ȘTIINȚA ȘI INGINERIA MATERIALELOR Specializarea: INGINERIA SUDĂRII – PROIECT DE DIPLOMĂ – Absolvent: DOBRIA Florin-Emanuel Indrumator științific: Șef… [307740]

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAȘOV

FACULTATEA DE

ȘTIINȚA ȘI INGINERIA MATERIALELOR

Specializarea:

[anonimizat] –

Absolvent: [anonimizat]:

Șef lucr.univ.dr.ing. [anonimizat]

2018UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAȘOV

Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Specializarea: Ingineria Sudării

Tema proiectului

TEHNOLOGIA DE SUDARE SEMIAUTOMATĂ A [anonimizat] –

Absolvent: [anonimizat]:

Șef lucr.univ.dr.ing. [anonimizat]

2018

Abstract

Current development in the context of society acees to energy resources is vital.Transport of liquid and gaseous hydrocarbons from the areas where they are produced to the consumer is achieved mainly trough metal pipe.

Pipes used in the making tubing piping of transport and of petroleum distribution is made of steel and can be manufactured in the form of pipes hot rolled pipes and pipes and and longitudinal welded pipes or spiral welded pipes.

To welding pipes made of steel pipes to succed achieving qualities welds must be considerent the choice of welding materials in accordance whith the steel guy who is made of steel pipe.

[anonimizat], parametric sudares technology and devices etc.

Continuos development in the field led to the development of welding equipment for welding of increasingly powerful. [anonimizat], products JAKLE

Welding technology of metal materials by the proposed proces MIG/MAG combines all directions leading engineering:mettalurgy, chemistry, mechanics, electrnics, automation and advanced robotic technologyes.

Achieve high quality welded joints and require realibility and in depth fundamental research on macro and micro materials.

Cuprins

Abstract 3

Cuprins 4

Introducere 6

1. Generalități privind sudarea cu arc electric 7

1.1.Schemele tehnologice ale procedeelor de sudare 7

1.2. Arcul electric 9

2. Oțeluri folosite la fabricarea țevilor 15

3. Sudarea MIG/MAG 22

3.1. Istoria sudării MIG/MAG 22

3.2. Principiul sudării MIG/MAG 22

3.3. Componența unei instalații de sudare MIG/MAG 23

3.3.1. Surse de curent 24

3.3.2. Dispozitiv de avans al sârmei 25

3.3.3. Pistoletul de sudare 26

3.5. Pozitii de sudare 29

3.7. Mânuirea pistoletului de sudare 31

3.8. Sârmă – electrod 32

3.9. Rata de depunere 33

3.10. Tipuri de rosturi la sudare 34

3.11. Defecte la sudare 34

3.11.1. Defecte la sudare datorate gazului de protecție necorespunzător 34

3.11.2. Defecte de topire 35

4. Operații PENTRU SUDAREA conductelor de transport și distribuție din oțeluri 38

4.1. Alegerea materialelor pentru sudare 40

4.2. Finisarea capetelor țevilor 42

4.3. Sudarea 43

4.3.1. Sudarea rădăcinii 43

4.3.2. Sudarea straturilor de umplere 43

4.4. Examinarea îmbinărilor sudate 44

4.4.1 Examinări nedistructive 44

4.4.2 Examinări distructive 45

5. Utilaje moderne de sudare 47

5.1. Produse JÄCKLE 47

5.2. Produse ESAB 49

5.3. Produse POLYSOUDE 50

6. Aplicație 54

7. Procesul de sudare LaserHibrid 63

Concluzii și propuneri 67

Bibliografie 68

Introducere

În contextul actual de dezvoltare a societății accesul la resurse energetice este vital. Transportul hidrocarburilor lichide sau gazoase din zonele unde acestea se produc până la consumator se realizează preponderent prin conducte metalice.

Sudarea este procedeul tehnologic pentru realizarea îmbinărilor nedemontabile a unor componente metalice sau nemetalice utilizând presiunea sau căldura, cu ajutorul unor materiale de adaos sau fără material de adaos. Îmbinarea ce rezultă în urma procesului de sudare poartă denumirea de sudură. Procedura de sudare reprezintă succesiunea specificată de acțiuni care trebuie să fie urmată în cazul executării unei suduri, incluzând referirea la materiale, la pregătire, la preîncălzire, la procedeul de sudare și la controlul sudării, la tratamentul termic după sudare, precum și la echipamentul de sudare care trebuie utilizat.

Asamblările prin sudare reprezintă următoarele avantaje:

se poate aplica unei game largi de metale și aliaje feroase și neferoase;

se realizează economie de metal ( 15 – 20 % ) în raport cu nituirea sau turnarea;

capacitatea de etanșare în raport cu nituirea este superioară;

eliminarea zgomotului care se întâlnește la nituire;

prețul de cost al asamblărilor sudate este mai redus;

procedeul de sudare se pretează automatizării.

Țevile utilizate la realizarea tubulaturilor conductelor de transport și de distribuție petroliere (destinate vehicularii petrolului, produselor petroliere lichide și gazelor naturale) se realizează din oțeluri și pot fi fabricate sub formă de țevi laminate la cald (fără sudură) și țevi sudate longitudinal sau elicoidal. Oțelurile “clasice” utilizate la realizarea țevilor pentru conducte au structura feritoperlitică tipică oțelurilor nealiate sau slab aliate hipoeutectoide, iar creșterea caracteristicilor lor de rezistență mecanică se realizează în principal prin creșterea concentrației carbonului, care are ca efect mărirea conținutului procentual de perlită din structură.

Semifabricatele de tip platbandă destinate fabricării țevilor sudate longitudinal sau elicoidal se realizează din astfel de oțeluri prin procedee de laminare obișnuite (laminare normalizantă), iar granulația fină a acestora este asigurată prin microaliere cu Ti, V, Nb etc. și conducerea corectă a operațiilor de laminare.

Oțelurile “moderne” ce se utilizează la realizarea țevilor au conținuturi extrem de scăzute de impurități, cu niveluri scăzute ale concentrațiilor de carbon și cu rețete de microaliere complexe.

1. Generalități privind sudarea cu arc electric

1.1.Schemele tehnologice ale procedeelor de sudare

Schema tehnologică a sudării automate sub strat de flux

Aceste procedee se încadrează în categoria procedeelor de sudare electrică cu arc acoperit. Arcul se formează între piesă și electrodul (1). Arcul arde sub un strat de flux (2), care curge din buncărul (3). Picăturile de metal (4) ajung în baia de sudare (5) în condițiile unei bune protecții, asigurate de fluxul topit (6) precum și de atmosfera gazoasă creată. După solidificarea stratului de flux topit, acesta formează un strat de zgură (7) ce se desprinde ușor de cordonul de sudură (8). [1]

Fig. 1.1. Schema sudării sub strat de flux. [1]

[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16]

Schema tehnologică a sudării MIG-MAG

Sudarea în mediu de gaz protector se face cu ajutorul arcului electric format între electrodul (1), fuzibil sau nefuzibil și piesa de sudat. Protecția se asigură cu ajutorul unui jet de gaz inert sau activ aflat în curgere laminară (2) trimis prin ajutajul (3). Arcul electric se formează între piesa de sudat și sârma de adaos. Picăturile de metal (4) ajung în baia de metal (5) care, prin solidificare, formează cordonul (6). După natura gazului, acesta poate fi gaz activ sau gaz inert.

Fig. 1.2. Schema sudării MIG-MAG [1]

Schema tehnologică a sudării TIG-WIG

Sudurea TIG-WIG (tungsten inert gaz, wolfram inert gaz), se face cu ajutorul unui arc electric format între un electrod nefuzibil de tungsten/wolfram și piesa de sudat într-o atmosferă protectoare de gaz inert, argon sau heliu. Micul și intensul arc obținut este ideal pentru o sudură de de înaltă calitate și precizie destinată pieselor cu grosimi mici din aluminiu și oteluri inoxidabile. Materialul de adaos se prezintă sub formă de bare subțiri și se introduc din lateral în baia de metal topit. Deoarece electrodul de tungsten nu este consumat în timpul sudării, sudorul nu trebuie să echilibreze aportul de caldură produs de arc cu metalul depus din electrodul de adaos. [1]

Schema tehnologică a sudării cu plasmă

În cazul acestui procedeu de sudare, arcul electric se formează între electrodul (1), din wolfram sau zirconiu, și ajutajul (2) și este puternic ștrangulat mecanic și electromagnetic. Prin ajutajul (2) se trimite un gaz plasmogen (argon), care formează, prin disociere și ionizare, plasma. Temperatura jetului de plasmă este foarte ridicată (10000 – 24000)°C. Pentru protecția arcului și răcirea ajutajului se suflă prin ajutajul (3) un gaz de protecție (heliu+argon). Arcul ce se formează inițial între electrod și ajutaj (arc pilot) este apoi transferat, prin deschiderea comutatorului K, asupra piesei care este legată la polul pozitiv al sursei.

Fig. 1.4. Schema sudării cu plasmă [1]

1.2. Arcul electric

Electrodul, legat la una din bornele sursei (de exemplu la cea negativă), este adus în contact cu piesa legată la cealaltă bornă (fig. 1.5.a). Punctele de contact, ce constituie locuri de ștrangulare a liniilor de curent, se vor încălzi până la temperatura de topire datorită curentului de scurtcircuit foarte mare. Sub influența forței de apăsare F, numărul punctelor de contact crește continuu, astfel încât în final, zona de contact dintre electrod și piesă va fi formată dintr-o punte de metal lichid (fig. 1.5.b). La ridicarea electrodului de pe piesă (fig. 1.5.c), simultan cu alungirea punții de metal, datorită forțelor electromagnetice Fe, se va produce și o strangulare a acestei punți. Strangularea punții metalice determină o creștere a rezistenței electrice, ceea ce conduce la creșterea temperaturii acestei porțiuni. La atingerea temperaturii de fierbere a metalului are loc ruperea punții metalice și formarea vaporilor metalici care, fiind ușor ionizabili, asigură trecerea curentului în continuare, sub forma unei descărcări electrice în arc (fig. 1.5.d).

Procesul de formare a arcului electric durează doar câteva fracțiuni de secundă și se caracterizează prin fenomene fizice complexe: emisie termoelectronică, ionizarea gazului din spațiul arcului, accelerarea ionilor în câmpul electric, etc. [1]

a) contact b) încălzire c) retragerea d) aprinderea și topire

electrodului arcului

Fig. 1.5. Amorsarea și formarea arcului electric. [2]

Trebuie precizat faptul că, datorită transportului de ioni de la anod la catod, anodul va apărea sub forma unui crater, iar catodul sub forma unui con. La întreruperea punții de metal, temperatura catodului este menținută și chiar majorată datorită bombardării cu ioni pozitivi, captați din descărcare.

În cazul sudării cu electrod nefuzibil se petrec aceleași fenomene, însă puntea metalică topită se produce numai în contul topirii metalului de bază.

Părțile componente ale arcului electric sunt: zona catodică, coloana arcului și zona anodică. În figura 1.6 s-a reprezentat schematic arcul electric precum și repartizarea căderilor de tensiune în lungul acestuia.

