Stadiul Actual al Tehnologiei Cap la Cap In Pozitie Verticala

Capitolul 1

Stadiul actual al tehnologiei cap la cap în poziție verticală

Dezvoltarea sudării, ca proces tehnologic de îmbinare a materialelor metalice, din ultimii ani este strâns legată de dezvoltarea sudării în mediu de gaze protectoare în general și de sudarea MIG/MAG și cu sârmă tubulară în special. Se apreciază că ponderea de aplicare a sudării MIG/MAG pe plan mondial se ridică în acest moment la un procent de aproximativ 60-70% din totalul producției de structuri sudate.

Aspecte conceptuale privind sudarea MIG/MAG

Studiile intreprinse în țările puternic industrializate ale lumii, ca S.U.A., Japonia sau Comunitatea Europeană, privind dinamica de dezvoltare a procedeelor de sudare prin topire în ultimii ani și ponderea acestor procedee la sfârșitul secolului al XX-lea arată fără echivoc că sudarea în mediu de gaze protectoare cu electrod fuzibil MIG/MAG este procedeul cu cea mai spectaculoasă dinamică, respectiv cu cel mare mare volum de aplicare la ora actuală.

Analiza, a luat în considerare următoarele procedee de sudare prin topire: sudarea manuală cu electrod învelit (SE), sudarea în mediu de gaze protectoare MIG/MAG, sudarea cu sârmă tubulară (ST), respectiv sudarea sub strat de flux (SF).

La baza acestei dezvoltări dinamice stau avantajele incontestabile ale sudării MIG/MAG și anume productivitatea ridicată, respectiv ușurința cu care procedeul se pretează la mecanizare, automatizare sau robotizare. La acestea se mai adaugă în mod special, dezvoltarea și perfecționarea echipamentelor și instalațiilor de sudare MIG/MAG, prin implementarea și tehnologia electronicii de putere, a invertorului și a microprocesorului în construcția acestora, performanțele tehnologice și de ansamblu ale procedeului crescând neîncetat.

Dezvoltarea obiectivă a volumului de aplicare a sudării MIG/MAG în detrimentul sudării SE are la bază principalele avantaje ale sudării în mediu de gaze protectoare:

Productivitatea ridicată a procedeului determinată de rata mare a depunerii (AD = 2-4g/s), pătrunderea ridicată (j = 150-250 A/mm2), respectiv posibilitatea sudării cu viteze de sudare mari (vs = 30-100 cm/min);

Posibilitatea mecanizării, automatizării sau robotizării cu ușurință a procedeului cu profunde implicații economice și de calitate privind îmbinarea sudată.

1.1.1. Definirea și clasificarea procedeului

Procedeul de sudare MIG/MAG face parte din grupa procedeelor de sudare prin topire cu arcul electric în mediu de gaze protectoare. În funcție de caracterul electrodului această grupă cuprinde două subgrupe mari:

procedee de sudare cu electrod fuzibil;

procedee de sudare cu electrod nefuzibil.

Principalele tipuri de arce, respectiv modurile de transfer al picăturii de metal specifice sudării în mediu de gaze protectoare MIG/MAG sunt :

arc scurt: transfer prin scurtcircuit (short arc);

arc spray: transfer prin pulverizare (spray arc);

arc lung: transfer globular (long arc);

arc intermediar (tranzitoriu) (tranzition arc);

arc pulsat: transfer sinergic (pulsed arc).

1.1.2. Descrierea procedeului

Sudarea MIG/MAG este un procedeu de sudare prin topire cu arcul electric cu electrod fuzibil, pentru protecția arcului și a băii de metal folosindu-se un gaz de protecție. În funcție de caracterul gazului de protecție se disting două variante ale procedeului:

sudarea MAG (metal-activ-gaz) în cazul unui gaz activ;

sudarea MIG (metal-inert-gaz) în cazul unui gaz inert.

Procedeul este întâlnit cel mai frecvent în varianta semimecanizată (viteza de sudare manuală, viteza de avans a sârmei electrod întotdeauna mecanizată), dar procedeul se pretează cu ușurință la mecanizare, automatizare și chiar robotizare, dovadă instalațiile de sudare tot mai numeroase care pot fi întâlnite în producția de structuri sudate (în special roboți de sudare).

1.1.3. Avantajele procedeului

Principalele avantaje ale procedeului MIG/MAG sunt productivitatea ridicată și facilitatea mecanizării, automatizării sau robotizării.

Productivitatea ridicată este asigurată de puterea ridicată de topire a arcului, pătrunderea mare la sudare, posibilitatea sudării cu viteze de sudare mari, respectiv eliminarea unor operații auxiliare. Aceste aspecte sunt determinate de densitățile mari de curent ce pot fi utilizate: (150-250 A/mm2) la sudarea MIG/MAG clasică, respectiv (300-350 A/mm2 la sudarea cu sârmă tubulară.

Flexibilitatea în direcția mecanizării și robotizării este asigurată în principal de posibilitatea antrenării mecanizate a sârmei electrod (sârme subțiri), de modul de realizare a protecției la sudare (cu gaz), de ușurința reglării și controlului parametrilor tehnologici de sudare, de gabaritul relativ mic al capului de sudare, etc.

La aceste avantaje principale, se pot adăuga:

grad înalt de universalitate a procedeului;

posibilitatea sudării în orice poziție;

eliminarea operației de curățire a zgurii;

grad înalt de utilizare a materialului de adaos ( 90-95%);

cantitate redusă de fum;

conducerea și supravegherea ușoară a procesului de sudare (arcul este vizibil);

factor operator superior sudării SE, 60-65%, ca efect a eliminării operației de schimbare a electrodului și de curățire a zgurii de pe cusătura sudată;

tensiuni și deformații mici la sudare (energie liniară mică).

