995

Peteculescu Petre

Controlul îmbinãrilor sudate – Constanța, 1984

Petrculescu Petre

Controlul îmbinãrilor și produselor sudate – Caiet de practicã – Ovidius University Press, Constanța,2002

Gh. Zgurã, D. Rãileanu, L. Scorobețiu

Tehnologia sudãrii prin puncte – Editura Didacticã și Pedagogicã,

București, 1983

Breazealea, M.A., Catrell, J.H.Jr., Heyman,J.S.

Ultrasonic wave velocity and attenuation measurments – Methods of experimental physics, nr. 19, 1981

Bohatiel, T., Nãstase,E.

Defectoscopie ultrasonicã fizicã și tehnicã – Editura Tehnicã, București, 1980

=== cap II – materialul de baza al probei. comportarea la sudare ===

CAPITOLUL II

MATERIALUL DE BAZĂ AL PROBEI. COMPORTAREA LA SUDARE

1. CRITERII DE ALEGERE A OȚELURILOR

Presiunea si temperatura sunt principalii parametrii care stau la baza alegerii mărcii de otel pentru cazane, in timp ce pentru recipiente si aparate sub presiune care lucrează la temperaturi mai mult sau mai puțin joase, selecția otelurilor se face pe baza presiunii, temperaturii si comportării la sudare. In aceste doua cazuri, marea majoritate a aparatelor se afla sub control si in supravegherea I.S.C.I.R, având in vedere pericolul pe care îl prezintă daca nu sunt concepute si executate corespunzător. Astfel, pentru domeniul temperaturilor de utilizare de –50…+400C, prescripțiile tehnice C4 din colecția ISCIR stabilesc tensiunea admisibila de calcul ca fiind cea mai mica dintre valorile:

2/3 din limita tehnica de curgere la temperatura de calcul;

5/12 din rezistenta la rupere prin tracțiune statica la +20C.

Mărcile de oteluri cu rezistenta mecanica mai ridicata oferă avantajul realizării unor structuri sudate ușoare, cu consumuri reduse de metal. La caracteristici apropiate de rezistenta mecanica se va prefera marca de otel cu grad de aliere mai redus. Evident, alegerea mărcii de otel se va face in funcție de garanțiile de tenacitate pentru produsul finit. Otelurile din clasele superioare de rezistenta mecanica, cum sunt de exemplu cele aflate in stare normalizata de tipul R55 si R58 si in stare imbunatatita, prezintă avantaje deosebite in cazul recipientelor care nu lucrează in medii care pot genera coroziunea fisurata sub tensiune. Pentru alte utilizări, otelurile carbon si slab aliate satisfac condițiile de rezistenta impuse de presiunea si temperatura de exploatare, dar nu fac fata proceselor de coroziune generala si/sau eroziune cauzate de agentul de recipient. In aceste cazuri este economica utilizarea produselor placate sau, la recipiente cu dimensiuni interioare suficient de mari, depunerea prin sudare a unui strat de protecție din otel aliat.

Pentru temperaturi de exploatare de peste 400C, conform prescripțiilor tehnice C4 din colecția ISCIR, tensiunea admisibila de calcul se stabilește ca cea mai mica dintre valorile:

– 2/3 din rezistenta tehnica de durata la temperatura de calcul;

– limita tehnica de fluaj pentru o deformație de 1% la temperatura de calcul considerata pentru o durata de 100000h. Pe măsura creșterii temperaturii si duratei de exploatare este necesara alegerea unor mărci de otel cu un grad de aliere cat mai ridicat care sa asigure o rezistenta mare la cald. Elementele de aliere prezente in compoziția chimica trebuie sa favorizeze formarea unor compuși intermetalici si a unor carburi fin dispersate si coerente cu matricea de baza pe o perioada lunga de timp.

Parametrul determinant pe care se bazează alegerea otelurilor pentru aparate si recipiente utilizate la temperaturi joase îl constitue rezistenta la rupere fragila evidențiata prin nivelul temperaturii de tranziție.

La temperaturi de pana la -100C se alege de obicei otelul aliat cu 3,5% Ni, iar intre -100 si -200C se recomanda oteluri aliate cu 8….14% Ni.

2. PREZENTAREA MATERIALULUI DE BAZĂ

Elementele si ansamblurile construcțiilor sudate sunt alcătuite din table, pofile sau bare laminate, piese turnate sau forjate, acestea constituind metalul de baza.

Ca metal de baza pentru construcțiile sudate se folosesc oteluri cu conținut redus de carbon, oteluri de construcție slab aliate si aliate, aluminiu si aliaje de aluminiu si alte metale. Alegerea unui metal sau aliaj este determinata de calitatile acestuia impuse in conformitate cu condițiile de exploatare ale construcției sudate. Proprietatile metalului de baza, care se determina prin încercări mecanice obișnuite, nu determina complet modul de utilizare a materialelor pentru construcțiile sudate. In primul rând este necesar sa se cunoască cum au fost obținute Proprietatile materialului si cat se pot modifica sub influenta procesului de sudare. Daca metalul are anumite proprietati după laminare, atunci stabilitatea acestor proprietati este mai ridicata decât in cazul când acestea au fost realizate printr-un tratament termic. Este indicat sa fie luata in considerare o oarecare neomogenitate a proprietatilor materialului in cadrul unei șarje si chiar in cadrul unei table.

Pentru a se putea prevedea cum se modifica proprietatile metalului de baza sub acțiunea procesului de sudare la execuția construcțiilor sudate, este necesar sa se cunoască compoziția chimica a metalului sau aliajului respectiv. Cunoscându-se compoziția chimica si proprietatile mecanice ale materialului se poate determina daca este potrivit pentru execuția unei construcții sudate. Materialul insa se poate afla in stare tenace si in stare fragila, in funcție de temperatura la care se gaseste. Aceste doua stari ale materialului diferentiaza in mod pronunțat comportarea sa sub încercări. In cazul stării tenace, materialul se rupe după deformații plastice importante, lucrul mecanic de rupere fiind foarte mare. In cazul stării fragile a materialului, capacitatea de deformare plastica a acestuia este foarte redusa iar ruperea se produce aproape fara deformații plastice, numai sub acțiunea eforturilor normale. Deoarece secțiunea barei in acest caz in mod practic nu se schimba, bara este capabila sa suporte incarcari mai ridicate, tensiunile fiind apropiate de rezistenta de rupere. Întrucât in acest caz deformațiile permanente aproape lipsesc, lucrul mecanic pentru ruperea materialului este foarte mic.

Materialul de bază folosit în acest caz pentru executarea probei sudate este OL 52 (STAS 500/2-88), care face parte din categoria oțelurilor cu destinatie generală, care cuprinde o gamă largă de oteluri in producția de masă, cu caracteristicile de utilizare diferențiate pentru a răspunde cerințelor din cele mai diverse domenii de utilizare: structuri metalice sau din beton armat pentru construcții civile, industriale, agrozootehnice, poduri, instalatii de ridicat si transport, material rulant si rutier, stalpi si piloni pentru linii electrice aeriene etc.

Compozitia chimică si caracteristicile mecanice sunt prezentate in tabelul 5.1. respectiv tabelul 5.2.

Caracteristici mecanice si tehnologice:

Caracteristicile mecanice si tehnologice garantate pe produs, determinate in condițiile atmosferei ambiante de încercare conform STAS 6300-81, sunt date in următorul tabel :

3. ANALIZA SUDABILITĂȚII

Practica a arătat ca nu la toate otelurile se pot realiza, cu aceeași usurinta, îmbinări sudate care sa aibă anumite caracteristici mecanice, deoarece diferitele mărci de oteluri sunt afectate in mod diferit de operația de sudare. In mod firesc a apărut deci necesitatea de a se vorbi de o noua insusire a otelurilor, insusire care determina posibilitatea sau imposibilitatea utilitarii lor raționale intr-o anumita construcție sudata si anume sudabilitatea. Prin sudabilitate, in general, se intelege: posibilitatea pe care o are un metal de a forma îmbinări sudate in anumite condiții practice de execuție.

O definiție mai concisa: sudabilitatea reprezintă aptitudinea unui otel ca printr-un anumit procedeu si pentru un anumit scop, sa asigure, in îmbinări sudate, caracteristicile locale si generale prescrise pentru o construcție sudata.

Sudabilitatea este determinata de complexitatea fenomenelor care insotesc procesul de sudare si îl caracterizează. Sudabilitatea este influențata de : transformările metalurgice, forma constructiva a piesei si de tehnologia de sudare.

In ceea ce privește metalul de baza, acesta trebuie astfel ales încât in cazul aplicării unei tehnologii normale sa nu se deformeze si sa nu se degradeze, ceea ce ar putea avaria construcția.

Comportarea metalului in timpul sudării depinde de mai mulți factori: elementele de aliere, condițiile de elaborare si prelucrare suferite de metalul de baza in timpul elaborării si a prelucrării ulterioare.

Carbonul echivalent

In mod arbitrar, se clasifica sudabilitatea otelurilor după conținutul lor de carbon:

– sudabilitate buna,

– sudabilitate limitata, C<0,5%

– sudabilitate rea, C>0,6%

Sudabilitatea otelului pe baza conținutului de carbon se calculează conform relației:

Acest otel face parte din categoria otelurilor cu sudabilitate buna.

Determinarea tendinței de fisurare la cald

Fisurile la cald se formează la temperaturi ridicate, apropiate de limita inferioară a intervalului de solidificare și se caracterizează în general prin aspectul oxidant al suprafețelor de rupere. Fisurarea la cald se produce intercristalin la limita grăunților de austenită.

Apariția fisurării la cald este determinată de acțiunea factorilor metalurgici, constructivi și tehnologice. Sensibilitatea la fisurare este influențată de structura, tipul și cantitatea de fază lichidă existentă în cursul solidificării, mărimea intervalului de cristalizare, viteza de solidificare.

Fisurarea la cald este influențată de starea de tensiune din cusătură, determinată de tensiunile datorate solidificării și de sarcinile exterioare aplicate. Tehnologia de sudare (Is, Ua, la, vs, tipul electrodului, etc.) poate crea condiții pentru o cristalizare neuniformă a cusăturii, cu tendință ridicată spre fisurarea la cald.

Estimarea susceptibilității fisurării la cald

Estimarea sensibilității de fisurare la cald se face după metoda Inagaki:

HCS=5,778 %> 4% este susceptibil de fisurare la cald .

Determinarea tendinței de fisurare la rece

Prin fisurare la rece se înțelege fenomenul care se manifestă la temperaturi relativ reduse, sub 473K, sau la temperatura ambiantă, în cursul răcirii îmbinării sudate sau după răcirea ei. Fisurile produse la rece constituie cel mai important defect al îmbinărilor sudate.

Apariția fisurării la rece este determinată de interacțiunea a 3 factori:

– structura metalurgică

– nivelul tensiunilor

– fragilizarea produsă de hidrogenul difuzibil

Aceste fisuri se produc atât în ZIT, cât și în cusătura sudată, iar propagarea lor poate fi transgranulară sau intergranulară. Fisurile la rece se datorează unor importante modificări ale însușirilor mecanice și stării de tensiuni create în cursul procesului de transformare a austenitei. Efectul formării martensitei provoacă modificarea caracteristicilor mecanice ale îmbinării sudate, iar în prezența hidrogenului și a tensiunilor remanente se produce fisurarea.

Din acest punct de vedere oțelurile nealiate sunt sensibile la fisurare numai în cazul unui conținut ridicat în carbon, iar oțelurile slab aliate sunt mai sensibile la fisurare datorită călibilității mai ridicate.

Estimarea susceptibilității fisurării la cald

Dacă PNB 0,25%, nu apare pericolul fisurării la rece.

PNB = 0,41%>0,25% este susceptibil de fisurare la rece

=== cap III – tehnologia desudare ===

CAPITOLUL III

TEHNOLOGIA DE SUDARE

1. PROCEDEUL DE SUDARE FOLOSIT LA EXECUTAREA PROBEI

Sudarea în mediu de gaze

Sudarea cu arcul electric în mediul de gaze este un procedeu larg aplicat la scară industrială , întrucât față de sudarea sub flux prezintă avantaje net superioare (e posibilă sudarea de poziție, se poate urmări vizual procesul de sudare, prețul de cost redus, universalitate de aplicare etc.).

In funcție de natura electrodului și a gazelor utilizate, pot fi amintite următoarele variante ale sudării în mediu de gaze:

Sudarea cu electrod fuzibil de sârmă

în gaze active (CO2; Ar+CO2; Ar+CO2+O2; etc) procedeul Metal- Activ- Gaz (MAG)

în gaze inerte (Ar, He) procedeul Metal- Inert- Gaz (MIG)

Sudarea cu electrod nefuzibil de wolfram, care se efectuează numai în gaze inerte, procedeul Wolfram- Inert- Gaz (WIG). Gazele active nu pot fi utilizate la sudarea cu electrod de wolfram deoarece electrodul se distruge sub acțiunea acestora.

SUDAREA MAG

Sudarea MAG este un procedeu de sudare cu arc electric la care este utilizat curentul continuu cu polaritate inversă și mai rar cu polaritate directă, iar protecția spațiului arcului se realizează prin insuflarea unui gaz activ (de obicei CO2). Schema de principiu a procedeului de sudare MAG este prezentată în figura următoare:

Figura 3.1

Arcul electric 1,protejat de gazul 2 insuflat prin ajutajul pistoletului 3 se formează între metalul de adaos 4 și metalul de bază 5.

Alimentarea cu energie electrică se face prin contactul alunecător 6 pentru sârmă și prin conductorul 7 pentru metalul de bază, care sunt conectate la sursa de curent 8. Viteza de avans a sârmei electrod bobinate pe tamburul 9 se realizează cu ajutorul rolelor de antrenare10. Reglarea vitezei de avans se realizează cu ajutorul reostatului 11 situat pe panoul de comandă 12.

Alimentarea cu CO2 se face de la butelia 13 prin intermediul încălzitorului 14, uscătorului 15 , a reductorului și a debitmetrului 16 prin intermediul furtunului de cauciuc 17. Pentru ca bioxidul de carbon să nu se risipească atunci când arcul electric este întrerupt, instalația este prevăzută cu o electrovalvă 18 care închide, respectiv deschide automat cu o anumită temporizare scurgerea gazului (CO2)

Această comandă precum și comanda de avans sau de oprire a sârmei, se realizează cu ajutorul butonului de comandă 19 situat pe pistolet.

Reglarea curentului de sudare, a tensiunii arcului și a caracteristicii externe a sursei de curent, se realizează cu ajutorul butoanelor de comandă aflate pe tabloul instalației. Caracteristica externă a sursei electrice trebuie să fie în acest caz rigidă.

In cazul unei caracteristici externe rigide și a electrodului conectat la (+), stabilitatea arcului la sudarea MAG este bună și aruncarea stropilor este relativ redusă.

Sudarea cu procedeul MAG poate înlocui sudarea cu electrozi înveliți în toate cazurile, atât ca ții de sudare, cât și ca forme și dimensiuni de cusătură, cu excepția sudării oțelurilor aliate, a fontelor și a aliajelor neferoase (în cazurile în care efectul oxidant al CO2 este dăunător).

