Studiul Tehnologiilor Alternative de Lipire

LUCRARE DE LICENȚĂ

Studiul tehnologiilor alternative de lipire

CUPRINS

Rezumat

Capitolul I. Introducere

Capitolul II. Tehnologii de lipire

2.1 Generalități

2.2 Lipirea metalelor folosind material de adaos

2.2.1 Tehnologia lipirii

2.2.2 Lipirea

2.2.3 Lipirea cu material de adaos metalic

2.3 Lipire prin cositorire

2.4 Lipire prin sudură

2.4.1 Rolul și importanța sudurii în industrie

2.4.2 Terminologie; Definiții

2.4.3 Clasificarea procedeelor de sudare

2.4.4 Operația de sudare

2.4.5 Procedee conexe sudării

2.4.6 Sudabilitatea metalelor și a aliajelor

2.4.6.1 Sudabilitatea oțelurilor

2.4.6.2 Sudabilitatea altor metale și aliaje

2.4.7 Îmbinări sudate

2.4.7.1 Tipuri de îmbinări sudate. Formele și dimensiunea rosturilor

2.4.7.2 Clasificarea îmbinărilor sudate

2.4.8 Sudarea cu arc electric

2.4.8.1 Arcul electric

2.4.8.2 Surse de curent

2.4.8.3 Convertizoare de sudură

2.4.8.4 Redresoare de sudură

2.4.8.5 Transformatoare de sudură

2.4.8.6 Sudarea cu frecvență mărită

2.4.8.7 Alegerea sursei de curent pentru sudură

2.4.8.8 Cabluri pentru sudarea electrică

2.5 Lipire cu ultrasunete

2.5.1 Generalități

2.5.2 Domenii de utilizare a ultrasunetelor

2.5.3 Interacțiunea câmpului ultrasonor cu materia

2.5.4 Producerea și transmiterea ultrasunetelor

2.5.5 Construcția generală a sistemelor ultraacustice

2.5.6 Sudarea ultrasonică a materialelor plastice

Capitolul III. Exemple de tehnologii de lipire existente în industria Automotive

3.1 Lipire prin cositorire a sârmei/firelor/pinilor

3.1.1 Cositorirea sârmei cu cablu

3.1.2 Alte exemple de cositoriri

3.2 Lipire prin sudură a sârmei bobinei cu pinul de contact

3.3 Lipire cu ultrasunete a capacului cu carcasa

Capitolul IV. Concluzii

Bibliografie

Anexe

Rezumat

Lucrarea prezintă studiul și prezentarea principalelor tehnologii de lipire folosite la ora actuală în industria Automotive. Lucrarea este concentrată în jurul studiului diferitelor tipuri, tehnici și tehnologii de lipire, deoarece în prezent se pune mare preț atât pe calitatea produselor cât și pe cantitate.

Sunt prezentate cele patru mari tipuri și tehnologii de lipire, fiind precizate atât avantajul cât și dezavantajul fiecăruia. Orice tehnologie se alege în cadrul unui proiect, documentarea și testarea mai multor tehnologii înaintea lansării seriei zero pentru respectivul produs este esențială.

O anumită tehnologie este aleasă în funcție de materialul produsului sau semifabricatului care trebuie lipit, de dimensiunile și caracteristicile acestuia cât și de numărul de piese care trebuie produse pe un schimb respectiv pe o zi întreagă. La această alegere se ține cont și de costurile de producție, costurile de mentenanță, cât și costurile pieselor de schimb esențiale.

Diferența între tehnologiile de lipire este modul de lipire cât și materialele folosite, astfel putem vorbi la cositorire despre folosirea diferitelor tipuri de vârfuri și de cositor, la sudură avem diferite tipuri de electrod și pini de test pentru rezistomat, în cazul in care se verifică și rezistența produsului sudat, iar pentru ultrasunete folosim diferite tipuri de sonotrode și tipuri de generatoare, în funcție de aplicație și de frecvența folosită.

Capitolul I. Introducere

În electronică, o mare parte din componente se asamblează prin lipire cum ar fi conductoare filare (între ele, pe terminale sau pini, pe conductoare imprimate, pe carcase, etc.), componente electronice montate Through-Hole (THT – prin gaură) pe cablaje imprimate, componente electronice montate pe diferite suprafețe, piese metalice de diverse forme și dimensiuni, dar și capace pe carcase din plastic, înfășurări de bobine (sfârșitul de bobinare se cositorește/sudează pe pin), etc.

Procedeul de lipire se alege sau se adoptă în funcție de ce se lipește, când și unde se lipește, de exemplu pentru componente ce se montează pe echipamente de amplasare SMD (Fuji/Siemens), aplicarea cositorului se face înainte ca piesele propriu-zise să fie amplasate pe PCB, astfel că se aplică cositorul într-un utilaj special proiectat (MPM/DEK), după care PCB-ul întră în sistemul de amplasare SMD, unde componentele vin amplasate pe Bottom-ul sau pe Top-ul PCB-ului, după care acesta întră într-un cuptor special ce transportă PCB-ul pe lanț, cuptor reflow de convecție verticală, unde prin procesele de încălzire respectiv răcire are loc fixarea componentelor pe padul cu cositor.

Ca și clasificare generală, procedeele de lipire pot fi:

Manuale, unde procedurile se execută cu intervenția factorului uman în mare parte.

Automate, folosite la asamblări automate sau proceduri unde intervenția factorului uman este foarte limitată (de ex. la o mașină automată de sudură, operatorul are rolul doar de a încărca/descărca piesele, și eventual dacă utilajul nu dispune și de o verificare automată a lipirii, atunci intervine și verificarea vizuală a operatorului după procesul de lipire).

În principal, cele trei mari tehnologii de lipire prezentate în această lucrare, au următoarele modalități de lucru:

Cositorirea:

– se face manual, folosiindu-se stații de cositorit cu termostat și temperatură reglabilă, cu diferite vârfuri de cositor în funcție de aplicația la care se folosește.

– se face semi-automat, la operațiile de precositorire, unde se folosesc băițe de cositor.

– se face automat prin procesul de reflow, cositorirea prin retopire, folosiindu-se diferite tipuri de cuptoare (de exemplu cuptorul cu convecție verticală care se folosește în cele mai multe cazuri pentru pasta de cositor fără plumb, deci implicit o sa avem temperaturi mult mai mari de topire). Procesul de cositorire se poate face automat și prin val de cositor, în diverse aplicații, ca de exemplu utilajul Zevatron, unde procesul de cositorire are loc automat, folosiindu-se un brat pe care se poziționează în cazul nostru 3 bobine pe cele trei dornuri dedicate ale brațului mobil. De obicei această tehnologie are în compoziție două băi, și anume o băiță plus diuză pentru cositor și o diuză pentru băița de decapant.

Ca și mențiune, la toate tipurile de cositoriri, trebuie să existe un sistem de exhaustare, deoarece fumul care reiese în urma procesului de cositorire trebuie evacuat, deoarece operatorul nu are voie să inhaleze acești vapori toxici.

Sudura:

Se face manual, folosiindu-se o sursă de tensiune/curent, iar tensiunea rezultată se aplică unui electrod. Electrodul poate să fie de mai multe tipuri (diferite diametre și lungimi) și de asemenea se găsește într-o varietate destul de mare de materiale, asta în funcție de aplicația pentru care este folosit. Această sudură poartă denumirea în domeniile de specialitate ca „SEI” (Sudură cu electrod învelit),

Se face automat, folosiindu-se procedeul „MIG/MAG” (Metal Inert Gas / Metal Active Gas), procedeu care practic este o variantă îmbunătățită a procedeului SEI. La acest procedeu, cu toate că procesul de sudură este asemănător, aparatul de sudură și pistoletul în sine se deosebesc semnificativ. La aplicația studiată de mine, electrodul este poziționat fix pe capul de sudură, cap de sudură ce poate executa mișcări pe axa Y și Z, mișcarea pe axa X fiind efectuată de către suportul unde este poziționată bobina. În momentul sudurii, gazul protector, în cazul nostru, azotul este dozat automat, în funcție de reglajul drosel-ului ce se regăsește pe capul de sudură. Înălțimea electrodului este reglată automat, după fiecare proces de sudură (în cazul prezentat în această lucrare, este vorba despre patru suduri pe un singur produs, adică 4 înfășurări de bobină sudate pe pinii aferenți).

Ce trebuie luat în calcul și prezintă o deosebită importanță, este faptul ca după fiecare ciclu, electrodul trebuie curățat de șpanul care de obicei rămâne pe vârful electrodului. La aplicația prezentată, curățarea electrodului are loc după fiecare ciclu de sudură prin introducerea electrodului într-o perie acționată electronic.

Sudură cu ultrasunete:

Se face semi-automat, de obicei la aplicații cu diametru sau suprafață destul de mică. În cazul produselor cu o formă ce nu permite implementarea unui suport dedicat sau poziționarea sonotrodei nu se poate realiza în plan perpendicular, atunci această metodă semi-automată este cea mai practică și convenabilă. De asemenea această variantă este și mai ieftină datorită dimensiunilor reduse. Practic, procesul de sudură cu ultrasunete semi-automat se referă la un dispozitiv de dimensiunile unei șurubelnițe automate, cu o greutate destul de scazută, astfel ca manevrabilitatea ii este permisă operatorului ce execută operația. La acest tip de dispozitiv, generatorul de frecvență poate fi atât integrat cât și exterior.

Ca și observație, pot spune că în sectorul industrial, această varianta semi-automată de sudură cu ultrasunete este mult mai eficientă din punct de vedere al mentenanței și al costurilor de întreținere, dar și mult mai rapidă din punct de vedere al efectuării operației de lipire față de varianta des întâlnită în sectorul industrial, denumită ca și „Nituirea la cald”. Nituirea la cald practic se realizează printr-un poanson încălzit, care topește în cazul unor aplicații un dom de plastic, astfel formându-se o asa numită “ciupercuță”, ciupercuță care practic fixează aplicația și nu mai permite deplasarea sau mișcarea acesteia.

