PROIECTAREA TEHNOLOGIEI DE SUDARE A UNUI TIP DE ÎMBINARE SUDATĂ A [622439]

CAPITOLUL 2
PROIECTAREA TEHNOLOGIEI DE SUDARE A UNUI TIP DE ÎMBINARE SUDATĂ A
STRUCTURII SUDATE

2.1 Prezentarea caracteristicilor materialului de bază
Materialul de bază folosit pentru realizar ea structurii sudate “Tubulatură sistem r ăcire ” este
16Mo3. Acest material este un oț el slab aliat ter morezistent in stare normalizată și are o structură
ferito -perlitică cu ferită globulară și lamelară , respectiv carburi fine plasat e inter -intragranular.
Totodata, cunoaștem faptul ca acest material are tendința periculoasă de grafitizare, ceea ce limitează
la 500oC temperatura maxima de ut ilizare.
Analiza compoziției chimice efectuată pe cale spectrală pune in evidență valorile procentuale
ale elementelor constituente.

Tabel 2.1.1 Compoziția chimică a materialulu i 16Mo3

Elemente

C
Mn
P
S
Si
Ni
Cr
Mo
Cu
N

Valoare
(%)
0.12-
0.2
0.4-
0.9
0.025
0.01
0.35
0.3
0.3
0.25-
0.35
0.3
0.012

Stare de livrare
Livrarea oțelului se face sub forma de țevi trase sau laminate, deja normalizate cu microstructă
din ferito -perlitică și carburi fine plasate in masă feritică.

Fig. 2.1.1 Microstructură ferito -perlitică in oțelul 16Mo3

Tabel 2.1.2 Caracteristici fizico -mecanice Proprietate
Limita
de
curgere

Rezistența
la rupere

Alungire
la
ruper e

Reziliența
KCU300/2
la 20oC
[epruvete
trans.]

Energia
de rupere
la 0oC KV

Temperatura
maximă de
utilizare

Rezistenț a
tehnică de
durată
Simbolizare /
UM

Rp
(N/mm2 )

Rm
( N/mm2 )

A5 (%)

( J/cm2 )

(J)

(oC)

Rt
(N/mm2 )
Valoare
275
460-600
22
50
27
500
38

Influen ța elementelor de aliere
Carbonul
 are o acțiune complexă asupra fisurării, determinată de cantitatea conținută de oț el și mai ales
de prezen ța elementelor a uxiliare ca titanul sau niobiul ;
 la concentrații de 0.06…0.14 % , în prezența elementului titan c e formează carburi, apare un
eutecti c ușor fuzibil la limita graunți lor.
Manganul
 are o acțiune pozitivă prin legarea sulfului în sulfura de mangan;
 se introduce in cantitați de maxim 2.1%, fiindcă determină creșterea rezistenței la rupere și cea
de curgere, micșorând totodata în mica măsură alungirea la rupere;
 determină o comportare bună a materialului la sudare;
 deplasează transformarea perlitică către temperaturi scăzute, contribu ind astf el la finisarea
granulaț iei.
Siliciul
 determină o bun ă comportare la sudare a materialului ;
 favorizează fisurarea la cald și mărirea fluiditătii bă ii de metal lichid ;
 puternic dezoxidant contribuind la repartizarea uniformă a elementelor chimice și a
impurităț ilor în metalul dep us.

Molibden
 un ele ment important pentru formarea carburilor ;
 îmbunătăț ește controlul tratament ului termic prin inhibarea formă rii anumitor m icrostructuri
( ex. perlita );
 poate îmbunătăți rezistenț a la corozi une la temperaturi înalte;
 poate îmbunătă ti tenaci tatea și rezistența la oboseală ;
 nu se oxideaza rapid din baia de oț el lichid.

2.2 Calc ulul indicilor de sudabilitate ș i alegerea meto delor de apreciere a sudabilităț ii
Din punct de vedere al sudării, se prezintă un interes deosebit asupra comportă rii materialului
de bază la sudare (sudabilitatea), reflectâ nd modul în care acesta reacționează la procesul de
sudare. Amploarea și efectul modificărilor de structură, a stării de tensiune, a caracteristicilor
mecanice , determină o comportare la sudare mai bună sau mai rea.
Conform STAS 7197 -79 sudabilitatea reprezintă amplitudinea unui oțel ca, printr -un anumit
procedeu și pe ntru un anumit scop, să asigure în îmbinările sudate, caracteristicile locale și generale
prescrise pentru o anumită construcție sudată. Ea poate fi apreciată prin complexitatea precauțiilor
(condiția de mediu ambiant, preîncălzire) care sunt necesare la realizarea îmbinărilor sudate.
Termenul de sudabilitate nu demonstrează o anumi tă proprietate a materialului ci constituie o
denumire prescurtată a unei probleme complexe, cuprinzând studierea co mportării metalurgice la
sudare și comportării tehnologice în construcția su dată.

Fig 2.2 .1 Sudabilitatea materialelor

Com portarea la sudare este influențată de următorii factori :
 materialul de bază ;
 concepția structurii sudate;
 tehnologia de sudare.

Noțiuni derivate:
a) Comportarea metalurgic ă la sudare este definită ca fiind reacț ia materialului de bază față de
procesul de s udare. La sudarea unui material este cu atât mai bună cu cât fa ctorii de material au o
influență mai mică la stabilirea tehnol ogiei de sudare pentru o anumită structură sudată. Comportarea
metalurgică la sudare este influențată de următorii factori ce cara cterizează materialul de bază :
 compoziția chimică;
 structura metalografică;
 grosimea materialului și însușirile fizice.
b) Comportarea constructivă la sudare este determinată de capacitatea de a realiza o structură
sudată dintr-un material ce va func ționa co respunzator . La sudare este cu atât mai bună cu cât
factorii constructivi intervin mai putin la alegerea materialului de bază în conditiile unei anumite
tehnol ogii de sudare. Ea este influențată de:
 concepția constructivă a structurii ( distribuția sudurilor în structură , fluxul de forț e, grosimea
materialului );
 starea de tensiuni (temperatura de exploatare , mărimea și felul tensiunilor ).
c) Comportarea tehnologic ă la sudare se apreciază prin totalitatea caracteristicilor ce se obțin la
suduri realizate cu o anumită tehnologie . Comportarea teh nologică la sudare este influenț ată de
urmatorii factori:
 pregă tirea pentru sudare (procedeul de sudare, mate riale de adaos, tipuri de îmbină ri,
preîncalzire);
 realiz area sudurilor (cantitatea de căldură i ntrodusă , mod ul de introducere în piesă , ordinea de
sudare);
 tratament termic dupa sudare.