1.1.4. Dezavantajele procedeului

Se pot sintetiza astfel:

echipamente de sudare mai scumpe și mai complicate;

flexibilitatea mai redusă decât la sudarea SE: pistoletul de sudare mai greu și cu manevrabilitate mai scăzută, cu rază de acțiune limitată în cazul echipamentelor clasice la (3…5m) față de sursa de sudare, uneori necesită spațiu de acces mai mare;

pierderi de material de adaos (în anumite condiții) prin stropi (5-10%);

sensibil la curenți de aer (evitarea sudării în locuri deschise, cu vânt, etc.);

limitat la grosimi, în general, mai mari de 1 mm;

riscul unei protecții necorespunzătoare a arcului electric și a băii de metal;

probabilitatea relativ mare de apariție a defectelor în îmbinarea sudată, în principal pori și lipsă de topire.

1.1.5. Materialele de sudare

Alegerea cuplului sârmă electrod – gaz de protecție la sudarea MIG/MAG

Criteriul de bază la alegerea cuplului sârmă electrod-gaz de protecție este natura metalului de bază.

Sudarea MAG se recomandă la sudarea oțelurilor carbon nealiate și slab aliate.

Sârma electrod este aliata suplimentar față de metalul de bază cu elemente dezoxidante ca Mn, Si și uneori Ti (elemente cu aviditate mai mare de oxigen decât fierul) pentru evitarea oxidării fierului și a celorlalte elemente de aliere cu toate consecințele în ceea ce privește degradarea caracteristicilor mecanice, de plasticitate și de tenacitate (scăderea acestora).

Gazul de protecție este un gaz activ (reactionează cu elementele chimice din picătură și din baia metalică ). Cele mai utilizate gaze la sudarea MAG sunt:

bioxidul de carbon CO2 100 și amestecurile de gaze: – Ar + 15-20%CO2 ; – Ar + 4-8% O2 ;

– Ar + 5% O2 + 5-15% CO2

Alegerea gazului de protecție se face în principal în funcție de modul de transfer utilizat la sudare: transfer prin scurtcircuit, transfer prin pulverizare, transfer globular, transfer sinergic în curent pulsat. Precizăm că sudarea în curent pulsat sau transferul prin pulverizare se realizează numai prin utilizarea amestecurilor de gaze bogate în Ar cu mai mult de 80%Ar, respectiv cu mai puțin de 20% CO2. Cel mai utilizat amestec de gaz de protectie este CORGON 18 (82%Ar+18%CO2).

Bioxidul de carbon(CO2)urmatoarele efecte la sudare:

asigură cea mai bună geometrie a cusăturii sudate dintre toate gazele de protecție, pătrunderea cea mai mare și sigură la sudare, protecție bună cu pericol redus de pori în cusătură (prin disociere gazul își marește volumul), preț de cost cel mai scăzut, dar cu caracteristici mecanice și de plasticitate medii ale metalului cusăturii (are loc oxidarea acestuia) și cu o tenacitate redusă la temperaturi negative, stropi mari cu stropiri abundente, transferul picăturii poate avea loc numai prin scurtcircuit sau globular.

Utilizarea amestecurilor de gaze are urmatoarele avantaje:

permite modificarea tipului de transfer a picăturii prin coloana arcului și anume transferul prin pulverizare sau în curent pulsat;

modifică geometria cusăturii sudate;

caracteristici mecanice mai bune ca la sudarea în CO2% dar cu tenacitate redusă la temperaturi negative (mai au loc oxidari importante ale metalului topit);

mărește stabilitatea arcului electric;

reduce stropirile la sudarea cu arc scurt sau cu arc intermediar;

lărgește domeniul optim de lucru la sudarea cu arc scurt, respectiv îngustează domeniul arcului intermediar total nefavorabil;

crește productivitatea la sudare (pătrundere mai mare, viteză de sudare mai mare);

estetică mai bună a suprafeței cusăturii (neteda cu solzi fini și supra înalțare redusă);

dezavantaj: pret de cost mai ridicat;

Sudarea MIG se recomandă la sudarea otelurilor aliate și înalt aliate (INOX), la sudarea metalelor și aliajelor neferoase Al, Cu, Ni, la sudarea metalelor active Ti, Be, etc.

Sârma electrod are compoziția chimică apropiată de a metalului de bază. Gazul de protecție este un gaz inert (nu reacționează cu elementele chimice). Cele mai utilizate gaze de protectie la sudarea MIG sunt:

Ar 100% la sudarea Al și aliajelor sale

Ar, He, amestecuri Ar+He la sudarea metalelor și aliajelor nefieroase Al, Cu

Ar+1-3%O2; Ar+2-4% CO2 la sudarea oțelurilor aliate INOX;

Ar+3-6%H2 la sudarea oțelurilor INOX Austenitice (nu și feritice).

Utilizarea amestecurilor de gaze in acest caz conduce la creșterea productivității la sudare prin creșterea puterii arcului electric (pătrundere mare și viteza de sudare ridicată), mărește stabilitatea arcului electric, finisează transferul picăturii de metal, îmbunătățește geometria cusăturii, umectează metalul de bază.

Există două tipuri principale de sârmă electrod :

Sârme pline

Sârme tubulare

Tabelul 1.1.5. Diametre uzuale ale sârmelor pline si tubulare

Clasificarea și simbolizarea sârmelor electrod și a materialului depus prin sudare în mediu de gaze protectoare cu electrod fuzibil pentru oțelurile nealiate și cu granulație fină este prezentată în tabelul 1.1.5. conform SR EN 440/96.

1.1.6 Gazul de protecție

Gazul de protecție are în principal rolul de a asigura protecția băii metalice și a picăturii de metal topit din vârful sârmei electrod sau la trecerea acesteia prin coloana arcului, împotriva interacțiunii cu gazele din atmosferă, oxigen, hidrogen, azot, etc..

În același timp însă gazul de protecție are o mare influență asupra desfășurării procesului de sudare în ansamblul lui, acționând asupra stabilității arcului, parametrilor tehnologici de sudare, transferului picăturii de metal topit prin coloana arcului, reacțiilor metalurgice la nivelul băii și picăturii de metal, transformărilor structurale, proprietăților mecanice și de tenacitate ale îmbinării, formei și geometriei cusăturii sudate, stropirilor, productivității la sudare, etc.