Avantajele acestui procedeu constau în productivitatea mai ridicată, eliminarea operațiilor de curățire a zgurii, reducerea consumurilor de metal și de energie electrică și de o calitate bună a sudurii (conținutul de hidrogen din cusătură are cele mai mici valori față de sudarea cu electrod învelit).

In cazul sudurilor cu lungime mare pistoletul se poate monta pe un tractor , iar operația de sudare devine automată.

2. STABILIREA ROSTURILOR DINTRE COMPONENTE

Criterii de alegere a rosturilor

Alegerea rosrurilor dintre componentele de sudat se face in funcție de o serie de factori:

– Factorul de prima importanta este fluxul de forte pe care cusătura trebuie sa-l transmită de la o componenta la alta. Daca acest flux este static cusătura poate sa fie incompleta, adică pătrunderea ei trebuie sa fie atât de mare încât sa facă fata solicitării respective. Este singurul ce permite o pătrundere partiala. Incarcarile dinamice ( oboseala ),șocurile si/sau funcționarea la temperaturi scăzute necesita pătrunderea completa. Altfel spus, rostul va fi astfel conceput încât cusătura sa-l umple pe extinderea sa.

– Rostul este determinat apoi de procedeul de sudare. Cu cat acesta conferă cusăturii o pătrundere mai mare, cu atât rostul poate fi mai îngust si mai puțin deschis.

– Poziția de sudare influenteaza rostul de sudare. In pozițiile unde scurgerea băii de sudura este posibila, rostul se va alege astfel ca aceasta sa fie mai mica, iar arcul electric sa poată anula tendința de scurgere.

– Accesibilitatea arcului electric in rost este un factor esențial, fiindcă de el depinde posibilitatea de a topi marginile componentelor si deci legătura intre cusătura si metalul de baza.

– Posibilitatea de a susține rădăcina cusăturii in timpul sudării este determinanta in multe cazuri daca se sudează dintr-o parte sau din ambele parți. De aceea si forma rostului este influențata de acest factor. Rezervarea rădăcinii cusăturii se poate face daca exista acces din partea opusa. In aceasta situație, modalitatile de rezervare sunt:

a). Cu benzi de metal de același fel ca si materialul de baza. In acest caz banda ramane incorporata in cusătura.

b). Cu benzi din ceramică cu sau fara răcire forțata. In acest caz banda nu se incorporează in cusătura.

c). Cu perna de flux, care necesita curatirea rădăcinii după sudare.

d). Cu benzi lipite de componente, benzi ce sunt acoperite cu invelisuri asemănătoare cu fluxul de sudare.

În acest caz la execuția probei s-a folosit un suport de ceramică pentru susținerea a rădăcinii cusăturii (figura 3.1 c).

După terminarea operației, acestea se indeparteaza de la rădăcina cusăturii.

Figura 3.2

Din punct de vedere economic este necesar ca secțiunea rostului sa fie cat mai mica ( se reduce consumul de metal de adaos si de baza ) iar prelucrarea ( formarea ) rostului sa fie redusa la minim. Formarea rostului se poate face prin:

a) forfecare, care este procedura cea mai ieftina, fiind insa limitata de grosimea componentelor.

b) tăierea termica, limitata la metale si aliaje care se pot tăia oxigaz, celelalte pretându-se la tăierea cu plasma, care insa este considerabil mai scumpa.

c) prelucrarea mecanica, care este minima daca secțiunea rostului este mica si daca se sudează balansat din ambele parți.

2. Deformarea piesei sudate este minima daca secțiunea rostului este mica si daca se sudează balansat din ambele parți.

factorul determinant la alegerea rostului este grosimea componentelor combinata cu natura metalului de baza.

3. MATERIALUL DE ADAOS

3.1 Criterii de alegere a materialelor de adaos

Actualmente există un număr mare de materiale de adaos ale căror caracteristici generale sunt prezentate în fișe tehnice sau prospecte și corespunzător unui domeniu mai larg de utilizare. Existența unor condiții de lucru foarte variate nu pot fi satisfăcute altfel în totalitate, inginerul urmând să facă o analiză atentă în raport cu scopul propus. Alegerea materialului de adaos se face în raport cu cel de bazând în vedere următoarele criterii:

1. Caracteristicile mecanice ale metalului de bază și ale celui depus prin sudare:

După recomandările Institutului Internațional de Sudură (I.I.S) alegerea materialului de adaos trebuie făcută după valoarea limitei de curgere nominale. Metalul depus prin sudare trebuie să aibă o limită de curgere efectivă cu 50…80 N/mm² mai mare față de valoarea corespunzătoare a metalului de bază. În variantele mai vechi alegerea se făcea prin compararea limitelor de rupere urmărindu-se ca acestea să fie apropiate între ele. Folosirea unui metal de adaos care să asigure în cordon o limită de rupere mult mai mare ca a celui de bază nu se justifică . La creșterea limitei de rupere scade plasticitatea îmbinării, ceea ce nu este avantajos. Valoarea alungirii în metalul depus trebuie să fie cel puțin egală cu a celui de bază. Electrozi care realizează alungiri foarte mari δ = 35…38 % se folosesc pentru sudarea structurilor cu grosimi mari, susceptibile la apariția defectelor de destrămare lamelară, în calitate de strat tampon. Reziliența ca un element caracteristic al tenacității îmbinării sudate trebuie să fie îη metalul depus de 30…40 J/cm² mai mare în raport cu valoarea minimă garantată în metalul de bază. Valorile obținute pentru reziliență sunt importante la structuri sudate exploatate la temperaturi negative. Valorile obținute pentru reziliență în metalul depus în laborator sunt mai mari față de cele obținute în condiții uzinale cu respectarea acelorași parametrii. Aceasta se explică prin executarea probelor în poziție orizontală și cu sudori cu o calificare înaltă. Se recomandă astfel, materiale de adaos care să asigure o reziliență cu 30…40 J/cm² mai mare ca valorile minime prescrise de beneficiari (proiectant). Este necesar ca materialele de adaos să fie testate pe loturi, nefiind suficientă acceptarea numai a mărcii în sine (de ex. Electrod Superbaz), iar rezultatele experimentale să fie calculate pe baze statistice.

2.Compoziția chimică a metalului de bază și a celui depus prin sudare

Acestea trebuie să fie cât mai apropiate , iar impuritățile (sulful și fosforul) la valori reduse. Practic se poate vorbi de o compatibilitate chimico-metalurgică ce corespunde perechii de materiale utilizate în procesul de sudare. Un conținut redus de carbon în metalul depus mărește plasticitatea cordonului. Materialele de adaos cu conținut ridicat de nichel conduc la scăderea temperaturii de tranziție (fragilizarea). La valori peste 3,5% Ni concomitent se accentuează tendința de fisurare la cald a cordonului. Pentru oțelurile carbon și slab aliate compatibilitatea chimico-metalurgică permite mai largi de variație a compoziției chimice. Atenție trebuie însă acordată oțelurilor slab aliate cu Mo, Mo-Cr, MO-Cr-V, în raport cu aspectele metalurgice în care este implicat fiecare element de aliere.

3.Tipul îmbinării și forma cusăturii.

La sudarea grosimilor mici (table, pofile, gușee) se folosesc electrozi cu înveliș rutilic, celulozic sau sârme cu diametrul până la 1,6 mm, care realizează cusături de aspect fără pericol de fisurare sub cordon sau ruperi fragile. Creșterea grosimii conduce la mărirea vitezelor de răcire și necesită folosirea electrozilor bazici. Practic, la grosimi peste 20 mm se au în vedere condiții mai severe de realizare a îmbinărilor. Posibilitatea apariției unor constituenți structurali fragili necesitirea electrozilor bazici și la grosimi foarte mici. Forma cusăturii, respectiv factorul de formă al acesteia influențează rezistența la oboseală a acesteia. Îmbinarea introduce concentratori de tensiune și influențează transmiterea fluxului de linii de forță. Pe cât posibil trebuie realizate îmbinări cap la cap care asigură o distribuție aproape uniformă a tensiunilor, în cazul solicitărilor la oboseală. Pentru îmbinări de colț care introduc concentratori mari de tensiune spre rădăcină trebuie folosiți electrozi care să asigure o formă concavă a cusăturii (acizi, acizi-titanici sau bazici fără pulbere de fier). La sudarea oțelurilor carbon și slab aliate pot apărea fisuri la rădăcină în cazul cusăturilor cu formă convexă, dacă nu s-a prevăzut un spațiu sau deschidere a rostului.

4. Condițiile de execuție ale îmbinărilor sudate

O serie de structuri sudate se execută sub influența directă a factorilor mediului înconjurător (conducte magistrale, construcții metalice diverse, nave etc.). Sudarea la temperaturi scăzute se realizează folosind electrozi cu înveliș bazic, sau cu miez bazic sau fluxuri bazice. Deși se pot realiza îmbinări sudate în condiții de temperatură scăzută până la –20°C , defecte pot apărea chiar la valori apropiate de 0°C datorită pierderii dexterității sudorului și acuității mișcărilor. În prezența vântului, senzația de frig crește cu –5°C , creând o stare anormală pentru sudor. Evidențierea tendinței de fisurare la temperaturi scăzute se face prin testul COD sau probe prevăzute în Registrele navale care reglementează problemele de proiectare, execuție și exploatare a navelor de diferite tipuri. Învelișurile și fluxurile bazice sunt însă higroscopice conducând prin absorbția apei la apariția porilor în cusătură iar la structuri fragile de tip martensitic-bainitic a fisurilor sub cordon. În condiții de umiditate a atmosferei este obligatorie calcinarea electrozilor la 250…350 °C timp de până la 2 ore.

5. Condițiile de exploatare ale îmbinării sudate.

Multe structuri sudate sunt exploatate în condiții ce depind direct de acțiunea mediului ambiant (poduri metalice, hale industriale, autovehicule, etc.). Se impune astfel o alegere judicioasă a metalului de adaos în special când exploatarea are loc la temperaturi scăzute. Acestea vor avea adaosuri de nichel și caracter bazic. Pierderile de metal cauzate de coroziunea atmosferică au impus elaborarea unor mărci de oțeluri care să fie rezistente la această acțiune. Acestea au în structură elemente de aliere cu conținuturi garantate, care favorizează formarea în timp a unui strat aderent de oxizi cu acțiune protectoare. La sudare se folosesc electrozi slab aliați cu 0,4…0,5%Cu și 0,6…0,7%Ni.

6.Tipul echipamentului de sudare disponibil.

Funcționarea arcului electric respective stabilitatea acestuia este diferită în curent continuu față de cel alternativ. Electrozii bazici necesită cu precădere surse de curent continuu datorită fluorurii de calciu din înveliș care modifică potențialul de ionizare. Marca Unibaz având dublu înveliș, asigură condițiile cerute pentru procesele de ionizare din spațiul arcului, permițând lucrul și în curent alternativ. La sudarea cu electrozi înveliți, amorsarea arcului se face ușor la surse având tensiuni de mers în gol ridicate. Aceasta necesită corelarea condițiilor de amorsare cu posibilitățile sursei de sudare. Condițiile de protecție a muncii limitează condițiile de mers în gol; țara noastră la 75 V în curent alternativ și 100V în curent continuu. Electrozii bazici proveniți din import care permit lucrul în curent alternativ necesită surse (transformatoare) cu tensiuni de mers în gol mari (90 V). În majoritatea cazurilor se preferă sudarea în curent continuu.

Pentru sudarea gravitațională se fabrică electrozi speciali cu înveliș gros și lungime mare, care necesită numai surse de curent alternativ.

7.Aspectele legate de eficiența economică.

Volumul mare de lucrări de sudură a necesitat creșterea productivității prin folosirea unor electrozi cu un randament nominal de depunere sporit. Aceasta se exprimă prin raportul dintre masa metalului depus prin sudare și masa totală a vergelei metalice care formează electrodul . Mărirea randamentului se face prin introducerea pulberii de fier în înveliș în procent de 15…80%. La valori mai ridicate ale acestui conținut, productivitatea este mai bună dar sudurile de poziție se execută mai dificil. Electrozii de utilizare curentă au randamente de 120…140%. Aceste valori se ridică la 180…220% pentru electrozii de mare randament, cu înveliș gros. Tehnologic se are în vedere concomitent cu productivitatea , necesitatea realizării îmbinărilor de poziție. Cantitatea de metal depus este de 3…6 Kg/oră față de 1,5…2 Kg/oră la sudarea cu electrozi obișnuiți. Ea atinge valori de 2…7 Kg/oră (sudare cu electrozi tubulari) și 5…15 Kg/ oră (sudare automată sub strat de flux). Productivitatea este caracterizată și prin viteza de depunere ce se exprimă prin raportul dintre masa metalului depus și timpul total de topire al acestuia. La folosirea sârmelor tubulare se obțin viteze de depunere de circa 1,5 ori mai mari ca la sârmele pline, datorită trecerii curentului de sudare prin învelișul metalic de grosime redusă (miezul de pulbere având o conductivitate electrică mică). La alegerea materialelor de adaos trebuie avute în vedere și prețurile de vânzare ale acestora, justificabile prin importanța și destinația structurii sudate. Eficiența economică trebuie analizată în contextul aspectelor tehnologice ridicate de comportarea la sudare a diferitelor materiale de adaos cum sunt îndepărtarea zgurei, manipulare, amorsarea arcului etc.

8.Regimul de sudare.

Regimurile de sudare sunt caracterizate prin parametrii specifici procedeului (curent de sudare, tensiunea arcului, viteză de sudare, viteză de avans sârmă electrod etc.). Producătorii de materiale de adaos specifică anumite limite pentru parametrii regimului de sudare (de ex. electrozi), natura surselor de curent și alte indicații utile tehnologului (caracteristici mecanice și compoziția chimică a metalului depus). Adaptarea unui regim de sudare pentru structuri importante trebuie corelate cu probe uzinale corespunzător condițiilor reale de lucru. La sudarea manuală pot apărea regimuri de lucru cu parametrii diferiți funcție de calificarea sudorilor, caracteristicile echipamentelor de lucru și factorii ergonomici (ambianța locului de muncă, oboseală, starea mediului înconjurător etc.). Procedeele de sudare automată permit respectarea în limite strânse a parametrilor regimului de lucru.

4. PREZENTAREA MATERIALULUI DE ADAOS

Materialul de adaos ales este CITOFLUX 100C.

Standarde/Clasificări:

SR EN 758 : T 42 2 PC 42 H10

ISO 2560 : E 51 5 B 120 20 H10

Pentru cazul sudării MAG se alege ca material de adaos, conform cu prevederile de mai sus, sârme pline cuprate pentru sudarea in mediu de gaz protector in toate pozițiile.

Se utilizează ca gaz de protecție CO2 . Indicat pentru sudarea intr-o singură sau mai multe treceri a oțelurilor nealiate, pentru oțeluri carbon și pentru oțeluri cu granulație fină, cu rezistența de rupere la tracțiune până la 590 . Conținutul mai mare de Si-Mn imbunătățește caracteristicile mecanice și dezoxidarea metalului depus, ceea ce conduce la o puritate mai mare a metalului și reduce efectul impurităților.