Determinarea comportă rii metalurgice
Aprecierea comportării metalurgice la sudare a unui material se face cu ajutorul unui ansamblu
de încercări care pot fi grupate în:
 încercări pentru aprecierea tran sformărilor din zona influențată termic;
 încercări pentru caracterizarea materialului de bază;
 încercări pentru evaluarea efectelor factorilor fragilizanți.

Structura metalografi că depinde de compoziția chimică și se determină prin analiza
microscopică . Aceasta trebuie să ofere informații referitoare la:
 componentele structurale si cantitatea lor, mărimea granulației, defectele de structură;
 incluziun , segregaț ii, structuri specifice de laminare.

Carac teristicile meca nice sunt condiționate de compoziția chimică și de structura
metalografică. Este necesară determinarea cel puțin a urmă toarelor caracteristici:
 rezistenț a la rupere, limita de cu rgere, alungirea și contracția transversală , determin ate prin
încercă+ ri de tr acțiune;
 energia de rupere prin ș oc, la d iferite temperaturi, determinată prin încercă ri de încovoiere prin
șoc pe epruvete de reziliență cu crestatură în V sau U;
 unghiul de încovoiere statică fă ră apariț ia fisurilor este determinat prin încercarea la îndoire.

Influența compoziției chimice asupra sudabilității oțelurilor nealiate și slab aliate se exprimă cu
ajutorul conceptului de carbon echivalent , determinat după relația:

Ce = C +
+
+

Ce min = 0,336 %
Ce max = 0,52 %
Aprecierea susceptibilită tii la fisurarea la cald prin calculul indicelui HCS

Indicele de fisurare la cald:

V Mo Cr MnNi SiPSC
HCS


31010 253

HCS min = 5,14 % >4
HCS max = 4,41 % >4

Din calculul indicelui HCS rezultă că exista risc de fisurare la cald.

Încercări pentru fisurarea la cald:
 încercarea pe probe sudate în T;
 încerc ări pe probe sudate în T cu nervuri de rigidizare;
 încercarea pe probe cu sudură longitudinală (Longitudinal Bend Test);
 încercarea pe probe cu deformare variabilă.

Aprecierea susceptibilităț ii la fisurarea la rece prin calculul indicatorului P cm
In cazul oț elurilor slab aliate, apariț ia fisură rii la rece se datoreaza urmă torilor factori:
– acumularea de tensiuni ridicate ca urmare a procesului de sudare ș i rigidizare a structurii
sudate;
– fragilizarea prin constituenț i structurali duri;
– prezenț a hidrogenului.
Estimarea susceptibilităț ii la fisurarea la rece a materialelor poate fi calcula tă cu ajutorul
parametrului de fisurare P cm.

BV Mo Cr Ni Cu Mn SiC PCM 510 15 20 60 20 20 30

PCM min = 0,296 %
PCM max = 0,421 %

Din calculul indicelui P CM rezultă faptul ca va exista risc de fisurare la cald.

Calculul temperaturii de preîncă lzire:

C P TC pr0392 1440
unde P C reprezint ă parametrul de fisurare definit de relatia:
100 60S HP PCM C 

Pc min = 0,363
Tpr min = 130oC

Pc max = 0,487
Tpr max = 310oC

Ac3 min = 892oC
Ac1 min = 748oC
Ms min = 442oC

Ac3 max = 851oC
Ac1 max = 742oC
Ms max = 399oC

Determinarea tendinț ei de fisurare la rece
Fisurarea la rece este periculoasă fiindcă poate avea loc după un timp scurt sau indelungat
de la terminare a operaț iei de sudare. Fi surile sunt localizate de regulă în zona de influență termică .
Factorii principali care produc fisurarea la rece sunt:
 formar ea constituenț ilor structurali duri determina fragilizarea Z.I.T. –ului;
 tensiunile interne care apar în structura sudata conform STAS 10882 -77, cuprind condițiile
tehnice de încercare ș i meto dele pentru determinarea tendinței de fisurare la rece a îmbinărilor de oț el
carbon și aliaje sudate cu arc electric și material de adaos.
În funcție de tipul îmbină rii suda te, prezentul standard se referă la urmatoarele metode de
încercare:
 metoda de încercare cu proba sudată cap la cap ;
 metoda de încercare cu proba sudată în colț cu eclisă;
 metoda de încercare cu proba sudată în colț în cruce .
Pentru proiectul de față ne interesează doar prima metodă . Se vor supune la încercă ri minim
3 probe, iar încercările se execută în condiț iile atmosferei ambiante de încercare conf orm STAS 6300 –
34.
Metoda de încercare pe îmbină ri sudate cap la cap
a) Sudarea probelor
Încercarea se executa pe probe sudate din table, având forma și dimensiunile din figura:

Fig 2.2.2 Forma și dimensiunile probelor pentru încercare pe îmbinari sudate cap la cap

b) Examinarea probelor
Dupa sudarea probelor, acestea se pastreaz ă 24 de ore în mediul ambiant . Pe suprafaț a probelor
se aplic ă lichide penetrante ș i se supun unei examin ări vizuale, folosind o lupă de 10X î n vederea
evidenț ierii fisurilor.
c) Aprecierea rezultatelor
Tendin ța de fisurare la rece se apreciază prin:
-indicele de fisurare la suprafata I.
`
sF prin relatia:
I.
`
sF . =
%100
cfsi
ll
– indicele de fisurare la radacină prin relația:
I.
`
rF. =
%100
cfri
ll
– indicele de fisurare in secțiunea transversală
I.
`
tF. =
%100
cfti
hl
Unde: l fsi- lungimea unei fisuri oarecare la suprafată (mm)
lfri- lungimea unei fisuri oarecare la radacină (mm)
hc – înalțimea cordonului de sudură (mm)