Se face automat, folosiindu-se utilaje mai mari și mai robuste, cu sonotrode de dimensiuni mai mari, ce permit lipirea mai multor aplicații, în general de dimensiuni mai mari. Atât generatorul cât și sonotroda și utilajul în sine ajung la sume destul de mari, dar sume care în cazul producției de serie foarte mare, se amortizează intr-un timp destul de scurt. Sudura cu ultrasunete automata se folosește de obicei la diverse obiecte din plastic, dar și diverse aplicații de lipire a două fire, sau aplicații speciale. Daca aplicația permite implementarea acestei tehnologii, atunci lipirea se realizează mult mai corect și mai rapid, chiar la nivel molecular, practic cele două aplicații ce vin lipite se unesc la îmbinătură, rezultând astfel un singur material.

Fiecare tehnologie se aplică în funcție de nevoile de producție, de bugetul alocat și de timpul de producție aferent unui produs. Dacă trebuie făcută o alegere, care ar fi cea mai bună tehnologie, nu se poate alege cu siguranță una din cele trei, deoarece fiecare este specială și se folosește într-un domeniu specific.

Astfel putem spune ca o stație de cositorit profesională cu un exhaustor profesional, eventual și cu cositorul ce conține decapant, nu ajunge la pragul celor 1000 de Euro. Dar, dacă stăm să analizăm o aplicație mai complexă (din domeniul SMD), de aplicare cositor, după care intărirea acestuia se face folosiindu-se principiul de retopire, atunci putem discuta de doua utilaje distincte și anume ar fi odată utilajul care imprimă pasta pe PCB, utilaj care de exemplu poate fi MPM (de origine americană, și de dimensiuni mai mari) sau DEK (de origine nemțească, cu dimensiuni reduse), și utilajul care topește și întărește cositorul la sfârșit, ca de exemplu cuptoarele cu convecție verticală REHM. Utilajele de aplicat pastă folosesc de obicei un principiu destul de simplu. În primul rând, pasta de cositor este aplicată dintr-un tub de pastă (tub care vine poziționat într-un dispenser automat, ce poate dispensa pasta într-un mod automat, setat de către operator, sau manual, când se dorește) pe un șablon care are niște aperturi, iar cu ajutorul racleților, pasta se împraștie uniform dintr-o parte în alta, de aici reiese și imprimarea pe PCB a cositorului. După ce pasta de cositor a fost imprimată pe PCB, acesta trece prin mașina de amplasat componente SMD (Pick & Place) Fuji sau Siemens. La sfârșitul amplasării de componente, PCB-ul urmează să intre în cuptor, unde are loc procesul de topire. Practic cuptorul de reflow are trei mari zone, bine definite și anume:

– zona de preîncălzire (PCB-ul se încălzește, pentru a putea fi transportat în zona de PEAK)

– zona de PEAK (denumită ca și zona cu temperaturi maxime, această zonă poate sa atingă temperaturi de peste 200 grade Celsius, în funcție de tipul de cositor ales)

– zona de răcire (unde practic PCB-ul este răcit, și astfel are loc procesul de intărire al cositorului, și componentele rămân fixate pe pad.)

Ca și aplicație în zona sudurii, se poate discuta despre aparatura SEI, ce folosește electrozi și practic metalul ce urmează a fi sudat este legat la masa sursei de tensiune/curent, iar prin atingerea metalului cu electrodul, arcul electric are loc, circuitul fiind închis. O astfel de sursă de curent cu tot cu un pistolet de calitate, nu sare pragul celor 1000 de euro. Bineînteles, ca și în cazul cositoririi, și aici se găsesc aplicații automate, ce pot ajunge să coste peste 50.000 de euro, prețul final depinzând de aplicația în sine, daca încarcarea în automat se face automat sau de către un operator, sau dacă de exemplu, în cazul aplicației prezentate în această lucrare, după procesul de sudură are loc și o verificare a rezistenței, deci practic utilajul trebuie să aibă un rezistomat integrat, cu pini de test ce se folosesc pentru verificarea rezistenței. Sudura prezentată în această lucrare este una de tip MIG/MAG, ce folosește azotul pe post de gaz protector. Acest gaz protector se dozează automat în momentul sudurii pe fiecare pin în parte, iar cantitatea de azot dozată este reglabilă din drosel-ul poziționat pe capul de sudură.

Ca și aplicație în zona sudurii cu ultrasunete, putem discuta în principiu de utilajele de sudat cu ultrasunete, utilaje ce folosesc un generator de frecvență separat, care de obicei au un panou de comandă integrat și aferent utilajului de sudat cu ultrasunete. În industria Automotive se găsesc și aparatura de sudură cu ultrasunete de dimensiuni reduse, ce au ca și dimensiune mărimea unei șurubelnite electrice, și care pot fi mânuite mult mai ușor. Avantajele acestor aparate de sudură cu ultrasunete de dimensiuni reduse și generator de frecvență incorporat este că se folosește destul de ușor pentru aplicații mai mici și mai complicate, care nu pot fi lipite cu ajutorul unui utilaj de sudură cu ultrasunete de dimensiuni mai mari. Avantajul utilajelor de dimensiuni mai mari este faptul că se pot prelucra mult mai multe si mult mai rapid anumite produse, și astfel produția crește. Într-adevăr, diferenta de pret între utilajul mare și utilajul de dimensiuni reduse este destul de mare, cel mic ajungând la o valoare de maxim 10.000 de euro iar cel mare chiar și depășind pragul celor 20.000 de euro. Astfel, alegerea corectă se face în funcție de aplicație.

Diferența între cele trei tehnologii de lipire o constă în procedurile care trebuiesc urmate, complexitatea și calitatea lipirii, și rapiditatea cu care se vrea executarea lipirii. Personal prefer sudura cu ultrasunete în detrimentul lipirii prin cositorire, deoarece lipirea se face mult mai corect, mult mai rapid, eliminăm aparatura de exhaustare și mirosurile neplăcute, și producția crește exponențial. Secunde esențiale sunt câștigate, și astfel se pot produce mult mai multe produse, cu o calitare net superioară. De exemplu, la un produs ce practic în final este o boxă pentru mașină (boxă ce produce sunete prin rezonanță, mai precis prin vibrațiile create de membrana interioară pe carcasa metalică pe care este poziționată boxa), se folosește un proces de lipire între două lițe, mai corect spus între doua fire. Diametrul acestora este destul de mic, de aproximativ 0.125 mm. În prezent, această lipitură se realizează cu ajutorul cositoririi, se folosește o stație de cositorit JBC, cu un vârf de cositorit de 1 mm (Model Nr. C245-903), iar cositorirea durează aproximativ 3 minute. La această variantă, daca s-ar folosi un sistem de sudură cu ultrasunete, timpul ar scădea drastic, de la 3 minute la sub 20 de secunde, astfel putem crește eficiența cu peste 90%. Bineînțeles că aici se discută și despre o investiție inițială de 20.000 de euro, dar care în cazul în care se produc mai mult de 800-1000 de bucăți / oră se justifică și se și amortizează într-un timp destul de scurt.

În anumite circumstanțe, prefer și sudura cu electrod în locul cositoririi. Chiar la un produs prezentat mai încolo în lucrare, s-a modificat procedeul de cositorire cu un procedeu de sudură cu electrod, un sistem automatizat. Astfel, timpii de producție au scăzut, producția în sine a crescut, dar și costurile de întreținere și de mentenanță au crescut. Așadar, aspectele negative precum creșterea costurilor de întreținere sunt compensate de aspecte pozitive precum creșterea producției, îmbunătățirea calității. Un alt avantaj îl prezintă faptul ca la utilajul de sudură s-a reușit implementarea unui rezistomat, cu care se verifică rezistența sârmei de bobinat după ce sfârșitul acesteia a fost lipit pe pinul de contact. Implementarea acestui rezistomat a adus un avantaj major, și anume faptul ca două operații au devenit una singură, deci practic din doi operatori nu mai avem nevoie decât de unul pentru a efectua aceași operație.

Ca o primă concluzie pot spune că în ziua de astăzi se pune foarte mare preț pe calitatea produselor, mai ales în domeniul firmelor ce activează în sectorul Automotive, dar totodată se pune preț și pe creșterea cantităților, eficientizarea producției, tendința de scrap-rate să fie aproape de 0%. Cu asemenea cerințe, standardele firmelor trebuie să fie la înălțime, și să respecte cu strictețe cerințele clienților, care pot fi variate pentru fiecare produs în parte.

Capitolul II. Tehnologii de lipire

2.1 Generalități

Fiecare tehnologie și modalitate de lipire a metalelor sau a maselor plastic are dezavantaje și avantaje. În principal, o tehnologie de lipire sau de sudură se alege în funcție de tipul aplicației și a producției de serie care se dorește. Există produse la care producția de serie este una mică, și atunci practic nu merită a se investii în tehnologii complexe, sau utilaje complet automatizate. În cazul produselor de serie medie sau mare, atunci se poate gândi ca și opțiune a se opta pentru un utilaj automatizat complet sau o procedură mult mai complexă care practic crește eficiența și factorul uman nu mai trebuie să fie nevoit să ia anumite decizii.

În prezent, tehnologiile de lipire și de sudură sunt în plină dezvoltare, fiecare producător ofertând o gamă largă de aparatură și informații de specialitate. Există posibilitatea ca în funcție de complexitatea aplicației, să fie realizat un utilaj sau o procedură unică, doar pentru respectivul proiect. În momentul lansării unui produs, multe firme oferă consultanță gratuită, pentru a oferi cea mai bună soluție într-un timp cât mai scurt și la un preț cât mai convenabil. De exemplu, pentru executarea ofertei de preț si a detaliilor asupra utilajului și termenul de livrare, firmele specializate cer un anumit număr de mostre, care se trimit la laboratorul firmei respective. Astfel, aici la laborator se analizează absolut orice detaliu care interesează, detalii privind dimensiunea produsului, compoziția acestuia, ce anume se lipește, durata de lipire, la sfârșit practice vine o concluzie care să fie în concordanță cu standardele de calitate și de protecția muncii.