Tabelul 1.1.6. Simbolizarea sârmelor pentru sudarea MIG-MAG după compoziția chimică conform SR EN 440-96

Aceste influențe complexe sunt determinate de proprietățile termo-fizice și de activitatea chimică a gazelor de protecție, care diferă mult de la un gaz la altul. Prin urmare pentru alegerea corectă a gazului de protecție este necesară cunoașterea acestor proprietăți, tabelul 1.1.8., tabelul 1.1.9.

Clasificarea și simbolizarea gazelor pentru sudare în mediu de gaze protectoare este prezentată în SR EN 439/96, tabelul 1.1.8.

Tabelul 1.1.8. Proprietățile fizice ale gazelor de protețtie, potențialul de ionizare

Tabelul 1.1.9.. Proprietățile fizice ale gazelor de protecție, densitatea

7.Transferul de metal la sudarea MIG/MAG

Transferul de metal la sudarea prin topire cu arcul electric cu electrod fuzibil este un proces complex, guvernat de o diversitate mare de fenomene de natură electrică, electromagnetică, mecanică, chimică, termodinamică, etc., respectiv de intensitatea de manifestare a acestor fenomene în anumite condiții date de sudare. Aceste fenomene se manifestă prin dezvoltarea în arcul electric a unor forțe, a căror orientare și mărime determină prin echilibrul realizat la un moment dat desprinderea sau menținerea picăturii de metal topit în vârful electrodului fuzibil. Prin urmare acțiunea acestor forțe poate fi în sens favorabil desprinderii picăturii sau a împiedicării acestei desprinderi, ruperea echilibrului de forțe prin creșterea ponderii unora în detrimentul celorlalalte producând desprinderea picăturii de metal și transferul acesteia prin coloana arcului electric în baia metalică.

Modul de transfer a picăturii de metal la sudarea prin topire cu arcul electric cu electrod fuzibil diferă foarte mult de la un procedeu de sudare la altul, iar în cadrul aceluiași procedeu depinde de condițiile tehnologice concrete de sudare. Institutul Internațional de Sudură I.I.S./I.I.W. a făcut o clasificare a formelor de transfer a picăturii de metal.

În cazul sudării în mediu de gaze protectoare cu electrod fuzi-bil MIG/MAG, modul de transfer a metalului topit cunoaște cea mai mare varietate de forme, ceea ce determină creșterea complexității procesului tehnologic la sudare. Practic modul de transfer a metalului topit la sudarea MIG/MAG poate fi considerat un parametru tehnologic nou, specific acestui procedeu, de care trebuie să se țină cont la elaborarea tehnologiei de sudare, prin implicațiile tehnologice și nu numai pe care le are. Modul de transfer este o caracteristică principală a procedeului de sudare MIG/MAG.

Pentru explicarea și înțelegerea corectă a fenomenelor care guvernează transferul de metal topit prin coloana arcului este importantă cunoașterea principalelor tipuri de forțe care acționează asupra picăturii și factorii care influențează mărimea acestora.

De valoarea și ponderea acestor forțe depinde în anumite condiții concrete de sudare modul de transfer a picăturii la sudarea MIG/MAG. În cele ce urmează se prezintă și analizează forțele din arcul electric și fenomenele care le guvernează.

Diversitatea fenomenelor din arcul electric determină apariția următoarelor forțe care acționează în arc și asupra picăturii de metal topit, figura 1.1.1.:

1 – forța electromagnetică Fem (forța pinch Fp);

2 – forța tensiunii superficiale Fa;

3 – forța gravitațională Fg;

4 – forța de reacție anodică Fan;

5 – Forța jetului de plasmă Fj;

6 – forța electrodinamică Fed;

1.2 Sudarea cu sârmă tubulară – ST

Considerat la început ca o variantă a sudării MIG/MAG, din care a derivat, procedeul de sudare cu sârmă tubulară ST s-a impus ca un procedeu bine definit, caracterizat de particularități specifice care-l individualizează și personalizează, motiv pentru care, în literatura de specialitate din ultimii ani, este tratat ca un procedeu aparte de sine stătător, în grupa procedeelor de sudare prin topire cu arcul electric.

În acest context procedeul de sudare ST este întâlnit în două variante tratate de asemenea separat și anume sudarea cu sârmă tubulară cu autoprotecție sau protectie interioară (Self – Shielded Flux – Cored Arc Welding),respectiv sudarea cu sârmă tubulară cu protecție de gaz sau protecție suplimentară (Gass – Shielded Flux – Cored Arc Welding).

Principiul procedeului de sudare cu sârmă tubulară este prezentat în figura 1.2.1.

Figura 1.2.1. – Principiul procedeului de sudare cu sârmă tubulară

Arcul electric arde între sârma electrod și piesă. Sârma electrod la rândul ei este formată dintr-o teacă (țeavă) metalică în interiorul căreia se introduce un miez pulverulent care conține elemente dezoxidante, gazeifiante, zgurifiante, de aliere, etc. asemeni cu substanțele din învelișul electrozilor utilizați la sudarea manuală. Din acest punct de vedere se poate spune că sudarea cu sârmă tubulară este o alternativă la sudarea manuală cu electrozi înveliți putând înlocui în foarte multe aplicații acest procedeu, cu rezultate similare sau superioare, dar cu productivitate ridicată datorită posibilităților de mecanizare, respectiv a utilizării unor densități mari de curent, (250-300A/mm2) comparativ cu (12-18 A/mm2) la sudarea manuală. Sârma tubulară poate fi privită astfel „ca un electrod învelit cu învelișul în interior" ceea ce permite realizarea unui electrod continuu sub formă de sârmă care asigură pe de o parte realizarea unui contact electric alunecător, iar pe de altă parte posibilitatea bobinării sârmei electrod fără pericolul fisurării și desprinderii învelișului de pe electrod. Acest lucru permite antrenarea mecanizată a sârmei electrod în coloana arcului prin intermediul unui sisteme de avans cu motoreductor și role de antrenare ceea ce creează premisele implementării unor procese de sudare semimecanizate sau mecanizate.