Aprecierea susceptibilitatii la îmbatrânire
Îmbatrânirea materialul conduce la o pierdere a plasticității materialului. Fenomenul poate să
apară la structurile sudate în special dacă se produc deformații plastice în timpul procesului de
fabricație.
Testele se fac prin încercarea la încovoiere prin șoc cu crestătura în U a unor epruvete supuse
unui tratament termic de îmbătrânire artificială în prealabil (deformare plastica 10%, urmată de o
încălzire la cca. 3000C, cu menținere timp de 1,5 ore).
Se consideră că materialul are sensibilitate spre îmbatrânire dacă raportul dintre reziliență în
stare îmbatrânită și cel în stare de livrare este mai mic decât 0,5. Î n cazul în care acestea au fost
deformate plastic la rece în timpul fabricației (la o deformare de peste 5%), structurile respective să fie
supuse unui tratament termic de normalizare, pentru eliminarea pericolului de îmbatrânire.

Apreci erea rezistenței la coroziune a îmbină rilor sudate
Îmbinările sudate exploatate în medii agresive sunt supuse diverselor forme de coroziune
dintre care cele mai importante sunt:
 coroziunea generală ;
 coroziunea intergranulara;
 coroziunea sub tensiune.

Aprecierea susceptibilitătii la ruperea fragilă
Procesele de sudare pot provoca f ragilizarea materialului de bază și a structurii sudate, prin
aceasta înt elegându -se pierderea plasticității. Pierderea plasticităț ii poate fi rever sibilă sau ireversibilă .
Temperatura materialului, viteza de solicitare sunt factori care produc o pierd ere reversibilă a
plasticității î n timp ce f ragilizarea ireversibilă poate fi produsa de o anumită structură metalurgică
(constituenț i fragili – martens ită, bainită, granulație ma re), de deformarea plastică la rece (ecruisarea),
de prezenț a hidrogenului.
Pentru reducer ea pericolului de rupere fragilă se recomanda:
 realizarea unor structuri cu grosime cât mai mic ă;
 reducerea tensiunilor interne produse, respectiv detensionare dupa s udare;
 evitarea efectelor de crestatură .

Fig 2.2.3 Reprezentarea fisurilor

Fisuri
1- Crater în metalul depus
2- Fisură transversală în metalul depus
3- Fisură transversală în ZIT
4- Fisură longitudinală în metalul depus
5- Fisură în metalul de bază
6- Fisură sub cordon în metalul de bază
7- Fisură în linia de topire
8- Fisură la rădăcină în metalul topit
9- Fisură în metalul depus

2.3 Analiza îmbinării sudate

Pentru realizare a ansamblelor se vor folosi urmă toarele tipuri de îmbinari:
 sudurile țevi lor de legatură ;
 sudurile flanș elor de țeavă .

Pentru alegere a tipului de rosturi folosite in vederea realizării îmbinărilor sudate se ține seama de
urmă toarele:
 grosimea componentelor de sudat împreun ă cu natura materialului de bază ;
 fluxul de forțe pe care cusatura trebuie să -l transmită de la o componentă la alta;
 procedeul de sudare ;
 posibilitatea de susț inere a rădăcinii cusăturii în timpul sudă rii;
 existenț a concentratorilor pute rnici de tensiune în zona îmbină rii sudate;
 accesibilitatea arcului el ectric în rost;
 costurile de realizare;
 poziț ia de sudare;
 energia liniară introdusă în cusatură și gradul de deformare al pieselor de sudat.

Tabel 2.3 .1 Standard SR EN ISO 9690 pentru alegerea rostului de sudare

Fig 2.3.1 Reprezentarea rostului in ” I “

2.4 Alegerea procedeului de sudare
Luând în considera ție natura și grosimea materialului de bază procedeele posibile de realizare
a produsului sunt:
– SMEI – suda rea manuală cu electrod învelit ;
– MIG/ MAG cu sarmă plină ;
– WIG – sudarea cu electrod nefuzibil de w olfram în mediu inert de gaz;
– MIG/ MAG cu sârma tubulară .

Prezentarea posibilelor procedee de sudare :

Sudarea manuală cu electrod învelit
Principiul sudă rii cu electrod învelit constă în amorsarea a rcului electric între un electrod învelit
și piesa care se sudează. Arcul electric topeș te electrod ul materialului de bază, în vârful electrodului
formând u-se baia de metal topit. Aceasta este protejată față de acțiunea atmosferei prin stratul de
zgură lichidă și gazele generate de înveliș ul electrodului.

Fig. 2.4.1 Schema de principiu a sudă rii manuale cu electrod învelit

Amorsarea arcului se face prin atingerea electrodu lui de piesă și retragerea acestuia la o anumită
distanță . Sudarea poate fi efectuată în curent continuu sau alternativ, sursa de curent având o
caracteristică căzătoare. Menținerea constantă a puterii arcului electric se asigură de sudor pri n
sistemul de reglare exterioară (prin controlul lungimii arcului).
După solidi ficare, sudura este acoperită d e un strat de zgură care trebuie îndepartat . La sudarea
în mai multe treceri, resturi le de zgură pot conduce la producerea unor incluziuni de zgură .
Sudarea cu electrod învelit cunoaște o aplicare largă datorită calitaț ilor sale:
 cheltuieli reduse pentru achiziț ionare a și întreținerea utilajului de
sudare;
 grad înalt de universalitate, inclusiv pentru sudare în poziț ii dificile;
 varietate mare de electrozi înveliți cu ușurință de procurare;
 calitate bună a îmbin ărilor sudate.
Aplicarea procedeului necesită îndemânare din partea sudorului, pregă tirea acestuia
influentând direct rezultatul sudă rii, avănd totuș i o productivitate scazută . Din aceste motive, volumul
de aplicare al procedeului suferă în prezent o continuă scădere, locul să u fiind luat în volum di n ce în
ce mai mare de procedeele mecanizate de sudare.