Un utilaj complex v-a fi gândit mereu din punct de vedere al clientului, și anume încărcarea care trebuie să o suporte acest utilaj. De exemplu, la o mașină de bobinat, se poate face un utilaj capabil să bobineze o singură bobină, dar există și posibilitatea spre optarea unui utilaj mult mai performant, care să poată bobina deodata chiar și șapte sau opt bobine.

La oricare dintre utilajele folosite, se pot adăuga și cerințe suplimentare, ca de exemplu la o mașină de sudură, care execută o sudură folosiind un electrod, după sudarea celor patru puncte per produs, se poate monta la acesta și un rezistomat care poate verifica rezistența bobinei după procesul de sudură. Astfel se elimină automat o operație, câștigându-se timp prețios, și se poate scuti și din personal, personal care poate fi mutat spre o altă operație.

La tehnologia de cositorire normală, cu stația de cositorit, din nou este foarte important tipul de stație aleasă, tipul de vârf și tipul de cositor. Se știe că există stații mai bune și altele mai puțin bune, însă pentru a cunoaște adevărul în privința acestora, trebuie făcute o serie de teste. De exemplu, pentru a atinge o temperature de 400 de grade Celsius, o stație Weller are nevoie de aproximativ 15-25 de secunde, pe când o stație JBC poate sa ajungă la această temperature în aproximativ 5-7 secunde. Practic, dacă pistolul este lăsat în stand-by, durata de revenire a acestuia la temperature de cositorire este critică în anumite aplicații. Și alegerea vârfurilor este esențială, dar pentru a ști cu exactitate ce tip de vârf trebuie folosit, și ce producător, trebuie efectuate o serie de teste.

2.2 Lipirea metalelor folosiind material de adaos

Lipirea este o metoda de îmbinare nedemontabilă a pieselor metalice la care legătura se realizează prin difuzia metalului de adaos aflat în stare lichida, in metalul piesei, aflat in stare solida, lipitura fiind deci o formație eterogenă.

Metalele de adaos sunt aliaje ușor fuzibile cu punct de topire in jurul a 250°C sau, uneori. materiale nemetalice (respectiv adezivii) care adera

pe porțiunile de lipit.

În funcție de temperatura de topire a aliajului de lipit se deosebesc

două procedee de lipire :

– lipire moale, când temperatura de topire a metalului de adaos este sub 300°C ;

– lipire tare sau blazare când temperatura de topire a metalului de adaos depășește . Esențialul in aceasta, clasificare îl constitute faptul ca la același metal de baza rezistenta mecanica a lipiturii este cu atât mai ridicata cu cat metalul de adaos are o temperatura de topire mai mare.

Metalele si aliajele de adaos sunt grupate (și simbolizate, ca atare) după mai multe criterii, si anume : natura aliajului (de exemplu : Cu + Zn. aliaje conținând Ni, Ag etc.), forma sub care se prezintă (baghetă, sârmă învelită, pulbere, granule etc.), temperatura do topire, rezistența lipiturii la încercarea de tracțiune sau de forfecare etc.

Pentru eliminarea oxizilor Si a celorlalte materii străine de pe zonele de lipit se folosește o substanță chimica numită flux, mai ușor fuzibil, decât aliajul de lipit, prinzându-se de suprafața pieselor înaintea aliajului și având însușirea de a dizolva oxizii și impuritățile. Ca fluxuri se pot folosi : colofoniul, stearina, clorura de zinc, clorura de amoniu, boraxul etc.

LIPITURI MOI

Lipiturile moi sunt utilizate in special la tinichigerie pentru lipirea tablelor do Zn, de alama, de otel cositorite etc. In acest caz, metalul de adaos se topește cu ajutorul ciocanului de lipit. Aliajele de lipit depind de natura metalului pieselor de asamblat (otel, cupru, staniu etc.). Fluxurile mai utilizate sunt: colofoniul (la lipirea cuprului și a alamei), stearina (la lipirea aliajelor de plumb), clorura de zinc dizolvată în apă (pentru otel Și aliaje de cupru), acidul clorhidric dizolvat în apă (la lipirea zincului).

LIPITURI TARI

Lipiturile tari, numite și brazuri sunt lipiri cu aliaje greu fuzibile (punct de topire în jur de 850°C = 1 123 K). Ele se folosesc unde intervin eforturi mai mari și permit obținerea unei îmbinări rezistente la piesele pe care, din diferite motive, nu le putem suda.

Aliajele de lipit, destinate acestor lipituri tari, sunt diferite în privința compoziției chimice și sunt determinate de natura metalelor ce sa lipesc (aliaj Al—Zn, pentru lipirea aluminiului și a aliajelor sale, aliaje Cu—Zn și Ag—Ou—Zn pentru aliaje feroase etc). Fluxurile au la bază, în general, boraxul, care reduce oxizii metalici la căldură și dă naștere, unei mase sticloase. Aceasta se îndepărtează apoi, prin ciocănire sau pilire.

Dacă boraxul nu este uscat, apa de pe el dă naștere la căldură, la bășici care umflă și acestea îndepărtează brazura. Ca prevedere, boraxul se păstrează uscat sau se încălzește înainte de utilizare.

2.2.1 TEHNOLOGIA LIPIRII

Înainte de a executa lipirea, suprafețele metalice de contact ale pieselor trebuie să fie curățate de praf, ulei sau rugină, lipsite de orice peliculă de oxizi. Curățarea se realizează mecanic (cu peni de sârmă, daltă sau pila, prin sablaj sau polizare) sau chimic (folosind, pentru decapare-degresare, solvenți ai materiilor grase ca tricloretilenă, metilcloroform, acizi dizolvați cu sodă sau alcool). După un tratament cu acid. piesele trebuie curățate cu leșie, pentru neutralizare oxidului.

În timpul lipirii, mai ales la lipirea tare, piesele trebuie să fie în contact, solidarizate prin menghine sau prin dispozitive speciale. O mare importanță o are asigurarea unor jocuri corespunzătoare intre piesele respective, pentru a se obține spațiile unde va pătrunde aliajul de lipit.

Aceste spații depind de natura metalului de bază, a celui de adaos ca și de grosimea pieselor.

La lipirea oțelurilor cu aliaje de cupru, jocul optim este 0.04—0.50 mm; cu aliaje de argint 0,02—0,15 mm, iar cu alamă este de 0,05— 0,25 mm. Pentru lipirea aluminiului cu aliaje de aluminiu și siliciu se recomandă jocuri de 0,1—0,6 mm.

Când trebuie lipite două piese din materiale diferite având coeficienți de dilatare termică foarte diferiți, se va ține seama de variația jocului. dintre piese în cursul procesului de încălzire și răcire a lipiturii.

Pentru lucrări fine se întrebuințează bronzuri de argint (exemplu : 4 părți Ag și 1 parte Cu).

În ceea ce privește forma lipiturii, in cazul lipiturii cap la cap, aceasta se face

– cu margini suprapuse pe o lățime l = (3—G) s, în care s este grosimea tablelor (fig. A);

Fig.A Îmbinarea prin lipire tare

Fig.B Pregătirea marginilor la lipiri cap la cap: a- cu margini drepte; b- cu margini oblice; c- cu margini ridicate

Fig.C Pregătirea pieselor la lipirea în T

2.2.2 LIPIREA

După curățare se aplică lipirea principia, se face printr-una din cele două metode :

a) piesele de lipit sunt reci și metalul de adaos se introduce in stare topită la locul lipiturii ;

b) metalul de adaos și fluxul se introduc între piese și apoi, tot ansamblul se încălzește la temperatura de lipire.

Alegerea uneia din aceste doua posibilități depinde de numărul pieselor ce se lipesc, de tipul pieselor șl de utilajele de care se dispune.

încălzirea pieselor se face cu diverse surse de căldură pentru lipire care se aleg în funcție de temperatura necesară și de procedeul de lipire. Se utilizează, astfel, flăcări oxigaz, ciocane de lipit electrice sau încălzite cu gaz, lămpi de benzină, surse electrice cu încălzire prin inducție, băi de săruri topite etc.

În aplicarea oricărui procedeu se ține seama ca lipirea să se efectueze printr-o încălzire mai lentă și răspândită pe zone mari.

2.2.3 LIPIREA CU MATERIAL DE ADAOS METALIC

După modul de introducere a materialului de adaos între piesele lipite, se deosebesc doua categorii de procedee de lipire

– lipire prin depunere;

– lipire capilară.

Lipirea prin depunere (fig. D) constă in depunerea aliajului de lipit pe suprafețele care se îmbină, astfel incit materialul de adaos să constituie o punte intre piesele asamblate.

Lipirea capilară se realizează prin intrarea aliajului de lipit lichid intre suprafețele pieselor asamblate, ca urmare a tendinței lichidelor de a pătrunde in spații foarte înguste (capilare).

Rezultă de aici că procedeele de lipire cu materiale de adaos metalice se pot grupa astfel:

– prin depunere

– moale

– capilară

lipirea cu material de

adaos metalic

– prin depunere

– tare

– capilară

Principala condiție pe care trebuie să o îndeplinească un aliaj de lipit constă în aceea că el trebuie să ude bine materialul de bază.

Lipirea moale. Principalele materiale utilizate la lipirea moale sunt aliajele de lipit și fluxurile.

Aliajele de lipit sunt foarte diferite in privința compoziției chimice, ce depinde, in special, de natura materialului metalic din care sunt executate piesele ce urmează a se îmbina.