Delimitările de spațiu într-o descărcare sunt justificate prin aceea că repartizarea tensiunii este neuniformă, deoarece apar grupări masive de sarcini excedentare în jurul celor doi electrozi.

În arcul electric se pot deosebi următoarele zone: 1- pata catodică; 2- zona catodică; 3- coloana arcului; 4- zona anodică; 5- pata anodică.

Fig. 1.6. Părțile componente ale arcului electric. [2]

Pata catodică (1) se formează pe suprafața catodului și este locul cel mai cald al catodului, fiind sursa emisiei electronilor. Fără pata catodică, arcul electric nu s-ar putea forma. Acest lucru a fost demonstrat experimental, prin inversarea polarității și deplasarea anodului cu viteze din ce în ce mai mari. S-a observat că, de la o anumită viteză de deplasare a anodului pata catodică (de pe piesa fixă) neputându-se forma, arcul electric se stinge, ceea ce nu se întâmplă la arcul cu polaritate directă.

Zona catodică (2) se întinde pe o lungime foarte mică, având ordinul de mărime de (10-4…10-6)cm, egală cu parcursul liber al electronilor în gazul ce înconjoară catodul. În această zonă, se presupune că electronii nu suferă ciocniri. Câmpul electric accelerează electronii spre anod, iar ionii pozitivi spre catod și întrucât masa ionilor este considerabil mai mare decât a electronilor, viteza lor de deplasare va fi mult mai redusă.

De aceea, în zona catodică, concentrația de ioni pozitivi (sarcina spațială) este cu mult mai mare decât concentrația de electroni, ceea ce conduce la crearea câmpului deosebit de intens în zona catodică.

Intensitatea câmpului electric este de ordinul (105 – 106 ) V/cm, asigurând astfel o emisie electronică însemnată, iar căderea de tensiune pe această zonă este de (8…20) V.

Temperatura petei catodice variază între 1380 C pentru magneziu și 3680 °C pentru wolfram. În general, temperatura petei catodice este mai mică decât temperatura de fierbere a metalului respectiv, excepție făcând magneziu și aluminiu.

Aceasta se datorează faptului că magneziu și aluminiul formează oxizi a căror temperatură de topire este mult mai înaltă și care ridică temperatura petei catodice. Valoarea căderii de tensiune pe zona catodică depinde de potențialul de ionizare al gazului sau vaporilor din spațiul arcului și se consideră că Uk = Uionizare.

Zona anodică (4) se află în vecinătatea anodului și are o întindere mai mare decât zona catodică, având ordinul de mărime (10-3…10-4) cm și o cădere de tensiune mai mică, având valoarea de (2…3) V. În apropierea anodului este preponderentă concentrarea electronilor, creându-se o sarcină spațială negativă. Spectografic s-a observat că intensitatea câmpului electric este mai mică decât la catod. Anodul este puternic încălzit și temperatura sa Tan este mai ridicată decât aceea a catodului deoarece la anod nu are loc emisie electronică. Emisia de electroni a catodului, în urma consumării lucrului mecanic de ieșire, este însoțită de o scădere a temperaturii.

Coloana arcului (3) este practic egală cu lungimea arcului. Aici au loc ionizări, excitări și recombinări între particulele gazului. Acest spațiu este umplut cu gaz ce are temperatura cea mai ridicată și de aceea, în coloana arcului, o importanță deosebită o capătă ionizarea termică.

Coloana arcului este neutră, suma sarcinilor particulelor negative este egală cu suma celor pozitive. Ionizarea termică a gazului se produce nu numai datorită ciocnirilor neelastice ale electronilor cu atomii, ci și ca urmare a ciocnirii atomilor între ei.

Aceasta se explică prin aceea că în gazul ce umple coloana arcului, odată cu ridicarea temperaturii, crește rapid numărul atomilor ce dispun de energie suficientă pentru ionizarea puternică a gazului prin ciocniri. De aceea, coloana arcului conține un gaz puternic ionizat, având temperatura în axă foarte ridicată: (6000…8000)°C. În schimb, pe direcție radială, temperatura în coloana arcului va fi repartizată neuniform, datorită transmiterii căldurii, temperatura fiind maximă în axa coloanei și minimă la periferie.

Temperatura coloanei arcului crește odată cu creșterea curentului și scade cu scăderea potențialului de ionizare. Curentul total prin coloana arcului reprezintă o sumă între curentul dat de sarcinile pozitive ce se deplasează spre catod și curentul format de sarcinile negative ce se deplasează spre anod.

Neglijând componenta curentului dată de deplasarea ionilor pozitivi, datorită mobilității lor mult mai mici decât a electronilor, se poate considera că, curentul prin arc este datorat numai electronilor.

Conductibilitatea electrică a coloanei arcului este mult mai mare decât a zonei catodice, deoarece numărul de electroni emiși de unitatea de volum este mult mai mare decât a celor emiși în zona catodului. Deci, câmpul electric Ec va fi mult mai mic: Ec = (10… 40) V/cm. Experimental se confirmă studiile teoretice conform cărora intensitatea câmpului electric în coloana arcului pe direcție axială este constantă.

1.3. Stabilitatea statică a arcului electric și caracteristicile externe ale surselor de sudare

Se consideră sistemul format dintr-o sursă de alimentare (S.A.) și un arc electric (fig. 1.7). Pentru fiecare valoare a curentului debitat Is, la bornele sursei va fi o anumită tensiune Us. Regimul staționar al sistemului este determinat de egalitatea tensiunilor și curenților. Prin urmare, la o astfel de stare se poate scrie: Ua = Us = Ur și Ia= Is = Ir , unde Ur și Ir reprezintă tensiunea și curentul în punctul de funcționare (de regim).

Fig. 1.7. Sursa de alimentare și arcul electric. [3]

Prin caracteristica externă a sursei de sudare se înțelege curba de variație a tensiunii la borne în funcție de intensitatea curentului debitat. Între caracteristica externă a sursei și caracteristica statică a arcului trebuie să existe o corelație care să asigure un proces de sudare stabil și uniform.

Pentru determinarea stabilității statice a sistemului din figura 1.7., se va analiza comportarea lui la abateri mici de la starea de echilibru.

Cele doua curbe (fig. 1.8), caracteristica externă a sursei (1) și caracteristica statică a arcului (2), se intersectează în punctele A și B, ce reprezintă punctele de ardere staționară a sistemului, puncte în care sunt satisfăcute relațiile (1.7).

Fig. 1.8. Caracteristica statică a arcului; caracteristica externă a sursei de sudare. [3]

În punctul A – dacă va crește curentul cu I, tensiunea sursei devine mai mare decât a arcului și curentul crește până ajunge în punctul B. Rezultă că punctul A este un punct instabil de funcționare.

În punctul B – dacă va crește curentul cu I, tensiunea sursei devine mai mică decât tensiunea arcului, curentul scade, revenindu-se astfel în punctul B. Punctul B va fi deci un punct stabil de funcționare.

Caracteristicile externe trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

la mers în gol, sursa trebuie să asigure o tensiune suficientă pentru aprinderea arcului electric;

după aprindere, tensiunea sursei trebuie să fie acordată cu aceea a arcului, ceea ce impune caracteristicii sursei să varieze după cum cere caracteristica statică a arcului;

intensitatea curentului de sudare trebuie să fie cât mai constantă la variații ale tensiunii în arc, deoarece la sudare lungimea arcului nu se poate menține riguros exactă;

Raportul dintre curentul de scurtcircuit (Ik) și curentul de sudare (Is), trebuie să varieze între anumite limite. Dacă Ik este prea mare, vor apare stropiri intense, iar dacă Ik este mic în raport cu Is, apare fenomenul de lipire a electrodului de piesă. Valorile optime sunt date de intervalul Ik/Is = (1,2…1,4).

În general, o sursă de curent poate avea o caracteristică externă de forma curbelor (1), (2) sau (3) (fig. 1.9.a). Analizând stabilitatea sistemului energetic format din sursele cu caracteristicile (1) și (2) și arcul electric, se constată că punctele A și B sunt puncte instabile de funcționare, deci singurele caracteristici utilizabile sunt cele coborâtoare.

Fig. 1.9. Caracteristica externa a unei surse de curent [3]

2. Oțeluri folosite la fabricarea țevilor

Țevile utilizate la realizarea tubulaturilor conductelor de transport și de distribuție petroliere (destinate vehicularii petrolului, produselor petroliere lichide și gazelor naturale) se realizează din oțeluri și pot fi fabricate sub formă de țevi laminate la cald (fără sudură) și țevi sudate longitudinal sau elicoidal. Oțelurile “clasice” utilizate la realizarea țevilor pentru conducte au, conform recomandărilor din API Spec. 5L, compoziția chimică prezentată în tabelul 2.1 și caracteristicile mecanice prezentate în tabelul 2.2.

Aceste oțeluri au structura ferito – perlitică tipică oțelurilor nealiate sau slab aliate hipoeutectoide, iar creșterea caracteristicilor lor de rezistență mecanică se realizează în principal prin creșterea concentrației carbonului, care are ca efect mărirea conținutului procentual de perlită din structură. Semifabricatele de tip platbandă destinate fabricării țevilor sudate longitudinal sau elicoidal se realizează din astfel de oțeluri prin procedee de laminare obișnuite (laminare normalizantă), iar granulația fină a acestora este asigurată prin microaliere cu Ti, V, Nb etc. și conducerea corectă a operațiilor de laminare.

Tabel 2.1. Compoziția chimică a oțelurilor „clasice” pentru țevi conform API Spec 5L [4, pag 11]

Tabel 2.1. Compoziția chimică a oțelurilor „clasice” pentru țevi conform API Spec 5L (continuare) [4]

a) Pentru fiecare reducere cu 0,01 % a concentrației maxime specificate a carbonului este permisă o creștere cu 0,05 % a concentrației maxime specificate a manganului, dar fără ca această concentrație să depășească 1,50 % pentru oțelurile X42…X52, 1,65 % pentru oțelurile X56…X65 și 2,00 % pentru oțelurile X70 și X80;

b) %Nb + %V ≤ 0,03 %, dacă producătorul și beneficiarul țevilor nu au stabilit altfel;

c) Nb, V sau combinațiile lor se pot utiliza pentru microaliere fără restricții;

d) %Nb + %V + %Ti ≤ 0,15 %; e) %Nb + %V ≤ 0,06 %, dacă producătorul și beneficiarul țevilor nu au stabilit altfel;

f) Alte compoziții pot fi propuse de producător și acceptate de beneficiar, dacă sunt respectate prescripțiile din tabel privind conținuturile de impurități (S și P).

* PSL ≡ Product Specification Level (nivelul specificat al produsului).