Sudarea MIG/MAG cu sârmă plină
Arcul electric este amorsat între un electrod fuzibil, sub forma unei sârme de sudare . Sudarea se
desfașoară într-un mediu de gaz protector, în funcț ie de caracte rul gazului de protecț ie se disting două
variante ale procedeului:
– sudarea MIG (Metal -lnert-Gas) în cazul unui gaz inert;
– sudarea MAG (Metal -Activ e-Gas) în cazul unui gaz activ.
Procedeul MIG/ MAG se poate utiliza în variantă semimecanizată , mecanizată, automatizată sau
robotizată. Sudarea se efectuează în cur ent continuu, polaritate inversă , sursa de sudare având o
caracteristică externa rigidă . Controlul arcului electric la sudare se realizează prin mecanismul de autoreglare
(reglare internă ), viteza de int roducere a sârmei în baia topită fiind constantă .
Proced eul de sudare MIG/MAG se remarcă prin rata mare a depunerii, în functie de
diametrul sârmei folosite, rata depunerii poate ajunge la cc a. 10 kg/h, la o calitate suficientă a îmbină rii
sudate. Procesul de sudare se caracterizează printr -un grad înalt de utilizare a materialului de adaos ș i
cantitate redusa d e fum, sudura nefiind acoperită de zgură . Prezentând posibilitatea unei mecaniză ri bune,
procedeul ridică cerinț e relativ scăzute pentru pregă tirea sudorului la sudarea oț elurilor nealiate și slab
aliate.

Fig. 2.4.2 Schema de principiu a sudă rii MIG/MAG

Procedeu l oferă o flexibilitate redusă în comparație cu procedeul de sudare cu electrod
învelit , pentru efectuarea sudării fi ind necesar un spaț iu de acces mai mare. În același timp, distanța
dintre pistoletul de sudare și sursa este limitată la valori de cc a. 4 m, ea putând fi mă rita prin utilizarea
unor sisteme speciale de antrenare a sârmei pâna la cc a. 16 m etrii.
Alegerea gazului de protecție se efectuează având în vedere influenț a acestuia asupra
procesului de sudare, însușirile fizice ale gazului influențând transferul de material prin arcul electric,
procesul de umectare al materialului , forma sudurii, mărimea pă trunder ii, viteza de sudare utilizabilă,
ușurința în amorsare și stabilitatea arcului electric.

Tabel 2.4.1 Caracteristicile gazului

Caracteristică Ar/CO 2 Ar/O 2 CO 2
Pătrundere poziție
normală, poziție
dificilă bună, mai sigura cu
creșterea
continutului de CO 2 bună,poate
deveni critică bună, sigură
Solicitare termică
a arzătorului mai mică cu
creșterea
conținutului de CO 2 înaltă mică (datorită
conductibilitaț ii termice
bune)
Grad de oxidare crește cu conț inutul de
CO 2 înalt înalt
Porozitate scade cu conț inutul de
CO 2 foarte sensibil sigur
Stropiri crește cu conț inutul de
CO 2 fără stropi cantitate maximă de stropi,
crește cu puterea arcului
Căldura introdusă crește cu conț inutul
de C02, viteza de
răcire mai scăzută ,
pericol fisurare mai
mic cea mai mică,
viteză de răcire,
pericol de fisurare pericol de fisurare mic
Caracteristici
mecanice și
tehnolo gice bune medii, la
conținuturi mai mari
de CO 2 (30%) C02(12%) medii
Posibilitate de
închidere a
rostului mai bună cu
scăderea
continutului de CO 2 bună mai slabă decât la
amestecuri

Sudarea WIG
Arcul electric este amorsat între un electrod nefuzibil și piesa de sudat. Simbolizarea
procedeului rezultă din iniț ialele denumirii engleze Wolfram -lnert-Gas. Sudarea WIG se efectuează cu
sau fără material de adaos , în curent continuu sau alternativ, sursa de sudare având caracteristică
externă căză toare. Proced eul poate fi aplicat în variantă manuala, semimecanizată, mecanizată sau
automatizată .

Fig 2.4.3 Schema de principiu a sudării WIG

Sudurile WIG se caracterizează printr -o calitate excelentă, datorată în bună masură protecț iei
oferite de gazul inert. Trecerea materialului de adaos prin a rcul electric se face practic fără stropi.
Nefiind conectat în circuitul electric de sudare, m aterialul de adaos nu este transferat prin spaț iul
arcului, ci doar topit de acesta. Astfel, există posibilitatea controlului independent al sursei termice și al
introducerii de material de adaos. Sudura nu este acoperită cu zgură și, ca atare, nu este nec esară o
curațare a îmbină rii sudate. Procedeul permite un control excelent asupra modului de formare a
radăcinii sudate .
Domeniile consacrate de aplicare ale sudă rii WIG sunt:
 sudarea tablelor subț iri;
 sudarea aluminiului, oțelurilor aliate, cuprului ș i a materialelor reac tive;
 sudarea straturilor de rădăcină la sudarea în mai multe straturi.

Sudarea MIG/MAG cu sârma tubulara
La acest procedeu de sudare în locul sârmei pline se utilizează o sârma tubulară în interiorul
carei a se introduce o pulbere ce con ține elemente dezoxidante, de aliere și zgurifiante. Din acest
motiv, din punct de vedere al posibilităț ii de aplicare, sudarea cu sârma tubul ara constituie o
alternativă față de sudarea cu electro d învelit .
În functie de tipul constructiv, sârmele tubula re pot fi :
 cu profil de închidere simplu sudat, a;
 cu profil de închidere simplu, cap la cap, b ;
 cu profil de închidere s implu cu marginile suprapuse, c ;
 cu profil de închidere simp lu, cu îndoirea unei margini, d ;
 cu profil de închidere simplu, cu îndoirea ambelor margini, e ;
 cu profil de închidere dublu, f .