Astfel, pentru lipirea pieselor din oțel, cupru și aliaje de cupru, se întrebuințează pe scară largă aliajele staniu-plumb și staniu-plumb-stibiu. Ele sunt standardizate, având simbolul LT (prescurtate de la lipire), urmat de cifre care indică conținutul mediu de staniu și literele Sb în cazul când conțin minimum 1% stibiu. Astfel, aliajul simbolizat Lp 20 se conține 20% Sn circa 1 Sb, restul plumb.

Fig. D

1 – tablele

2 – aliaj de lipit

Fazele îmbinării prin lipire moale, prin depunere, a doua piese din tablă:

a- depunerea aliajului de lipit pe marginea pieselor; b- suprapunerea tablelor pe marginile cu aliaj de lipit; c- topirea aliajului pentru formarea lipiturii;

Pentru lipirea pieselor din aluminiu sau din aliaje pe bază de aluminiu, se folosesc aliaje de lipit Sn-Zn sau Pb-A

Aliajele de lipit se livrează sub formă de vergele, benzi, granule, blocuri sau țevi umplute cu flux.

Fluxurile sunt substanțe chimice folosite in procesul de lipire în scopul dizolvării și al distrugerii oxizilor de pe suprafețele ce urmează a se lipi. De asemenea, ele ajută la îmbunătățirea difuziunii și mărirea fluidității aliajului de lipit.

Ele se prepară sub formă de lichide, paste și prafuri, care se întind pe suprafețele de lipit.

Cele mai răspândite fluxuri sunt:

– colofoniul la lipirea cuprului sau a alamei;

– stearina, la lipirea aliajelor de plumb;

– clorura de zinc dizolvată in apă, la lipirea oțelului și a aliajelor de cupru;

– acidul clorhidric dizolvat în apă, la lipirea zincului.

În esență, tehnologia lipirii moi cuprinde o serie de operații constând din pregătirea pieselor și realizarea îmbinării propriuzise.

Pregătirea pieselor în vederea lipirii se face prin curățirea atentă a suprafețelor pe care se va depune aliajul de lipit, pe cale mecanică (cu perii de sârmă, prin sablate, prin polizare) sau chimică (degresare cu tricloretilenă, silicat de sodiu, benzină etc, sau decupare cu acid sulfuric, clorhidric sau fosforic).

încălzirea pieselor se realizează cu ajutorul ciocanelor de lipire (fig.E), al lămpilor de lipire (fig. F), al arzătoarelor de gaz și al băilor cu aliaje de lipit aflate in stare lichidă în care se cufundă piesele asamblate.

O metodă rapidă de încălzire, aplicabilă în cazul producției în serie, este cea prin inducție (fig. G). Piesele care se asamblează sunt așezate pe o bandă transportoare, in poziția de asamblare, și sunt trecute prin câmpul de acțiune al unui inductor. Datorită încălzirii pieselor ca urmare a circulației curenților induși, aliajul de lipit, așezat in prealabil in zona lipiturii se topește și se întinde pătrunzând in rostul dintre piese. Pentru ușurarea întinderii aliajului de lipit, pe suprafața viitoarei îmbinări se presară flux

Fig.E.Ciocan de lipire; a si b – simple; Fig. F. Lampa de lipire cu benzina

c- cu gaze d- electrod 1- rezervor de benzina si de aer comprimat2- pompa

de aer comprimat 3- ventil pentru reglarea flacarii ;

4- dop; 5- ventil de evacuarea aerului;

6- arzator; 7- incalzitor; 8- câștig

Fig. G Lipirea moale, prin capilaritate, cu încălzire prin inducție a

bidoanelor de tabla pentru combustibil.

Întinderea aliajului de lipit se face cu ajutorul ciocanului de lipire sau prin cufundarea pieselor într-o baie cu aliaje de lipit topite.

Curățirea pieselor lipite. Pentru a se evita corodarea pieselor lipite de către fluxul rămas la locul îmbinării, este necesar să se spele din abundență locul respectiv cu apă caldă la care se pot adăuga diverși solvenți, ca, de exemplu, sodă.

Lipirea tare. Aliajele de lipit folosite la lipirea tare sunt foarte diferite în privința compoziției chimice, alegerea lor făcându-se, în special, pe baza naturii metalului de bază, astfel:

pentru aluminiu și aliajele sale aliaje Al-Si;

pentru cupru și aliajele sale aliaje Cu-P, Cu-P-Ag;

pentru nichel, cupru și aliajele lor aliaje Cu-Zn;

pentru aliaje feroase aliaje Cu-Zn; Ag-Cu-Zn;

pentru fontă aliaj monel (Cu-Ni).

Dintre aliajele amintite, o mare răspândire o au elementele pentru lipit (aliaje Cu-Zn, eventual cu adaosuri de Si sau Sn) și aliajele cu argint (Ag-Cu-Zn), ultimele rezistând bine la coroziune și la solicitări mecanice.

Fluxurile utilizate la lipirea tare au la bază, în majoritatea cazurilor, boraxul (Na2B407), care, în stare topită (783°C), dizolvă oxizii multor metale și, în special, oxizii cuprului. Pentru intensificarea activității fluxului pe bază de borax se adaugă acid boric (H3B03), iar pentru reducerea temperaturii de topire, clorură de zinc (ZnCl2) și fluoruri (NaF, KF). în afară de aceste substanțe, în fluxuri se mai introduc hidroxizi alcalini (NaOH, KOH) care absorb umiditatea.

Tehnologia lipirii tari. Principalele operații utilizate la lipirea tare sânt asemănătoare celor de la lipirea moale.

Pregătirea pieselor în vederea lipirii nu necesită curățiri atât de îngrijite ca la lipirea moale, deoarece, din cauza temperaturii ridicate, o mare cantitate de oxizi este dizolvată. Se va avea grijă totuși ca petele de grăsime, de vopsea sau de lac să fie neapărat îndepărtate.

în timpul lipirii, piesele trebuie să fie în contact, solidarizate prin menghine sau prin dispozitive speciale.

O mare importanță o are asigurarea unor jocuri corespunzătoare între piesele ce se asamblează, astfel încât să se obțină spații care va pătrunde aliajul de lipit. Aceste jocuri diferă de la caz la caz, funcție de natura metalului de bază și a celui de adaos. Astfel, de exemplu, la lipirea cu alamă a pieselor din o-țel, jocul este de 0,05—0,25mm, iar la lipirea cu aliaje de argint de 0,02—0,15 mm.

Încălzirea pieselor și depunerea aliajului de lipit se realizează prin mai multe metode, dintre care mai răspândite sunt: lipirea cu flacără, lipirea în cuptor și lipirea cu încălzire prin inducție.

Lipirea cu flacără oxigaz (oxiacetilenă, oximetan etc.) constă în așezarea pieselor în poziția de lipire, acoperirea locului de lipit cu flux și încălzirea pieselor cu ajutorul unui arzător (fig. H, a), metalul de adaos' sub forma de vergele este adus la locul îmbinării după "ce temperatura pieselor a atins valoarea optimă.

Lipirea în cuptor, folosită frecvent în producția de serie, constă în introducerea în cuptor a pieselor pregătite pentru lipire. Ele sunt așezate în poziția de îmbinat, imobilizate, iar metalul de adaos se așează în rostul îmbinării sub formă de plăcuțe sau sârmă; locul îmbinării se acoperă cu un strat de flux.

Lipirea cu încălzire prin inducție este asemănătoare celei descrise la lipirea moale, însă temperaturile atinse sunt mai mari. Inductoarele se construiesc în funcție de configurația pieselor asamblate. Metoda se pretează la mecanizare sau chiar la automatizare. Productivitatea poate crește dacă se lipesc mai multe piese simultan.

La lipirea tare, din cauza temperaturilor ridicate folosite pentru topirea materialului de adaos, se produce adesea o oxidare puternică a materialelor de bază și de adaos. Pentru prevenirea oxidării, la lipirea în cuptor sau cu încălzire prin inducție, se pot folosi atmosfere de lucru protectoare. Acestea pot fi atmosfere reducătoare, alcătuite din amestecuri de hidrogen, azot, oxid de carbon, bioxid de carbon, din argon, heliu sau vid.

În ceea ce privește natura materialelor de bază, practic, se pot îmbina prin lipire tare majoritatea metalelor și aliajelor feroase și neferoase cu temperatura de topire peste 500°C.

Fig H

Lipirea tare prin depunere de flacără oxigaz: a-realizarea lipiturii:1 – piese 2 – vergea din metal de adaos; 3 – flux; 4- arzător 5- direcția de lipire; b- tipuri de îmbinări pentru lipirea tar

2.3 Lipire prin cositorire

Generalități despre cositorire:

Cositorirea este o îmbinare între două piese care folosește un material auxiliar topit și apoi solidificat în zona de contact (cositorul). Temperatura de topire a materialului de legătură nu depășește de obicei 450ºC.

Pentru realizarea unei cositoriri se parcurg următorii pași:

Se aduce și se topește cositorul în zona de legătură.

Se umple spațiul dintre piesele de lipit prin adeziunea cositorului topit la suprafețele de contact ale celor două piese.

Se răcește zona de lipire pentru a permite cositorului să se solidifice.

In timp ce cositorul topit se intinde pe suprafata din cupru a metalului de cositorit se produce dizolvarea la nivel microscopic a cuprului in cositor.

La suprafața de separație dintre cele două metale se formează sub influența temperaturii de cositorire, legături chimice de genul: ε (Cu3Sn) și η (Cu6Sn5).

Plumbul din cositor nu intră in reacție.

Legătura cositorită este cu atât mai puternică cu cât se formează mai multe cuiburi ale fazei intermetalice Cu-Sn.

In imaginea alăturată se observă stratul de separație (zona C) între metalul de lipit (E) și masa de cositor (A și B). Datorită faptului că de pe suprafața metalică (cupru – zona E) nu s-a îndepărtat bine stratul de oxid, a rezultat o cositorire neconformă, adică stratul de cositor nu a aderat la suprafața metalului supus lipirii.

Zonele A, B reprezintă aliajul de cositor.