Tabel 2.2. Caracteristicile mecanice ale oțelurilor „clasice” pentru țevi conform API Spec 5L [4]

Tabel 2.2. Caracteristicile mecanice ale oțelurilor „clasice” pentru țevi conform API Spec 5L(continuare) [4]

a) Alungirea procentuală după rupere, măsurată la o distanță între reperele epruvetei de tracțiune de 2 în (50,80 mm), trebuie să depășească valoarea dată de relația Amin = 1,944S0,2/Rm 0,9, S=min(S0; 485 mm2), S0 fiind aria secțiunii transversale a porțiunii calibrate a epruvetei încercate la tracțiune, în mm2, iar Rm – rezistența minimă la tracțiune, în N/mm2, a oțelului analizat;

b) Caracteristicile de tenacitate se stabilesc la înțelegere între producătorul și beneficiarul țevilor.

Oțelurile “moderne” utilizate la realizarea țevilor pentru conducte au conform recomandărilor standardelor internaționale, compoziția chimică prezentată în tabelul 2.3 și caracteristicile mecanice prezentate în tabelul 2.4 (care respectă prescripțiile generale recomandate de API Spec 5L, dar sunt realizate cu conținuturi extrem de scăzute de impurități, cu niveluri scăzute ale concentrațiilor de carbon și cu rețete de microaliere complexe). Datorită rețetei de aliere utilizate, diagramele TTT la răcirea austenitei acestor oțeluri au configurația prezentată în figura 2.1, ceea ce permite ca, prin răcirea controlată la sfârșitul laminării semifabricatelor (cu jeturi de apă sau de aer comprimat), să se obțină o structură cu ferită aciculară (bainită cu conținut scăzut de carbon). Acest tip de structură diferă esențial, așa cum se poate observa pe micrografiile prezentate în figura 2.2, de structura ferito-perlitică (cu cristale poliedrice de ferită) ce rezultă dacă se aplică laminarea obișnuită.

[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16]

Fig. 2.1. Modul de realizare a structurii cu ferită aciculară la oțelurile pentru țevi de conducte

Fig. 2.2. Microstructurile unui oțel cu %Cm = 0,06 %, %Mnm =1,8 %, %Mom = 0,3 %, %Nbm = 0,04 % obținute prin: a. laminare obișnuită (structură cu ferită poliedrică și perlită dispuse în benzi); b. laminare controlată (structură cu ferită aciculară)

Tabel 2.3. Compoziția chimică a oțelurilor „moderne”pentru țevi [4]

a) Valori minime, în % masice (dacă nu se precizează altfel); valorile maxime ale concentrațiilor se stabilesc de producătorul de țevi, cu respectarea cumulată a tuturor prescripțiilor din tabel;

b) Se va respecta și condiția % (Cu + Ni + Cr) ≤ 0,50;

c) Mo poate fi max. 0,35 %, dacă s-a introdus neintenționat V;

d) Pcm = %C + %Și/30+%(Mn + Cu + Cr)/20 +Ni/60 + Mo/15 + %V/10+5 %B; Pcm are semnificația unui carbon echivalent pentru oțelurile cu %C ≤ 0,12.

Tabel 2.4. Caracteristicile mecanice ale oțelurilor „moderne” pentru țevi [4]

Tabel 2.5. Caracteristicile mecanice ale oțelurilor „moderne” pentru țevi ( continuare) [4]

a) valoarea corespunde epruvetelor plate cu lățimea de 38 mm și distanța dintre repere de 50,8 mm (2 în); la utilizarea altor epruvete se va face conversia rezultatelor pe baza indicațiilor din ISO 2566/1.

b) Pentru țevile folosite la conductele de gaze: a = 10 0C, dacă grosime țevii este s ≤ 20 mm; a = 20 0C, dacă grosime țevii este 20 < s ≤ 30 mm; a se stabilește la înțelegere între beneficiar și fabricant, dacă grosimea țevii este s > 30 mm; Pentru țevile folosite la conductele de lichide: a = 0 0C, dacă grosime țevii este s ≤ 20 mm; a = 10 0C, dacă grosimea țevii este 20 < s ≤ 30 mm; a se stabilește la înțelegere între beneficiar și fabricant, dacă grosimea țevii este s > 30 mm; Pentru țevile folosite la conductele ce transportă amestecuri de lichide și gaze se aplică prescripțiile de la conductele de gaze;

c) Se vor încerca seturi de minim 3 epruvete, cu crestăturile orientate radial pe grosimea țevii și vârful situat în MB, CUS și ZIT;

d) Energia minimă absorbită de epruvetele încercate se stabilește la înțelegere între beneficiar și fabricant.

Oțelurile cu structură de ferită aciculară (bainită cu conținut scăzut de carbon) au caracteristici ridicate de rezistență mecanică, realizate în principal prin obținerea unei granulații foarte fine și asigurarea unor efecte de durificare prin precipitarea unor compuși intermetalici (nitruri sau carbonitruri de dimensiuni submicroscopice ale elementelor cu care sunt microaliate); performanțele de rezistență mecanică (caracteristicile Rp0,2 sau Rt0.5 > 500 N/mm2) și tenacitate (KV > 130 J la ta și temperatura de tranziție t50% < −20 oC) asigurate au determinat includerea acestor oțeluri în categoria oțelurilor slab aliate (microaliate) cu rezistență mecanică ridicată HSLA (High Strength Low Alloy).

Semifabricatele de tip platbandă destinate fabricării țevilor sudate longitudinal sau elicoidal se realizează din astfel de oțeluri prin procedee de laminare controlată sau laminare termomecanică (laminare cu grade mari de deformare la care se controlează strict temperaturile de lucru, vitezele de încălzire și răcire, gradele și vitezele de deformare la fiecare trecere), care pun în valoare prezența în aceste oțeluri a unei game largi de elemente de microaliere (Nb, V, Ti, Mo etc.). Valorificarea microalierii complexe prin utilizarea laminării termomecanice permite obținerea unor performanțe foarte ridicate privind caracteristicile de rezistență mecanică, în condițiile menținerii la niveluri scăzute (care să asigure o bună sudabilitate) a concentrațiilor de carbon.

În prezent sunt adoptate la noi în țară standardele SR EN 10208-1,2 – Țevi din oțel pentru conducte destinate fluidelor combustibile, care reglementează calitatea țevilor din oțel pentru conductele destinate transportului și distribuției produselor petroliere lichide și gazelor naturale. Clasele de prescripții (de calitate) corespunzătoare acestor țevi sunt echivalente PSL din API Spec 5L: clasa A este echivalentă cu PSL 1 (conducte la care condițiile tehnice nu prevăd garantarea tenacității țevilor prin prescrierea unor valori minime ale energiei de rupere la încercarea la încovoiere prin șoc), iar clasa B – cu PSL 2 (la care sunt impuse condiții privind nivelul minim al tenacității țevilor).

3. Sudarea MIG/MAG

3.1. Istoria sudării MIG/MAG

Procedeul de sudare MIG/MAG a început să se dezvolte începând cu anul 1947, când pe piața din SUA au apărut primele instalații destinate acestui procedeu. Pe atunci se numea sudare S.I.G.M.A, care era prescurtarea de la „Shielded Inert Gas Metal Arc” (poate fi echivalată cu sudarea MIG).

În anul 1952, inginerii ruși au folosit pentru prima dată CO2 (dioxid de carbon) la sudare, astfel a luat naștere procedeul cunoscut astăzi ca și sudarea MAG. În scurt timp, acest procedeu s-a răspândit cu repeziciune în Europa vestica pentru sudarea otelurilor nealiate și slab aliate. Totuși, odată cu scăderea prețului la argon în anii `60, a început să se utilizeze și amestecuri de gaze, iar utilizarea acestora s-a extins tot mai mult de-a lungul anilor. În prezent este posibilă sudarea MIG/MAG la standarde de calitate superioare și cu productivitate ridicată.

În decursul ultimilor ani, sudarea MIG/MAG a câștigat o importanță tot mai mare, nu doar pentru sudarea oțelurilor de construcții nealiate și slab aliate, ci și pentru sudarea aluminiului și a oțelurilor înalt aliate – datorită tehnologiei arcului electric pulsat. Datorită caracteristicilor speciale, cum ar fi: rata ridicată de depunere, pătrundere adâncă, rentabilitate mare, manevrare ușoară, mecanizare completă etc., sudarea MIG/MAG oferă multe avantaje față de alte procedee de sudare.

3.2. Principiul sudării MIG/MAG

Arcul electric arde între un electrod care se topește (și care este în același timp material de adaos de sudare) și piesa de sudat. Gazul de protecție este fie inert (MIG – de ex. argon, heliu și amestecuri ale acestora), fie activ (MAG – CO2, sau amestecuri Ar cu CO2, și/sau O2). Se pot folosi și amestecuri de gaze cu 2, 3 sau 4 componente, ca de ex. dioxid de carbon, argon, heliu și oxigen. De asemenea, se poate folosi chiar și dioxid de carbon pur.

Schița prezintă principiul procedeului. Sârma – electrod vine de la bobină și este condusă prin rolele de antrenare la duza de curent. În marea majoritate a cazurilor polul pozitiv este la sârmă. Capătul liber al sârmei este scurt, astfel încât se pot utiliza intensității ridicate de curent, cu toate ca electrodul este subțire. Gazul de protecție iese dintr-o duza de gaz, care înconjoară electrodul concentric și protejează arcul electric de acțiunea atmosferei.

Fig. 3.1. Principiul sudării MIG/MAG [5]

3.3. Componența unei instalații de sudare MIG/MAG

Fig. 3.2. Componența unei instalații de sudare MIG/MAG [5]

Sursă de curent de sudare

Dispozitivul de avans la sârmei

Pachetul de furtune de legătură

Pistoletul de sudare manuală

Sistemul de răcire

Butelia de gaz

Variante constructive

Sistem compact:

dispozitivul de avans al sârmei este incorporat în sursa de sudură;

distanța de la sursă la locul de muncă este limitată de lungimea pistoletului;

sârma este împinsă.

Sistem cu derulator separat:

dispozitivul de avans al sârmei este exterior sursei de sudură;

distanța de la sursă la locul de muncă este dată de lungimea pachetului de furtune dintre sursă și DAS și de lungimea pistoletului;

sârma este împinsă.

Sistem Push-Pull

sârma este trasă și împinsă;

lungimea pistoletului poate fi mult mai mare;

există și în varianta compactă și în varianta cu derulator separat.

3.3.1. Surse de curent

Doar surse de curent continuu sunt utilizate la sudarea MIG/MAG, cu polul puls la sărmă – electrod (în cazul în care se folosesc sârme tubulare, la anumite tipuri de sârme, este necesar ca polul negativ să fie la sârmă).

Sursa de curent trebuie să permită o reglare fină, pentru a permite obținerea unui set de parametri optimi pe întregul domeniu dat. În cazul unei instalații cu reglaj în trepte, pasul trebuie să fie adaptat domeniului de curent corespunzător instalației(de ex. 18 – 36 trepte la o instalație de 300A). În cazul surselor de curent mai sofisticate (cum ar fi sursele de curent cu invertor), puterea poate fi reglata continuu (adică, fără trepte) cu ajutorul unui potențiometru.

La alegerea unei instalații de sudare în mediu de gaz protector este important ca sursa de curent să aibă o putere de ieșire suficientă. Pe plăcuța indicatoare sunt prezentate datele tehnice ale instalației.