CITOFLUX 100C, din punct de vedere constructiv este un electrod învelir, dar cu înelișul protector în interior.

Compoziția chimică si caracteristicile mecanice ale materialului de adaos sunt prezentate in tabelul 3.1., respectiv tabelul 3.2.

Tabel 3.1

Tabel 3.2

Descriere si aplicații : electrozi bazici cu pulbere de fier in invelis, destinați structurilor puternic solicitate static si dinamic si a secțiunilor groase din oteluri slab aliate, la temperaturi de pana la –40 C.

Comportarea la sudare : specifica electrozilor cu invelis bazic, arcul arde stabil. Bun aspect al cordonului cu stropire redusa. Zgura acoperă bine rândul de sudura, iar după solidificare se desprinde ușor. Conținutul de hidrogen difuzibil : max. 10 cm3/ 100 g M.D. Randamentul nominal efectiv : RE=116%.

Poziții de sudare :

Figura 3.3

Tip curent : DC (+); AC

5. ELABORAREA PARAMETRILOR TEHNOLOGICI DE SUDARE

Corelația intre parametrii tehnologici de sudare si diametrul sârmei de sudură depinde de felul trecerii metalului de adaos prin arc. Astfel pentru prima trecere se va alege o sârma de sudare cu diametrul =1,2mm, iar sudarea se va face sha (shortarc), și se calculează cu formula:

Corelația intre curentul de sudare și tensiunea arcului :

=== cap IV – defecte in struct sudate ===

CAPITOLUL IV

DEFECTELE ÎMBINĂRILOR SUDATE PRIN TOPIRE

Într-o accepție mai generală, prin defect de înțelege orice abatere de la prescripțiile de calitate ale documentației de execuție a unui produs, putându-se referi atât la continuitate, cât și la formă, dimensiuni, aspect și chiar structură.

După modul de localizare, defectele îmbinărilor sudate prin topire se clasifică în defecte interne care apar de seama fenomenelor chimice, metalurgice, termice, hidrodinamice, prezente în procesul formării, cristalizării și răcirii băii de sudură și a îmbinării în anasamblu. In acesată categorie fac parte: fisurile la cald și fisurile la rece, incluziunile nemetalice, pori, abateri de la valorile caracteristicilor mecanice si în defecte de formă și suprafață cum ar fi: nepătrunderi, crestături, cratere, arsuri, strangulări, abateri dimensionale și de formă ale cordonului de sudură. Defectele interne sunt cele cuprinse integral sau parțial de secțiunea îmbinării.

În special defecte de formă și suprafață sunt strâns legate de tehnologia incorectă de sudare, a stabilirii procedeelor și regimurilor de sudare, a alegerii utilajelor, a pregătirii pieselor și așezării în vederea sudării, a calificării și conștiinciozității scăzute a sudorului.

Caracteristicile de calitate ale îmbinărilor sudate depind în bună formă de prezența în cusătură și în zonele învecinate a diferitelor defecte. Multe din aceste defecte sunt provocate de stabilirea incorectă a tehnologiei de sudare, a alegerii procedeelor și regimurilor de sudare, a stabilirii metalului de adaos.

1. DEFECTE INTERNE VOLUMETRICE

Defectele interne volumice se formează în cursul procesului de solidificare a sudurii. Din categoria acestora fac parte: incluziunea de gaz sau suflura, incluziunea solidă și mai rar retasura interdentritică.

Admisibilitatea acestora tipuri de defecte se precizează în funcție de natura structurii sudate și de condițiile de exploatare. (tabel 4.1)

Tabel 4.1

III.1.1 SUFLURA (porul) – se simbolizează cu litera A. Se formează prin degajare de gaze, în special de azot, hidrogen, sulf și oxigen în cursul procesului de răcire datorită solubilității acestor elemente în masa metalică o dată cu răcirea soluției si înghețarea lor (incluzionarea) în masa metalică în cursul solidificării. Cantitatea de gaze depinde de raportul dintre presiunea și viteza de mișcare relativă a gazelor și viteza de formare a germenilor de cristalizare, respectiv de viteza de cristalizare a băii. Porii apar în timpul cristalizării primare și apar în urma degajării incomplete a gazelor din cordon. În funcție de adâncimea la care se găsesc porii pot fi situați în interiorul cordonului sau ajunge la suprafața acestuia și pot fi microscopici (câțiva micrimetrii) sau macroscopici (4-6 milimetrii). În general porii sunt defecte inadmisibile în cusăturile armăturilor, a instalațiilor care lucrează sub presiune sau de vid. În situații obișnuite porii nu constituie defecte nepermise așa cum sunt fisurile. (tabel 4.2)

Tabel 4.2

Admisibilitatea acestora se precizează în funcție de natura structurii sudate și de condițiile de exploatare. (tabel 4.3)

Tabel 4.3

Cauzele principale ale apariției porilor în sudură sunt legate de prezența hidrogenului, azotului și oxidului de carbon, care nu se pot elimina în întregime din cauza solidificării băii metalice. Cantitatea de gaze dezvoltate (hidrogen și azot) în baia metalică este mult mai mare decât în faza solidă. Solubilitatea scade cu scăderea temperaturii și marchează un salt la trecerea în starea solidă. Creșterea bruscă a cantității de gaze la apariția stării solide conduce la imposibilitatea ca toate acestea să se elimine din faza lichidă în curs de transformare.

În condiții reale producerea porilor în sudură este rezultatul unei acțiuni comune a diferitelor gaze care se găsesc în baia de sudură. Hidrogenul pătrunde în baia metalică din umiditate, rugină, murdărie, din materiale de adaos și protecție sau metalul de bază. Reducerea cantității de hidrogen se poate obține prin alierea băii metalice, la alegerea materialelor și a regimurilor de sudare adecvate, evacuarea hidrogenului din sudură pe seama agitării sau fierberii băii metalice, a menținerii un timp mai îndelungat pentru degazare, a curățirii și uscării atente a materialelor de sudare și a celor de bază. Azotul pătrunde în cordonul de sudură din aerul înconjurător și din materialul de bază și cel de adaos. Pentru eliminarea concentrației de azot este necesară o bună protecție, utilizarea unor materiale cu conținut minim de azot. În același timp se recomandă utilizarea unor elemente de aliere cu afinitate mare față de azot pentru a forma compuși stabili de tipul nitrațiilor de Ti, Al, Zr, Ce în special a sudării sub strat de flux a metalelor care au un conținut mare de azot.

Dintre oxizii cu influență mai importantă sunt oxidul de carbon și vaporii de apă, aflați de regulă în stare gazoasă la temperaturi proprii fazei lichide a băii de metal. Calea utilizată pentru dezoxidarea băii metalice constă în utilizarea unor elemente cu afinitate mare față de oxigen ca Ti, Al, Si, Mn, cu care formează oxizi ce se separă ulterior pe suprafața băii metalice.

Pe lângă prezența gazelor în anumite concentrații, asupra procesului de apariție a porilor în sudură o mare influență o are viteza de cristalizare a cordonului. La viteze mari de răcire gazele se elimină mai greu, pe când micșorarea vitezei de răcire, sudarea cu o baie metalică mai voluminoasă conduce la eliminarea mai ușoară a gazelor din sudură. Toate aceste lucruri sunt strâns legate de tehnologia de sudare și regimul de lucru folosit și de comportarea materialului de sudare; de modul cum reacționează la intensificarea fenomenelor termice și a micșorării vitezei de răcire. Aceste aspecte au un caracter contradictoriu și trebuie dezvoltate în interacțiunea lor reciprocă.

Cu alte cuvinte, mecanismul formării sulfurilor (porilor) este determinat de condițiile de lucru, astfel dacă viteza de evacuare a bulelor de gaz este mai mică decât viteza de înaintare a frontului de cristalizare, bulele de gaz rămân prinse și metalul se solidifică în jurul lor.

După formă și distribuție în secțiunea și lungimea cusăturii, suflurile pot fi de mai multe feluri.

Astfel, din punct de vedere al formei se deosebesc:

Sufluri sferoidale, simbolizate Aa, la care lungimea axei mari nu depășește cu mai mult de 50% pe cea a celorlalte axe.

Sufluri tubulare, simbolizate Ab, la care lungimea axei mari întrece cu peste 50% pe cea a celorlalte axe, se formează de regulă la rădăcina îmbinării sudate sau între straturi și evoluează spre suprafață pe direcția gradientului de răcire.

Figura 4.2

Sufluri alungite

Figura 4.3

Din punct de vedere al distribuției se deosebesc:

Sufluri izolate

Figura 4.4

Sufluri uniform repartizate

Figura 4.5

Sufluri aliniate simbolizate Ac (fig. 4.6)

Figura 4.6

Sulfuri grupate simbolizate Ad, sunt provocate în majoritatea cazurilor de începutul, reluarea sau terminarea defectuoasă a sudării.

Figura 4.7

Sulfuri de suprafață cunoscute și sub numele de pori.

Figura 4.8

Parametrii care caracterizează suflura sunt diametrul și/sau lungimea, distanța minimă între două sufluri, volumul (lungimea), care delimitează zona în care se găsesc grupate (aliniate), concentrația liniară sau concentrația volumică.

Dintre principalele cauze care determină acest defect, se menționează: excesul de sulf din materialul de bază sau cel de adaos, conținut ridicat de hidrogen în baie, provenit din impuritățile gazelor de protecție, curent prea mic de sudare, viteze mari de răcire, depunerea unui strat prea gros, arc prea lung la sudarea cu electrozi bazici, rost oxidat, impurități organice, substanțe de pasivitate, vopsea, umezeală în rost, folosirea electrozilor cu învelișul de protecție fisurat sau parțial îndepărtat, folosirea învelișurilor, respectiv a fluxurilor umede, precum și în cazul sudării la temperaturi joase când zona încălzită transpiră formând apă.

Posibilități de remaniere – crățuire, după care cavitatea se resudează.

III.1.2 INCLUZIUNEA SOLIDĂ – se simbolizează cu litera B. Se formează în procesul reacțiilor de reducere din baia metalică prin separarea produselor de reacție în timpul solidificării. Având temperatura de topire mai mică decât a materialului de bază, materialele nemetalice curg înaintea arcului. Dacă viteza de răcire a băii este mai mare, ele nu au timp să se ridice la suprafață, rămânând încorporate în cusătură. Incluziunea nemetalică se produce în special la procedeele de sudare la care bai de protecție este asigurată de zguri topite: la sudarea cu electrozi înveliți, sudarea sub flux și la sudarea în baie de zgură.

Tabel 4.4

Incluziunile nemetalice apar în cordonul de sudură sub formă de oxizi, sulfuri, nitrați și provin de obicei din fluxurile și învelișurile de protecție. Aceste defecte nu intră în categoria defectelor nepermise însă o densitate mare de incluziuni poate afecta rezistența îmbinării.

Incluziunile de tipul oxizilor apar în special sub formă de oxizi de fier FeO, însoțite de SiO2 și Mn. Pe lângă acestea în baia de metal topit pot să apară și alți oxizi de Ti, V, Cr care provin din feroaliajele utilizate pentru aliere și dezoxidare. Aceste incluziuni împreună cu pelicula de silicați produc micșorarea rezilienței și a rezistenței la temperaturi scăzute. În cordon pot apărea incluziuni de tipul sulfurilor FeS și MnS, ale căror dimensiuni sunt influențate de conținutul de carbon. Adaosurile de aluminiu pentru dezoxidarea băii de metal topit transformă incluziunile de sulfuri de la forma sferică la pelicule și forme alungite dispuse la limitele cristalelor care pot influența negativ asupra rezistenței mecanice a oțelurilor. Sulful se poate separa în baia metalică pe incluziunile de tipul oxizilor formând combinații complexe.

Fosforul din cordonul de sudură trece în soluție solidă, dizolvat de regulă în ferită și foarte puțin în austenită. În faza austenitică pot apare incluziuni sub forma combinațiilor eutectice și eutectoide de fosfor, care se separă la limitele cristalelor. Fosforul influențează negativ asupra rezistenței la temperaturi ridicate, precum și la reducerea plasticității la temperaturi scăzute și normale, prin separarea incluziunilor la marginile grăunților cristalini.

Incluziunile de tipul nitrurilor apar în cazul unei protecții insuficiente a băii metalice în care conținutul de azot ajunge la 0,01 – 0,1 %. Aceste incluziuni sunt însă mai rare ca oxizii și sulfurile, pe seama cantității mici de azot în metalul de bază sau la sudarea cu o protecție slabă față de acțiunea aerului atmosferic. Apare în acest fel o soluție solidă care datorită supra saturării cu azot, separă la încălzire sau la temperaturi obișnuite nitruri sub formă de incluziuni. Aceste incluziuni produc micșorarea plasticității sau așa-numitului fenomen de îmbătrânire a cordonului de sudură.

Incluziunile pot fi clasificate după distribuția lor în secțiune și în lungul sudurii, precum și după natură. Din punct de vedere al distribuției, se deosebesc incluziuni izolate, simbolizate Ba, incluziuni aliniate simbolizate Bb, incluziuni grupate simbolizate Bd. Din punct de vedere al naturii, incluziunile pot fi: de zgură, de flux, de adaosuri metalice, de oxizi, precum și incluziuni metalice simbolizate Bc. Cele mai frecvente incluziuni metalice sunt cele de wolfram în cazul sudării cu procedeu WIG și de titan în cazul sudării cu procedeu MIG.

Parametrii care caracterizează incluziunile nemetalice sunt diametrul și/sau lungimea, distanța minimă între două incluziuni, lungimea, care delimitează zona în care se găsesc grupate (aliniate), concentrația liniară sau concentrația.

Principalele cauze care determină acest defect în sudură sunt: vâscozitatea ridicată a materialului de adaos, temperatura scăzută a băii de sudare, protecția insuficientă la sudarea MIG, MAG în medii de gaze protectoare de argon și dioxid de carbon, număr prea mare de straturi, acces necorespunzător la rost și poziție defectuoasă a electrodului, de obicei prea înclinată și sudarea la temperaturi joase.

Combaterea defectelor de tipul incluziunilor nemetalice se face prin alegerea corespunzătoare a materialelor de sudare, asigurării condițiilor de protecție, a parametrilor optimi ai regimului de sudare pentru a permite eliminare lor prin decantare în zgura de deasupra băii de sudură.

2. DEFECTE INTERNE PLANE

Acestea sunt generate de cauze multiple, de multe ori intercondiționate cum este cazul fisurii. Celelalte defecte plane: lipsa de topire și lipsa de pătrundere sau nepătrunderea sunt în esență defecte de legătură.

2.1 Lipsa de topire – se simbolizează cu litera C. Lipsa de topire este rezultatul amestecului necorespunzător dintre metalul topit din sârmă și metalul de bază, datorită fuziunii incomplete a acestuia din urmă. Ca urmare în locul unei legături metalice se realizează de fapt o suprapunere separată printr-un spațiu gazos.