Topirea sârmei electrod și a piesei determină formarea băii metalice. Materialul de adaos pentru realizarea cusăturii se obține în general din topirea tecii metalice, dar și prin introducerea de pulberi metalice în miez sau prin introducerea de feroaliaje pentru alierea băii metalice. Protecția arcului electric, a picăturii de metal și a băii se realizează cu ajutorul gazelor și a zgurii topite rezultate din arderea miezului pulverulent, în cazul sârmelor tubulare cu autoprotecție, respectiv și prin introducerea unui gaz de protecție suplimentar, dioxid de carbon sau amestec de gaze argon + CO2, adus din butelie în coloana arcului prin intermediul unui furtun de gaz respectiv a unei duze de gaz. Aducerea curentului electric la sârmă și contactul electric alunecător se realizează prin intermediul unei duze de contact din cupru. Prin deplasarea capului de sudare cu viteza vs are loc solidificarea băii metalice și a zgurii topite rezultând cusătura sudată acoperită cu un strat subțire de zgură solidificată care poate acoperi total sau parțial cusătura.

1.2.1. Avantajele sudării cu sârmă tubulară

Creșterea productivității la sudare comparativ cu sudare MAG cu sârmă plină ca efect al densității de curent superioare, 250-300A/mm2, față de 150A/mm2. Aceasta se concretizează prin creșterea ratei depunerii AD cu 30-50% (și în unele cazuri chiar mai mult), creșterea pătrunderii la sudare, respectiv creșterea vitezei de sudare. Creșterea productivității la sudare se manifestă în special la sudarea în poziții dificile (verticală) ca efect al posibilității de sudare folosind valori mari ale curentului și al transferului prin pulverizare în cazul sudării cu sârme tubulare rutilice.

Calitate superioară a îmbinării sudate cu reducerea pericolului de formare a porilor sau de apariție a defectelor de tipul lipsei de topire sau a lipsei de pătrundere.

Caracteristici mecanice superioare ale îmbinării sudare, rafinare superioară a băii metalice.

Reducerea conținutului de hidrogen difuzibil din îmbinarea sudată la valori de sub 5cm3/100g MD și prin urmare a reducerea pericolului de fisurare la rece sau a pericolului de formare a porilor.

Geometrie superioară a cusăturii, cu pătrundere sigură.

Stabilitate mai bună a arcului electric (vezi substanțele ionizatoare din miez).

Reducerea stropirilor, desprinderea mai ușoară a stropilor și prin urmare reducerea timpului de curățire a piesei, respectiv al capului de sudare.

Posibilitatea alierii suplimentare a metalului depus prin miez. Estetică mai bună a cusăturii sudate cu solzi fini, respectiv supra-înălțare redusă.

Posibilitatea sudării în spații deschise, pe șantier, asemănător sudării manuale cu electrod învelit, putând substitui cu succes acest procedeu;

Îmbunătățirea calității îmbinărilor sudate executate pe table acoperite (grunduite) sau cu suprafețe murdare (rugină, grăsimi, ulei, vopsele).

1.2.2. Dezavantajele sudării cu sârmă tubulară

Prețul de cost mai ridicat al sârmei tubulare comparativ cu sârma plină, de 2 până la 3 ori. Acest dezavantaj este compensat însă prin reducerea costurilor totale ale execuției îmbinării sudare, timp, manoperă, energie.

Necesitatea unei operații suplimentare de îndepărtare a zgurii de pe suprafața depunerilor, în special la sudarea multistrat;

Probabilitatea apariției defectelor de tipul incluziunilor de zgură în cusătură.

Emisie mai puternică de fum și gaze nocive, cea ce implică ventilația forțată la locul de muncă; dificultăți în conducerea pistoletului la sudarea semimecanizată datorită fumului.

1.2.3. Performanțele procedeului:

Curentul de sudare Is = 100-600A;

Tensiunea arcului Ua = 20-35V

Viteza de sudare vs = 20-150cm/min;

Diametrul electrodului ds = 1,0-2,4 (3,2)mm;

Densitatea de curent j = 250-300A/mm2.

1.2.4. Materiale de sudare

Materialele utilizate la sudarea ST sunt sârma electrod în cazul sudării cu sârmă tubulară cu autoprotecție, respectiv sârma electrod și gazul de protecție la sudarea cu sârmă tubulară cu protecție suplimentară.

Sârma electrod

Se prezintă sub forma unei teci metalice umplute cu un miez pulverulent, în următoarea gamă de diametre: 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 2,4; 2,8, (3,2).

Învelișul metalic se execută în general dintr-un material nealiat caracterizat prin proprietăți bune de ductilitate pentru a permite laminarea și trefilarea ușoară a tecii, grosimea acesteia având valori sub 0,2 mm. Alierea cusăturii când este cazul se face în general prin miez.

Învelișul metalic (teaca) are următoarele roluri:

• asigură prin topire cantitatea de material de adaos pentru realizarea îmbinării sudate sau încărcarea prin sudare;

• asigură contactul electric și realizează închiderea circuitului electric de sudare între vârful sârmei și piesă;

• păstrează și protejează miezul de pulbere împotriva umidității; Miezul este un amestec de substanțe similare învelișului electrozilor

și fluxurilor de sudare. După rolul pe care îl au în procesul de sudare substanțele din miez se împart în:

substanțe zgurifiante pentru protejarea metalului topit;

substanțe gazeifiante pentru protecția spațiului arcului împotriva pătrunderii aerului;

substanțe dezoxidante și de rafinare a băii metalice;

substanțe ionizatoare pentru îmbunătățirea stabilității arcului;

• substanțe (elemente) de aliere pentru alierea în arc. Indiferent de forma constructivă a sârmei tubulare aceasta se

caracterizează prin coeficientul de umplere Ku, care cuantifică ponderea miezului în construcția sârmei și care se definește prin relația:

unde:

m – masa epruvetei de sârma tubulară, (gr);

mi – masa învelișului (tecii sau benzii de otel), (gr).

Valoarea lui (Ku) poate varia în limite foarte largi între (12 și 45%), în funcție de tipul constructiv al sârmei, modul de protecție, destinație, diametru, etc..