Durata activa (DA) a unei surse de curent este dată în procente. În mod normal, pe plăcuță indicatoare este dată intensitatea permisă a curentului și tensiunea corespunzătoare pentru o durata activă de 100% și respectiv 60%. La interpretarea informațiilor trebuie ținut cont de durata ciclului care poate fi 5 sau 10 min și de temperatura mediului ambiant care poate fi 25° sau 40° C. La sursele FRONIUS informațiile se refera la o durata a ciclului de 10 min. la o temperatura a mediului înconjurător de 40°C. Sursa de curent a cărei plăcuta indicatoare indica 450A poate fi utilizata 100% la 360A.

Surse de curent pentru sudarea în curent pulsat

Odată cu dezvoltarea electronicii și utilizării ei tot mai mult în tehnologia construcției echipamentelor de sudare au fost dezvoltate așa numite sisteme de reglare în buclă închisă, care mențin curentul și tensiunea de sudare constantă fără ca acești parametri să depindă de modificarea tensiunii rețelei și a lungimii cablului de alimentare. Elementul principal în schema constructivă îl reprezintă bucla de reglare în circuit închis cu senzori pentru curentul și tensiunea de sudare.

Fig. 3.3. Schema de conexiuni a unei surse de curent cu invertor [5]

Valorile reale din procesul de sudare vor fi permanent comparate cu valorile prescrise pentru parametrii de sudare cu ajutorul unui microprocesor, iar abaterile vor fi corectate instantaneu. Aceasta constituie premisa principală pentru reproductibilitatea rezultatelor sudării.

Un alt avantaj al surselor de sudare cu invertor este și faptul că tipul transformatorului și/sau al droserului de ieșire nu influențează caracteristicile de sudare.

Aceste aspecte deschid de fapt posibilități nelimitate de a influenta calitatea procesului de sudare chiar din proiectarea și construcția echipamentului de sudare.

Principiul funcționării a unei surse de curent cu invertor

Tensiunea rețelei de curent alternativ trifazat de 400 V va fi mai întâi redresată. Printr-un comutator cu transistori rapid această tensiune continua va fi “mărunțită” (conectată și deconectată) cu o frecvență de ex. de 100kHz (de 100.000 ori într-o secundă). După transformator rezultă tensiunea de lucru dorită, care va fi redresată și transmisă la bornele de ieșire. Un regulator electronic ajustează caracteristica sursei de curent la procedeul de sudare preselectat.

3.3.2. Dispozitiv de avans al sârmei

Pentru un proces de sudare de calitate, un factor esențial îl constituie alimentarea constantă și cu viteza uniformă cu sârmă de sudare.

Motoarele utilizate la dispozitivele de avans sârmă sunt motoare în curent continuu fie cu stator bobinat fie cu magnet permanent (cele cu magnet permanent sunt mai des folosite) sau motoare cu rotor disc. Aceste motoare se caracterizează printr-o durabilitate ridicata.

În practica, se folosesc sisteme de antrenare cu 2 și 4 role. Sistemele cu 4 role prezintă avantajul că asigură alimentarea fără probleme chiar și în cazul în care se folosesc aliaje de aluminiu sau sârme tubulare.

Viteza de avans a sârmei trebuie sa fie reglabilă între 1 și aprox. 22 m/min. La aparatele pentru sudarea MAG de productivitate ridicată, trebuie să fie posibile viteze de avans de până la 30 m/min.

Fig. 3.4. Dispozitiv de avans al sârmei [5]

Alimentarea corespunzătoare cu sârmă este generată de diferite elemente ale sistemului de alimentare

presiunea de apăsare a rolelor de avans trebuie astfel reglată, încât sârma – electrod să nu se deformeze și/sau exfolieze, și totuși să garanteze alimentarea ireproșabilă cu sârmă.

trebuie să se utilizeze role de avans cu canal corespunzător diametrului sârmei.

diferite materialele de adaos necesita role de antrenare cu forme diferite ale canalului:

Canal trapezoidal, neted:

Fe

CrNi

sârme pline din oțel nealiat, slab aliat sau înalt aliat

Canelură semicirculară, netedă:

Aluminiu și aliajele sale

CuSi3

sârme din bronz

Canelură semicirculară, striată (randalinată):

sârme tubulare din diferite aliaje

3.3.3. Pistoletul de sudare

Este componenta instalației de sudare cu care lucrează efectiv operatorul sudor, din acest motiv poate fi definit ca „interfață” cu instalația de sudare. Multe defecte și erori apărute în timpul sudarii sunt cauzate de pistoletul de sudare. Mânuirea cu grija a pistoletului garantează o funcționare sigură a instalației de sudare și reduce costurile de exploatare.

O distincție fundamentală există între pistolete de sudare manuale și cele mecanizate. Pentru cabluri ale pistoletelor de până la aprox. 4,5m, sârmele sunt împinse, iar pentru lungimi mai mari ale cablurilor de legătură se utilizează pistolete Push-Pull.

În cazul pistoletelor de sudare manuală, se face distincție între pistoletele cu răcire cu gaz și cele cu răcire cu lichid de răcire. În funcție de domeniul curentului de sudare și de durata activă, se alege tipul de răcire necesar. Pentru intensității de curent de peste 300 A se recomandă utilizarea pistoletelor de sudare răcite cu lichid de răcire (pentru o durata de viață mai mare, și un necesar mai mic de consumabile). La sudarea cu arc electric pulsat, se folosesc în marea majoritate a cazurilor pistolete de sudare răcite cu lichid de răcire.

Fig. 3.5. Pistolet de sudare (schemă de principiu) [5]

3.4. Gaze de protecție

Gazul de protecție trebuie selectat în funcție de material și de specificul aplicației. Compoziția și calitatea gazului de protecție influențează:

Starea arcului electric;

Transferul materialului de adaos;

Rata de depunere;

Forma băii de sudare;

Adâncimea pătrunderii;

Compoziția chimică a băii de sudare;

Caracteristicile mecanice ale cordonului sudat.

Gazul de protecție protejează baia de sudare împotriva acțiunii aerului, influențează procesele ce au loc în arcul electric, desprinderea picăturilor de material topit și forma cusăturii sudate. Gazele de protecție nu au miros, culoare și gust. Nu sunt otrăvitoare, dar pot să ia locul aerului.

Fig. 3.6. Rolul și acțiunea gazului de protecție [5]

Se deosebesc următoarele tipuri de gaze de protecție:

Tabel 3.1. Tipuri de gaze de protectie

Tabel 3.2. Tipuri de gaze de protectie funcție de materialul sudat

Alimentarea cu gaz de protecție se face fie dintr-o butelie sau baterii de butelii fie din stocator. Indiferent de modalitatea de stocare a gazului este necesară în prima fază reducerea presiunii de la presiunea de stocare la presiunea de lucru, și apoi reglarea debitului de gaz.

După elementul de reglare al debitului, gazul ajunge prin furtunul de legătură la electrovalva care comandă deschiderea și închiderea gazului din sistemul de avans sârmă. Mai departe gazul de protecție este condus prin pachetul de furtune al pistoletului de sudare, până la vârful acestuia, în duza de gaz. O formula a lui Faust spune ca debitul gazului de protecție exprimat în l/min, trebuie fie de 10 -12 ori diametrul sârmei exprimat în mm.

De exemplu: Φsârmă = 1,2 mm sarma rezulta un debit de gaz cuprins intre 12-14 l/min. În practică se recomandă verificarea periodică a debitului de gaz chiar la duza de gaz a pistoletului de sudare.

3.5. Pozitii de sudare

Fig. 3.7. Poziții de sudare [5]

3.6. Transferul materialului de adaos

În funcție de densitatea curentului, de puterea arcului electric și de gazele de protecție utilizate se pot distinge tipuri diferite de transfer al materialului, care se caracterizează fiecare printr-un tip special al arcului electric.

Fig. 3.8. Tipuri de arc electric [5]

Tabel 3.3. Tipuri de arc electric [5]

(Clasificare conform DIN 1910, partea 4)

Tipul de arc electric utilizat se alege în funcție de grosimea tablei și de specificul aplicației. Transferul materialului poate fi îmbunătățit, în special la arcul scurt și cel pulsat, prin proiectarea și construcția surselor de curent cu tranzistori (invertor). Acest lucru este posibil datorită vitezei ridicate de reacție a sursei de curent cu invertor.

Fig. 3.9. Tipul arcului în funcție de viteza de avans și de intensitatea curentului – diam sârmei 1 mm [5]

Fig. 3.10. Tipul arcului în funcție de viteza de avans și de intensitatea curentului – diam sârmei 1,2 mm [5]

3.7. Mânuirea pistoletului de sudare

Chiar dacă nu se modifică setările instalației (tensiune și viteza de avans a sârmei), orientarea pistoletului față de direcția de sudare influențează procesul de sudare și forma cordonului de sudură. Se deosebesc 3 poziții pentru pistoletul de sudare:

Direcția de sudare

neutru – pistoletul de sudare este ținut vertical față de direcția de deplasare; [5]

tras – pistoletul de sudare „împinge baia de sudare”; [5]

tras – pistoletul de sudare „trage baia de sudare”. [5]

3.8. Sârmă – electrod

Exista 2 tipuri principale de sârmă – electrod:

Fig. 3.11. Tipuri de sârme; a) pline; b) tubulare

Tabel 3.4. Tipuri si diametre de sârme [5]

Denumirea „SG2” a fost schimbată conform standardului european EN 440, iar acum se numește G3 Si 1.

Sârmă tubulară

Până la o anumita limită, miezul unei sârme tubulare are aceeași funcție ca și învelișul unui electrod:

formarea zgurii;

introducerea de elemente de aliere în baia de sudare;

protecția băii fierbinți de acțiunea coroziva a mediului.

Domenii de utilizare:

Pentru oțeluri înalt aliate;

Șantiere navale;

Sudarea în poziție.

3.9. Rata de depunere

Rata de depunere crește cu scăderea diametrului sârmei (pentru o intensitate constantă a curentului), deoarece sârma cu diametru mai mic are o rezistenta electrica mai mare. Factorul decisiv pentru rata de depunere este viteza de avans a sârmei. Rata de depunere este exprimata în kg/h sau g/min, și are formula:

Fig. 3.12. Rata de depunere funcție de viteza de avans a sârmei [5]

3.10. Tipuri de rosturi la sudare

Când se alege tipul arcului electric, trebuie să se țină seama și de rostul la sudare al aplicației. Tipul îmbinării (adică poziția relativă a sudurii) și forma rostului rezultă din tipul cordonului sudat.

Fig. 3.13. Tipuri de rosturi la sudare [5]

Cusăturile de colt (7) sunt îmbinări de sudare la care piesele sunt perpendiculare una pe alta în doua plane. Cusătura cap la cap (1-6) este considerată ca fiind îmbinarea de sudare la care piesele de îmbinat se află în același plan.

3.11. Defecte la sudare

3.11.1. Defecte la sudare datorate gazului de protecție necorespunzător

Insuficient gaz de protecție în baia de sudare duce la reacții între aer și baie de sudare și la cusături sudate cu pori cu stabilitate insuficientă.