Tabel 4.5

Parametrii geometrici de caracterizare ai defectului sunt lungimea și lățimea, adâncimea, înclinația față de axa longitudinală, respectiv transversală a îmbinării sudate.

Printre principalele cauze implicate în producerea lipsei de topire se menționează: folosirea unui curent prea mic de sudare sau a unei viteze de avans prea ridicate, geometria necorespunzătoare a rostului și mai ales un unghi insuficient, folosirea unui electrod cu diametru prea mare, precum și accesul limitat la rost și poziția necorespunzătoare la sudare și manipulare a electrodului. Defectul se poate produce de asemenea și în cazul existenței unor straturi de oxizi aderenți pe suprafața rostului.

După modul de localizare, lipsa de topire poate fi laterală (fig. 4.9 a), între straturi (fig. 4.9 b) sau la rădăcină (fig. 4.9 c).

Figura 4.9

2.2 Lipsa de pătrundere (nepătrunderea) – se simbolizează cu litera D. Defectul este determinat de lipsa materialului de adaos dintr-o anumită zonă a secțiunii rostului.

Defectul se localizează de regulă la rădăcină în cazul sudurilor unilaterale (fig. 4.10 a), respectiv între rosturi în cazul sudurilor bilaterale (fig. 4.10 b).

Particularitățile de localizare a pătrunderii facilitează diagnosticarea în cursul controlului nedistructiv, deosebirea ei de alte defecte, cum sunt: lipsa de topire și fisura.

Parametrii geometrici care caracterizează nepătrunderea sunt lungimea, înălțimea (h) și lățimea (b). (tabel 4.6)

Cauzele producerii lipsei de pătrundere sunt, în linii mari, aceleași ca și în cazul lipsei de topire, mai ales fiind reclamate deficiențe în ce privește corelarea grosimii electrodului cu lățimea și forma rostului, lățimi prea mici sau dimpotrivă exagerate, unghiuri mici ale rostului defectul se produce mai frecvent la îmbinările circulare.

Tabel 4.6

Figura 4.10

.

2.3 Fisura – se simbolizează cu litera E și este considerată cel mai periculos defect al îmbinărilor sudate. Fisura se produce fie în timpul solidificării (fisură la cald), fie după răcire (fisură la rece), datorită pierderii locale a plasticității ca urmare a fragilizării materialului în special prin hidrogenare, în cursul răcirii sau a tratamentului termic. Fisura poate fi însă generată și ca urmare a nivelului ridicat de tensiuni interne de întindere, precum și datorită unor constituienți duri, instabili, cu coeficienți de dilatare (contracție) sensibil diferiți de cei ai matricii structurale de bază.

Fisurile sunt defecte nepermise conform STAS 8299-78.

Cauza apariției fisurilor de cristalizare rezidă în special în defectele produse de tensiunile de întindere din cusătura de sudură, în condițiile unor caracteristici scăzute de plasticitate, proprii metalului la temperatură ridicată, prezentând două faze: lichid și cristale solide în formare și dezvoltare.

La stabilirea tehnologiei de sudare se consideră că rezistența metalului depus la apariția fisurilor de cristalizare depinde de compoziția chimică, de modul de apariție și dezvoltare a centrelor de cristalizare, dimensiunile cristalelor primare.

Tensiunile de întindere din cordon depind de soluțiile constructive ale elementelor structurii sudate, de natura metalului și tehnologia de sudare.

Calea cea mai sigură din punct de vedere tehnologic pentru evitarea fisurilor de cristalizare este preîncălzirea piesei în vederea sudării.

A doua importantă măsură tehnologică constă în depunerea rațională a cordoanelor de sudură și fixarea corectă a pieselor în vederea sudării.

Fisura la cald – Compoziția chimică este a metalului depus constituie elementul principal în apariția fisurii la cald. Elementele din compoziția metalului pot fi grupate după influența pe care o manifestă asupra rezistenței la fisurarea la cald. Elementele care reduc rezistența la fisurarea la cald sunt: sulf, carbon, fosfor, siliciu.

Sulful este elementul cel mai dăunător și se limitează în metalul de adaos la 0,02-0,04 %. El formează eutectice ușor fuzibile reducând plasticitatea oțelului.

Fosforul influențează procesul de fisurare la cald cu creșterea concentrației și se manifestă mai ales în cazul oțelurilor austenitice. Influența comună a sulfului și a fosforului este foarte dăunătoare. Concentrațiile de fosfor se limitează la 0,03-0,04 %.

Carbonul este elementul de bază care determină proprietățile mecanice, fizice și de structură ale oțelurilor. Rezistența mecanică a oțelului crește cu conținutul de carbon însă în același timp scade plasticitatea și apare pericolul de fisurare.

Siliciul provoacă fisurarea la cald în cazul oțelurilor carbon însă într-o măsură mai mică decât carbonul. Conținutul de siliciu se limitează la 0,15 – 0,6 % și depinde de tehnologia de sudare.

Manganul are o influență pozitiva în asigurarea rezistenței la fisurare. Manganul are o afinitate mai mare față de sulf în raport cu fierul reducând astfel influența negativă a sulfului care se combină. Conținutul de mangan de până la 2,5 % are o influență pozitivă însă peste 4-5 % devine dăunător.

Cromul ca și manganul are o influență pozitivă reducând influența dăunătoare a sulfului. La concentrații mari de crom și de carbon apare pericolul de fisurare la cald.

Pericolul de fisurare la cald se poate aprecia orientativ cu ajutorul criteriului HCS (Hot craking sensitivity) în funcție de compoziția chimică atunci când elementele se introduc în relație în procente:

(4.1)

Din punct de vedere tehnologic alea cea mai sigură pentru asigurarea rezistenței la fisurare este reducerea concentrației elementelor dăunătoare și creșterea celor cu influență pozitivă. Regimul de sudare se alege astfel încât coeficientul de participare al metalului de bază să sie cât mai mic, fluxul și învelișul să reducă conținutul de elemente dăunătoare din baia de metal topit.

Baia de metal topit influențează asupra fenomenului de fisurare la rece. O baie de metal topit îngustă și adâncă conduce la obținerea unui cordon cu o rezistență mai mare la fisurarea la cald. Acest lucru se asigură cu surse termice concentrate. Cordoanele late cum sunt cele care se utilizează la placare sau la acoperirea cusăturilor multistrat sunt predispuse apariției fisurilor la cald.

Fisura la rece – reprezintă o complexitate de cauze și apar în procesul de răcire, de obicei sub 200oC. Acestea sunt defecte tipice pentru oțelurile mediu și bogat aliate și a celor cu conținut ridicat de carbon, care prezintă o tendință pronunțată de călire. De regulă fisurile la rece apar în zona influențată termic și mai rar în cordon. După orientarea în raport cu cordonul de sudură fisurile la rece pot fi longitudinale și transversale, care pot să nu iasă la suprafața îmbinării. Fisurile se produc după răcirea piesei și continuă să de dezvolte timp de câteva ora sau zile.

Cercetările efectuate asupra mecanismului fisurării la rece au conturat ideea ca fisurile la rece se produc datorită apariție structurilor de călire, a acțiunii cumulate a tensiunilor interne cu cele de exploatare și a prezenței hidrogenului în îmbinarea sudată. Toate aceste acuze sunt strâns influențate de tehnologia de sudare în sensul că viteza de răcirea poate provoca structuri de călire poate fi dirijată pe seama unei preîncălziri a pieselor supuse sudării, utilizarea unor regimuri de sudare și procedee adecvate astfel ca tensiunile să fie minime, materialele de sudare, în special învelișuri și fluxuri, să fie bine uscate pentru a avea o umiditate minimă, utilizarea unor fluxuri și învelișuri bazice.

Fisurarea la rece se poate manifesta sub formă de fragilizare întârziată, destrămare lamelară, fragilizare prin detensionare.

Fargilizarea întârziată se pare că este rezultatul formării unor structuri de călire în zona influențată termic, în acre se creează o mare densitate de dislocații și o reducere substanțială a plasticității. În cale lor dislocațiile se concentrează pe anumite suprafețe critice pe care se produc concentrații de tensiuni, care pot provoca, la o anumită limită, ruperea fragilă ca un proces de dezvoltare și propagare a microfisurilor. Acest fenomen de fragilizare se produce în anumite intervale de temperaturi. Tendința de fragilizare este amplificată din acuze supraîncălzirii, a creșterii grăunților, a segregării la limitele cristalelor. Toate aceste elemente pot fi puse în corelație strânsă cu tehnologia de sudare, care trebuie elaborată astfel pentru a preîntâmpina fisurarea ca un defect deosebit de periculos.

Destrămarea lamelară o altă modalitate de manifestare a fisurării la rece se poate combate prin măsuri tehnologice ca preîncălzire, sudarea unui strat tampon cu plasticitate ridicată.

Fragilizarea prin detensionare apare la structuri sudate din grosimi mari (S>30 mm) la care poate apărea austenita reziduală la răcire, cu un conținut mai mare de carbon ca în structurile transformate. Carbonul se depune la detensionare la limitele cristalelor sub formă de carburi, care scad plasticitatea. În aceste locuri tensiunile interne puternice pot provoca fenomene de fisurare din acuza structurilor fragile. Combaterea tendinței de fisurare la detensionare se pot face prin alegerea corespunzătoare a materialelor de adaos (cu plasticitate ridicată), a regimurilor de sudare și de tratament termic, spre a evita apariția unor tensiuni interne puternice.

Pericolul de fisurare la rece se poate aprecia orientativ cu ajutorul criteriului PNB în funcție de compoziția chimică atunci când elementele se introduc în relație în procente:

(4.2)

După zona de localizare se deosebesc fisuri în materialul de adaos, fisuri în zona influențată termic sau care traversează această zonă spre materialul de bază și/sau spre materialul de adaos și fisuri plasate în exclusivitate în materialul de bază.

Parametrii geometrici de caracterizare ai fisurii sunt: lungimea, adâncimea, înclinația față de axa îmbinării și volumul care delimitează zona de extindere a unei rețele de fisuri ramificate.

Fisurile pot fi clasificate atât după direcția de propagare în raport cu axa îmbinării, cât și după zona de localizare. Din punct de vedere al direcției de propagare, fisurile pot fi

longitudinale, simbol Ea (figura 4.11 a),

transversale, simbol Eb (figura 4.11 b),

ramificate sau în rețea, simbol Ec (figura 4.11 c),

stelare (fig. 4.11 d).

Figura 4.11

Printre cauzele care pot determina apariția fisurii sunt: incompatibilitatea fizico-mecanică dintre materialul de adaos și materialul de bază, utilizarea unui curent prea mic de sudare, folosirea unei viteze mari de răcire, inclusiv forțarea răcirii pentru obținerea unor avantaje de execuție, aplicarea unor tratamente post-sudare neadecvate, care pot produce fisurarea la reîncălzire, lipsa preîncălzirii sau sudarea cu temperatură de preîncălzire insuficientă. În aceeași măsură se invocă: eliminarea necorespunzătoare a hidrogenului atribuită uneori chiar formelor netehnologice de îmbinări, care pot avea ca urmare fisurarea sub cordon sau rigidizarea exagerată a construcției sudate, soldată de multe ori cu fisurarea lamelară, ordine de sudare necorespunzătoare, prin care se provoacă tensiuni interne mari, manipularea defecuoasă a subansamblelor și a ansamblelor mari și puternic bridate, deformarea plastică la rece sau la cald (pentru îndreptare), după sudare, precum și prezența altor defecte – sufluri aliniate, crestături marginale, arsuri. Fisurile pot fi generate și de tensiuni interne provocate între dentritele cristalizate sun un unghi mic, ca o consecință a unei forme de rost neadecvate (fig. 3.12), precum și de tensiuni interne produse prin comprimarea pieselor în cazul sudării pieselor cu rost insuficient (fig. 4.13).

Figura 4.12 Figura 4.13

3. DEFECTE DE FORMĂ ȘI SUPRAFAȚĂ

Defectele de formă reprezintă o categorie importantă, deoarece pot afecta fie rezistența îmbinării (de exemplu, crestătura, subțierea, convexitatea excesivă), fie condițiile de montaj (de exemplu, denivelarea, rotirea, lățimea neregulată). În plus, majoritatea acestora, dar mai ales: crestătura marginală, supraînălțarea, convexitatea excesivă, scurgerea, supratopirea și reluarea defectuoasă produc concentrări locale de tensiune, contribuind la micșorarea rezistenței la solicitări dinamice a îmbinării sudate, precum și la mărirea tendinței de fragilizare. Defectele din această categorie se evidențiază atât la controlul vizual, cât și la controlul radiografic sau ultrasonic.

3.1 Crestătura – se simbolizează cu litera Fc. Este o adâncitură dispusă longitudinal de-a lungul cusăturii sau între rânduri, fiind cauzată de topirea (arderea) excesivă a marginii rostului.

Crestătura poate fi continuă (fig. 4.14 a) sau intermitentă (fig. 4.14 b) localizată mai ales la suprafață, uneori însă și la rădăcină. Parametrii geometrici mai importanți sunt lungimea și adâncimea (fig. 4.15).

Figura 4.14

Figura 4.15

Cauzele care generează crestătura sunt: utilizarea unui curent prea mare, în special la ultimul strat, folosirea unui arc prea lung, sudarea cu viteză mare, depunerea unui număr insuficient de straturi. Producerea crestăturii este facilitată în cazul sudării în plan vertical.

3.2 Retasura – se simbolizează cu litera G. Este o cavitate produsă în interiorul sau la suprafața cusăturii în urma contracției metalului la solidificarea eterogenă a dăii datorită modificărilor locale de volum.

Retasura poate fi de două feluri: retasură interdentritică (fig. 4.16 a), care se produce între dentrite, este orientată perpendicular pe suprafața rostului și are o formă alungită și retasura de suprafață sau craterul (fig. 4.16 b), care se produce mai ales la capătul cusăturii, sub formă de depresiune formată la ultimul strat sau la rădăcina cusăturii. Retasura la rădăcina sudurii de poate interpreta și ca lipsă de pătrundere și se simbolizează Da.

Figura 4.16

Principalele cauze care provoacă retasura sunt: variații mari de curent, inclusiv întreruperea acestuia, scăderea temperaturii băii, conținutul ridicat în azot și fosfor a materialului de adaos, precum și dezoxidarea necorespunzătoare a băii.

3.3 Îngroșarea excesivă sau supraînălțarea constă în exces de metal depus la ultimul strat. După cum rezultă din figura 4.17, parametrii caracteristici defectului sunt: lungimea supraînălțarea h, respectiv raportul h/s, precum și unghiul θ, format între planul tangent la materialul de bază și planul tangent la suprafața supraînălțării.

Figura 4.17

3.4 Excesul de pătrundere – se simbolizează Fa și constă dintr-un surplus de metal la rădăcina îmbinării, produs prin scurgerea metalului topit prin rost (fig. 4.18). Defectul se datorește următoarelor cauze: curent excesiv de sudare, utilizarea unui electrod (sârmă) prea subțire, viteză de avans insuficientă sau rost cu lățime (deschidere) exagerată, topire prea adâncă.