Fig 2.4.4 Tipuri de sârmă tubulară

După caracteristicile zgurifiant e, sârmele tubulare se clasifică în:
 sârme tubulare cu componente zgurifiante bazice;
 sârme tubulare cu componente zgurifiante rutilice;
 sârme tubulare fără componente zgurifiante, continând numai pulberi metalice.

Alegerea procedeului optim de sudare cu metoda ELECT RE pentru îmbină rile produsului
Pentru alegerea proced eului optim de sudare trebuie făcuta o analiză a procedeelor de sudare
în raport cu urmă toarele criterii :
 calitate ;
 posibilitate de sudare ;
 productivitate ;
 automatizare/mecanizare ;
 costul procesului de sudare .
Acestor criterii li se ataș eaza coeficienții de importanță (Ki).
Pentru realizare a îmbinărilor cap la cap circulare țeavă -țeavă sau țeavă -flanșă (sunt posibile
urmă toarele tehnologii de sudare:
 Sudare MIG/MAG cu SP ( I )
 Sudare MIG/MAG cu ST ( II )
 SMEI ( III )
 Sudare WIG orbital ( IV )

Tabel 2.4. 2 Criterii de apreciere

Procedeul Criteriul
Cost
Productivitate Calitate Posibilităț i de
mecanizare și
automatizare Accesibilitatea
la îmbinarea
sudată

iiNK

MIG/MAG cu
SP
7
7
3
9
8
65

MIG/MAG cu
ST
8
10
9
8
7
86

SMEI
8
5
6
2
8
50

Sudare WIG
orbital
10
8
10
10
10
96

Criteriul de
importanță Ki

1
2
3
3
1
Folosind acest tabel se calculeaz ă:
 coeficienții de concordanță cu formula : cij=


n
iiIjj
KK
1 ;unde:

IjjK
– suma coeficienților de imp ortanță a criteriilor concordant e (j
 I), adică a criteriilor în care
aprecierea V 1 este egală sau superioară aprecierii V 2 (V1
V2);

I – mulțimea indicilor “j” pentru care m 1j
m2j ;

n
iiK
1
suma coeficienților de importanță a tuturor criteriilor.

 coeficienții de discordanță cu formula

  mj mi dacam m mj mimj mi dacădji 
), min max(max/) max(,0
,

unde:
i, j- procedeele de sudare ce se vor comp ara pentru calcularea coeficienț ilor (liniile)
m – criteriul în raport cu care se apreciează procedeul de sudare (coloanele);
µm – nota proc edelui de sudare pen tru criteriul respectiv;
Km – coeficient de importanță al criteriului m;
Kmk – coeficient de importanță pentru care µmj<µmi.
Calculăm coeficienții de concordanță :

c12=(0+0+0+3+1)/10=4/10=0.4
c21=(1+2+3+0+0)/10=6/10=0.6
c13 = (0+2+0+3+1)/10=6/10=0.6
c23=(1+2+3+3+0 )/10==9/10=0.9
c14=(0+0+0+0+0)/10=0/10=0
c24=(0+2+0+0+0)/10=2/10=0.2
c31=(1+0+3+0+1)/10=5/10=0.5
c41=(1+2+3+3+1)/10=10/10=1
c32=(1+0+0+0+1)/10=2/10=0.2
c42=(1+0+3+3+1)/10=8/10=0.8
c34=(0+0+0+0+0)10=0/10=0
c43=(1+2+3+3+1)/10=9/10=1

Valorile obț inute sunt trecute in tabelul 2.4.3

Tabel 2.4.3

I
II
III
IV

I
–
0.4
0.6
0

II
0.6
–
0.9
0.2

III
0.5
0.2
–
0

IV
1
0.8
1
–

max(maxµm -minµm)= max (3, 5, 7, 8, 3)= 8

d12 = 1/8 d21= 6/8
d13 = 7/8 d23= 5/8
d14 = 0/8 d24= 2/8

d31=3/8 d41=5/8
d32=1/8 d42=3/8
d34=0/8 d43=7/8

Valorile obț inute sunt trecute in tabelul 2.4.4

Tabel 2.4.4

I
II
III
IV

I
–
1/8
7/8
0/8

II
6/8
–
5/8
2/8

III
3/8
1/8
–
0/8

IV
5/8
3/8
7/8
–

Se calculează decizia D , ca fiind suma între coeficienții de concordanță și cei de discordanță :
Dij = cij – dij= valorile din tabelul 2.4.5 :

Tabel 2.4.5 Valorile deciziilor

I
II
III
IV

I
–
22/80
-22/80
0/80

II
-12/80
–
22/80
-4/80

III
10/80
6/80
–
0/80

IV
30/80
-30/80
10/80
–

Fig. 2.4.5 Graficul procedeului optim

Interpretarea graf icului se face astfel : care tehnolog ie de sudare are mai multe sageți
îndreptate către ea, aceea este tehnologia optimă . Din graf icul nostru se observă ca tehnologia optimă
de realizare a îmbinărilor sudate cap la cap circular este WIG orbital.