Fig. 3.14. Curent de aer care perturbă acoperirea gazului de protecție [5]

Curentul de aer (de ex. pe șantier) perturbă acoperirea gazului de protecție.

Fig. 3.15. Debit de gaz insuficient [5]

3.11.2. Defecte de topire

Doar arcul electric (nu baia de sudare) are suficienta energie pentru a topi suprafața de îmbinat și de a realiza o îmbinare stabilă. Pentru a evita defectele de topire, trebuie ca îmbinarea de sudat să fie pregătită și prelucrată corespunzător.

Se pot face următoarele greșeli:

Defecte de topire pot apărea când arcul electric nu atinge marginile rostului sau stratul depus anterior, deoarece baia de sudare fuge înainte.

În cazul în care poziția pistoletului este incorectă, arcul electric topește doar o margine a rostului de sudare. Acest fapt poate conduce la defecte de topire și, prin aceasta, la îmbinări instabile.

4. Operații pentru sudarea conductelor de transport și distribuție din oțeluri

La realizarea tubulaturii conductelor de transport și distribuție a petrolului, produselor petroliere lichide și gazelor naturale, prin sudarea cap la cap a țevilor din oțeluri situate în clasele de rezistență mecanică moderată (până la X60), se folosesc procedeele de sudare economice: Sudarea cu arc electric cu electrozi înveliți – SE, Sudarea (semiautomată sau automată) sub strat de flux – SF și Sudarea cu flacără de gaze – SG.

Pentru realizarea conductelor din țevi confecționate din oțeluri aparținând claselor de rezistență mecanică superioară (X65…X100) se folosește cu precădere procedeul de sudare orbitală MIG, folosind echipamente speciale, care realizează mecanizarea și automatizarea integrală a operațiilor de sudare și asigură caracteristici superioare de calitate îmbinărilor sudate circulare dintre țevile care alcătuiesc tubulatura conductelor.

La realizarea tubulaturii conductelor în șantier trebuie acordată o atenție deosebită asigurării condițiilor de sudare adecvate, folosind amenajări speciale pentru protejarea și climatizarea spațiului în care se realizează operațiile de sudare.

Particularitățile realizării operațiilor de sudare și echipamentele de sudare folosite pentru construirea conductelor de transport și distribuție a produselor petroliere lichide și a gazelor naturale sunt sugestiv redate de imaginile prezentate în figurile 4.1…4.3.

Fig. 4.1. Modalități de protejare și climatizare a spațiilor în care se realizează operațiile de sudare în șantier la construirea conductelor

Fig. 4.2. Echipamentul de sudare orbitală MIG folosit la realizarea tubulaturii conductelor

Fig. 4.3. Modul de utilizare a procedeului de sudare orbitală MIG la construirea conductelor și calitatea îmbinărilor sudate realizate prin acest procedeu

În continuare se va prezenta sudarea țevilor de conductă terestră și marină, din oțel X60, prin procedeul MAG cu electrod fuzibil (135) și cu sârmă tubulară (136). Studiul va cuprinde:

descrierea generală a tehnologiei de sudare;

condițiile privind execuția îmbinărilor sudate;

caracterizarea materialelor utilizate;

cerințe privind calitatea îmbinărilor sudate și modul de verificare a acestora;

cerințe privind remedierea defectelor.

4.1. Alegerea materialelor pentru sudare

La sudarea conductelor realizate din țevi de oțel pentru a reuși realizarea unei suduri de calitate trebuie avut în vedere alegerea unor materiale de sudare (sârmă de sudură și gaze de protecție) în concordanță cu tipul oțelului din care este fabricată țeava. În functie de tipul materialelor și al oțelui se vor alege și parametri de sudare (viteza de avans a sârmei, debitul de gaze de protecție, intensitatea curentului și tensiunea arcului).

La sudarea conductelor realizate din țevi, din oțel X60 trebuie să se utilizeze următoarele procedee de sudare:

pentru rădăcina îmbinării: sudarea cu arc electric cu electrozi fuzibili în medii de gaz activ, sudare MAG (135).

pentru straturile de umplere: sudare MAG cu sârmă tubulară (136).

Corespunzător procedeelor de sudare se aleg și materialele pentru sudare. Astfel, pentru sudarea MAG a rădăcinii trebuie să se utilizeze:

sârmă plină, tip G3 Si1, conform EN 440

gaz de protecție : CO2( C1-EN 439).

La realizarea straturilor de umplere trebuie să se utilizeze o sârmă tubulară cu autoprotecție, tip E 91T8-G-AWS-A5.29.

Compoziția chimică pentru sârma plină G3Si1 trebuie să satisfacă cerințele din EN 440 și din tabelul 4.1, iar compoziția chimică pentru sârma tubulară E91 T8-G trebuie să satisfacă cerințele din AWS-A5.29 și din tabelul IV-I.

Tabel 4.1. Compozitia chimica a sârmei G3Si1

1) Dacă nu se specifică, Cr<0.15% ; Cu< 0.35%; V<0.03%. Conținutul de Cu rezidual din oțel împreună cu cel din eventuala acoperire nu trebuie să depășească 0,35%.

2) Valorile singulare din tabel sunt valori maxime.

Analiza chimică trebuie efectuată pe probe din sârmă. Poate fi utilizată orice metodă analitică, dar în caz de litigiu, referirea trebuie să se facă la o metodă stabilită și publicată.

Tabel 4.2. Compozitia chimica a sârmei E 91 T8-G

În tabelul 4.3 se prezintă condițiile tehnice din EN 439 pentru gazul de protecție C1, respectiv din SR 2962 pentru dioxidul de carbon lichefiat tip S.

Tabel 4.3. Condițiile tehnice de calitate pentru dioxidul de carbon lichefiat tip S

Suprafața sârmelor nu trebuie să fie contaminată sau să prezinte defecte de suprafață care pot influrnța în mod negativ sudarea. Sârmele se livrează bobinate. Se vor păstra la loc uscat.

Dioxidul de carbon se livrează în stare lichefiată, în butelii. Manipularea se face conform reglementărilor în vigoare.

Caracteristicele macanice pentru metalul depus cu sârma G3Si1 sunt redate în tabelul 4.4. Încercările la tracțiune și la încovoiere prin șoc precum și orice repetări cerute ale încercărilor trebuie să fie efectuate asupra metalului depus, în stare rezultată după sudare, utilizând epruvete prelevate dintr-o îmbinare tip 3, pregătită conform EN 1597-1, în condițiile din EN 440.

Tabel 4.4. Caracteristici mecanice pentru metalul depus cu sârma G3Si1

1) În cazul în care se produce curgerea, pentru limita de curgere se utilizează valoarea inferioară (ReH), în caz contrar trebuie să fie utilizată limita de curgere convențională la 0,2 % (Rp0,2).

2) Lungimea între repere are de cinci ori diametrul epruvetei.

3) Valoare medie pe trei epruvete, o singură valoare individuală poate fi mai mică de 47 J, dar nu mai mică de 32 J.

Sârma tubulară simbolozată E91 T8-G conform AWS A5.29 trebuie să asigure următoarele caracteristici mecanice:

rezistența la rupere: 640 Mpa,

limita de curgere: 585 Mpa,

alungirea: 25%,

energia de rupere la încovoiere prin șoc, determinată la –29șC : 126J

4.2. Finisarea capetelor țevilor

Capetele țevilor trebuie debitate perpendicular și să fie lipite de bavuri. Abaterea de perpendicularitate nu trebuie să depășească 1,6 mm.

Suprafețele capetelor țevilor trebuie să fie teșite pentru sudare. Unghiul de teșire, măsurat de la o linie proiectată perpendicular pe axa țevii, trebuie să fie de 30ș cu o toleranță de +5ș/-0ș. Lățimea suprafeței frontale inelare a teșiturii trebuie să fie de 1,6 mm cu o toleranță de ±0,8 mm.

Țevile având capetele prelucrate conform figurii 4.1, se poziționează pentru sudare.

Fig. 4.4. Tipul de prelucrare al capetelor țevilor

Componentele se vor alinia și fixa fără a fi forțate, deformate la cald sau la rece. Ele se vor alinia cu o abatere de 1 mm la un metru limiar măsurată în două plane perpendiculare trecând prin axa conductei.

Datorită abaterilor dimensionale (la grosimea peretelui, la ovalitate etc.) la alinierea țevilor pot apărea nealinieri în interior care pot influența negativ realizarea rădăcinii îmbinărilor. De aceea, nelinierea capetelor nu va depași 1,5 mm.

Poziționarea țevilor se va executa cu dispozitive de centrare-poziționare. Aceste disozitive vor fi de tipul celor utilizate la realizarea procedurilor de sudare. Poziționarea se face astfel încât aliniarea la interiorul țevilor să fie plană și ea se verifică cu nivela cu bulă de aer.

La poziționarea țevilor se va asigura rostul pentru sudare prescris prin procedurile de sudare calificate. Deschiderea rostului se verifică cu calibre adecvate. Înainte de poziționarea țevilor se efectuează o polizare la lucru metalic a rostului și a zonelor adiacente acestuia. După poziționarea țevilor cu ajutorul dispozitivelor de centrare și aliniere se face prinderea în puncte de sudură, puncte realizate diametral opus, în număr de cel puțin 8 realizate echidistant, lungimea lor fiind de 40-50 mm.

Prinderile provizorii în punte de sudură se realizează cu parametrii de sudare utilizați la realizarea rădăcinii îmbinării și indicați în specificația procedurii de sudare (WPS), anexată prezentelor instrucțiuni. Sudurile de prindere vor fi examinate vizual, cele fisurate se vor elimina prin polizare, fără a mai fi resudate, eliminarea lor efectuându-se la sudarea rădăcinii. Prinderile provizorii nefisurate vor fi incluse în sudura de rădăcină.

4.3. Sudarea

4.3.1. Sudarea rădăcinii

Sudarea rădăcinii se realizează de către doi sudori situați diametral opus unul față de celălalt. Se utilizează instalații pentru sudare MAG cu sîrmă plină (135) adecvate transferului de material prin tensiunea de suprafață. Sudarea se realizează în poziție fixă, axa orizontală, poziția de sudare fiind vertical descendent PG.

Fig. 4.5. a) Secvențele de sudare; b) Dispunerea straturilor de sudare

Patrametrii de sudare sunt cei menționați în specificația procedurii de sudare (WPS), anexată prezentelor instrucțiuni. După sudarea rădăcinii se efectuează examinarea vizuală a acesteia.

4.3.2. Sudarea straturilor de umplere

Straturile de umplere se realizează prin procedeeul MAG cu sârmă tubulară (136) cu autoprotecție, cu o instalație de sudare adecvată procesului de sudare semimecanizat. Se sudează cu doi sudori plasați diametral opus unul față de celălalt.

Sudarea se execută cu regiunile de sudare prezentate în specificația procedurii de sudare (WPS) anexată prezentelor instrucțiuni.

În timpul derulării procesului de sudare se curăță zgura și stropii după fiecare trecere. După terminarea sudurii, sudorii vor executa un autocontrol al acesteia după care o vor poansona.