Figura 4.18

3.5 Subțierea. Este o depunere insuficientă de metal în cusătură (fig. 4.19). Se caracterizează prin abaterea h1 de la grosimea nominală. Defectul se datorește unei intensități prea mare a curentului de sudare, vitezei de avans excesive, pendulării excesive a electrodului și numărului insuficient de straturi depuse.

Figura 4.19

3.6 Suprafața neregulată – se simbolizează cu literele Fb și constă din neuniformitatea suprafeței cusăturii (fig. 4.20), sub formă de relief pronunțat. Printre cauze se invocă: poziția inconstantă a electrodului, variația lungimii arcului și accesul dificil.

Figura 4.20

3.8 Reluarea defectuoasă. Reprezintă o neregularitate locală a suprafeței în locul întreruperii arcului electric. Defectul se datorește deficiențelor de amorsare, întrerupere și conducere a arcului electric.

3.9 Stropi. Sunt picături de metal topit aderente la metalul de bază. Uneori pot cauza modificări locale superficiale de structură. Se datorește folosirii unui curent de sudare prea mare și a unui arc prea mare.

3.10 Arsura. Reprezintă o urmă de decarburare superficială. Provoacă uneori modificări structurale nedorite, în special în cazul aliajelor sensibile la fisurare. Se datorește amorsării greșite a arcului sau încercărilor de amorsare și de verificare a formării cusăturii.

=== cap VII – metode de testare ===

CAPITOLUL VII

EXAMINAREA CU ULTRASUNETE A ÎMBINĂRILOR SUDATE

Sudarea metalelor reprezintă o metodă de îmbinare nedemontabilă a lor componente pentru a realiza un produs finit . Dintre procedeele de îmbinare a metalelor cel mai important loc îl ocupă sudarea datorită avantajelor sale: preț de cost redus, economie de metal, productivitate mare.

Insă, datorită factorilor care intervin în procesul de sudare, natura materialului de bază, de adaos, caracteristicile electrodului, procedeul de sudare la care se adaugă experiența sudorului este absolut necesară efectuare examinări cu ultrasunete ținând seama de importanța produsului finit procesul de producție.

Pentru aplicarea metodei corespunzătoare de examinare este necesară în considerație a unor condiții specifice de care trebuie să se aibă în vedere înaintea începerii îmbinării sudate și anume: – materialul folosit la îmbinarea sudată;

– tipul sudurii;

– grosimea materialului de bază;

– forma exterioară a îmbinării sudate.

La examinarea nedistructivă a îmbinărilor sudate trebuie să se țină seama de natura solicitărilor respective, luând în considerare, pentru materialele care alcătuiesc structura sudată, rezistențele admisibile, modul deal forțelor (static sau dinamic); de asemenea trebuie avute în vedere o serie de elemente suplimentare care pot interveni și conduce la o degradarea prematură a construcției sudate cum sunt oboseala, coroziunea sub tensiune , ruperea fragilă, etc.

Complexitatea îmbinărilor sudate obligă la o cunoaștere generală a tuturor factorilor care intervin în apariția discontinuităților ce trebuie evidențiate cu ajutorul ultrasunetelor. Pentru aceasta este obligatoriu a trata problema examinării cu ultrasunete metodic, deoarece în foarte multe situații apar factori ce conduc la dificultăți sau chiar la imposibilitatea executării controlului propus.

Spre exemplu, natura materialului sudat, în cazul în care acesta este oțel carbon sau slab aliat, nu ridică probleme deosebite privind structura în zona de influență termică, în timp ce dacă este oțel austenitic, în zona de influență termică, granulația este așa de mare, încât face imposibil examinarea cu unde ultrasonore transversale.

MATERIALUL DE BAZĂ

In scopul efectuării în mod normal a examinării îmbinării sudate este obligatoriu ca mai înainte să se efectueze examinarea materialului de bază. Această examinare prealabilă apare din necesitatea localizării cu precizie a eventualelor defecte dacă aparțin materialului de bază utilizai sau îmbinării sudate în scopul remedierii lor. O altă problemă care apare este aceea că propagarea fascicolului ultrasonor va fi astfel încât impulsul să poată fi recepționat după parcurgerea materialului de bază până la îmbinarea sudată. Totodată se va ține seama de viteza de propagare a ultrasunetelor prin materialul de bază pentru ca evaluarea distanțelor din calcul să corespundă cu indicațiile de pe ecranul tubului catodic.

Calitatea materialului de bază poate fi examinată sub incidență normală sau înclinată. Traductorul se deplasează de o parte și de alta a îmbinării sudate.

Defecte în materialul de bază

Defecte de suprafață – undele de suprafață emise în toate direcțiile pe suprafața materialului de bază pot întâlni suprafața laterală a materialului de bază reflectate (Fig. 1 ). În această situație traductorul poate lângă impulsurile de unde longitudinale sau transversale și cele de suprafață, reflectate de eventualele defecte. Identificarea acestor defectele face prin deplasarea traductorului stânga – dreapta; prin aceasta dispar de pe ecranul catodic impulsurile date de defectele de suprafață.

Figura 7.1

Defecte interne – Zona cu defecte continui – (exfolieri. segregații) situate la adâncimi diferite în interiorul materialului de bază. La examinare cu traductor normal pe ecran apar mai multe ecouri ca fiind reflexii multiple de la defecte (Fig.7.2 ). La examinarea cu traductor unghiular nu poate fi explorată o porțiune din îmbinarea sudată .Traductorul se deplasează între limitele lmin și lmax parcursul ultrasonor explorând numai porțiunea de la rădăcina îmbinării sudate. După cum se vede și din Fig.2 din parcursul ultrasonor nu poate fi explorată porțiunea superioară a îmbinării sudate ceea ce duce la imposibilitatea detectării eventualelor defecte din aceasta porțiune.

Figura 7.2

Defecte locale – ( incluziuni) .La examinarea cu traductor normal apar ecouri de fund ( de la materialul de bază ) dar și ecouri de defect. (Fig.7.3).La examinarea cu traductor unghiular fascicolul ultrasonor este obturat din cauza defectelor făcând imposibilă detectarea defectelor din această zonă a îmbinării sudate .

Figura 7.3

Grupuri de defecte locale – La examinarea cu traductor normal se obține o denaturare a ecoului de fund dar se poate întâmpla și o atenuare parțială a fascicolului ultrasonor (Fig. 7.4). La examinarea cu traductor unghiular fascicolul ultrasonor poate suferi o atenuare parțială sau chiar totală deoarece d2>d1 unde d1 reprezintă grosimea grupului de defecte locale.

Figura 7.4

7.1 PROCEDEE DE EXAMINARE A ÎMBINĂRII SUDATE

In funcție de modalitatea de introducere a fascicolului ultrasonor în îmbinarea sudată există trei procedee și anume :

procedeul de examinare sub incidență normală.

procedeul de examinare sub incidență înclinată.

Procedeul de examinare în sistem tandem.

Aceste procedee de examinare se pot aplică individual sau în diferite combinații, funcție de geometria îmbinării sudate conform clasei de examinare prescrise.

a). Procedeul de examinare sub incidență normală. înainte de a așeza traductorul pe îmbinarea sudată este absolut necesar să se efectueze polizarea și șlefuirea îngroșării și a proeminențelor rădăcinii sudurii. Aceste operații premergătoare ajută la o amplasare mai rapidă și eficientă a traductorului pe îmbinarea sudată ,1a micșorarea frecării dintre traductor și îmbinarea sudată și la eliminarea unor ecouri parazite de la diferite proeminențe La utilizarea traductorului normal, pozițiile optime pentru obținerea unor informații utile sunt: pe îmbinarea sudată , la o extremitate a îmbinării sau prin materialul de bază. Traductoarele normale utilizate vor avea diametrul mai mic decât grosimea elementului cu margini prelucrate și o frecvență egală sau mai mare de 4MHz.

b). Procedeul de examinare sub incidență înclinată. Pentru ca întreaga îmbinare sudată să fie explorată de către fascicolul ultrasonor se deplasează traductorul unghiular paralel cu îmbinarea sudată printr-o mișcare de du-te-vino sau în zig-zag având ca limite lmim și lmax unde lmin -este distanța de la axa îmbinării sudate la poziția traductorului pentru care fascicolul ultrasonor atinge rădăcina sudurii iar lmax – este distanța pe materialul de bază de la axa îmbinării sudate la poziția traductorului care fascicolul ultrasonor atinge zona superioară a îmbinării sudate (supraînălțarea) (Fig.7.5 ). Cunoscând grosimea materialului de bază "d" și unghiul de incidență al traductorului a rezultă că lmin=d tgα iar lmax=2d tgα. Pasul de examinare care trebuie să fie mereu mai mic decât lățimea traductorului pentru a permite cercetarea întregii lungimi a îmbinării sudate (t<Φ) . Este de menționat faptul că cu cât materialul de bază este mai subțire cu atât fascicolul ultrasonor trebuie să aibă un unghi de incidență cât mai mare. Simultan cu cele două mișcări ale traductorului acesta mai are și o mișcare de rotație cu un unghi de 10° – 15° față de axa îmbinării sudate .Traductoarele utilizate vor avea frecvente în domeniul 2 MHz și 5 MHz cu unghiuri de incidență cuprinse între 35° și 80° .

Se recomandă pentru grosimi mici de 6 mm și 15 mm frecvența de 2-2,25 MHz iar pentru grosimi de pănă la 48mm frecvența de 4-5 MHz. Unghiul de pătrundere al fascicolului ultrasonor în îmbinarea sudată este funcție de geometria îmbinării sudate, accesibilitatea si grosimea fețelor grosimea elementului aferent examinării.

Figura 7.5

c).Procedeul de examinare în sistem tandem. Sistemul utilizează doi traductori cu caracteristici identice( frecvență, dimensiune unghi de incidență )legați între ei la o distanță fixă. Metoda asigură o detectare, localizare și evaluare precisă a defectelor. Se lucrează prin transmisie ; unul emite și celălalt recepționează sau invers. Distanța dintre traductori trebuie să fie corelată cu adâncimea examinată . Vizualizarea defectelor are loc în poziția care corespunde parcursului ultrasonor maxim obținut cu o reflexie intermediară a fascicolului pe fața opusă a materialului examinat. în funcție de geometria sudurii și a zonei de acces , examinarea se face cu unde longitudinale sau /și cu unde transversale .Metoda este folosită pentru detectarea defectelor orientate perpendicular la suprafața piesei de examinat și la o mare profunzime în material. Metoda poate fi utilizată :- cu traductori situați de o parte și de alta a îmbinării sudate (Fig.7.6a); -cu traductori situați de aceeași parte a îmbinării sudate (Fig.7.6b).

Figura 7.6

7.2 DETERMINAREA MĂRIMII DEFECTULUI

Sensibilitate în cazul stabilirii mărimii defectului depinde de:

precizia de reglare a aparatului;

caracteristicile traductorului;

condițiile de cuplare dintre traductor și piesa de examinat

mărimea, natura, forma și orientarea față de fascicolul ultrasonor;

distanța traductor-defect;

proprietățile materialului supus examinării.

La aprecierea gravității unui defect pe lângă înălțimea ecoului un rol însemnat îl mai are forma și poziția acestuia. De obicei la evaluarea mărimii defectului se utilizează metoda comparației cu ecourile provenite de la defecte artificiale practicate în ecou.

În figura 7.6 se consideră o îmbinare sudată cu un defect de formă. Se utilizează un traductor unghiular iar pe ecranul catodic se va afișa o scală pe plexiglas. Pașii de urmărit sunt următorii:

se reglează ecoul de la înălțimea de 4/5 din centrul ecranului catodic;

se deplasează traductorul spre stânga până când ecoul de la defect scade la 50%;

se marchează pe ecran acest vârf al amplitudinii, punctul A;

se deplasează traductorul în sens invers, spre dreapta, până când amplitudinea ecoului scade de la defect la 50%;

se marchează pe ecran acest vârf al amplitudinii, punctul B.

Astfel prin distanța AB se determină lungimea defectului. Pentru o delimitare a defectului după grosime se procedează identic dar deplasând traductorul paralel cu axa îmbinării sudate obținându-se punctele C și D și apoi distanța CD.

Figura 7.7

7.3 INFLUENȚA FACTORULUI UMAN ASUPRA EXAMINĂRII

ÎMBINĂRILOR SUDATE

Examinarea ultrasonoră manuală a îmbinărilor sudate este larg folosită în multe aplicații industriale , mai ales în cazurile în care lungimea îmbinării sudate este mai mică de 1 m. Examinarea ultrasonoră manuală convențională prezintă următoarele dezavantaje importante:

– rezultatele examinării sunt în mod esențial dependente de tehnica actuală a operatorului în timpul examinării, observarea de către acesta a indicațiilor și interpretarea lor;

– imaginile A-scan ale ecourilor defectelor nu sunt clare personalului care sudează sau utilizatorilor produselor sudate.

Din cauza acestor dezavantaje dorim să prezentăm câteva idei asupra neîncrederii umane în examinarea ultrasonoră manuală și de a sugera metode și căi de a reduce influența acestora asupra rezultatelor examinării.

Este ușor de înțeles că toate cele trei etape ale examinării ultrasonore manuale și anume calibrarea echipamentului .detectarea defectelor și raportarea datelor sunt influențate de factorii umani și putem spune că există două căi generale de a reduce această influență", eliminarea pe cât posibil a greșelilor operatorului și indicarea lor acestuia în timpul examinării cât și în raportul de examinare și ușurarea procedeelor de examinare folosind tehnici adiționale care ajută operatorii să efectueze examinarea cât mai corect.

Factorul cel mai semnificativ al variației calibrării este modificarea amplificării , care de obicei este de 2-3 dB dar pot atinge și valori de 13 dB înregistrate din cauza oboselii crescânde a operatorului și a condițiilor grele ale mediului. In aparatele moderne cu ultrasunete aceste modificări ale amplitudinii sunt ușor de detectat, reduc posibilitatea greșelilor de calibrare prin memorarea unui mare număr de fișiere de calibrare . In plus, modificarea amplificării printr-o greșeală a curbei DAC poate reduce încrederea în rezultatele examinării. De regulă, o curbă DAC este calibrată prin înregistrarea ecourilor de la reflectori de referință convenționali folosind distanțe diferite între traductor și reflector. Este nevoie de mult timp și de multă concentrare din partea operatorului pentru a obține o calibrare DAC corecta fiind posibile modificări ale amplificării de până la 12 dB.

In scopul ușurării calibrării curbei DAC și pentru a minimiza posibilitatea greșelilor operatorilor s-a propus un Adaptor de Calibrare DAC.

Acesta dă naștere la un impuls RF care imită un ecou de amplitudine mică dar fixă cu o întârziere variabilă față de impulsul inițial. Utilizarea acestui adaptor este condiționată de cunoașterea precisă a reflectorilor de referință și a coordonatelor acestora prin blocurile de referință. Cu aceste date, curba DAC se obține astfel: Se consideră trei reflectori de amplitudini A1 ,A2, A3 având coordonate di, d2, d3 . Relația dintre amplitudinile ecourilor este :

A1/A2 = 6dB, A1/A3 = 11dB, A2/A3 = 5 dB

iar dintre coordonate :

d1 = 7mm , d2 = 38 mm, d3 = 75 mm .