Zona D reprezintă materie in fază intermetalică.

Faza itermetalică este cea care realizează efectiv legatura și constă în difuzia atomilor din substrat in masa de cositor topit, iar după solidificare rezultă o legatură solidă care permite circulația curentului electric.

Concluzii:

Cositorul standard folosit pentru lipire este pe baza de staniu (Sn) aliat cu alte metale (plumb, argint, cupru, nichel, zinc)

Legătura intermetalică apare in zona stratului de separație între cele două suprafețe.

Importanța cea mai mare o are adeziunea cositorului la suprafețele de cositorit și utilizarea decapantului.

Tipuri de cositorit din punct de vedere al procesului:

Cositorire manuală prin scufundarea pieselor de cositorit

într-o baie de cositor topit (fig.3).

Cositorire manuală cu ajutorul vârfului de cositorit

și a cositorului tip sârmă (fig.4).

Cositorire automată cu val de cositor: în acest caz, o plăcuță electronică populată cu piese trece peste două valuri de cositor topit într-o mașină automată, astfel încât, piciorușele pieselor și suprafața inferioară a plăcuței să atingă cositorul topit (fig.5).

Cositorire automată în cuptor: Piesele de

cositorit sunt așezate pe placuță, iar terminalele

metalice sunt în contact cu un strat de pasta de

cositorit. Sub acțiunea temperaturii ridicate din cuptor,

pasta de cositorit se transformă în cositor topit care va

adera atât la terminalul piesei cât și la terminalul plăcuței

cablate (fig.6).

Cositorire automată cu vârf cositorit: O mașină cu un

sistem de mișcare pe 3 axe realizează cositoriri punct cu

punct, după un program dinainte stabilit (fig.7).

Cositorire prin presare: un dispozitiv de presare încălzit

realizează lipitura firelor dintr-o panglică pe o plăcuță pe care se află depus in prealabil un strat de cositor.

Rolul decapantului în cositorire:

Piesele care urmează a fi cositorite se tratează în prealabil cu decapant. Folosirea decapantului are ca scop:

Umectarea suprafețelor (umezirea de suprafață);

Evitarea oxidării cositorului în timpul lipirii;

Îndepărtarea oxidului și existent pe metalele de lipit, printr-o acțiune chimică;

Favorizarea adeziunii cositorului la metalul de bază.

Decapantul este alcatuit din rasini (colofoniu),

acizi organici, săruri, dizolvate in alcool, care

sunt activate chimic de la o temperatura incepand

cu 140oC. Din cauza agresivității chimice puternice

a decapantului pot să apară in timp urme de coroziune in jurul punctelor cositorite, de unde nu au fost curățate resturile de decapant (zona B din Fig.8).

In producția electronică se folosește de obicei un

Decapant care nu este atât de agresiv, și nu necesită

curățare după utilizare (zona A din Fig.8).

Decapantul poate să fie conținut in formă solidă și in

sârma de cositor (fludor), de aceea, după cositorirea

manuală se observă o substanță transparentă care se

scurge in afara punctului de cositor. Decapantul,

având densitate mai mică, se separă de cositorul topit,

după ce si-a indeplinit rolul.

Tipuri de cositor din punct de vedere al materialului din compoziție:

Cositor cu plumb

Cositor fara plumb (LeadFree/Bleifrei)

Datorita clasificării plumbului ca substanta periculoasa mediului, in aliajele de lipit folosite in prezent, Pb a fost inlocuit cu adaos de Argint, Cupru etc. Datorita compozitiei, punctul de topire este mai ridicat, intervalul de cristalizare este mult mai mic si temperatura de lucru este critica. Aliajul fara Plumb este mai casant si dupa topire are un aspect mat, aspru (fig.9, de regula este confundat cu lipitura rece cand piesele lipite au fost miscate).

Cositorirea prin scufundarea în cositor topit

Cea mai simplă metodă de cositorire este prin scufundarea piesei (sârmei) in cositor topit. Avantajul acestei metode este transferul termic rapid. Dacă piesa nu a fost decapată inainte, cositorul “nu prinde”, nu aderă la metal (fig.10 și fig.11). Același lucru se intâmplă și dacă piesa scufundată in cositor nu s-a incălzit suficient.

Intotdeauna se urmărește realizarea unui menisc de aderență a cositorului la metalul de cositorit (fig.12 și fig.13).

Temperatura băii nu are voie să afecteze izolața din plastic, dar să fie suficientă pentru a topi lacul sârmei bobinei.

Este critic ca suprafetele de lipit sa fie curate, fara murdarie sau grasime, deoarece in timpul cositoririi nu se intervine manual asupra lipiturii, doar actiunea temperaturii.

In cazul lipirii litei cu infasurare de sarma Cu, distanta dintre spire trebuie sa fie minim grosimea sarmei folosite (fig15). Daca spirele sunt prea apropiate, aliajul nu are loc sa patrunda intre suprafetele de lipit, iar transferul termic este redus, lipitura fiind necorespunzatoare.

In fig.16 spirele sunt prea apropiate una de cealalta, iar cositorul nu a reusit sa patrunda intre spire pentru a realiza lipirea intre lita si sarma. Distanta dintre spire este mai mica decat grosimea sarmei folosite.

In timpul solidificarii cositorului, componentele cositorite nu au voie sa se miste una fata de cealalta.

Cositorirea manuală cu vârful de lipit (pistolul)

In cositorirea manuală se folosesc stații

de cositorit de diferite puteri și cu diferite

vârfuri, în funcție de aplicație. In fig 16 sunt

prezentate cateva variante de varfuri.

La cositoririle unde piesele de cositorit

au suprafete mari metalice, sau sunt voluminoase,

acumulatoare de căldură, se vor folosi vârfuri mai

mari în diametru sau mai late pentru un transfer

termic mai mare.

Dacă transferul termic nu se face suficient de bine, e de preferat să se utilizeze un vârf mai gros, decât să se țină mult timp vârful de cositorit în contact cu piesa.

Dacă se cositoresc piese sensibile la încălzire cum sunt firele subtiri izolate, dispozitivele semiconductoare, în special cele SMD de putere mică, condensatoarele ceramice, se va folosi un vârf cât mai subțire, chiar ascuțit, iar timpul de contact termic trebuie să fie cât mai scurt.

Exemple de vârfuri de cositorit:

Reguli de baza pentru cositorirea manuală cu varful de lipit:

Realizarea unui bun contact termic intre vârful de cositorire si punctul de cositorire. Acest contact termic bun nu se poate obține decat prin intermediul cositorului topit.

Decapantul trebuie sa acționeze exact in punctul de cositorire si sa faciliteze transferul termic.

Decapantul trebuie să curgă apoi in afara cositorului, sau să se evapore.

Se menține contactul între vârful de cositorit si punctul de cositorire atât cât este necesar pentru curgerea cositorului si umplerea completă a spatiului de cositorit.

Nu utilizați mai mult cositor decat este necesar. In cazul circuitelor imprimate acoperite cu cositor trebuie sa fie vizibil conturul cablajului.

Componentele cositorite nu au voie sa se miște în timpul solidificarii cositorului, iar lipitura trebuie efectuata cu miscari cat mai ferme.

Recunoașterea și evaluarea defectelor de cositorire :

Condiții pe care trebuie să le indeplinească cositoririle :

Fără punți intre două laturi de circuit, fără intreruperi ale circuitului electric.

Unghiul meniscului de adeziune să fie cât mai mic (măsurat prin interiorul cositorului). –fig.23

Suprafața cositorului după solidificare să fie lisă și lucioasă (luciul nu este o condiție obligatorie).

Fără urme de decapant, sau dacă există, să fie transparente și necorozive.

Cositorul să nu se contracte după solidificare, să nu se desprindă de pe suprafețele care au fost inițial acoperite.

Formarea unui strat intermetalic in zona de separație a metalelor.

Umplerea spațiului dintre piese să fie uniformă, fără pori, fisuri.

Foarte des intalnita este cositorirea capetelor sarmei de bobinat cu pinii. In fig 21 si 22 este prezentat acest tip de cositorire. Pentru a executa acest tip de lipitura, se plaseaza varful de lipit pe pinul cu sarma, iar cositorul se plaseaza intre aceste doua elemente ( fig. 21 ).

Intervalul procesului de cositorit, trebuie sa fie cat mai scurt, astfel se va evita deteriorarea componentelor din cauza temperaturii inalte.

Ca și mențiune și o evoluție a tehnologiilor de lipire, se poate observa mai incolo în lucrare că acest sfârșit de bobinare o să fie în cele din urmă lipit de pin prin tehnologia de sudură, deoarece procesul se face mult mai rapid si mult mai corect.

Unghiul meniscului de cositor – imaginea următoare prezintă cum este măsurat unghiul meniscului de cositor (fig.24), astfel, se urmărește un unghi mai mic de 90º, iar cositoririle la care unghiul e mai mare de 90º se consideră neconforme.

In figura 24 se observă că unghiul meniscului e mai mare de 90º, iar picătura de cositor topit nu a aderat la suprafața metalică a plăcuței (defect neacceptabil). Acest fenomen se poate datora faptului ca suprafața metalică nu a fost bine decapată, sau nu a ajuns la temperatura corespunzătoare realizării cositoririi.

Lipitura rece – defect major de lipire, suprafata lipiturii are o rugozitate mare si se datoreaza aplicarii unei cantitati de caldura insuficiente sau miscarii componentei in timpul solidificarii aliajului de lipit.

De exemplu, in imaginile următoare se poate observa diferența intre o cositorire bine realizată și una “rece”, adică cositorul nu a adrat la terminalul piesei:

Fig. 26 lipitura rece s-a format deoarece

componentele s-au miscat. In urma miscarii

componentelor in timp ce aliajul de lipit se

afla in procesul de solidificare.