Poansonul sudorilor se aplică la exteriorul țevilor, la o distanță de 20-50 mm de marginea sudurii în cel puțin trei zone distincte. Se vor inscripționa și poansoanele sudorilor care care au sudat rădăcina (în cazul în care rădăcina este executată de alți sudori decăt cei care au sudat straturile de umplere).

4.4. Examinarea îmbinărilor sudate

4.4.1 Examinări nedistructive

Metodele de control, frecvența examinărilor și condițiile tehnice de realizare sunt meționate în documentația de execuție a produsului.

Se execută următoarele examinări:

examinare vizuală,

examinare cu radiații penetrante sau cu ultrasunete.

Pentru efectuare controlului suprafețelor ce vor fi examinate, acestea vor fi iluminate cu o sursă care asigură minim 500 Lx. La examinarea vizuală se verifică:

dacă sudura a fost curățată de zgură, stropi, etc.

nu sunt urme de lovituri, ciupituri etc.

profilul sudurii (supraînălțare, lățime) corespunde dimensional cu specificația procedurii de sudare;

suprafața sudurii este regulată, forma și solzii prezintă un aspect vizual uniform și satisfăcător;

lățimea sudurii este uniformă pe toată circumferința;

umplerea rostului este completă;

existența unor imperfecțiuni la suprafața sudurii(fisuri, porozități, crestături marginale, etc.).

Condițiile de acceptare sunt cele menționate în documentația tehnică de execuție. Pentru fiecare sudură se va întocmi un raport de inspecție în care se menționează rezultatele examinărilor. Îmbinările examinate și evaluate ca nesatisfăcătoare vor fi marcate, ele urmănd a fi reparate.

Examinările nedistructive se aplică tuturor îmbinărilor în proporție de 100%. Se menționează faptul că dacă se execută examinarea cu radiații penetrante, atunci nu mai este necesară examinarea cu ultrasunete. Examinarea cu ultrasunete poate înlocui examinarea cu radiații penetrante cu condiția de a se asigura înregistrarea indicațiilor defecte în măsura în care acestea pot interpretate și evaluate cu exactitate.

[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16]

Fig. 4.6. Radiografia unei sudurii cap la cap indicând două linii de zgură în stratul de rădăcină

Examinarea cu radiații penetrante sau cu ultrasunete se efectuează de către personal calificat în acest sens conform EN 473. Criteriile de acceptare sunt cele menționate în documentația tehnică a produsului. Examinarea cu radiații penetrante sau cu ultrasunete se finalizează cu întocmirea de rapoarte de examinare care conțin rezultatele examinărilor. Îmbinările evaluate ca necorespunzătoare se marchează și se vor repara.

4.4.2 Examinări distructive

Prin documentația tehnică de execuție a conductei se stabilește și volumul de examinări distructive, tipul și numărul epruvetelor ce se vor examina și încerca.

Examinarea distructivă constă în decuparea în întregime a îmbinării sudate, prelevarea de epruvete și încercarea acestora.

Dacă nu se specifică altfel în documentație tehnică de execuție a conductei magistrale, atunci la 1000 îmbinări sudate se vor încerca două imbinări. Dacă documentația de execuție prevede altă frecvență atunci se aplică prevederile respective. Alegerea îmbinărilor care se supun examinărilor distructive este la latitudinea examinatorului.

Din fiecare îmbinare supusă examinărilor distructive se vor preleva următoarele epruvete:

2 epruvete pentru încercarea la tracțiune;

1 epruvetă pentru încercarea de duritate;

1 epruvetă pentru examinarea macroscopică.

Fig. 4.5. Localizarea epruvetelor

Epruvetele și modul de efectuare a încercării la tracțiune transversală trebuie să fie în conformitate cu EN 895. Încercarea la tracțiune se acceptă dacă epruveta se rupe în metalul de bază sau dacă se rupe în metalul depus la o rezistență la o tracțiune egală sau mai mare decât rezistența minimă la tracțiune specificată pentru materialul țevii.

Examinarea macroscopică se execută conform EN 1321.

Fig. 4.6. Defecte a) Pătrundere excesivă; b)Porozitate; c) Incluziuni de zgură; d) Fisuri

Încercarea de duritate se efectuează în conformitate cu EN 1043-1. Trebuie utlizată metoda Vickers HV10. Amprentele se fac în sudură în cele două ZIT-uri și în metalul de bază cu scopul de a măsura și înregistra domeniul valorilor din îmbinarea sudată.

Rezultatele încercării trebuie să satisfacă următoarele condiții:

valori maxime admisibile pentru metalul depus:

la rădăcină: 275 HV 10

la sudură: 275 HV 10

valorile maxime admisibile pentru ZIT:

la rădăcină: 350 HV 10

la sudură : 350 HV 10

În cazul în care oricare epruvetă nu îndeplinește condițiile de mai sus trebuie obținute două epruvete suplimentare. Acestea se supun aceleiași încercări.

După efectuarea examinărilor și încercărilor se vor întocmi rapoarte care conțin rezultatele obținute. Rapoartele se atașează la documentația de execuție a conductei.

5. Utilaje moderne de sudare

Dezvoltarea continuă în domeniul sudării a condus la relizarea de utilaje de sudare din ce în ce mai performante. Odată cu trecerea în era calculatorului, acesta a fost integrat în aparatele de sudură moderne alături de sursele de curent în comutație (invertoarele) reusindu-se astfel un control deosebit de riguros al arcului electric.

5.1. Produse JÄCKLE

Produsele de calitate JÄCKLE se disting prin robustețea și fiabilitatea lor. În scopul asigurării unei funcționalități de 100% chiar și după o utilizare de mai mulți ani, producția se bazează exclusiv pe materiale și componente verificate.

Pentru a oferi clienților soluții optime, sunt în măsură să furnizeze, suplimentar față de gama de aparate prezentată, și construcții speciale: spre ex. tensiuni de rețea speciale, funcționare la temperaturi ridicate (tropicalizare), grad de protecție mare al carcasei, modificări constructive conform indicațiilor clientului și multe altele.

Din 2006 JÄCKLE a introdus ca și noutate în program aparatele digitale de sudură MIG/MAG-PULS.

Aparate de sudură MIG/MAG-PULS digitale, răcite cu gaz / cu apă

Sursă digitală de curent tip invertor

Curent de sudură reglabil continuu (fără trepte) ProPULS 300: 10-300 A ProPULS 320: 10-320 A / ProPULS 400: 10-400 A

Comanda: reglaj sinergic de la un singur buton, sudare în 2/4 timpi, umplerea craterului de sfârșit al sudurii, înfășurarea sârmei (fără curent și gaz), funcționare sinergică, manuală, automată, sudare în puncte, selecția programului, memorarea programelor (100 – poziții de memorie pentru fiecare procedeu de sudare; cu excepția electrodului), desfășurarea procesului, reglaj fin al tensiunii de sudură (+/- 25 %) • Procedeu de sudare: MIG-impuls, MIG-dublu impuls, MIG/MAG, MMA, WIG-Lift-Arc • Parametrizarea foarte simplă prin alegerea unui program synergic (material, diametrul sârmei, gaz)

Afișare digitală a curentului și tensiunii

Derulator de sârmă cu 4 role

Ventilator și răcitor de apă cu "Stand-by"

Protecție termică la suprasarcină

Diagnosticarea foarte rapidă a erorilor prin indicarea pe afișaj a codului de eroare.

Întrerupătoarele și comanda în compartiment protejat contra prafului

Priză de conectare pentru telecomanda acționată manual sau cu piciorul

Semnul “S”

Opțiuni:

ProPULS 320 și 400: Set de furtunuri intermediare de diferite lungimi

Cărucior FG 8 și răcitor KG 8

Fig. 5.1. Aparat de sudură MIG/MAG a) ProPULS 300 C; b) ProPULS 400

Tabel 5.1. Date tehnice aparat de sudură ProPULS 300C/400

5.2. Produse ESAB

OrigoMig 630tw Magma

Echipament de sudare destinat celor mai grele solicitări în producția de confecții metalice sau pe santire, chiar și în spații deschise. Poate fi utilizat pentru sudarea semi-automată MIG/MAG, pentru sudarea manuală cu electrozi inveliți sau pentru crătuirea arc-aer. Sursa de sudare tiristorizată controlată de un microprocesor generează un cuplu care grantează o exceptională calitate a sudurii. Sursa și dispozitivul de avans al sârmei separat (OrigoFeed 304 sau 484) sunt construite utilizând tehnologii testate pentru a produce suduri de calitate maximă. Disponibil cu pistolet de sudare racit cu apă. Acest echipament se poate folosi și pentru sudarea orbitală împreună cu tractorașul de sudură MigGyTrac 2000 și a unui suport circular special care se montează în jurl conductei.

Tabel 5.2. Date tehnice aparat de sudură OrigoMig 630tw Magma

Fig. 5.2. Aparat de sudură MIG/MAG OrigoMig 630tw Magma

5.3. Produse POLYSOUDE

”Zero defecte” devine realitate cu tehnologia de sudare orbitală. Dificultățile majore de la sudura manuală MIG/MAG dispar odată cu această tehnologie.

Comparativ cu sudura manuală, productivitatea a crescut de două, trei ori în funcție de cerințele de calitate cerute. Testele industrial au arătat că rata de depunere poate fi mai mare de 3 kg/oră. Într-un process automat toți parametri pot fi reglați și menținuți la un nivel optim pe întrega durată a procesului de sudare pentru a atinge niveluri ridicate de productivitate.

În ultimii 30 de ani Polysoude a proiectat, fabricat și instalat soluții modulare la scară mondială și a particularizat aceste soluții la nevoile clienților.

Sistemele de control și programele software sunt proiectate în așa fel încât să minimizeze orice modificare software/hardware care ar putea să apară la interconectarea diverselor module. Designul modular permite conectarea directă a diferitelor periferice cum ar fi tractorașele de sudură circumferențiale sau longitudinale.

Fig. 5.3. Ahitectura generală a unui sistem de sudare

Descrierea sistemelor MIG/MAG de sudare orbitală

Controlerul de procese este inima întregului sistem de sudare. Acesta integrează toate componentele și primește comenzi de la interfața cu utilizatorul. Diferite surse de curent pot fi conectate la sistem. În felul acesta este posibil sa se aleagă cea mai bună adaptare și cel mai bun proces de sudare pentru aplicația dată. Sistemul folosește o ”robot interface” standard care contine linia de curent, linia de gaz protector, linia de alimentare cu sârmă, liniile pentru fluidul de răcire cât și funcțiile de comandă. În felul acesta este nevoie de un singur ”cordon ombilical” a carui conectare și deconectare este foarte rapidă și facilă.

Fig. 5.4. Conectorul ”ombilical”

Sunt disponibile două interfețe de comunicare cu sistemul. O interfață bazată pe un software Windows numită POW care permite accesarea multor funcții avansate ajutând la optimizarea parametrilor de sudare, lucru foarte util în faza de cercetare și dezvoltare. Mai exstă o interfață la distanță de la care operatorul o poate folosii în timpul operației de sudare pentru a efectua reglaje fine ale parametrilor.