Mersul calibrării este:

– se conectează Adaptorul DAC la aparatul ultrasonor respectiv și se reglează Delay la 7mm. Amplitudinea se reglează la 100% din înălțimea ecranului tubului catodic , se marchează acest vârf pe ecran.

– se modifică Delay la 75mm, apoi se reduce amplificarea la 11 dB, se notează acest punct;

– se modifică Delay la 38 mm , se mărește amplificarea cu 5 dB și se marchează acest punct. Unirea celor trei puncte dă naștere la curba DAC.

Există trei factori umani care definesc neîncrederea în detectare:

– eșuarea în urmărirea parcursului de mișcare predefmit al traductorului peste piesa examinată,

variații în cuplajul acustic ; ,

– neatenție la ecourile recepționate.

În scopul evaluării acestor factori s-a efectuat un experiment pe 15 suduri ,fiecare având 500 mm lungime, 40 mm grosime conținând porozități și incluziuni de zgură . Testul s-a aplicat la un număr de 18 operatori , de nivel doi , având același echipament cu ultrasunete. Rezultatul testului arată o mărire relativă a factorilor de neîncredere în detectare, mai ales în cazurile "fără defecte" . O primă informație arată în mod complet tehnica de examinare a operatorului și greșelile acestuia arătând parcursul traductorului și cuplajul acustic . O îmbunătățire a informațiilor obținute se poate realiza prin : monitorizarea coordonatelor traductorului pe proba examinată , monitorizarea cuplajului acustic și procesarea datelor ultrasonore cu memorarea imaginii. In

ceea ce privește gradul de cuplare acustică asupra neîncrederii în detectare testul a arătat influența a doi factori și anume : pătratul suprafeței dintre traductor și piesă sub care se găsește cuplantul și grosimea stratului de cuplant. Variația grosimii cuplantuiui este inevitabila la examinarea manuala. Iar influența acestuia este în mod eficient determinată de impedanța acustică a talpei traductorului și a cuplantuiui. Pentru a minimiza efectul grosimii cuplantuiui , impedanța acustică a acestuia trebuie să fie cât mai aproape posibil de impedanța acustică a taplei traductorului. Influența factorului uman aupra examinării cu ultrasunete se poate finaliza astfel:

– cel mai eficient mod de a crește încrederea în examinarea ultrasonoră manuală îl reprezintă obținerea imaginii on-line și documentarea automată a datelor;

– tehnica de examinare este complet determinată prin raportarea datelor de calibrare și obținerea imaginii parcursului traductorului cuplat acustic cu piesa;

– pentru eliminarea greșelilor umane din procedurile de examinare (calibrare, detectarea defectelor, măsurători adiționale) aparatele cu ultrasunete trebuie echipate cu aceste facilități adiționale fără însă a afecta procedurile normale folosite de către operator.

=== cap VIII – determinari experimentale ===

CAPITOLUL VIII

DETERMINÃRI EXPERIMENTALE

8.1 METODA DE LUCRU

Pentru a constitui un exemplu practic privind modalitatea de determinare a controlului cu ultrasunete, examinarea experimentală s-a executat pe o probă sudată cap la cap.

Metodologia de lucru a respectat etapele:

– alegerea materialului de bază;

– alegerea materialului de adaos;

– studiul sudabilității;

– depunerea cordonului;

– prelucrarea supraînălțării cusăturii prin frezare;

– executare defectelor artificiale prin găurire și frezare;

– executarea determinărilor cu aparatura ultrasonică;

– aprecierea rezultatelor

8.2 PREZENTAREA PROBEI

Material de bază: OL 52

Material de adaos: CITOFLUX 100C

Procedeul de sudare folosit: MAG (gaz protector CO2)

Determinarea efectuata pe: aparat tip USIP 11

Defecte de sudare: fisuri longitudinale, pori, lipsa de topire, crestătura

Figura 8.1

8.3 MĂSURĂREA VITEZEI ASUPRA PROBEI

Determinãrile s-au efectuat asupra unei probe don oțel de tip OL 52. Proba a fost realizatã prin sudare cu procedeul MAG cu gaz protector CO2 a douã bucãți din alelași material, prelucrat în prealabil prin frezare.

În urma efectuãrii sudãrii, praba prezintã trei zone:

– zona 1 – material de adaos;

– zona 2 – zona de influențã termicã;

zona 3 – materialul de bazã.

Figura 8.2

Examinãrile s-au efectuat cu aparatul de tip USIP 11, cu domenii de frecvențã cuprinse între 0,5 și 10 MHz, folosind traductori normali și înclinați cu material piezoelectric din ceramicã cu domenii de frecvențã cuprinse între 2 și 6 MHz și unghiuri de înclinare între 0 și 70o. Asupra acestei probe se efectueazã determinãrile de vitezã și atenuare.

S-au efectuat determinãri asupra tuturor zonelor probei:

– a fost folosit un traductor înclinat sub un unghi de 70o cu o frecvențã de 2 MHz având plãcuțã piezoelectricã din ceramicã. Traductorule este așezat paralel cu lungimea piesei astfel încât incidenta fascicolului ultrasonor sã se producã pe douã direcții diferite.

Figura 8.3

În urma investigãrii cu ultrasunete s-au obținut urmãtoarele valori de viteze, diferenșiate în funcție de zonele probei. Astfel pentru zona materialului de bazã, se observã o bunã concordanțã între V1, V4 și V’1, între și V’2 pentru zona de influențî termicã, iar în materialul de adaos se gãsesc vitezele V3 și V’3.

Figura 8.4

La folosirea unui traductor cu unghi variabil de frecvența 2 MHz, se obțin urmãtoarele domenii de viteze. În zona materialului de adaos, pentru incidența sub un unghi de 45o se obține o valoare a vitezei de 2952 m/s, iar pentru incidența sub un unghi de 60o se obține o valoare a vitezei de 3031 m/s, iar pentru incidența sub un unghi de 70o se obține o valoare a vitezei de 3038 m/s.

Figura 8.5

Se observã o bunã concordanțã între valorile vitezelor obținute în fiecare din cele trei zone ale probei.

Pe aceiași probã s-au efectuat determinãrile cu ajutorul unui traductor înclinat cu o frecvențã de 2 MHz, iar plãcuța piezoelectricã este înclinatã sun un unghi de 60o și este confecționatã din ceramicã. Am obținut urmãtoarele valori pentru viteze: 2814 m/s și 2892 m/s în zona materialului de bazã și 3031 m/s în zona materialului de adaos.

Figura 8.6

La folosirea unui traductor înclinat, care are o frecvențã de 4 MHz, iar plãcuța piezoelectricã este înclinat sub un unghi de 70o, am obținut pentru vitezã valori diferențiate în funcție de zonã. În zona materialului de bazã am obținut valorile 2846 m/s și 2860 m/s, în zona de influențã termicã am obținut valoarea de 3108 m/s, iar în zona materialului de adaos am obținut valoarea 3038 m/s.

Figura 8.7

Deci, ca o micã concluzie, observãm cã în cele trei zone existã o concordanțã bunã între valorile vitezei.

Pe obținerea unor valori ale vitezei în probã, am folosit un traductor înclinat cu o frecvențã de 4 MHz, iar plãcuța piezoelectricã este înclinatã sun un unghi de 45o și este confecționatã din cuarț.

În zona materialului de bazã s-au obținut valorile 2866 m/s și 2860 m/s, în zona de influențã termicã s-a obținut valoare 3146 m/s, iar în zona materialului de adaos 2952 m/s.

Figura 8.8

Mãsurãtorile de atenuare a amplitudinii de ecou au fost efectuate cu douã tipuri de traductori.

La folosirea unui traductor normal cu frecvența de 4 MHz, a cãrui plãcuțã piezoelectricã este realizatã din material ceramic cu diametrul de 20 mm, s-au analizat atenuãrile pânã la a patra reflexie de la fundul piesei. Astfel, pe ecranul defectoscopului s-au obținut imaginile a patru ecouri (fig. 8.9b) pentru fiecare zonã, situate la aceiași distanțã unul de altul, cu o înãlțime a picului descrescãtoare.

Cel mai înalt ecou se obține prin prima reflexie, iar cel mai mic se obține pentru cea de-a patra reflexie de la fundul (baza) piesei.

Figura 8.9 a

Figura 8.9 b

Pentru materialul de bazã se observã o scãdere a amplitudinii semnalului de 0,0444dB/mm între primul și al doilea ecou (pic), respectiv de 0,1380 dB/mm, între cel de-al doilea și cel de-al treilea ecou apare o diferențã de amplitudine de 0,0846 dB/mm, respectiv de 0,2172 dB/mm ,iar între cel de-al treilea și cel de-al patrulea ecou apare o diferențã de amplitudine de 0,1408 dB/mm, respectiv de 0,6157 dB/mm (fig. 8.9 a).

Pentru zona de influențã termicã se observã experimental urmãtoarele diferențe de amplitudine: între primul și al doilea ecou se observã o diferențã de amplitudine de 0,034 dB/mm, respectiv de 0,0903 dB/mm, între cel de-al doilea și cel de-al treilea ecou se gãsește o diferențã de 0,0871 dB/mm, respectiv de 0,2193 dB/mm între cel de-al treilea și cel de-al patrulea.

La folosirea unui traductor normal cu frecvența de 2 MHz, a cãrui plãcuțã piezoelectricã este realizatã din material ceramic, s-au realizat atenuãrile pânã la a patra reflexie de la fundul piesei. Astfel pe ecranul defectoscopului s-au obținut imagini a câte patru ecouri (fig. 8.10 b) pentru fiecare zonã, situate la aceiași distanțã unul de altul, cu o înãlțime a picului descrescãtoare.

Cel mai înalt ecou se obține prin prima relfexie, iar cel mai mic prin ce de-a patra reflexie de la fundul piesei.

În materialul de bazã observam o scãderea a amplitudinii semnalului de 0,0683 dB/mm între primul și al doilea ecou, repectiv de 0,0717 dB/mm, între cel de-al doilea și cel de-al treilea ecou se gãsește o diferențã de 0,01727 dB/mm, respectiv de 0,1633 dB/mm. (fig. 8.10 a)

Figura 8.10 a

Figura 8.10 b

Pentru urmãtoarele douã zone, cel de-al patrulea ecou dispare.în zona de influențã termicã

s- au observat experimental diferențe de amplitudine: între primul și cel de-al doilea ecou s-a observat o diferențã de amplitudine de 0,2256 dB/mm, respectiv 0,2277 dB/mm, între al doilea și al treilea ecou s-a observat o diferențã de amplitudine de 0,2710 dB/mm, repectiv 0,2563 dB/mm.

Pentru zona materialului de adaos s- au observat experimental diferențe de amplitudine: între primul și cel de-al doilea ecou s-a observat o diferențã de amplitudine de 0,4005 dB/mm, iar între al doilea și al treilea ecou s-a observat o diferențã de amplitudine de 0,4164 dB/mm.

Deci, ca o micã concluzie, observãm cã în cele trei zone s-a obținut experimental o bunã concordanțã între valorile atenuãrii ultrasonore.

CONCLUZII

S-au efectuat mãsurãtori pe o probã sudatã prezentând defecte artificiale:

fisuri longitudinale;

pori;

lipsa de topire;

crestăturã.

Determinãrile care s-au efectuat asupra probei din oțel OL52, sudatã prin procedeu MAG cu gaz de protecție CO2 , sunt urmãtoarele:

în zona materialului de bazã s-au gãsit valori ale vitezei aproximativ egale;

în zona materialului de adaos s-au obținut valori mai mari ale vitezei, daoritã compoziției diferite;

în zona de influențã termicã s-au obținut valori ale vitezei mai mari decât ale materialului de bazã, datoritã influenței cãldurii.

=== cap-1 ===

CAPITOLUL I

METODE ȘI MIJLOACE DE CONTROL

A ÎMBINĂRILOR SUDATE

1. IMPORTANȚA CONTROLULUI NEDISTRUCTIV

În realizarea construcțiilor sudate, controlul calității produselor reprezintă una din fazele esențiale ale fabricării. Importanța controlului a crescut și crește pe măsura dezvoltării științei și

tehnicii. Dintre factorii de semnificație în legătură cu intensificarea preocupării pentru controlul produselor în general, al structurilor sudate în special, se menționează :

a). Dezvoltarea fără precedent a industriei în perioada ultimilor ani, cu accent pe diversificarea produselor.

b). Evoluția tehnologiilor de vârf din construcțiile aerospațiale, echipamentelor pentru centrale electrice nucleare, utilaje chimice speciale etc.

c). Intensificarea preocupării pentru realizarea unor produse si construcții sudate de dimensiuni mari, cum sunt : petrolierele si mineralierele, platformele de foraj marin, instalațiile termoenergetice, vase de presiune pentru centrale nucleare, coloane chimice, poduri.

d).Expansiunea procedeelor de sudare, universalizarea sudării pentru asamblarea nedemontabilă a produselor și construcțiilor.

e). Asigurarea protecției individuale, sociale și a mediului, prin ameliorarea calității produselor și obligativitatea garantării fiabilității acestora.

f). Considerente tehnico-economice de reducere a greutății specifice, folosirea înlocuitorilor de materiale deficitare, precum și necesitatea admiterii defectelor în limite acceptabile , ca rezultat inerent al aplicării tehnologiilor de prelucrare a semifabricatelor, inclusiv a tehnologiilor de sudare.

În asemenea conjunctură, asigurarea calității produselor este riguros condiționată de aplicarea și promovarea unor metode și tehnologii moderne, eficiente și sigure, de control și testare pe toată durata execuției și exploatării. Expansiunea procedeelor moderne convenționale de sudare, apariția și extinderea procedeelor neconvenționale, cuprinderea practică a tuturor materialelor în sfera celor sudabile a condus de asemenea la dezvoltarea și diversificarea rapidă a metodelor defectoscopiei nedistructive. Mai mult chiar se poate aprecia că propulsorul defectoscopiei nedistructive îl reprezintă îmbinarea sudată.

Astfel, ca o extindere a controlului vizual de suprafață s-a dezvoltat cu precădere metoda cu lichide penetrante de contrast, metode magnetice bazate pe câmpul de dispersie. Ca metode de control de adâncime se detașează saltul metodei ultrasonice. În acest sens, se consideră remarcabile eforturile ultimilor ani pentru soluționarea problemei transparenței ultrasonice a structurilor grosolane ale oțelurilor inoxidabile. Notabil este aportul metodelor de control cu radiații penetrante X și gama, atât prin industrializarea și comercializarea izotopilori radioactivi de mare activitate, cât și prin mărirea durabilității tuburilor röntgen, miniaturizarea petelor focale ale acestora, precum și prin construirea acceleratoarelor liniare și circulare destinate defectoscopiei pieselor de grosime mare. Progresele relevante se înregistrează în domeniul metodelor de detectare a neetanșeitaților , o dată cu utilizarea detectorilor de halogeni și heliu și a trasorilor radioactivi. Pe baza fenomenului de emisie acustică din metale, în ultimii ani s-au conceput și introdus tehnici complexe de control activ și preventiv de largă anvergură.