În funcție de tehnologia de fabricație suprafața sârmei tubulare este cuprată sau necuprată. Prin cuprare cu un strat foarte subțire se evită sau se reduce pericolul de oxidare a suprafeței mărind astfel durata de păstrare a sârmei, respectiv se îmbunătățește contactul electric alunecător dintre sârmă și duza de contact. Suprafața sârmei trebuie să fie curată, fără urme de rugină, ulei, grăsimi, pentru evitarea impurificării băii metalice respectiv pentru asigurarea stabilității arcului electric și reducerea stropirilor.

În ceea ce privește cuprarea se menționează faptul că această operație se aplică numai la sârmele tubulare cu contur închis cu sau fără sudură. Sârmele tubulare cu contur deschis nu pot fi cuprate deoarece există pericolul contaminării miezului în timpul operației de decapare și cuprare a tecii metalice.

Sârma electrod se livrează sub formă de bobine cu masa de 5kg; 12kg sau 15kg, împachetată în pungi de polietilenă și cutii de carton, în care uneori se introduc mici pachețele cu silicagel pentru absorbția umidității. Sârma trebuie păstrată în stare ambalată până la utilizare, în încăperi uscate, cu temperatura de aprox. (18 °C) și umiditarea relativă de max. 60%. Termenul de garanție al sârmei tubulare este de 6 luni dela data livrării, dar nu mai mult de 8 luni cu condiția păstrării în condiții optime, în special protecție împotriva umidității, care poate fi absorbită de miezul pulverulent care este în general higroscopic, în special în cazul sârmelor tubulare cu contur deschis.

1.2.5. Clasificarea sârmelor tubulare se poate face după mai multe criterii după cum urmează, (conform STAS 11587-83):

1. În funcție de modul de protecție a băii metalice:

sârmă tubulară cu autoprotecție;

sârmă tubulară pentru sudare în mediu de gaz protector (cu protecție suplimentară);

sârmă tubulară pentru sudare sub strat de flux;

sârmă tubulară pentru sudare în baie de zgură.

2. După destinație:

sârmă tubulară pentru sudarea otelurilor carbon si slab aliate, de uz general;

sârmă tubulară pentru sudarea oțelurilor cu granulatie fină si a oțelurilor utilizate la temperaturi scăzute;

sârmă tubulară pentru sudarea otelurilor termorezistente;

sârmă tubulară pentru sudarea oțelurilor inoxidabile;

sârmă tubulară pentru sudarea fontelor;

sârmă tubulară pentru încărcarea cu straturi dure.

3. După tehnologia de fabricație:

sârmă tubulară fabricată din benzi metalice prin profilare (fălțuire) și trefilare, procedeul Chemetron;

sârmă tubulară fabricată din țevi metalice prin laminare și trefilare, procedeul Oerlikon).

4. Din punct de vedere constructiv, figura 1.2.2.

b) c)

sârmă tubulară cu profil de închidere simplu sudat, fig. 1.2.2a;

sârmă tubulară cu profil de închidere simplu, cap la cap, fig. 1.2.2b;

sârmă tubulară cu profil de inchidere simplu cu margini suprapuse, fig. 1.2.2c;

sârmă tubulară cu profil de inchidere simplu cu indoirea unei margini, fig. 1.2.2d;

sârmă tubulară cu profil de inchidere simplu cu indoirea ambelor margini, fig. 1.2.2.e;

sârmă tubulară cu profil de inchidere dubla, fig. 1.2.2.f.

5. După închiderea conturului:

cu contur închis nesudat (din țeavă);

cu contur închis sudat (din bandă metalică sudată);

cu contur deschis (prin fălțuire și trefilare).

6. După tipul (caracterul) miezului:

cu miez rutilic;

cu miez bazic;

cu pulbere metalica;

alte tipuri.

1.2.6. Gazul de protecție

La sudarea cu sârmă tubulară protecția coloanei arcului electric, a picăturii și a băii metalice se face cu ajutorul zgurii și a gazelor rezultate din arderea substantele zgurifiante și gazeifiante din miezul pulverulent în cazul sudării ST cu autoprotecție, respectiv prin utilizarea unui gaz de protecție suplimentar protecției furnizate de miezul pulverulent în cazul sudării ST cu protecție de gaz.

Gazele de protecție cel mai frecvent utilizate sunt dioxidul de carbon CO2 100%, respectiv amestecurile de gaze bogate în argon din grupa M21, 75%Ar + 5-25%CO2. Se mai utilizează amestecul de Ar + 1-5%O2 sau amestecuri de Ar + CO2 + O2. Alegerea gazului de protecție se face în funcție de tipul sârmei și destinația acesteia (vezi recomandările producătorului), respectiv în funcție de modul de transfer utilizat (curentul de sudare). În cazul sudării cu transfer prin pulverizare sau în curent pulsat se utilizează întotdeauna amestecuri de gaze bogate în Ar cu mai mult de 80% Ar în amestec. Excepție face cazul sudării cu sârme tubulare cu miez rutilic când se poate obține transfer prin pulverizare chiar și la utilizarea de CO2 100% sau de amestecuri bogate în CO2. Utilizarea dioxidului de carbon reduce prețul de cost al îmbinării, respectiv asigură pătrunderea cea mai mare și mai sigură. Debitul gazului de protecție în acest caz este mai redus decât la sudarea MAG cu sârmă plină, luând valori între 8-20 l/min.

La alegerea gazelor de protecție se au în vedere și următoarele particularități ale acestora: CO2 100% '

Avantaje: cel mai ieftin gaz, radiație termică scăzută, pătrundere sigură, nivel redus de hidrogen în baia metalică, pericol scăzut de pori în cusătură;

Dezavantaje: nivel mai ridicat de stropiri cu stropi mari, domeniu îngust de reglare a tensiunii arcului.

Amestecul Ar/CO2. Este cel mai frecvent amestec de gaz utilizat la sudarea oțelurilor nealiate și slab aliate, în combinația 80%Ar + 20%CO2. Deși este mai scump de aprox. 3 ori

decât CO2 utilizarea lui este justificată de avantajele importante pe care le are: reducerea stropirilor datorită stabilității mai bune a arcului, generarea unei cantități mai reduse de fum, aspect mai estetic al cusăturii, domeniu larg de reglare a tensiunii arcului, viteză de sudare mai mare

Dezavantaje: radiație termică mai ridicată, necesită răcirea cu apă a pistoletului de sudare.