Fig. 5.5. Software-ul POW

Fig. 5.6. Interfața la distanță

Sunt disponibile două versiuni de sisteme pentru sudarea MIG/MAG. Sistemul fix dezvoltat pentru operații convenționale, în interiorul halelor de producție la care controlerul de procese, calculatorul, imprimanta și modulele de conectare sunt montate pe un suport comun. Sistemul mobil, contine aceleași module însă sunt ceva mai compacte, fiind destinat aplicațiilor de pe teren. Montarea acestuia și punerea în funcțiune nu durează mai mult de 5 min. [13]

Fig. 5.7. Sistemul mobil

Sistemul de sudare numit ”POLYCAR MULTIPROCESS” este compus din trei părți principale: tractorașul, sistemul de ghidare, sistemul de alimentare cu sârmă și capul de sudare. Deoarece productivitatea este extrem de importantă tractorașul poate fi montat în jurul conductei în mai puțin de un minut. Fiecare tip de tractorș poate fi folosit pentru o gamă largă de diametre.

Fig. 5.8. Sistemul ”POLYCAR MULTIPROCESS”

Fig. 5.9. Sistemul ”POLYCAR MULTIPROCESS”

Aplicație

Se cere să se efectueze elaborarea tehnologiei de sudare a tubulaturii unei conducte magistrale de transport gaze naturale cu următoarele caracteristici:

Diametrul exterior: D=32 in=8

Grosimea de perete: s=9,5;

Oțel X52;

Presiune:

Procedeul de sudare: MAG orbital;

Tipul dispozitivului de centrare: ”la interior”

Etapele parcurse pentru stabilirea tehnologiei de sudare MAG sunt prezentate în cele ce urmează.

1.Alegerea dimensiunilor efective ale rostului la sudarea MIG/MAG se face în principal în funcție de tehnologia de sudare respectiv modul de transfer utilizate la realizarea stratului de rădăcină. Accesul la rădăcină este posibil doar dintr-o singură parte, iar la rădăcină nu se admit defecte (clasă de calitate superioară), în consecință se va folosi sudarea cu transfer prin scurtcircuit, caracterizată prin energie liniară mică, respectiv pericol scăzut de străpungere.

Fig. 6.1. Forma și dimensiunile rostului

Calculul ariei rostului:

Calculul ariei cusăturii:

Obs. Coeficientul ține cont de secțiunea cusăturii regăsită în supraînălțarea acesteia. Valorile mici ale coeficientului corespund grosimilor mari de material, iar valorile mari grosimilor mici de material, respectiv pentru îmbinările simetrice.

2. Diametrul sârmei se alege în funcție de grosimea metalului de bază, modul de transfer, poziția de sudare, forma rostului, etc. Diametrul de sârmă cel mai utilizat și care acoperă o plajă mare de necesități tehnologice la sudare este diametrul de 1,2 mm.

Pentru sudarea rădăcinii se va folosi sârmă plină, tip G3Si1, conform EN 440, iar pentru sudarea straturilor de umplere sârma tubulară simbolozată E91 T8-G conform AWS A5.29

Compoziția chimică pentru sârma plină G3Si1 trebuie să satisfacă cerințele din EN 440 și din tabelul 6.1. iar compoziția chimică pentru sârma tubulară E91 T8-G trebuie să satisfacă cerințele din AWS-A5.29 și din tabelul 6.2.

Tabel 6.1. Compoziția chimica a sârmei G3Si1

1) Dacă nu se specifică, Cr<0.15% ; Cu< 0.35%; V<0.03%. Conținutul de Cu rezidual din oțel împreună cu cel din eventuala acoperire nu trebuie să depășească 0,35%.

2) Valorile singulare din tabel sunt valori maxime.

Analiza chimică trebuie efectuată pe probe din sârmă. Poate fi utilizată orice metodă analitică, dar în caz de litigiu, referirea trebuie să se facă la o metodă stabilită și publicată.

Tabel 6.2. Compoziția chimica a sârmei E91 T8-G

Suprafața sârmelor nu trebuie să fie contaminată sau să prezinte defecte de suprafață care pot influrnța în mod negativ sudarea. Sârmele se livrează bobinate. Se vor păstra la loc uscat.

3.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. Atât pentru sudarea stratului de rădăcină cât și a straturilor de umplere se va folosi ca și gaz de protecție dioxidul de carbon C1 conform SR 2962 pentru dioxidul de carbon lichefiat tip S. În tabelul 6.3. sunt prezentate caracteristicile acestui gaz.

Tabel 6.3. Caracteristicile gazului de protectie

Dioxidul de carbon se livrează în stare lichefiată, în butelii. Manipularea se face conform reglementărilor în vigoare.

4.Stabilirea numărului de treceri depinde în principal de natura metalului de bază (sensibil sau insensibil la supraîncălziri), de modul de transfer utilizat (arii de treceri mai mici la transfer prin scurtcircuit, respectiv arii de treceri mari la transfer prin pulverizare), de poziția de sudare, forma rostului, tipul îmbinării, etc. Pe baza acestor factori se stabilește aria trecerilor; poate lua valori cuprinse în domeniul 5 – 40 mm2. Pentru calculul numărului de treceri se va utiliza relația:

unde:

– numărul de treceri;

– aria cusăturii;

– aria stratului de rădăcină;

– aria trecerilor de umplere.

Obs. La stabilirea ariilor respectiv se va urmării ca rezultatul împărțirii să fie un număr întreg sau apropiat de un întreg (se admite o toleranță de ± 0,1 ).

Pentru stratul de de rădăcină se va considera o arie a treceri egala cu 20 mm2. Dacă considerăm numărul de trecerilor de umplere egal cu 3 ( o trecere pentru rădăcină și două pentru straturile de umplere) atunci va rezulta următoarele:

5.Stabilirea parametrilor de sudare. Stabilirea corelației curent de sudare – viteză de avans sârmă electrod se face din nomograme de tipul , figura 6.2, trasată pentru anumite condiții concrete de lucru (tip material de adaos, diametru sârmă, gaz de protecție, lungime capăt liber sârmă, mod de transfer clasic sau în curent pulsat), din tabele tehnologice (sau șabloane) funcție de condițiile concrete de lucru. În tabelul 6.4., sunt prezentate corelațiile dintre viteza de avans a sârmei electrod și valoarea curentului de sudare pentru diametrul de și 1,2 mm, folosind ca și gaz de protecție CO2 100%, iar ca sârmă electrod, sârma G3Si1, în varianta clasică sau în curent pulsat. Curentul de sudare se stabilește în funcție de diametrul sârmei.

Figura 6.2. Corelația dintre curentul de sudare și viteza de avans a sârmei pentru oțel carbon

Viteza de sudare, , depinde de grosimea metalului de bază (grosimea sudurii de colț), modul de transfer, tehnica de sudare (număr mare sau număr mic de treceri), poziția de sudare, varianta de sudare (semimecanizată sau mecanizată), etc. Domeniul de valori este cuprins între 15 – 100 cm/min, cu precizarea că viteza de sudare la sudarea MAG este substanțial mai mare decât la sudarea manuală cu electrod învelit. Recomandări utile privind viteza de sudare: 15 – 30 cm/min la sudarea semimecanizată cu transfer prin scurtcircuit, sau la sudarea stratului de rădăcină; 30 – 50 cm/min la sudarea semimecanizată cu transfer prin pulverizare sau în curent pulsat; există o valoare optimă a vitezei de sudare situată în jurul valorii de 40 – 45 cm/min pentru care se obține pătrunderea maximă. Pentru calculul vitezei de sudare se poate folosi una din următoarele relații:

a). Cu ajutorul ratei depunerii :

unde:

– rata depunerii [gr/min];

– aria trecerilor [mm2];

– densitatea otelului 7,85 gr/cm3;

– masa unui metru de sârmă [gr/m];

–viteza de avans a sârmei [m/min].

b). Cu ajutorul vitezei de avans a sârmei electrod:

c). Cu ajutorul monogramelor sau șabloanelor tehnologice în funcție de aria trecerii, diametrul sârmei, viteza de avans a sârmei (curentul de sudare respectiv modul de transfer).

Obs. Viteza de sudare trebuie să se încadreze în intervalele de valori prezentate mai sus. Dacă această condiție nu este îndeplinită se va modifica aria trecerii sau viteza de avans a sârmei (curentul de sudare).

Prin interpolarea datelor citite pe diagrama din figura 6.2., corespunzătoare diametrului de 1,2 mm pentru sârma electrod, s-a obtinut o realție de corespondență între curentul de sudare și viteza de avans sârmei electrod de forma .

Viteza de sudare:

Tensiunea arcului:

Energia liniara introdusă de arc:

În tabelul 6.4 sunt prezentați parametri de sudare calculați pentru stratul de rădăcină. Deoarece realizarea transferului se face prin scurcircuit valoare curentului de sudarea se alege apropiat de limita inferioară, dar suficiuent de mare încât arcul să ardă stabil. Se consideră că o valoare de 160 A a curentului de sudare este optimă, dar ea poate fi ușor modificată în faza de testare. Este recomandat să se efectueze un test (o sudură de probă) pe parcursul careia sa se observe procesul de sudare și eventual să se corecteze parametri de sudare.

În tabelul 6.5 sunt prezentați parametri de sudare calculați pentru straturile de umplere. Deoarece realizarea transferului se face prin transfer intermediar se consideră că o valoare de 250 A a curentului de sudare este optimă.

Tabel 6.4. Corelația viteza de avans a sârmei – curent de sudare – stratul de rădăcină

Tabel 6.5. Corelația viteza de avans a sârmei – curent de sudare – stratele de umplere

Tabel 6.5. (continuare) Corelația viteza de avans a sârmei – curent de sudare – stratele de umplere

5.Alegerea utilajului de sudare. Gullco PIPE KAT este o alternativă pentru sudura manuală a conductelor cu diametre mai mari de 254 mm. Acest utilaj produce suduri de mare precizie și calitate, și este ideal pentru folosire pe șantier. Versatilitatea îi permite să lucreze cu diferite tipuri de surse de sudură oferind astfel costuri reduse. Utilajul se montează pe conductă cu ajutorul unor benzi metalice, care sunt disponibile pentru toate dimensiunile standard de diametre.

Figura 6.3. Sistem orbital de sudare Gullco PIPE KAT

Figura 6.4. Sudură realizată de sistemul Gullco PIPE KAT

Alegerea sursei de sudură Big Blue 350 PipePro nu este întâmplătoare. Această sursă oferă mobilitate completă de-a lungul întregului traseu al conductei functionând cu motorină. Motorul cu ardere internă este de origine Mitsubishi special conceput să lucreze pe șantier. Aceasta sursă este și foarte versatilă putând fi utilizată pentru mai multe procedee de sudare. Pe lânga panoul frontal de control mai dispune de o unitate de control whirelles (telecomandă) de la care se pot modifica parametri de sudare.