În diagrama din figura 1.1, având ca referință anul 1980, se prezintă evoluția relativă a principalelor metode de control nedistructiv și dezvoltarea acestora până în anul 2000.

Fig. 1.1

Se pune în evidență o substanțială scădere relativă din rațiuni economice a metodei cu radiații penetrante, ca și o intensă dezvoltare și afirmare în primul rând a controlului cu ultrasunete, precum și a metodei electromagnetice și a emisiei acustice.

Scopul controlului nedistructiv, respectiv al defectoscopiei nedistructive este de a decela cu operativitate defectele, a le determina natura și parametrii acestora, poziția, orientarea și mărimea, și de a emite decizii de acceptare, remediere sau refuz, în concordanță cu criteriile de admisibilitate sau limitele de admisibilitate prescrise în documentații de execuție, norme și standarde. Stabilirea naturii defectului este deosebit de utilă în identificarea cauzelor și fixarea măsurilor de corectare a execuției sau a tehnologiei. Aflarea celorlalți parametri ai defectului se impune în vederea indicării cu exactitate a locului și extinderii remedierii.

2. EICIENȚA CONTROLULUI NEDISCTRUCTIV

Dezvoltarea impetuoasă a controlului nedistructiv, pe terenul tot mai extins al pretențiilor pentru calitate și rentabilitate, are ca principal argument eficiența economică. Ea rezultă, în primul rând, pe cale directă:

– reducerea cheltuielilor materiale, a forței de muncă și a timpului pentru efectuarea controlului;

– reducerea duratei de folosire a tehnologiilor active de execuție;

– mărirea productivității si ritmicității muncii;

– preîntâmpinarea pierderilor în producție și în exploatare, prin eliminarea în faze timpurii de execuție a semifabricatelor și pieselor necorespunzătoare și micșorarea rebuturilor;

– reducerea cheltuielilor de exploatare și întreținere;

– îmbunătățirea calității produselor, prin mărirea gardului de detectabilitate a defectelor și a preciziei controlului.

Printre principalele resurse indirecte de eficiență economică a metodelor de control nedistructiv se consideră:

– mărirea durabilității și fiabilității de funcționare a produselor;

– creșterea gradului de siguranță a exploatării;

– argumentarea capacității portante a pieselor, reducerea coeficienților de siguranță în proiectare și pe această cale reducerea de materiale;

– micșorarea gardului de risc și evitarea pierderilor provenite din avarii;

– găsirea operativă a acuzelor deficiențelor constatate și aplicarea corecțiilor necesare;

– strângerea de informații care nu pot fi obținute prin alte metode, reducerea cheltuielilor pentru încercări de anvergură pe produse sau pentru investigații științifice, folosind metode conjugate;

– posibilitatea unei predicții fundamentale a modului de comportate în exploatare și a regimului de funcționare.

În sfera avantajelor pe care le oferă, trebuie luate în considerație totodată și unele de ordin psihologic, cum ar fi: îmbunătățirea condițiilor de muncă, satisfacerea pretențiilor consumatorilor, securitate socială, protecția mediului. Eficiența controlului nedistructiv este influențată în mare măsură de volumul producției, forma și accesibilitatea produsului, gradul de dotare cu aparatură și accesorii, modul de organizare a compartimentului (laboratorului) de control nedistructiv și de gradul de calificare a personalului operator.

Mărirea nejustificată a volumului de control nedistructiv, aplicarea unor metode ultrasensibile recorelate cu nivelul de execuție și cu posibilitățile mijloacelor mai simple și mai puțin costisitoare, conduce la mărirea prețului de cost și prin aceasta la discreditarea costului. În același sens, acționează și reducerea nejustificată a limitelor de admisibilitate a defectelor. De aceea, volumul de control și prevederile normelor de control trebuie să fie astfel stabilite încât cheltuielile totale pentru acoperirea controlului și prevenirea pierderilor în procesul de producție, pe de o parte, și pentru lichidarea consecințelor unei eventuale avarii, pe de altă parte, să fie minime. Această condiție de exprimă prin relația pierderilor :

(1.1)

în care:

Ct – costul total,

Cn – costul nedetectării,

Cr – costul rebutării,

Ccnd – costul controlului nedistructiv,

pn – probabilitatea nedetectării,

pr – probabilitatea rebutării,

gd – gadul de defectare.

O relație similară este prezentată într-un sistem cheltuieli-dimesiune echivalentă a defectului admisibil, C=f(aa), reprezentată în figura 1.2. Curba 1 reprezintă dependența costurilor de producție, iar curba 2 dependența cheltuielilor de întreținere-exploatare, în funcție de mărimea defectului admisibil. Se observă că odată cu micșorarea defectului maxim admis, costul total crește datorită măririi costului controlului și a cheltuielilor pentru suportarea rebuturilor și remedierilor.

Fig. 1.2

Prin mărirea defectului maxim admis scade costul controlului și costul remedierilor, în schimb se măresc cheltuielile de întreținere și de reînnoire a produsului , dată fiind scăderea duratei de exploatare. Curba 3 reprezintă alura cheltuielilor totale, al cărei minim determină pentru o anumită situație dimensiunile optime ale defectului maxim acceptat. În cazul unor produse mai puțin importante și de mică răspundere, legăturile sunt mult mai atenuate sau chiar modificate. În aceste situații și criteriile de admisibilitate a defectelor pot fi mult mai maleabile. La cealaltă extremă, criteriul minimului prețului de cost nu se ia în considerație în acele cazuri când controlul nedistructiv este reclamat de necesitatea garantării necondiționate a securității oamenilor și a mediului.

3. METODE ȘI MIJLOACE DE CONTROL A ÎMBINĂRILOR SUDATE

Controlul execuției îmbinărilor sudate cuprinde trei etape principale:

1. Controlul înainte de sudare, care se referă la: calitatea materialelor (materiale de bază și materiale de adaos), modul de pregătire al elementelor ce se sudează, starea tehnică a utilajului și a sculelor sudorului, starea fizică și psihică a sudorului.

2. Controlul în timpul sudării, care se referă la: respectarea regimului de sudare prescris

(Is – intesitatea se sudare; Ua – tensiunea arcului electric; Vs – viteza de sudare), poziția de sudare, ordinea de sudare prescrisă, condițiile de aerisire sau protecția muncii prescrise, modul cum este curățată zgura.

3. Controlul după sudare are în vedere verificarea îmbinării sudate pentru a stabili în ce măsură este în concordanță cu prescripțiile documentației de execuție.

Metodele optime de control ale îmbinărilor sudate se stabilesc in funcție de clasa de execuție a îmbinărilor sudate. Executantul va efectua la îmbinările sudate următorul control:

– controlul etanșeității:

– controlul rezistentei;

– controlul nedistructiv.

Controlul geometric, dimensional si al aspectului exterior reprezintă cel mai important moment al controlului de calitate al unei îmbinări sudate si cuprinde următoarele operații de bază:

1 controlul pregătirii semifabricatelor si al rostului îmbinării;

2 controlul dimensional al îmbinării;

3 controlul formei si poziției îmbinării;

4 controlul modului de execuție al îmbinării;

5 controlul aspectului exterior.

Controlul final al îmbinării se face vizual, dimensional si prin încercări. Încercările îmbinărilor sudate pot fi distructive, nedistructive sau analize metalografice, analize spectrale, analize cu radiații, etc.

In cadrul controlului distructiv se pot realiza următoarele metode:

– încercări la tracțiune;

– încercări la forfecare;

– încercări de duritate.

În cazul de fața se vor aplica metode de control nedistructiv, ele fiind cele mai avantajoase economic pentru ca materialul examinat se păstrează intact și pot fi examinate toate fazele unui subansamblu iar procesul tehnologic de fabricație poate fi supravegheat în toate fazele intermediare, precum si controlul vizual.

Metodele de control nedistructiv ale calității produselor sunt:

1 cu radiații penetrante X si gama;

2 cu ultrasunete;

3 cu pulberi magnetice;

4 cu lichide penetrante.

Utilizarea altor metode se admite cu acordul ISCIR.

Scopul metodelor de control nedistructiv constă în:

– detectarea materialelor defecte chiar înainte de prelucrare;

– remedierea înainte sau după prelucrare a pieselor cu defect;

– determinarea cauzelor care au dus la distrugerea pieselor;

În funcție de felul defectelor și procedeul de sudare, metodele de control recomandate pentru punerea în evidență a defectelor se pot grupa conform tabel 1 de mai jos:

Tabel 1

Avantajele metodelor de control nedistructiv sunt:

– se aplica tuturor reperelor dintr-un lot;

– se aplică la fiecare subansamblu si in toate fazele procesului tehnologic;

– se aplica la materiale si piese metalice, ceramice, plastice;

– se aplica la piese de forme si dimensiuni diferite.

3.1 Controlul vizual

Controlul vizual si dimensional. Aprecierea calității îmbinărilor sudate pe baza controlului vizual se face conform cu planurile avizate de ISCIR.. Cusătura sudat[ nu trebuie sa prezinte cratere neumplute, neregularități, șanțuri marginale, pori la suprafața, fisuri, microfisuri sau alți concentratori de tensiune la marginea sa. Zona din imediata apropiere a cusăturii trebuie sa fie curat[, lipsit[ de ciupituri, urme de suduri de prindere provenite de la alte operații din cursul montajului. La cusături nu se admit crestături marginale:

– cu adâncimea mai mare de 0,5 mm, la o grosime a metalului >5 mm.

Lungimea totala a crestăturilor marginale nu va depăși 10% din lungimea cusăturii. La cusăturile executate din doua parți (cusături in X, cu completare la rădăcină etc.), suma adâncimilor crestăturilor marginale situate pe ambele suprafețe ale cusăturii nu va depăși valorile menționate mai sus.

Dimensiunile sudurii se vor controla cu șabloane astfel ca să se încadreze in limitele indicate de fisele tehnologice anexate prezentului proiect si vor corespunde standardelor recunoscute sau planurilor avizate de ISCIR.

3.2 Controlul cu radiatii penetrante

Controlul cu radiații penetrante pune în evidență aproape toate tipurile de defecte ale îmbinărilor sudate. Poate fi aplicat atât cu instalații fixe și semimobile cât si cu ajutorul instalațiilor mobile în condiții de șantier.

Din punct de vedere calitativ, controlul cu raze X este superior controlului cu raze gama, în special la grosimi mici și mijlocii.

Din punct de vedere economic, costul investiției inițiale este mai mic în cazul surselor gama. Productivitatea controlului scade pe măsura creșterii grosimii produsului datorită măririi timpului de expunere și a timpului necesar pentru răcirea sursei.

Din punct de vedere al protecției muncii, amândouă metodele implică un pericol de iradiere, în general mai mare în cazul sursei gama. Ca urmare, activitatea de control cu radiații penetrante se poate desfășura numai cu autorizații oficiale eliberate de organe de supraveghere pentru unități nucleare, necesitând totodată personal calificat și autorizat în acest scop, precum și respectarea cu strictețe a regulilor specifice de tehnica securității muncii.

Natura și proprietățile radiațiilor X și gama

Radiațiile X și gama sunt radiații de natură electromagnetică, având un caracter corpuscular și ondulatoriu. Deosebirea dintre ele constă numai în faptul că la producerea radiațiilor X tranziția se face între două stări cuantice ale învelișului electronic, pe câtă vreme în cazul radiațiilor gama – între două stări cuantice ale nucleului atomic.

Radiațiile röntgen (X) se produc la frânarea bruscă pe o țintă a unui fascicul de electroni accelerat într-un câmp electric

Radiațiile gama se produc ca urmare a proceselor ce au loc în nucleele elementelor radioactive, constând în emisia spontană de radiații alfa, beta și electromagnetice, fenomen cunoscut sub denumirea de dezintegrare.

Proprietățile radiațiilor X și gama pot fi enumerate astfel:

– sunt vizibile, se propagă în linie dreaptă cu viteza luminii, fiind supuse divergenței;

– nu sunt deviate de câmpuri electrice sau magnetice (spre deosebire de radiațiile alfa și beta care sunt deviate în sensuri opuse);

– datorită lungimii de undă foarte mici și a energiei ridicate, posedă o mare putere de pătrundere, de unde și denumirea de radiații penetrante;

– interacționează cu materia pe care o străbate, fiind atenuate, ionizând gazele, producând – fluorescență și impresionând emulsiile fotosensibile;

– în lipsa atenuării intensitatea radiațiilor este inversă proporțional cu pătratul distanței de la sursă.

provoacă efecte biologice

Din toate aceste proprietăți, interacțiunea cu materia este cel mai interesantă, atât sub aspectul complexității, cât și sub aspectul aplicabilității în tehnica defectoscopică

Principiul metodei de control radiografic

Consta din proiectarea unui fascicul de radiații penetrante asupra piesei de controlat si înregistrarea pe film a modificărilor suferite de fascicul la trecerea prin material. Modificările sunt determinate de coeficienții diferiți de atenuare a zonelor de material străbătute ca urmare a diferențelor de densitate si de grosime efectiva. Aceste modificări sunt convertite în variații de înnegrire a filmului si deci în imagine optică .

Figura 1.3

S-a notat cu D densitatea de înnegrire care reprezintă raportul dintre intensitatea luminii care ajunge la suprafața filmului L intensitatea luminii care străbate sau se transmite prin film Lt. Filmul radiografic se compune dintr-un suport interior flexibil si transparent format din ester de celuloza (acetat, triacetat), , un strat fotosensibil format din halogenura de argint (clorura sau bromura), precum și dintr-o peliculă exterioară protectoare constituita de asemenea din gelatină durificată.

Filmul radiografic

Filmul radiografic se compune dintr-un suport interior flexibil și transparent format din ester de celuloză (acetat, triacetat), un substrat bilateral de aderență din gelatină, un strat fotosensibil format din halogenură de argint (clorură sau bromură), precum și dintr-o peliculă exterioară protectoare constituită de asemenea din gelatină durificată.

Filmul radiografic se alege după următoarele criterii: felul materialului si grosimea piesei controlate, tipul sursei si ecranelor utilizate, distanta sursa-film, productivitatea impusa si sensibilitatea examinării. După expunerea si formarea unei imagini latente, filmul comporta următoarele operații de prelucrare:

1 revelarea (developarea), a cărei funcție este de transformare a imaginii latente in Imagine reala;

2 stoparea, operație prin care se oprește revelarea si previne impurificarea soluției de fixare;

3 fixarea, constând în îndepărtarea halogenurii de argint nedevelopate;

4 spălarea si uscarea, care urmăresc îndepărtarea soluției de fixare si prevenirea formarii petelor de apa.

Revelarea este operația de reducere a cristalelor de halogenura de argint purtătoare a Imaginii latente, la argint metalic de culoare neagra.

Stoparea se face in scopul neutralizării soluției revelatoare de pe film. Ca tehnica, filmul se spăla in apa, prin agitare timp de 2 minute, după care se introduce in soluția de stopare si se menține timp de 30-60 secunde Ca lichid de stopare se folosește o soluție de acid acetic .