Amestecul Ar/O2/He. Utilizat în principal la sudarea oțelurilor inoxidabile. Prin acțiunea de reducere a tensiunii superficiale, oxigenul finisează transferul picăturii, respectiv îmbunătățește umectarea băii metalice, iar heliul determină creșterea tensiunii arcului mărind aportul de căldură al acestuia acționând asupra geometriei cusăturii, respectiv a creșterii vitezei de sudare. Amestecul 80%Ar + 15%co2 + 5%O2 produce o foarte bună umectare și reduce mărimea picăturilor și tensiunea superficială la nivelul băii. În cazul sudării oțelurilor slab aliate trebuie avută în vedere însă și acțiunea nocivă a oxigenului, de oxidare și ardere a elementelor de aliere la transferul prin arc, cu efecte asupra reducerii caracteristicilor metalului depus.

Prezența oxigenului în coloana arcului, rezultat din disocierea dioxi-dului de carbon, impune la ambele variante de sudare ST prezența în miezul sârmei a substanțelor dezoxidante cu aviditate mai mare de O2 decât fierul pentru evitarea formării oxizilor de fier sau a monoxidului de carbon CO în baia metalică care conduc la reducerea caracteristicilor mecanice și de plasticitate ale metalului depus, respectiv la pericolul formării porilor îm îmbinarea sudată.

Din punct de vedere al nivelului de protecție se precizează faptul că protecția băii și a picăturii în cazul sudării ST cu autoprotecție este mai slabă ceea ce limitează domeniul de utilizare la sudarea oțelurilor nealiate sau slab aliate. În schimb pistoletul de sudare este mai simplu, fără duză și furtun de gaz, respectiv nu mai apar problemele aferente aprovizionării cu gaze de protecție, butelii, transport, depozitare, etc..

1.2.7. Aspecte și recomandări tehnologice la sudare ST

Transferul picăturii metalice se poate face ca și în cazul sudării MIG/MAG cu sârmă plină prin scurtcircuit, prin pulverizare, globular, intermediar sau în curent pulsat. Modul de transfer depinde de varianta de sudare, de tipul și caracterul miezului, de curentul de sudare, respectiv de gazul de protecție.

Modul de formare și de transfer al picăturii diferă radical de cel cunoscut la sudarea cu sârmă plină.

Figura 1.2.3. – Tranferul globular al picaturii la sudarea ST

În cazul transferului prin scurtcircuit sau globular picătura de metal de dimensiuni mari se formează la marginea sârmei tubu-lare, excentric față de axa sârmei, fiind orientată în direcție opusă sensului de sudare și efectuând mișcări de pendulare față de direcția de sudare. Modul de topire a sârmei și formare a picăturii, respectiv transferul acesteia în baia metalică în acest caz este prezentat în figura 1.2.3.. Datorită picăturilor mari stropirile sunt mai intense și pierderile de material mai ridicate.

În cazul transferului prin pulverizare diferențele dintre sârma plină și sârma tubulară sunt prezentate în figura 1.2.4.

Figura 1.2.4 – Transferul prin pulverizare la sarme pline si tubulare

În cazul sârmei pline transferul axial al picăturii determină oscilația băii metalice și pătrunderea îngustă și adincă în formă de deget a cusăturii.

În cazul sârmei tubulare transferul metalului topit are loc sub forma unui jet de picături sau spray, desprinse de pe circumferința tecii metalice. Baia metalică este calmă fără oscilații, iar pătrunderea devine mai lată (circulară) și mai sigură.

La sudarea ST cu auto-protecție ca urmare a diametrelor mai mari, respectiv a parametrilor tehnologici de sudare utilizați, predomină transferul globular. Transferul prin pulverizare nu se poate obține datorită absenței gazului de protecție suplimentar.

La sudarea ST cu protecție suplimentară de gaz în funcție de condițiile concrete de lucru este posibilă obținerea oricărui tip de transfer în funcție de curentul de sudare și gazul de protecție utilizat.

În tabelul 1.2.1 se prezintă, cu caracter informativ, domeniile de transfer a picăturii de metal la sudarea cu sârmă tubulară în funcție de tipul miezului.

Se remarcă faptul că transferul prin pulverizare are loc pentru toate tipurile de miez la valori mai coborâte ale curentului de sudare decât în cazul sudării cu sârmă plină, ceea ce constituie un avantaj tehnologic și economic.

Tabelul 1.2.1. – Domenii de transfer a picăturii de metal la sudarea ST

1.2.8. Caracterizarea sârmelor tubulare funcție de caracterul miezului

Sârmele tubulare cu miez rutilic

Produc o zgură subțire cu viteză mare de solidificare care acoperă bine cusătura, ceea ce permite și recomandă utilizarea lor la sudare în poziție (verticală, peste cap), evitând pericolul scurgerii băii metalice sub efectul gravitației și asigurând formarea unei cusături estetice cu solzi fini, supraînălțare mică și cu pătrundere sigură. Se caracterizează printr-o comportare foarte bună la sudare, obținându-se un transfer prin pulverizare în picături foarte fine de la valori scăzute ale curentului de sudare, peste 150A (vezi tabelul).

Domeniul transferului prin scurtcircuit practic lipsește, iar domeniul arcului intermediar este îngust. Se poate aprecia că sârma rutilică asigură un transfer prin pulverizare în tot domeniul de lucru. Prin urmare folosind sârma tubulară rutilică este posibilă sudarea verticală cu transfer prin pulverizare și la valori ridicate ale curentului de sudare de până la 240A, ceea ce la sudarea cu sârmă plină nu este posibil.

Aceasta conduce la creșterea productivității la sudarea verticală de până la 400% comparativ cu sudarea cu sârmă plină (cea mai mare rată), la pătrundere mare și sigură (în special la suduri de colț nepătrunse), aspect estetic al cusăturii, diminuarea stropirilor și ușurarea operației de curățire a pieselor și a duzei de gaz, reducerea pericolului de obturare a duzei de gaz, etc.. Practic sârma tubulară rutilică este ideală pentru sudarea în poziție. În plus și conținutul de hidrogen difuzibil este redus, sub (5 cm3/100gr) metal depus.