Figura 6.5. Sursa de curent Big Blue 350 PipePro

Tabel 6.6. Date tehnice sursa de curent Big Blue 350 PipePro

Procesul de sudare LaserHibrid

Tehnologia de sudare a materialelor metalice prin procedeul propus MIG/MAG și Laser imbină toate direcțiile inginerești de vârf: metalurgia, chimia, mecanica, electrotehnica, electronica, automatica, știința calculatoarelor și tehnica avansată a tehnologilor robotizate. Realizarea unor îmbinări sudate de bună calitate și fiabilitate necesită cercetări fundamentate și aprofundate la nivel macro și micro al materialelor.

Una dintre marile deficiențe ale procedeului MIG/ MAG în varianta clasică o reprezintă imposibilitatea reglării independente a debitului de material de adaos și a energiei introduse. Pe lângă faptul că este un procedeu de mare productivitate, sudarea LaserHibrid permite furnizarea către baia topită a unei cantități suplimentare de energie, dozată extrem de precis. Sudarea LaserHibrid reprezintă o combinație între procedeul de sudare cu arc electric în mediul protector de gaz și sudarea cu laser. În cazul utilizării practice, procesul LaserHibrid asigură:

toleranță mult mai bună față de variațiile dimensionale ale rostului; în consecință, se pot suda piese cu deschideri mai mari și mai neuniforme ale rostului;

viteze de sudare mult mai mari decât cele posibil a fi obținute la aceeași putere a arcului MIG/MAG;

pătrundere mai accentuată decât cele întâlnite la sudarea MIG/MAG clasică;

mai puțină energie (căldură) introdusă în componentele îmbinării, deci și zone afectate termic mai reduse;

un proces mai stabil, încă de la amorsare: arcul MIG ia naștere în zona ionizată de laser și astfel se evită

stropirea;

tendința de fisurare și porozitatea fiind mult mai reduse, se constată o rezistență mărită a îmbinărilor;

cusături mai înguste, având un factor de formă mai bun.

Prin dezvoltarea unor echipamente de sudare LaserHibrid se urmărește pe cât posibil menținerea avantajelor caracteristice ambelor procedee: dacă la sudarea cu arcul electric sursa de energie este ieftină, posibilitatea de a acoperi rosturi largi e mare și putem influența prin tipul materialului de adaos microstructura îmbinării, în cazul sudării cu laser avem:

o pătrundere mare;

o încărcare termică redusă;

dimensiuni transversale reduse (o cusătură îngustă).

În cazul pieselor metalice, la o densitate energetic dată a fascicolului, radiația laser produce un efect de ,,cusătură pătrunsă, adâncă”, astfel că devine posibilă sudarea pieselor cu grosime medie și mare.

7.1. Capul de sudare LaserHibrid

În figura 1, se prezintă un cap de sudare LaserHibrid destinat producției industriale având următoarele componente:

Fig. 7.1. Capul de sudare LaserHibridc [7]

7.2. Structura unui sistem de sudare în TCR

În alegerea mijloacelor de robotizare complexă, trebuie plecat de la analiza atentă și multiparametrică a procesului tehnologic, urmărindu-se următoarele aspecte: caracteristicile elementelor componente ale construcției; geometria și poziția spațială a rostului de sudare; condițiile de rezistență impuse îmbinării sudate; productivitatea necesară și numărul de repere; condițiile de calitate și de control; gradul de flexibilitate dorit; gradul de automatizare necesar; criteriul de alegere al robotului și al dispozitivelor auxiliare de prindere și fixare; condițiile de mediu ambiant.

În baza acestei analize complexe se poate stabili structura unui sistem de sudare robotizată în următoarea configurație:

unul sau mai mulți roboți ce pot asigura poziționarea și deplasarea pe o traiectorie spațială a capului de sudare;

unul sau mai multe dispozitive de prindere și strângere (electrice, pneumatice sau hidraulice) a componentelor îmbinării cu scopul prevenirii deformațiilor ce pot apare prin efectele termice din timpul sudării și asigurării unui montaj corect și a poziționării față de sistemul de referință al robotului;

Fig. 7.2. Schema bloc de comandă a unui proces de sudare robotizat. [7]

unul sau mai multe manipulatoare de poziționare a structurilor sudate, pentru a oferi condiții optime de acces / viteză a robotului și pentru a reduce la minim timpii auxiliari;

instalația de sudare complexă, compusă din: sursa de alimentare; dispozitivele de avans a sârmei electrod; set de capete de sudare cu sisteme de curățire și răcire, prevenire a blocării și sesizării momentelor de incident, aparatură de distribuție și control a gazelor, fluxului sau a elementelor conexe; aparatură de comandă și control a parametrilor de sudare; instalații de absorbție și evacuare a noxelor; echipamente auxiliare, etc;

sistemul de comandă centralizat – calculatorul – la care sunt conectate toate componentele sistemului în scopul luării unor decizii optime și al controlului în timp real al procesului de sudare. Este de dorit ca din punct de vedere tehnologic sistemul de comandă să asigure alegerea parametrilor optimi de sudare, în funcție de condițiile restrictive ale procesului prescris și să permită modificarea lor în limitele de stabilitate ale sistemului.

Sistemul de comandă al unui proces de sudare în TCR trebuie să gestioneze toate componentele descries la punctele de mai sus, conform schemei bloc din figura 7.2. Printr-o alegere corespunzătoare sistemul de comandă poate asigura controlul întregului proces. Echipamentul de comandă trebuie să controleze, pe lângă cele 5-6 axe ale robotului, 1 până la 6 axe ale dispozitivelor de poziționare și să posede cel puțin 5 până la 8 semnale de comandă: valorile momentane ale curentului de sudare și tensiunii arcului; energia liniară; viteza de sudare; viteza de avans a sârmei electrod, lungimea liberă a capătului ei; cantitatea de metal depus; starea suprafeței sârmei și cantitatea de sârmă electrod rămasă; presiunea, debitul și compoziția gazului sau a amestecului de gaze protectoare; gradul de încărcare cu stropi al ajutajului.

7.3. Sistemul integrat de sudare LaserHibrid

În principal, la sudarea cu arc electric, trebuiesc controlați următorii parametrii: valorile instantanee ale curentului și tensiunii arcului; energia liniară; viteza de sudare; viteza de avans a sârmei electrod, lungimea liberă și cantitatea de metal depus; starea și caracteristicile cantitative și calitative a sârmei și a fluxului protector; presiunea, debitul și compoziția gazului sau a amestecului protector de gaz; temperatura, presiunea și debitul lichidului de răcire; uzura capului de sudare, a duzei și starea contactului electric; gradul de încărcare cu stropi a duzei; calitatea straturilor de metal depus. Una din principalele performanțe ale sistemelor robotizate se referă la durata de funcționare, non-stop, în timpul unui schimb sau a unei zile de lucru, fără intervenția directă a operatorului. Fiecare element component al sistemului robotizat își are rolul său determinant în proces, însă rolul coordonator îl deține sistemul de comandă care trebuie să controleze permanent pe lângă cele 5…6 axe de lucru ale robotului încă 1…6 axe de lucru ale manipulatorului și să gestioneze 5…8 semnale de proces, care caracterizează parametrii regimului de sudare. [7]

Concluzii și propuneri

În contextul actual de dezvoltare a societății accesul la resurse energetice este vital. Transportul hidrocarburilor lichide sau gazoase din zonele unde acestea se produc până la consumator se realizează preponderent prin conducte metalice.

Țevile utilizate la realizarea tubulaturilor conductelor de transport și de distribuție petroliere se realizează din oțeluri și pot fi fabricate sub formă de țevi sudate longitudinal sau elicoidal sau tevi laminate la cald.

La sudarea conductelor realizate din țevi de oțel pentru a realiza o sudură de calitate trebuie avut în vedere alegerea unor materiale de sudare (sârmă de sudură și gaze de protecție) în concordanță cu tipul oțelului din care este fabricată țeava. În functie de tipul materialelor și al oțelui se vor alege și parametri de sudare (viteza de avans a sârmei, debitul de gaze de protecție, intensitatea curentului și tensiunea arcului)

Elaborarea unei tehnologii de sudare urmărește în general două aspecte importante:

-aspectul calitativ, asigurarea calității impuse îmbinării sudate la cel mai înalt grad

-aspectul economic, prețul de cost cât mai redus. Aceasta presupune cunoașterea în primul rând a comportării la sudare a metalului de bază, cunoașterea performanțelor procedeului de sudare utilizat, a parametrilor tehnologici de sudare și a recomandărilor tehnologice specifice, cunoașterea performanțelor echipamentelor de sudare și exploatarea acestora.

În decursul ultimilor ani, sudarea MIG/MAG a câștigat o importanță tot mai mare, nu doar pentru sudarea oțelurilor de construcții nealiate și slab aliate, ci și pentru sudarea aluminiului și a oțelurilor înalt aliate – datorită tehnologiei arcului electric pulsat. Datorită caracteristicilor speciale, cum ar fi: rata ridicată de depunere, pătrundere adâncă, rentabilitate mare, manevrare ușoară, mecanizare completă etc., sudarea MIG/MAG oferă multe avantaje față de alte procedee de sudare.

Dezvoltarea continuă în domeniul sudării a condus la relizarea de utilaje de sudare mai performante. Odată cu trecerea în era calculatorului, acesta a fost integrat în aparatele de sudură moderne alături de sursele de curent în comutație (invertoarele) reusindu- se astfel un control deosebit de riguros al arcului electric

Bibliografie

[1]https://www.scribd.com/document/60885342/Tehnologii-de-Sudare-Asamblare

[2]http://www.scritub.com/tehnica-mecanica/Arcul-electric31951.php

[3]http://www.scritub.com/tehnica-mecanica/Stabilitatea-arcului-electric-71994.php

[4]Mazilu R. Cercetari experimentale privind sudarea Mig/Mag, Brașov 2014

[5]http://docplayer.gr/24009248-Sudarea-mig-mag-notiuni-de-baza.html

[6] http://aparat-sudura.blogspot.com/

[7] https://www.scribd.com/doc/192386200/440

[8]Burcă M., Negoițescu S., Sudarea MIG/MAG ediția 2, Ed Sudura, Timișoara, 2004

[9]Popovici V., Sontea S., Popa N., Șarlău C., Milos L., Nanu S., Ghidul lucrărilor de sudare, tăiere, lipire, Ed. Scrisul Românesc, Craiova, 1984

[10]Safta V., Controlul îmbinărilor și produselor sudate, Ed. Facla, Timișoara, 1986

[11]Zecheru Gh., Tehnologia construcției și mentenanța utilajelor de transport și depozitare, UPG Ploiești, 2008

[12]Sălăgean T., Sudarea cu arc electric, Ed. Facla, , 1977

[13]Sălăgean T., Optimizarea proceselor de sudare, Lito 1984

[14]Sălăgean T., Tehnologia sudării metalelor cu arcul electric, Ed. Tehnică, București, 1986 ;

[15]Zgură Gh., Răilenu D., Scorobețiu L., Tehnologia sudurii prin topire, Editura Didactică și Pedagogică București, 1995

[16]Vișan D., Tehnologii de sudare, Editura Universității Dunării de Jos, Galați 2008