Introziuni de gaze:

– indicator de proces care poate fi determinat de:

– decapare neconforma a suprafetlor de cositorit

– umiditatea excesiva in materiale

– oxidarea suprafetelor de cositorit

Lungimea terminalelot cositorite – indica lungimea terminalului cositorit de la suprafata circuitului imprimat pana la capatul terminalului.

Nu este vizibil capatul sarmei. Neadmis !

Fig. 38.c Lungime minim admisa 0.5 mm. Sarma componentei abia se vede in lipitura. Admis !

Fig. 38.b Lungime optima : 0,5 mm< L <1,5 mm. Lungime maxima: L=2,0mm. Admis !

Fig. 38.a; Fig. 38.a.1; Fig. 38.a.2 Lungime neadmisa: L>2,0 mm. Neadmis – Pericol de scurtcircuit!

Gradul de umplere – indica cantitatea corecta de material de lipit si caracterizeaza capacitatea de lipire a placii imprimate si a componentei.

– Gradul de umplerea pe verticala trebuie sa fie de cel putin 75% din totalul gauri

Fig. 40. Material de lipire insuficient. Neadmis!

Fig. 39b. Umplere minima cu material de lipire. Cel putin 75% din grosimea placii imprimate trebuie sa fie umpluta de catre materialul de lipire. Admis !

Fig. 39a. Umplere optima. Acoperire buna a ochiurilor de lipire. Unghi de acoperire mic. Cantitate optima de material de lipire.

Fig. 41. Supraumplere. Meniscul s-a ridicat pana la carcasa componentei si face contact cu aceasta. Neadmis !

– Gradul de umplerea pe circumferinta gaurii sa fie de cel putin 270° respectiv 75% din totalul gaurii

Alte defeecte de cositorire:

Menisc de cositor contaminat cu materiale neconductoare

– adeziv, izolatie etc.

Exces de decapant

– sarma de cositor contine prea mult decapant

– decapant expirat sau cu proprietati chimice neconforme

Terminalul indoit/rupt din carcasa componentei

– fortare mecanica componenta

Componenta deteriorata mecanic – soc mecanic

Delaminare placa circuit – timp de expunere si

temperatura excesive

Decolorare/delaminare placa circuit – timp

de expunere si temperatura excesive

Materialului de cositorit ars – timp de expunere

si temperatura excesive

Fisuri in menisc – soc mecanic/termal

Punti de cositor intre componente fara traseu

conductor – exces cositor

Componente sparte – solicitare mecanica,

temperatura excesiva

Cositorire rupta – scolicitare mecanica

Defect acoperire paduri – acoperire paduri neconforma

Contact intre meniscul de cositor si izolatie

componenta – amplasare neconforma

Bile de cositor formate la suprafata pad-urilor

– umectare neconforma a padului

– decapare insuficienta

Umplere in circumferinta gaurii neconforma

– placa circuit oxidata -– temperatura/timp de cositorire insuficient

-decapare insuficienta

Cositorire rece – exces de decapanti/activatori

„Mustati” de cositor – umiditate excesiv

– sablon imprimare murdar

Bile cositor mai mari decat distanta minima dintre

două circuite electrice.

Bile cositor “libere” necapsulate în decapant sau

aderate la cositorire.

– exces cositor

– decapare insuficienta

– componente/circuite oxidate

Deumectare paduri

– umiditate in placa de circuit mare

– acoperirea padurilor neconforma

Metoda de înlocuire a unei componente SMD urmează 4 etape: (sursa: Metcal: “Literature&Technical Notes”)

Se curăță punctele de cositorire de cositorul vechi rămas în urma decositoririi componentei vechi. Pentru aceasta folosiți un varf normal și puțină liță absorbantă pentru cositor.

Amplasați componenta nouă pe locul ei și țineți-o cu o pensetă.

Folosiți un varf fin pentru a cositori piciorușele componentei pe plăcuță, astfel încat varful să fie în contact atat cu piciorușul piesei, cat și cu plăcuța. Nu puneți varful de cositorit pe (deasupra) piciorușul piesei, deoarece există riscul unui șoc termic asupra componentei.

După ce prima cositorire a fost făcută, se verifică alinierea corectă a piesei și se trece la celelalte puncte de cositorire.

Pe o plăcuță electronică se poate schimba aceeași piesă doar o singură dată. Dacă reparația nu a fost cu succes, plăcuța se consideră rebut și se va înregistra ca atare.

In cazul oricărei deteriorări a circuitului imprimat, plăcuța se consideră de asemenea rebut.

Terminalele pieselor sau ale cablurilor de conexiune care depășesc în lungime 1,5mm se vor tăia cu ajutorul cleștelui special, iar dacă a fost afectat meniscul de cositor, se vor cositori manual din nou.

Cele mai sensibile componente la efectul călduriii sunt condensatoarele ceramice și dispozitivele semiconductoare, astfel timpul de contact al vârfului de cositorit cu piesa trebuie să fie 1 ± 0,5 s.

Nu se atinge niciodată partea ceramică a unui condensator cu vârful de cositorit, șocul termic poate să distrugă componenta.

2.4 Lipire prin sudură

2.4.1. ROLUL ȘI IMPORTANȚA SUDĂRII IN INDUSTRIE

Dezvoltarea modernă a industriei construcțiilor de mașini, de aparate și instalații, a construcțiilor metalice, a construcțiilor navale, electrotehnice, de avioane și de nave cosmice etc. a devenit posibilă o dată cu dezvoltarea proceselor de sudare și a procedeelor conexe sudării, cu ajutorul cărora se pot executa atît pregătirea pieselor, cît și îmbinarea diferitelor organe de mașini și ansambluri.,

Factorii care au condus la folosirea pe scară tot mai largă a sudării sînt: obținerea, de îmbinări sudate cu aceleași caracteristici mecanice ca și ale metalului de bază; economia de metal; volumul de muncă mai redus; obținerea de piese și ansambluri cu rezistență superioară; etanșeitatea totală a îmbinărilor sudate în cazul instalațiilor, recipientelor și conductelor sau aparatelor pentru fluide; productivitatea mărită, însoțită de micșorarea costului construcției respective; condițiile îmbunătățite de muncă, prin suprimarea zgomotului de la nituire și a condițiilor grele de muncă din turnătorii etc.

Prin sudare, construcțiile metalice pot fi realizate mai rațional; ele pot fi mai ușor modificate sau îmbunătățite chiar în timpul execuției. Un alt avantaj este și acela că un ansamblu sudat poate fi ușor reparat. Folosirea pe scară tot mai largă a oțelurilor și aliajelor de înaltă rezistență a făcut posibil ca, în ultimul timp, să fie realizate în numeroase domenii, pentru aceleași condiții de exploatare, sau chiar mai grele, construcții mai ușoare la un cost mai redus. În unele domenii tehnice, în special în domeniul navelor cosmice, progresele realizate nu ar fi fost posibile fără aplicarea sudării, deoarece în prezent pot fi îmbinate metale și aliaje de înaltă rezistență pentru medii cu temperaturi foarte înalte sau foarte joase. Tot prin sudare pot fi realizate și construcțiile destinate mediilor corozive sau de uzură puternică, precum și construcțiile supuse unor solicitări variabile mari pentru cele mai diferite scopuri: în industria extractivă, chimică, mecanică, electrotehnică, transporturi etc.

În prezent, întreprinderile din țară realizează numeroase produse sudate de cea mai înaltă tehnicitate, dintre care multe pentru export: nave, vagoane, automobile, autocamioane, turbine hidraulice și cu abur, cazane cu abur, mașini agricole, tractoare etc. De asemenea, pe marile șantiere din țară au fost realizate importante construcții, ca: podul de peste Dunăre Giurgeni—Vadul Oii, sistemul hidroenergetic Porțile de Fier-1, combinatele siderurgice Galați și Tîrgoviște, numeroase centrale hidro și termoelectrice, combinate chimice, amenajarea modernă a rîului Dîmbovița, magistralele metroului, Canalul Dunăre—Marea Neagră și podul de

În țară se acordă o importanță deosebită cercetării proceselor de sudare, în vederea perfecționării lor, se fabrică numeroase utilaje de sudare și se produc pe scară largă materiale de adaos.

2.4.2 TERMINOLOGIE, DEFINIȚII

Sudarea este o operație de îmbinare nedemontabilă a pieselor metalice, prin utilizarea unei încălziri locale sau a presiunii, sau a ambelor, cu sau fără folosirea unui metal de adaos similar cu metalul pieselor de îmbinat.

(Metalul sau aliajul supus operației de îmbinare prin sudare se numește metal de bază, iar metalul sau aliajul de adaos, sub formă de sîrme sau granule, care se topește în procesul de sudare, se numește metal de adaos. Topirea metalului de adaos în amestec cu metalul de bază topit formează sudura.

Metalul depus este materialul provenit din topirea metalului de adaos, care contribuie la formarea cusăturii. Cusătura este sud ura de îmbinare de-a lungul pieselor sudate, obținută prin solidificarea materialului de bază și a materialului de adaos, realizată prin aplicarea unui procedeu de sudare.

La procedeele de sudare prin topire, sudura este formată din depunerea prin topire a unui metal de adaos, iar la procedeele de sudare prin presiune sudura este formată, în general, numai din materialul de bază.

Metoda de sudare înseamnă modul practic de execuție a unei suduri, ținînd seamă de grosimea piesei, de poziția ei și de natura metalului de sudat, pentru obținerea unei îmbinări de calitate. La aplicarea unei metode corespunzătoare, se recomandă să se țină seamă de consumul de material de adaos și de consumul de energie, care trebuie să fie cît mai reduse, iar viteza de sudare cît mai mare. De asemenea, este necesar ca tensiunile și deformațiile care rezultă după folosirea unei metode de sudare să fie cît mai reduse, iar sudura și zonele influențate termic din jurul sudării să fie lipsite de pori, fisuri sau alte defecte.