2.5 Alegerea materialelor de adaos și a celor auxili are

Alegerea corectă a materialului de adaos reprezintă rolul hotărâtor pentru obținerea în bune
condiț ii a îmbinării sudate în vederea obținerii unei cusături câ t mai omogene.
Îmbinarea suda tă se obț ine prin topirea locala a pieselor de sudat și a materialului de adaos
alimentat continuu sau intermitent în timpul desfășură rii procesului de sudare.
Problema alegerii materialului de adaos este complexă și are în vedere asigurarea în sudură a
unor caracteristici lor mecanice cel puț in egale cu ale metalului de bază și asigurarea unei omogenitaț i
chimice accep tabile din punct de vedere funcț ional și economic. Materialele de adaos, în general, sunt
produse sub forma de electrozi și sârme.
Alegerea m aterialel or de adaos se face pe baza urmă toarelor criterii generale:
 după domeniul de utilizare;
 după tipul și grupa materialului de bază ;
 condiț iile impuse în exploatare ale îmbină rii sudate;
 dupa marca și carac teristicile materialului de bază ;
 particularitațile de execuție ale îmbină rii sudate;
 condițiile de realizare ale îmbină rii sudate;
 nivelul de calificare al operatorilor sudori și tipul de echipament de sudare folosit;

Structura îmbinată trebuie să fie omogenă după solidificare, cu granulație normală și fără
constituenț i fragili. Temperatura de t opire a materialului de adaos să fie mai scăzută decât a
materialului de bază astfel încât materialul de adaos să participe activ pe toata durata procesului
metalurgic. Pentru îmbunătaț irea caracteristicilor mecanice ale metalului depus , în electrozii și
sârmele de sudare se introduc elemente de aliere ca: Mn, Si, Cr, Ni, Mo, V etc.
Pentru îmbinarea prin sudare a doua componente din aliaje metalice, metalul d e adaos utiliz at se
stabilește astfel încât să satisfacă cerințele impuse cusă turii sudate din punctul de vedere a
solicitărilor mecanice, compoziț iei chimice și a structurii.
Compoziția chimică a materialului depus trebuie să fie apropiată cu a materialul ui de bază, dar
cu conținut redus de impurităț i (sulf, fosfor) pentru a nu înrăutăț i comportarea la sudare. Trebuie să se
realizeze echilibrul chimic de solidificare totală a elementelo r de aliere atât în stare topită cât și în
timpul solidifică rii.
Rezis tența la curgere a materialului depus trebuie să fie mai mare cu cca. 30 – 70 N/mm2 decât
cea a materialului de bază . Alungirea metalului depus trebuie să fie cel puțin egală cu a materialului
de bază . Pentru obținerea în bune condiții a îmbină rii sudate, rolul h otarâtor îl are alegerea corectă a
materialului de adaos, pentru obținerea unei cusă turi cât mai omogene.

Tabel 2.5.1 Caracteristicile materialului de adaos

Tabel 2.5.2 Compoziț ie chimic ă OK Tigrod 13.09

Element
chimic C Si Mn Ni Cr Mo
Procentaj
(%) 0,05 0,61 1,09 0,05 0,05 0,45

2.6 Estimarea/ calculul caracteristicilor îmbină rilor sudate

Prin compatib ilitatea dintre material de baz ă și cel de adaos se înț elege propri etatea unui
material de adaos, când împreuna cu un anumit o țel reușesc să conducă la formarea unor îmbinări
sudate care să corespundă caracteristicilor mecanice și de funcționalitate urmă rite.
Pentru stabilirea compatibilității trebuie să se realizeze :
 corelarea ca racteristicilor material de bază -material de adaos;
 corelarea dintre compoziția chimică a materialului de bază și de adaos;
 corelarea dintre car acteristicile structurale ale materalului de bază și materialului de adaos .

Pentru obținerea în bune condiții a îmbină rii sudate, rolul h otarâtor îl are alegerea c orectă a
materialului de adaos, pentru obținerea unei cusă turi cât mai omogene. Aceasta se realizeaz ă prin
compoziț iile celor doua materiale .
În cazul oț elurilor sl ab aliate s -a stabilit ca variaț iile caracteristicil or mecanice depind de
concentraț ia elementelor de aliere. Alege rea coeficienților de participare a materialului de bază și de
adaos la formarea cusăturii se face in funcție de tipul imbinării și numărul de straturi. Există
următoarele relaț ii de calcul care au rezultat experimental:
Valori cus ătura sudată:

K MB= 0.4 %
K MA= 0.6 %

C min= 0.6 x 0.1 + 0.4 x 0.12 = 0.1 %
C max = 0.6 x 0.1 + 0.4 x 0.2 = 0.14 %

Mn min = 0.6 x 1.09 + 0.4 x 0.4 = 0.67 %
Mn max = 0.6 x 1.09 + 0.4 x 0.9 = 1.014 %

Si = 0.6 x 0.61 + 0.4 x 0.35 = 0.506 %

Ni = 0.6 x 0.05 + 0.4 x 0.3 = 0.15 %

Cr = 0.6 x 0.05 + 0.4 x 0.3 = 0.15 %

Mo min = 0.6 x 0.45 + 0.4 x 0.25 = 0.37 %
Mo max = 0.6 x 0.45 + 0.4 x 0.35 = 0.41 %

Cu = 0.6 x 0 + 0.4 x 0.3 = 0.12 %

Tabel 2.6.1 Compozi ția chimică medie a îmbinării sudate

Element C Mn Si Ni Cr Mo Cu
Valoare
minimă (%) 0.1 0.67 0.506 0.15 0.15 0.37 0.12
Valoare
maximă (%) 0.14 1.014 0.506 0.15 0.15 0.41 0.12

Pentru asigurarea unei plasticități cât mai ridicate a îmbinării, se urmărește ca rezistenț ele
mecanice ale me talului depus și a celui de bază, să fie apropiate ca valoare. Pentru stabilirea
compatibilitaț ii metal de bază –metal depus se efectuează încercări mecanice pe epruvete din probele
tăiate din îmbinare .
Încercările mecanice ale metalului depus
a) Încercarea la duritate (STAS 5540/5)

Fig 2.6.1 Puncte de măsurare a durității

b) Încercarea la trac țiune

Prin încercarea la tracțiune se determină :
 rezistența la rupere a îmbinărilor sudate pe epruvete cu porțiune calibrată, prelucrată sau
neprelucrată ;
 rezistența la rupere ;
 alungirea la rupere a îmbinării sudate pe epruvete cu secțiune redusă în dreptul cusă turii.