Fixarea are rolul de a îndepărta cristalele de halogenura de argint si a conserva astfel imaginea obținută.

Spălarea finala urmărește eliminarea soluției de fixare. Ea se executa in curent de apa. Se recomanda respectarea următoarelor indicații in ce privește timpul de spălare: 30 minute pentru temperaturi T = 5-10°C, 20 minute pentru temperaturi T = 15-25°C, 15 minute pentru temperaturi T = 25 30°C.

După spălare filmele, se lașa sa se scurgă 1-2 minute, iar apoi se usucă in curent de aer cald (30-40°C), pentru a se evita formarea petelor de la picăturile de apa.

Rezultatul controlului radiografic este decisiv influențat de calitatea imaginii, intelegând prin aceasta capacitatea de a reține pe film maximum de informații asupra structurii interne a piesei.

Aprecierea calității unei radiografii se realizează în mod operativ cu ajutorul unor etaloane. Etaloanele, denumite indicatori de calitate a imaginii, pe scurt ICI, sunt prevăzute cu detalii menite sa faciliteze obținerea cât mai multor informații asupra sensibilității radiografice, deci a calității radiografiei si uneori chiar si asupra formei șl mărimii aproximative a defectelor. ICI se suprapun pe suprafața anterioara a piesei, considerata după direcția de iradiere, astfel incit sa se reproducă total sau parțial in imaginea radiografica din poziția cea mal dezavantajoasa din punct de vedere optic.

Radiografierea îmbinărilor sudate cap la cap Îmbinarea cap la cap a pieselor plane se radiografiază in general in planul de simetrie longitudinala a îmbinării.

Defectele neadmise in îmbinările sudate cap la cap ale profirelor din otel sunt:

1) În tablă sau in corpul platbandei cu bulb – suduri nepătrunse, lipsa de topire, fisuri, aglomerări de defecte de orice dimensiuni, mari de 2 mm, incluziuni de zgura mai mari de 3 mm, incluziuni de gaze, metalice sau de zgura de dimensiuni mai mici, in număr mai mare de 3 pe 100 mm cusătura;

2) În inima profilului – suduri nepătrunse, lipsa de topire, fisuri, acumulări de defecte, incluzluni de gaze și metalice (wolfram) mai mari de 2 mm, incluziuni de zgură mai mari de 0,3 din grosimea cusăturii.

Criteriul de admisibilitate a defectelor după radiografii etalon a fost elaborat în cadrul I.I.S. și are la baza radiografii etalon, din care rezultă mărimea și densitatea maximă a defectelor dintr-o grupa pe o lungime de referința de 200 mm.

Suflurile izolate sunt admise in următoarele condiții: diametrul maxim sub 0,3 s, dar nu mai mult de 6 mm, daca distanta dintre doua sufluri izolate depășește 25 mm.

Suflurile sferice aliniate sunt admise in următoarele condiții: diametrul maxim sub 0,2 s, dar nu mai mult de 3 mm, suma diametrelor pe o lungime de 10 s sau 150 mm nu depășește s, iar distanța dintre suflurile alăturate este de minim 6 d (d fiind diametrul celei mai mari dintre ele).

Suflurile sferice distribuite sunt admise în următoarele condiții: aria totală a acestora pe o lungime de cusătură de 150 mm este cel mult egala cu 1,5 s.

Suflurile alungite și incluziunile solide sunt admise în următoarele situații: la grosimi s<18 mm, dacă lungimea maximă nu depășește după caz 0,5 s sau 6 mm, iar la grosimi 18<s<75 mm, dacă lungimea maximă nu depășește 0,3 s.

Avantajele și dezavantajele defectoscopiei cu energii înalte

Curentul fiind destul de mic de ordinul (adică cca 1/1000din curentul tubului röntgen), randamentul crește foarte mult, putând ajunge , față numai 1% al tubului röntgen. Emisia radiațiilor fiind foarte concentrată – pata focală de 0,5 la acceleratoare și de numai 0,1 la betetroane, se poate asigura o sensibilitate radiografică de și un contrast foarte ridicat. Proporția de radiații secundare la energii înalte cu care lucrează acceleratoarele liniare și betatroanele scade simțitor în comparație ce cele produse la sursele clasice. Timpul de expunere fiind mult mai mic, productivitatea crește în mod corespunzător.

Dintre dezavantaje, se menționează costul foarte ridicat, necesitatea unui personal ultracalificat, accesibilitatea mai mică, precum și obligativitatea utilizării unei incinte de protecție autorizate în mod special.

3.3 Controlul cu ultrasunete

Controlul cu ultrasunete pune în evidență toate tipurile de defecte interne ale îmbinărilor sudate. Metoda ultrasonică poate ți folosită și pentru determinări de grosimi de pereți și de straturi depuse. Se poate aplica la toate metalele și la materialele nemetalice. Având o penetrabilitate deosebită, ultrasunetele permit controlul secțiunilor foarte mari (până la 5 – 10 m în oțel cu structură ferito – perlitică). Limitările în aplicare sunt determinate numai de structurile grosolane și cu înalt grad de eterogenitate. Rezultatul controlului este imediat și sigur, putând identifica cu precizie locul, mărimea și adâncimea defectului. Datorită sensibilității ridicate a metodei, se pot detecta defecte de dimensiuni mici (sub 1 mm), respectiv fisuri fine, care nu por fi evidențiate radiologic. Aparatele standard nu sunt echipate cu sisteme automate de înregistrare a defectelor, ca urmare folosirea metodei implică personal cu înaltă pregătire.

Din punct de vedere economic, controlul cu ultrasunete este mult mai ieftin și mai productiv decât controlul cu radiații penetrante, dacă numărul de defecte nu depășește o anumită limită. Atât investiția inițială, cât și cheltuielile curente sunt sensibil mai mici.

Operațiile de control și de interpretare a rezultatelor reclamă personal cu înaltă conștiinciozitate și competență, având o calificare superioară celui folosit pentru aplicarea celorlalte metode de control, școlarizat și autorizat pentru acest domeniu.

3.4 Floroscopia

Floroscopia este o metodă rapidă de control cu radiații X. Se poate cupla cu sisteme de televiziune și de urmărire la distanță a defectelor. Instalațiile sunt fixe, iar piesele de controlat se deplasează în dreptul sursei cu i viteză care poate ajunge la ordinul m/min. imaginea se poate examina direct, se poate fotografia sau înregistra printr-un sistem de telerecording, respectiv poate fi prelucrată și redată de către un detector de defecte cuplat la instalație.

Dintre avantajele și dezavantajele metodei de control fluoroscopic se menționează:

– materialele nu sunt consumabile;

– imaginea poate fi vizualizată în timpul deplasării piesei, ceea ce conferă metodei o productivitate net superioară față de metodele radiografice;

– metoda este limitată la o gamă de grosimi relativ mică, datorită scăderii contrastului la energii mari de expunere;

– sensibilitatea metodei fluoroscopice este cu puțin inferioară metodelor radiografice, datorită luminozității reduse a ecranului în comparație cu luminozitatea filmului

Metoda este larg răspândită la controlul în flux a îmbinărilor sudate, de exemplu în industria de țevi, la controlul pieselor din aliaje de aluminiu, în aviație, la controlul produselor ceramice, la controlul produselor din cauciuc în industria anvelopelor, precum și la depistarea mărfurilor de contrabandă, obiectelor interzise, arme etc.

3.5 Controlul cu lichide penetrante

Controlul cu lichide penetrante pune in evidenta orice defect de suprafata . Se poate aplica practic la orice material , forma si dimensiuni de piesa in conditii de hala sau santier pe suprafete uscate la temperaturi de peste 10,15 C. Metoda este productiva , ieftina , usor de folosit , se preteaza si la controlul pe suprafete mari . Rezultatele sunt concludente , imediate si foarte usor de interpretat.

Controlul cu lichide penetrante trebuie considerat ca o perfectionare si extindere in acelasi timp a controlului vizual . controlul cu lichide penetrante a imbinarilor sudate implica , ca si controlul cu pulberi magnetice , examinarea unor zone de minim 20 , 30 mm de o parte si de alta in lungul sudurii , ceea ce prezinta avantajul de a evidentia si eventualele fisuri propagate in materialul de baza.

Principiul metodei : controlul cu lichide penetrante consta in aplicarea pe suprafata supusa controlului a unui lichid cu bune calitati de penetrare in discontinuitatile superficiale si evidentierea acestora prin contrast cu ajutorul unui developant . Penetrarea in discontinuitatile cele mai fine (pori, fisuri , etc ) se produce datorita efectului de capilaritate . Developarea penetrantului are loc datorita efectului de absorbtie a developantului.

Controlul cu lichide penetrante pune in evidenta in exclusivitate gefectele deschise la suprafata, cum sunt : pori , fisurile din cusatura si zona influentata termic , suprapunerile deschise la suprafata , crestaturile marginale , exfolierile din materialul de baza , cratere. Relevante pentru lichide penetrante sunt mai ales porii si fisurile , fie ele termice , fie la oboseala , care in majoritatea cazurilor sunt dificil decelate la contolul vizual . In principiu , piesele se supun controlului inaintea aplicarii tratamentelor termice sau a prelucrarilor prin aschiere intrucat , mai ales cele din urma , pot masca sau chiar inchide defectele de suprafata .

Metode de control si conditii tehnice :

1. Metoda colorarii , la care contrastul pentru releverea defectelor este un contrast de culoare , de obicei rosu pe fond ald.

2. Metoda fuorescenta , la care contratul pentru relevarea defectelor se obtine prin examinarea in lumina ultravioleta , fiin de obicei galben-verde pe fond inchis , violet .

3. Metode radioactive , la care evidentierea discontinuitatilor superficiale se realizeaza prin impresionarea unui film de catre substantele radioactive introduse in solutia folosita ca penetrant .

4. Metoda activarii cu ultrasunete , la care penetrabilitatea este asigurata cu ajutorul vibratiilor sonore , produse de emisia undelor ultrasonore in mediul de penetrare.

Clasificarea materialelor utilizate :

Lichidele penetrante se clasifica dupa urmatoarele criterii :

1. dupa contrast :

-penetranti colorati ;

-penetranti fluorescenti ;

-penetranti radioactivi ;

2. dupa sudabilitate :

-penetranti solubili in apa ;

-penetranti solubili in solventi organici ;

-penetranti cu postemulsionare ;

Developantii se clasifica astfel :

-developanti pulbere ;

-developanti suspensie .

Tehnica controlului :

Independent de felul penetrantului sau developantului , controlul cu lichide penetrante se desfasoara pe urmatoarele faze :

1. pregatirea suprafetelor ;

2. aplicarea penetrantului ;

3. indepartare excesului de penetrant ;

4. aplicarea revelatorului ;

5. examinarea suprafetei si interpretarea rezultatelor ;

6. marcarea pe piesa a locurilor defectelor .

Consumul de solutii este aproximativ un flacon de 350 cm3 la 50 , 100 m cusatura sudata . Proportia consumului intre degresant-penetrant-developant este de 2 : 1,2 : 1 .

Pregatirea suprafetei :

In vederea evitarii inchiderii defectelor nu se recomanda curatirea mecanica si sablarea . Metodele cele mai propice curatarii sunt :

-insuflarea cu aer sub presiune ;

-spalarea cu jet de apa pentru indepartarea impuritatilor mecanice ;

-spalarea cu solventi organici , pentru indepartarea impuritatilor organice ( grasimi , uleiuri , vopseluri ) ;

-spalarea cu detergenti , care nu reactioneaza cu materialul controlat , pentru indepartarea impuritatilor organice ;

-decaparea cu baze incalzite sau acizi ; aceasta operatie se va evita in cazul controlului cu penetranti fluorescenti , intrucat solutiile decapante influenteaza asupra fluorescentei .

Aplicarea penetrantului :

Penetrantul poate fi aplicat prin pulverizare , imersare , cu pensula sau prin retinere electrostatica . prima metoda este cea mai economica si asigura o depunre uniforma . temperatura suprafetei trebuie sa fie de 5 , 15 . Controlul la temperaturi sub 5 C trebuie evitat .

Indepartarea excesului de penetrant :

Indepartarea stratului de penetrant in exces este o operatie delicata , deoarece o spalare excesiva poate sa conduca la scoaterea penetrantului din discontinuitati falsificand rezultatul controlului , pe cata vreme o spalare insuficienta face sa ramana penetrant pe suprafata . penetrantii solubili in apa si cei cu postemulsionare se indeparteaza cu apa , prin clatire sau pulverizare , pana la disparitia fondului colorat sau fluorescent . Se recomanda folosirea apei calde de maxim 50C si stergerea prin tamponare curata fara scame .

Aplicarea developantului :

Developantii pulbere se aplica prin presarare , pulverizare sau electrostatic , urmarindu-se obtinerea unui strat cat mai fin si mai uniform . Developantii suspensie se aplica prin pulverizare , imersare sau cu pensule .

Examinarea suprafetelor si interpretarea indicatiilor :

Examinarea suprafetei trebuie sa inceapa imediat dupa aplicarea developantului pentru a se evita indicatiile neconcludente datorate unei absorbtii excesive a penetrantului la suprafata piesei . Totodata trebuie excluse indicatiile false de defect provenite fie din lipsa de experienta , fie din neglijenta in aplicarea corecta a tehnologiei . Eliminarea factorilor subiectivi umani la examinarea suprafetei controlate si la interpretarea defectelor impune respectarea urmatoarelor reguli referitoare la conditiile de control si observare vizuala :

1. timpul de adaptare la controlul cu penetranti fluorescenti in incaperi intunecate trebuie sa fie de cal putin 10 minute ;

2. distanta de examinare se recomanda sa fie de 0,4 ; 0,4 metri ;

3. cel putin un ochi trebuie sa asigure o vedere normala in camp apropiat .

4. capacitatea de adaptare la intuneric , capacitatea de mentinere a acuitatii vizuale fara oboseala prematura , precum si sensibilitatea la orbire trebuie sa se situeze la niveluri normale .

Prezenta unei cantitati de penetrant pe fondul developantului indica posibilitatea existentei unei discontinuitati .

Indicatiile relevante se grupeaza in 2 categorii :

1. indicatii liniare ;

2. indicatii rotunde si eliptice .

Defectele liniare cum sunt unele fisuri , suprapunerile si lipsa de patrundere , apar sub forma de linie continua care se lateste in timp . Fisurile redeschise apar sub forma de linie intrerupta . Fisurile foarte fine apar sub forma de linie continua . Porii apar sub forma de puncte , grupare de puncte sau ca tenta de culoare .

Marimea defectului poate fi aproximata imediat dupa aplicarea developantului , recomandandu-se insa evaluarea dupa curatirea piesei . Dupa marcarea locului de defect urmeaza examinarea vizuala a defectului in vederea stabilirii naturii sale , iar apoi curatirea suprafetei de penetrant si developant . Examinarea vizuala atenta este necesara si pentru evitarea interpretarii eronate a unor indicatii false de defect provenite dintr-o aplicare necorespunzatoare a tehnologiei de curatire a suprafetei si de relevare .