În prezent, noțiunea de sudare se extinde și la îmbinări de materiale nemetalice sau la îmbinări de materiale metalice cu nemetalice. Sudura realizată se mai numește cusătură sau cordon de sudură. În jurul sudurii, partea de material de bază care nu a ajuns în stare de topire, dar care a ferit transformări structurale din cauza încălzirii puternice, formează zona influențată termic. Porțiunea compusă din sudură cu zonele influențate termic și marginile învecinate acestora formează îmbinarea sudată a pieselor.

Sudarea pieselor sau a ansamblurilor se execută prin diferite procedee. Ținînd seama de dezvoltarea luată în ultimul timp de tehnica sudării, numărul procedeelor de sudare a devenit foarte mare, deoarece numeroase surse de energie capabile de a topi sau de a deforma materialele de sudat în vederea îmbinării pot fi folosite la sudare. Prin procedeu de sudare se înțelege totalitatea operațiilor tehnologice și a metodelor folosite, în vederea obținerii de îmbinări sudate. În cadrul unui procedeu de sudare, cu aceleași operații tehnologice, în multe cazuri este necesară folosirea diferitelor metode de sudare, în special la schimbarea grosimii pieselor de sudat. Aplicarea celei mai corecte metode la sudarea unei piese are o influență hotărîtoare nu numai asupra calității sudurii, ci și asupra productivității și costului.

2.4.3. CLASIFICAREA PROCEDEELOR DE SUDARE

Procedeele de sudare pot fi clasificate după mai multe criterii. Cea mai obișnuită clasificare este după modul în care sînt aduse marginile de îmbinat ale pieselor și, din acest punct de vedere, procedeele pot fi:

de sudare prin topire;

de sudare prin presiune.

La sudarea prin topire, marginile pieselor de îmbinat sînt aduse în stare topită, iar după solidificare se formează sudura. La sudarea prin presiune, marginile de îmbinat, încălzite local sau nu, sînt presate una contra celeilalte pînă la obținerea îmbinării necesare.

Felul încălzirii marginilor de îmbinat formează, de asemenea, un criteriu de clasificare a procedeelor. Din acest punct de vedere se deosebesc:

sudarea chimică, la care marginile sînt încălzite și topite local prin căldura dezvoltată de o reacție chimică exotermică sau prin turnarea unui metal. Din această grupă fac parte procedeele de topire cu flacăra de gaze sau cu termit;

sudarea electrică, la care marginile sînt topite prin efectul caloric al arcului electric, fără exercitarea vreunei solicitări mecanice. Din această grupă fac parte procedeele de sudare cu arc electric descoperit sau acoperit;

sudarea electrochimică, la care marginile de îmbinat sînt topite cu arc electric în mediu de gaz protector inert sau reducător sau în mediu de gaze reducătoare (H2, CO2);

sudarea termomecanică, la care marginile de îmbinat sînt încălzite cu ajutorul unei reacții chimice, iar îmbinarea se realizează în urma unei solicitări mecanice (presare, laminare, lovire). În această grupă intră procedeele cu flacăra de gaze și cu termit, realizate prin presiune, precum și procedeul de sudare prin forjare;

sudarea electromecanică, la care încălzirea marginilor, se realizează electric, iar îmbinarea se obține printr-o solicitare mecanică. Din această grupă fac parte procedeele de sudare prin rezistență electrică și presiune: cap la cap, în puncte, în linie etc.;

sudarea mecanică prin presiune la rece sau prin frecare, la care îmbinarea se obține prin acțiunea unei forțe de presare, frecare sau șoc.

Sursa de energie folosită la sudare formează un criteriu de bază pentru clasificarea procedeelor de sudare, criteriu adoptat și de Institutul Internațional de Sudare (IIW/IIS).

Clasificarea procedeelor de sudare (STAS 8325-77) se face astfel:

Sudarea cu arc electric. În această grupa intră toate procedeele de sudare cu arc electric vizibil sau acoperit (sub strat de flux), cu electrod fuzibil sau nefuzibil, cu electrod de cărbune, cu plasmă etc.

Sudarea prin presiune. în această grupă intră toate procedeele de sudare prin rezistență electrică: cap la cap, în puncte, în relief. Procedeele cap la cap pot fi prin topire intermediară sau în stare solidă. Tot în această grupă intră și sudarea prin presiune cu curenți de înaltă frecvență.

Sudarea cu gaze. Această grupă cuprinde procedeele de sudare cu flacără de gaze (cu oxigen): sudarea oxiacetilenică, oximetanică, oxihidrică.

Tot din această grupă fac parte și procedeele de sudare cu flacăra de gaze și aer: aeroacetilenică, aeropropanică.

Sudarea în stare solidă. Această grupă cuprinde procedeele de sudare la care marginile nu sînt aduse în stare de topire: cu ultrasunete prin frecare, prin forjare, cu energie mecanică mare (sudarea prin explozie), sudarea prin difuzie, sudarea cu gaz prin presiune, sudarea la rece sau prin presiune la rece.

Alte procedee de sudare. Din această grupă fac parte procedeele de sudare: cu termit prin presiune sau prin topire electrică în baie de zgură, sudarea electrogaz, prin inducție, cu radiații luminoase, cu fascicul de electroni, prin percuție.

Lipirea. Această grupă cuprinde procedeele de lipire tare și moale, precum și de sudare prin lipire.

În cele ce urmează se vor descrie sumar cele mai folosite procedee. Încă înaintea erei noastre, la fabricarea armelor, a ornamentațiilor metalice și la confecționarea unor obiecte metalice de uz casnic se foloseau diferite îmbinări. Procedeele de îmbinare folosite erau lipirea și forjarea; acest din urmă procedeu, mult aplicat în evul mediu, mai este și astăzi folosit.

Descoperirea procedeelor moderne de sudare a început în a doua jumătate a secolului trecut, o dată cu dezvoltarea industriei metalurgice și a invențiilor în domeniul electricității. Descoperirea încălzirii metalelor prin rezistență electrică, cu arc electric și a carburii de calciu, necesară obținerii acetilenei pentru sudarea cu flacăra de gaze, au creat sursele de energie cele mai corespunzătoare sudării.

Sudarea cu flacăra de gaze este procedeul la care sursa termică o constituie flacăra care rezultă prin arderea unui gaz combustibil în amestec cu oxigen la ieșirea din suflaiul de sudare (fig. 2.1.).

Suflaiul de sudare a fost inventat în 1896 de germanul B. Droger, iar în 1901 francezii Fouché și Picard execută suflaiul de înaltă presiune cu amestec interior de gaze. O mare contribuție la dezvoltarea procedeului o au și cercetările făcute de germanii Karl von Linde, A. Messer și E. Weiss, privind fabricarea oxigenului, folosirea acetilenei dizolvate, construcția diferitelor tipuri de generatoare de acetilenă și de suflaturi etc.

În funcție de gazul folosit, flacăra poate fi oxiacetilenică dacă gazul combustibil este acetilenă, oximetanică dacă gazul combustibil folosit este metanul (gaze naturale) și oxihidrică dacă gazul combustibil este hidrogenul. În general, sudarea cu flacăra de gaze se recomandă la îmbinarea tablelor și a profilelor cu grosimea sub din metale și aliaje; pentru sudarea grosimilor mai mari, procedeul se aplică pe scară redusă. Flacăra de gaze este, de asemenea, mult folosită la procedeele conexe sudării pentru executarea diferitelor prelucrări la cald, cum sînt: tăierea, scobirea, lipirea, flamarea, îndoirea etc.

Sudarea cu arc electric formează grupa de procedee la care topirea marginilor pieselor de îmbinat este realizată cu un electrod-vergea fuzibil sau cu o sîrmă-electrod în mediu de gaz protector; sudarea poate fi efectuată cu arc electric descoperit (vizibil) și electrod fuzibil sau cu arc electric acoperit de un strat de flux, precum și cu arc descoperit cu electrod nefuzibil de cărbune în aer sau cu electrod nefuzibil de wolfram în mediu de gaz protector. Sudarea cu arc electric formează grupa de procedee electrice cu cele mai numeroase variante de sudare.

Dintre procedeele cu arc electric descoperit pot fi menționate:

procedeul la care arcul electric se formează într-un electrod metalic învelit, neînvelit sau cu miez și piesa de sudat; sudura se formează din metalul topit din electrod și metalul de sudat (fig. 2.2). Sudarea poate fi executată cu un curent continuu sau alternativ, în funcție de felul electrodului folosit;

procedeul la care arcul electric se formează între un electrod de cărbune și metalul de sudat, iar sudura se formează dintr-o sîrmă topită în arc sau din metalul de bază topit (fig. 2.3). La acest procedeu se sudează cu curent continuu, polarizare directă, adică polul minus la electrod;

procedeul la care arcul electric se formează între doi electrozi de cărbune, independent de piesa de sudat, menținut deasupra liniei de îmbinare (fig. 2.4). Sudura se formează cu ajutorul unei sîrme de adaos topită în arc sau din metalul de bază topit;

procedeul WIG, la care arcul electric se formează între un electrod nefuzibil de wolfram și piesa de sudat, peste care se suflă un gaz protector inert (fig. 2.5). Sudura este formată din metalul topit al unei sîrme introduse în arc sau numai din metalul de bază topit. Acest procedeu este numit procedeul WIG (wolfram-inert-gaz) sau Argonarc, deoarece gazul folosit este argonul;

procedeul în mediu de gaz protector la care arcul electric se formează între o sîrmă electrod fuzibil și piesa de sudat, peste care se suflă un gaz protector inert — procedeul MIG (metal-inert-gaz), sau activ — procedeul MAG (metal-activ-gaz), în funcție de gazul folosit pentru metalul respectiv de sudat (fig. 2.6). Acest procedeu permite mecanizarea operației de sudare și de aceea este larg folosit la sudarea semiautomată sau automată;

procedeul Arc-atom, la care arcul electric se formează între doi electrozi de wolfram, independent de piesa de sudat, peste care se suflă hidrogen. în timpul menținerii arcului, hidrogenul suflat se disociază în hidrogen atomic. Metalul de adaos îl formează o sîrmă care este introdusă în arcul electric format (fig. 2.7);

procedeul de sudare electrică sub flux, la care arcul electric este acoperit de un strat de flux, presărat pe linia de sudare înaintea arcului format între o sîrmă fuzibilă, derulată dintr-o bobină de sîrmă și piesa de sudat (fig. 2.8). La acest procedeu, arcul electric nu este vizibil; procedeul este folosit pe o scară largă la sudarea semiautomată și automată a oțelurilor carbon și slab aliate;

un alt procedeu de sudare prin topire, folosit la îmbinarea pieselor groase și foarte groase, este procedeul de sudare în baie de zgură. La acest procedeu topirea sîrmei de adaos se produce prin căldura dezvoltată de rezistență electrică a băii topite de zgură la trecerea curentului electric (fig. 2.9). Piesele de sudat se așează în poziție verticală; procesul se desfășoară automat între piesele de sudat după ce au fost amplasate pe îmbi nare două patine laterale de cupru, răcite cu apă, între care se produce solidificarea băii de sudură.