Încercarea îmbină rii sudate se executa din:
 epruvete plane, cu porțiune calibrată , din tab le de orice grosime;
 epruvete fâșii, cu porțiune calibrată, din ț evi cu diametrul cercului exterior mai mare de 51mm;
 epruvete rotunde cu porțiune calibrată , cu diametrul cercului înscris de max 40mm;
 epruvete plate, fără porțiune calibrată ;
 epruvete rotu nde, fără porț iune calibrat ă;

Încercarea la tracț iune se executa conform STAS 200 -75 și STAS 2649 -76. Calculul rezistenței
la rupere se calculează cu relaț ia: R m=Fmax/S0 [N/mm2], unde:
Fmax= sarcina maximă suportata de epruvetă pâna la rupere, S 0= aria secțiunii minime inițiale a
epruvetei în dreptul cusăturii sudate a epruvetei fără porț iunea calibrat.

Fig 2.6.2 Probă de încercare la tracțiune

Caracteristicile mecanice ale cusaturii

σr = 48+500C+252Mn+175Si+239Cr+77Ni+80W+700 Ti+176Cu+ 29Al+168Mo [N/ mm2]
σr= 551 [N/ mm2]

σc=0.73 σ r [N/ mm2]
σc = 402.23 [N/ mm2]

HB = 0.16 σ r
HB = 88.6

A5 = 50.4-(21.8C+15Mn+4.9Si+2.4Ni+5.8Cr+6.2Cu+2.2W+6. 6Ti) +17.1Al+2.7Mo [%]
A5 = 33,4 [%]

ψ=2.32 A 5 [%]
ψ=77,48 [%]

2.7 Alegerea regimurilor termice la sudare

Stabilirea necesitatii preîncalzirii
Preîncă lzirea este un procedeu utilizat în mod obiș nuit pentru reducerea transformărilor
martensitice și constă intr-o încă lzire de la 100oC pana la 300oC, temperatura menținută pe perioada
sudă rii.
La sudarea anumitor categorii de m ateriale, apare pericolul fisurării din cauza ră cirii
componentelor cu viteze de r ăcire mai mari decât viteza de călire critica. Una din mă surile care se iau
în vederea reducerii pericolului de fisurar e, este micșorarea vitezei de ră cire prin ridicarea temperaturii
inițiale a piesei.
Temperatura de preîncă lzire este un parametru tehnologic foarte im portant pentru asigurarea
calitătii îmbină rii sudate, având în același timp serioase implicaț ii energetice. Temperaturile de
preîncă lzire prea ridicate pot conduce la fenomene nedorite de creștere a granulaț iei și de f ragilizare a
materialului. Dacă temperatura este prea mică, poate rezulta o viteză de răcire treb uie reglată peste
cea critica, provocând fenomene de fisurare la cordon sau ZIT.

Cercetarile experimentale au dus la concluzia ca viteza de răcire trebuie reglată în anumite
intervale de temperatură ca de exemplu între 125 și 150oC când apare mai ales fen omenul de fisurare
la rece.
Temperatura de preîn calzire trebuie așadar stabilită astfel încât sa fie asigurată viteza de
răcire corespunză toare pentru evitarea fenomenelor de fisurare, apariției structurilor dure, diminuării
tensiunilor interne.

Calculul temperaturii de preîncă lzire
Se estimează sau se a lege din standarde o temperatură de preîncălzire. În cazul de față,
estimarea temperaturii de preîncă lzire s -a facut cu metoda Seferian.
Pe baza compoziției chimice a oț elului se calculeaza:
Ce min = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + ( Cu + Ni )/15 = 0.336 %

Pentru Ce min nu este necesară preincălzirea întrucat Ce min < 0.45 % iar materialul de bază are
grosimea de 3 mm.

Tratamentul termic
Tratamentul termic este succesiunea de operații (încălzirea si răcirea), în condiț ii bine
determinate, în scopu l obținerii anumitor structuri corespunzătoare unor proprietăț i. Tratamentul termic
se efectuează cu urmă toarele scopuri:
 reducerea sau eliminar ea tensiunilor permanente;
 îmbunatatirea structurii în cusatu ri și în ZIT și ca urmare îmbunătaț irea caracteristicilor
mecanice.
Stabilirea necesităț ii trat amentului termic se face pe urmă toarele criterii:
 valoarea grosimii peretelui structurii sudate;
 posibilitatea apariț iei coroziunii fisurante sub tensiunea generată de mediul tehnologic;
 posibilitatea ca peretele structurii sudate să atingă în exploatare o temperatură mai joasă decât
cea la care se consideră că materialul fragilizează ;
 natura mediului .

Tratamentul termic se efectuează după ce la piesa respectivă au fost executate toate suduril e,
iar la controlul calităț ii sudurii nu au fost identificate defecte care depașesc abaterile admisibile.
În majoritatea cazurilor, tratamentul termic al pieselor s udate se executa după răcirea completă a
acestora. Proprietăț ile fizice, chimice, mecanice și tehnologice ale materialelor metalice sunt
dependente de tratamentul termic aplicat.
Dupa sudarea oț elurilor slab alia te termorezistente se efectuează un tratam ent termic de
detensionare . Tratamentu l termic de detensionare asigură pe seama încălzirii condi ii de relaxare a
tensiunilor interne prin anihilarea reciproca a celor de sens contrar .

2.8 Stabilirea opera țiilor pregătitoare în vederea sudării

Semif abricatele utilizate au suprafeț e acoperite cu straturi de rug ina, oxizi, uleiuri sau impurităț i
mecanice, rezultate în t impul transportului . Aceste straturi au i nfluențe negative asupra calităț ii
îmbină rii sudate și de aceea ele trebuie îndepartate.

2.8.1 Deconservarea și curatirea semifabricatelor
Operațiile de cură țire și deconservare trebuie să asigu re îndepărtarea completă a ruginii,
oxizilor, impurităților , defectelor superficiale și acoperir ea lor de protecț ie din zonele adiacen te locurilor
de ampla sare a cusă turilor sudate.