Caracteristicile de tenacitate însă sunt mai reduse decât la sârma tubulară bazică, ceea ce limitează utilizarea ei la temperaturi scăzute.

Sârmele tubulare cu miez bazic

Se remarcă prin caracteristici de rezistență și tenacitate înalte, prin conținut foarte scăzut de hidrogen difuzibil, sub (1,5 cm3/100gr) metal depus, prin tendința redusă de fisurare, de formare a porilor, respectiv de apariție a defectelor de tipul lipsei de topire. Sunt recomandate la execuția îmbinărilor de mare rezistență si/sau exploatate la temperaturi negative.

Au o comportare mai dificilă la sudare în special în domeniile de curenți mici (transfer prin scurtcircuit) datorită stropilor mari și stropirilor intense cu toate dezavantajele aferente, respectiv produc o cantitate mai mare de fum îngreunând vizibilitatea și impunând luarea unor măsuri de protecție suplimentare a personalului prin ventilație forțată. Din acest motiv se va evita sudarea cu transfer prin scurtcircuit sau intermediar, iar în poziție verticală această tehnică este imposibilă datorită căderii picăturilor în duza de gaz cu pericolul obturării premature a duzei, respectiv a producerii unor punți de metal (scurtcircuite) între duza de gaz și duza de contact. Rezolvarea problemei în acest caz se face prin sudarea în curent pulsat. Ori de câte ori este posibil se va utiliza însă transferul prin pulverizare care elimină toate dezavantajele prezentate mai sus.

Sârmele tubulare cu pulbere metalică

Fără adaosuri zgurifiante reprezintă cea mai recentă dezvoltare. Cu toate că nu produc zgură ele păstrează caracteristicile favorabile ale sârmelor tubulare privind calitatea și aspectul îmbinării sudate. Se caracterizează prin productivitate ridicată. Absența zgurii, tendința redusă de stropire și stropii fini, amorsarea ușoară și stabilitatea foarte bună a arcului electric recomandă utilizarea acestor sârme în special la sudarea robotizată sau la sudarea în straturi multiple.

1.2.9. Alegerea parametrilor tehnologici la sudarea ST

Natura și polaritatea curentului.

Spre deosebire de sudarea MIG/MAG cu sârmă plină unde se folosește exclusiv sudarea în curent continuu polaritate inversă (CC+) la sudarea ST polaritatea curentului poate să difere de la un tip de sârmă (tip de miez) la altul, respectiv de la un producător la altul. De exemplu în cazul miezului rutilic se recomandă polaritatea (CC+), deoarece la sudarea CC-are loc reducerea caracteristicilor îmbinării și pericolul apariției porilor.

Unele sârme tubulare cu pulbere metalică pot opera atât cu polaritate inversă CC+ cât și cu polaritate directă CC- în funcție de aplicația dată. În general se preferă polaritatea inversă CC+.

La sârmele tubulare cu miez bazic se recomandă utilizarea polarității directe CC- care îmbunătățește stabilitatea arcului, aspectul îmbinării cu reducerea stropirilor.

Utilizarea polarității directe ar putea fi justificată de următoarele particularități: creșterea ratei depunerii cu 50%, respectiv reducerea pătrunderii la sudare. Alți producători de materiale recomandă în marea majoritate a cazurilor folosirea în exclusivitate la sudare ST a polarității inverse CC+. Din acest motiv este foarte importantă cunoașterea recomandărilor producătorului de sârmă prin consultarea catalogului de materiale de sudare. Se reține faptul însă că la utilizarea polarității directe trebuie modificată întotdeauna tensiunea arcului pentru asigurarea stabilității acestuia și optimizarea transferului de metal, prin reducerea tensiunii față de valoarea prescrisă de sursă.

Tensiunea arcului.

Tensiunea arcului acționează direct asupra lungimii arcului prin care se controlează geometria cusăturii, pătrunderea, modul de transfer, respectiv nivelul stropirilor. Dacă tensiunea este redusă pătrunderea crește, lățimea cusăturii scade, supraînălțarea crește. Prin creșterea tensiunii crește lungimea arcului și prin urmare apariția pericolului de defecte în îmbinare de tipul porilor și a crestăturilor marginale.

Curentul de sudare

Curentul de sudare este o funcție de viteza de avans a sârmei electrod, fiind direct proporțională cu aceasta, creșterea vitezei de avans conducând la creșterea curentului de sudare și invers. Din punct de vedere al stabilității arcului, al condițiilor de transfer, respectiv al stropirilor este recomandată utilizarea ori de câte ori este posibil a valorilor de curent situate în a doua jumătate a domeniul specificat pentru un anumit diametru de sârmă de către producător. Excepție face cazul sudării cu transfer prin scurtcircuit când mărimea curentului de sudare se limitează la valori de sub 200A.

În tabelul 1.2.9 se prezintă domeniul de variație a parametrilor Is-Ua în funcție de tipul miezului pentru unele mărci de sârmă tubulară produse de firma ESAB.

Viteza de sudare.

Are o influență importantă asupra pătrunderii la sudare. Domeniul optim se situează în intervalul 30-60 cm/min. Dacă viteza de sudare este mai mare pătrunderea scade ca efect al reducerii energiei liniare în componente. O reducere a pătrunderii apare și dacă viteza de sudare scade sub 30 cm/min., de această dată ca efect al curgerii băii de metal și de zgură pe componente în fața arcului, ceea ce poate duce la apariția defectelor de tipul lipsei de topire.

Viteza mică de sudare trebuie evitată deoarece conduce la creșterea temperaturii de tranziție, respectiv la scăderea tenacității metalului. Prin viteza de sudare se controlează cel mai ușor energia liniară introdusă în componente. În cazul oțelurilor slab aliate se recomandă ca aceasta să fie în domeniul 10-20 kJ/cm, pentru obținerea unor caracteristici de tenacitate superioare. Prin urmare se recomandă tehnica de sudare în număr mare de treceri, cu viteze de sudare mari, fără pendularea electrodului. Se vor evita trecerile groase și late care conduc la o structură dendritică, grosolană cu caracteristici de rezistență și tenacitate scăzute.