Mărimea acestor zone se p rescrie prin norme sau prescripț ii tehnice, de exempl u: ISCIR C4 -78
unde se recomandă curățirea semifabricatelor pe porțiuni de cel puț in 20 mm de la muchia rostului
pentru procedeele de sudare dife rite d e sudarea în baie de zgură.
2.8.1.1 Deconservarea
o Suflarea cu aer comprimat sau șter gerea cu produse textile uscate ;
o Îndepărtarea mecanică a unsorilor, hârtiei, foliei metalice, c u razuitoare din lemn, material
plastic, cauciuc și se utilizeaza în îndepartarea prealabila a unor acoperiri groase ;
o Ștergerea cu perii sau produse textile udate cu petrol, benzină pentru îndepartarea
acoperirilor subtiri ;
o Suflarea cu abur și spălarea cu apă caldă (70-90˚C) pentru î ndepă rtarea acoperirilor ră mase
dupa apl icarea primei metode.
2.8.1.2 Curățirea
 Procedee mecanice
– curățire cu discuri abrazive acționate de motoare electrice sau turbine cu gaze pentru
îndepartarea defectelor superficiale adânci sau medii ;
– sablare cu alice din fo ntă alba, nisip de cuarț sau par ticule abrazive antrenate cu jet de
apă.
 Procedee termine
– Încălzirea oxiacetilenică la temperatura mai mica de 150oC pentru îndepărtarea
impurităților, oxizilor ;
 Procedee chimice
– Decaparea cu acizi sau baze, prin pulverizare urmată de spălare și uscare pentru
îndepărtarea oxizilor și altor produse de coroziune.

2.8.2 Trasarea semifabricatelor
Trasarea ajută în desenarea și marcarea conturului piesei pe semifabricat folosindu -se 2
metode .
 Trasarea pe baza desenelor de execuție elaborate de constructor în atelier pentru a efectua
trasajul efectuându -se calcule pentru stabilirea formelor și dimensiunilor desfășuratelor ;
 Trasarea pe baza desenelor desfășuratelor elaborate de serviciul tehnologic care dau toate
elemetele necesare efectuării trasajului.

2.8.3 Debitarea semifabricatelor
Debitarea ț evilor se poate realiza pe mașini speciale de tă iat prin deformare la rece și prin
metode termice.
Taierea mecanica se realizează pe ferastr aie disc, care asigură o calitate mai bună a
suprafeței tăiate comparati v cu tăierea prin deformare plastică . Semifabricatele se vor fixa în timpul
tăierii.

2.8.4 Prelucrarea marginilor țevilor
Prelucrarea marginilor se realizează în scopul obț inerii formei și preciziei cerute
semifabricatelor . Modul de prelucrare a marginilor semifab ricatelor se stabilește în funcț ie de
geometria rosturilor ce trebuie reali zate la sudare.

2.8.5 Preasamblarea în vederea sudării ț evilor
Aceasta activitate se desfă șoara prin dispunerea punctelor, precum și ordinea de executare a
acestora. În cazul unor piese cu diametre de până la 300mm, preasamblarea se face prin prinderea în
patru puncte de sudură, in timp ce piesele cu diametre mai mari de 300 mm, preasamblarea se fac e
prin prinderea in șase, opt sau mai multe puncte de sudură.

Fig.2.8.5 Ordinea d e prindere a punctelor de sudură pentru cusă turi circulare

Avantajele folosirii dispozitivelor:
 asigură o preasamblare corectă;
 simplifică tehnologia sudă rii;
 asigură aducerea locului de sudat în poziția convenabilă ;
 ușurează executarea sudurilor de poziț ie;
 reducerea timpilor ;
 asigură realizarea sudurilor de calitate.

2.8.6. Preîntâmpinarea defectelor tehnologice
Corelaț ia între curent, natura și polaritatea sa și diame trul el ectrodului nefuzibil, este esențială
pentru obținerea unei cusă turi de calitate. La curent p rea mare electrodul se supraîncălzește, fapt ce
se observa ușor pentru că suprafaț a electrodului are un aspect umed . La polul opus, l a curent de
sudare prea mic arcul se “plimbă” pe suprafaț a electrodului.
Suprafața electrodului în timpul sudării trebuie să fie argintie, asigurarea unei bune protecții
depinzănd de curățenia zonei, debitul de gaz si lipsa unor curenți de aer ce ar putea să indepărteze
perdeaua gazoasă.
La inceputul operației de sudare se va da drumul gazului de protecție, in timp ce la sfars itul
aceleași operații dupa ce arcul este stins, se va lasa gazul să curgă un timp suficient de lung pentru a
proteja electrodul cât este cald.

2.9 Calculul / alegerea parametrilor tehnologici ai regimurilor de sudare

Calculul parametrilor regimului de sudare se va face separat , in funcț ie de grosime a si natura
materialului de bază, poziț ia de sudare, tipul de rost, straturile de rădăcină și umplere cât și în funcție
de prinderile î n puncte a componentelor. Ca primă etapă, se vor stabili parametrii procesului de
sudare urmând să fie efectuate calculele parametrilor de sudare.

Tipul și diametrul electrodului nefuzibil
 se va folosi un electrod de W de Φ1,6

Tipul si diametrul sâ rmei electrod
 se va folosi sârmă de tip OK Tigrod 13.09 de Φ1,6

Natura gazului de protecț ie
 pentru sudarea WIG se va folosi gazul de protecț ie de tip B (99,99% Ar)

Natura curentului
 se va suda DC – ( polaritate direct ă )

Intensitatea curentului de sudare (Is)
 Is = 92 x d e – 42 [A]
 Is = 105,2 [A]

Tensiunea arcului (Ua)
 Ua = 10 + 0.04 x Is [V]
 Ua = 15 [V]

Viteza de sudare (v S)

 vs =
[cm/min]

 vs = 12,5 [cm/min]

Energia liniară ( E l )

 El = (60 x ɳ x
) / 1000 [kJ/cm2]
 El = 6,8 kJ/cm2
Rata depunerii ( AD )
 AD = 0,3 x 10-4 x Is + 0,1 x 10-2 x Is +0,5 [kg/h]
 AD = 0, 698 kg/h

.