Tabelul 1.2.9 – Domeniul de valori pentru parametrii tehnologici Is-Ua

Lungimea capătului liber al sârmei electrod.

Este definită ca distanța dintre duza de contact și componentele de sudat. Modificarea lungimii capătului liber determină modificarea valorii curentului de sudare. Reducerea lungimii capătului liber determină creșterea curentului de sudare, respectiv reducerea ei determină scăderea curentului.

Aceste modificări acționează asupra pătrunderii ca efect al modificării căldurii introduse în componente, respectiv a temperaturii băii metalice. Acțiunea lungimii capătului liber este cu atât mai puternică cu cât diametrul sârmei electrod este mai mic.

Lungimea capătului liber depinde de diametrul sârmei, varianta de sudare cu sau fără protecție de gaz, de modul de transfer. În cazul sudării ST cu autoprotecție poate varia într-un domeniu foarte larg de la 20 la 80 mm în funcție de aplicația dată.

În cazul sudării ST cu protecție suplimentară de gaz pentru asigurarea protecției necesare lungimea capătului liber este mai redusă, cu valori de 10-12 mm la transferul prin scurtcircuit, respectiv 20-30 mm la transferul prin pulverizare.

Interdependența dintre curentul de sudare și viteza de avans a sârmei conduce la concluzia că prin modificarea lungimii capătului liber se poate acționa asupra ratei depunerii la sudare.

Acțiunea capătului liber asupra curentului de sudare, respectiv asupra ratei depunerii se prezintă în tabelul 1.2.10.

Creșterea lungimii capătului liber acționează și asupra conținutului de hidrogen difuzibil din metalul depus, în sensul diminuării acestuia.

Tabelul 1.2.10 – Corelația dintre lungimea capătului liber și rata depunerii (curent)

Obs. Valorile din tabel sunt valabile pentru ds = 1,2 mm

Înclinarea pistoletului de sudare.

Unghiul de înclinare a electrodului are o influență importantă asupra geometriei cusăturii (depunerii) și asupra controlului băii metalice și a zgurii topite. Se recomandă tehnica de sudare spre dreapta sau prin „tragerea cusăturii".

Dacă baia de metal topit tinde să fugă în fața arcului trebuie să creștem unghiul de tragere (drag angle),adică să înclinăm mai mult pistoletul față de verticală figura 2.1.5.

Dacă unghiul de tragere este prea mare,arcul electric devine instabil ceea ce conduce la pericolul formării porilor.

Figura 1.2.9.- Înclinarea pistoletului la sudarea ST

La sudurile de colț nepătrunse în poziție orizontală se recomandă poziționarea vârfului sârmei pe componenta orizontală la aprox. 3 mm fața de axa rostului, respectiv cu o înclinare a pistoletului de 40° față de componenta verticală figura 2.1.6..

Figura 1.2.9.- Înclinarea pistoletului la suduri de colț ST

În cazul sârmelor tubulare cu miez se recomandă o înclinare a capului de sudare cu un unghi de 60°-70°. Forța de refulare a arcului împiedică curgerea băii metalice și a zgurii în fața arcului reducând riscul de incluziuni de zgură în cusătură, iar pătrunderea cusăturii crește, respectiv la suduri de colț nepătrunse este mai sigură.

Tehnica de sudare spre dreapta sau prin „împingerea cusăturii" este de asemenea posibilă în cazul sudurilor de mai mică importantă ca de exemplu în cazul sudurilor de colț nepătrunse cu grosime mică la care pătrunderea nu este foarte importantă cu avantajul obținerii unei cusături mai estetice cu convexitate mai redusă (supraînălțare mai mică).

În cazul sârmelor tubulare cu pulbere metalică pentru obținerea pătrunderii maxime se recomandă tehnica de sudare spre dreapta la un unghi al pistoletului de 70°-80°, care asigură și o protecție optimă a cusăturii la îmbinării cap la cap cu treceri multiple.

Eliminarea devierii arcului electric

Deviera arcului electric apare atunci când coloana arcului nu urmăreste calea cea mai scurtă dintre electrod și piesa de lucru.

Pentru rezolvarea acestei probleme se va proceda în felul următor:

locul conexiunii cablului de masă va fii schimbat

unghiul de tragere va fii micșorat

distanța diuză piesă s va mării

viteza de avans a sârmei și voltajul vor fii micșorate

viteza de deplasare (viteza de sudare) va fii redusă

Eliminarea stropirilor

Are loc atunci când sârma se deplasează prin amestecul topit și loveste fundul plăcii (pisei) având tendința de a împinge pistoletul în sus.

În aceste caz se va acționa asupra :

creșterii voltajului

se micșorează viteza de avas a sârmei electrod(WFS- Wire feed speed)

se micșorează distanța diuză piesă (CTWD- Contact Tip to Work Distance)

se micșoreză unghiul de tragere (Drag angle)

Efectul variabilelor de operare

Cele 4 mai variabile de comandă (Tensiunea arcului;Viteza de avans a sârmei;Viteza de sudare și lungimea capătului liber) sunt interdependente . Dacă una este schimbată de obicei și celelate 3 trebuiesc ajustate.

Crește viteza de avans a sârmei va trebuii crescută si tensiunea arcului pentru a nu avea porozitate și pentru a mentine forma geometrică potrivită a cordonului de sudură.

Dacă tensiunea arcului ,viteza de avans a sârmei si distanța diuză piesă sunt mentinute constante,variațiile vitezei de deplasare(WFS) au următoarele efecte:

o viteză de deplasare prea mare crește convexitatea cordonului de sudură și cauzează margini neregulate.

O viteză de deplasare prea mică poate poduce incluziuni de zgură și iun cordon de sudură rugos

Dacă setările de tensiune,viteză de avans a sârmei și viteza de sudare sunt mentinute constante,variațiile lungimii distanței diuză(CTWD) piesă au următorele efecte majore:

creșterea distanței diuză piesă reduce curentul de sudare,dacă este micșorată ,atunci curentul va crește

creșterea distanței diuză piesă reduce tensiunea arcului efectivă și rezultă un cordon de sudură mai convex și se reduce tendința de porozitate.