În afară de procedeele prin topire enumerate, se mai folosesc și alte procedee de sudare prin topire, care se vor descrie în capitolele următoare. Trebuie menționat că, în prezent, cu noile procedee de sudare prin topire, cum este procedeul cu fascicul de electroni sau cu fascicul de lumină, pot fi realizate suduri la metale și aliaje speciale, la care nu pot fi folosite procedeele descrise.

Procedeele de sudare prin presiune cele mai folosite sînt procedeele cu sursă de energie electrotermică, la care încălzirea pieselor se realizează prin trecerea unui curent de intensitate mare, după ce piesele au fost puse în contact. Prin rezistența electrică și prin presarea pieselor se produce sudura.

Din această grupă de procedee de sudare prin presiune, cele mai folosite sînt:

sudarea cap la cap pentru îmbinarea secțiunilor pline: bare, profite etc., la care piesele de sudat prinse între două fălci de strîngere sînt aduse în contact pe suprafețele de sudat și apoi sudate după încălzirea capetelor prin rezistență electrică (fig. 2.10, a). Sudarea se execută fie în stare solidă fără topirea marginilor în care caz rezultă o sudare îngroșata, fie prin topire intermediară, în care caz înainte de presarea finală capetele sînt topite superficial cu curenți de mare intensitate pe suprafețele de sudat, în acest caz, după sudare rezultă o bavură subțire;

sudarea prin puncte, folosită la îmbinarea tablelor sau a pieselor subțiri suprapuse, strînse între doi electrozi de sudare, după care se anclanșează curentul electric, astfel încît se obține un punct sudat între tablele prinse între cei doi electrozi (fig. 2.10, b);

sudarea în linie, procedeu prin care se obține o sudura continua la așezarea pieselor de sudat între două role-electrozi, prin care trece curentul electric; prin presare și rotire, rolele antrenează piesele de sudat, realizînd între ele o sudură în linie continuă (fig. 2.10, c).

Procedeele de sudare electrică prin rezistență sînt, în prezent, folosite pe scară foarte largă în fabricații de serie, în special în construcții de mașini.

În afară de procedeele de sudare electrică prin presiuni, se mai folosesc și alte procedee de sudare prin presiune, la care îmbinarea se obține prin încălzire cu o flacără de gaz sau cu termit, urmată de o presare. Aceste procedee se folosesc pe scară mai redusă.

2.4.4 OPERAȚIA DE SUDARE

După ce au fost stabilite procedeul și metoda de sudare pentru execuția ansamblului sau a construcției respective și după ce a fost efectuată asamblarea pieselor de sudat, se trece la execuția operației de sudare.

Operația de sudare prezintă o serie de particularități fizico-chimice și tehnologice, cum sînt:

gradiente înalte de temperaturi, datorită faptului că sînt folosite temperaturi înalte de încălzire, cu realizarea de băi de sudură cu volum cit mai redus, pentru ca încălzirea să fie locală și cît mai rapidă. Ca urmare a acestui fapt, metalul topit sau încălzit va fi înconjurat de mase metalice reci, astfel încît gradientul de temperatură de la baie spre metalul rece va fi foarte mare, ceea ce atrage după sine apariția de tensiuni interne mari, de deformații și eventual formarea de fisuri;

reacții chimice produse în afara stării de echilibru, deoarece vitezele mari de încălzire și răcire nu permit ca reacțiile din baia de sudură să se producă în timp suficient desfășurării unei reacții normale. Față de această situație este necesar ca materialele folosite și locurile de sudat să fie într-o perfectă curățenie; de asemenea, să fie folosite materiale, care, pentru calitatea sudurii, nu necesită reacții în timp prelungit;

schimbarea compoziției chimice și a structurii metalului depus, care are loc datorită faptului că procesul de sudare se produce în condiții specifice, ca: temperatură înaltă, mediu ionizant, prezența cîmpurilor magnetice și electrice, viteză mare de topire etc. Metalul depus are o structură de turnare, față de structura în general laminată a metalului de bază. Se produc arderi intense, urmate de puternice nitrurări și oxidări, iar viteza mare de răcire provoacă structuri de topire tipice sudurilor, ceea ce con duce la micșorarea caracteristicilor mecanice și fizice ale metalului sudurii, dacă nu se iau măsuri speciale de protecție;

schimbarea structurii metalului de bază. Lîngă baia de sudura, metalul de bază ajunge la temperatura de topire, iar zonele învecinate acestuia sînt încălzite; datorită răcirii rapide se produc structuri caracteristice zonei influențate termic.

Prin aplicarea oricărui procedeu de sudare, sudura realizată are compoziția chimică și structura diferite de cele ale metalului de bază, iar zonele influențate termic au structuri diferite de cele ale metalului de bază. Realizarea unei omogenizări este posibilă într-o măsură oarecare numai prin aplicarea tratamentelor termice.

2.4.5 PROCEDEE CONEXE SUDĂRII

Procedeele de prelucrare a metalelor sau a diferitelor materiale care folosesc surse de energie asemănătoare celor de la sudare formează procedeele conexe sudării. Procedeele conexe sînt folosite fie la îmbinarea metalelor, fie la prelucrări, dintre care pot fi enumerate: lipirea, tăierea, teșirea, scobirea, găurirea, acoperirea etc.

Lipirea, la fel ca si sudarea, este un procedeu de îmbinare nedemontabilă a materialelor metalice sau nemetalice executata însă la temperaturi inferioare temperaturii de topire a metalului de baza sau la rece. În prezent, în tehnică, și lipirea cu adezivi se consideră ca un procedeu conex sudării La metale, lipirea se realizează prin difuzia aliajului de lipire în metalul pieselor de îmbinat, după ce aliajul a fost adus în stare de topire (spre deosebire de sudare, la care îmbinarea se produce prin legătură interatomică). Lipirea metalelor este numită moale, dacă temperatura aliajului de topire nu depășește , și tare (brazare), dacă temperatura aliajului depășește această valoare. Una dintre importantele caracteristici ale lipirii este aceea că formează o legătură eterogenă, iar rezistența lipiturii se obține prin difuziunea metalului de adaos în metalul de bază. în ultimul timp, o mare dezvoltare a luat-o lipirea cu adezivi sintetici, la care îmbinarea se realizează la rece prin adeziune și coeziune, în tehnica îmbinării tablelor subțiri se folosesc în prezent îmbinări mixte (sudate-lipite), la care sudarea prin puncte asigură rezistența îmbinării, iar lipitura — etanșeitatea necesară.

Tăierea cu flacăra de gaze, cu arcul electric, cu jetul de plasmă etc., deși este o operație de separare sau de desprindere, adică contrară îmbinării, formează un procedeu conex sudorii, deoarece folosește sursele de energie termică de la sudare. Tăierea oțelurilor moi cu flacără de gaze și jet de oxigen este o tăiere prin ardere și se bazează pe faptul că temperatura de ardere în oxigen a acestor oțeluri este inferioară temperaturii de topire. În acest scop, locul de început de tăiere se aduce la temperatura de aprindere, respectiv de ardere, după care se proiectează un jet de oxigen de tăiere care produce o ardere rapidă a metalului pe întreaga grosime, rezultînd o tăietură de calitate.

Arcul electric este, de asemenea, folosit la tăiere, care poate fi realizată fie prin topire, fie prin ardere; în ultimul caz, la locul de incandescență se insuflă un jet de oxigen. Folosirea noilor surse de temperaturi foarte înalte și cu densități mari de energie (jet de plasmă, laser etc.) face posibilă și tăierea metalelor sau a aliajelor greu fuzibile. în afară de tăiere, cu sursele folosite la sudare pot fi executate și alte prelucrări, cum sînt: scobirea, găurirea, teșirea, flamarea etc.

Scobirea și rabotarea sînt prelucrări care se execută pe suprafețe plane sau cilindrice. Pentru aceste prelucrări, jetul de oxigen se proiectează foarte înclinat față de suprafața de prelucrat, obținîndu-se o adîncime de scobire mai redusă.

Găurirea cu flacără de gaze și oxigen poate fi, de asemenea, realizata în plinul tablei, printr-o anumită manevrare a suflaiului de tăiere.

Flamarea este operația de curățire cu ajutorul flăcării de gaze și oxigen a suprafețelor blocurilor turnate sau a semifabricatelor prelaminate de zgură, incluziuni, oxizi etc. Această operație este folosită în industria siderurgică și permite obținerea unor suprafețe curate a pieselor turnate sau prelaminate.

Acoperirea constă în depunerea de straturi foarte aderente, subțiri sau foarte subțiri de metale, oxizi, carburi, nitruri, bronzuri etc., pe suprafețele active ale pieselor, în vederea realizării de suprafețe rezistente la medii corosive, la temperaturi înalte etc., în scopul prelungirii duratei de exploatare a pieselor respective. Pentru acoperiri se folosesc aceleași surse de energie ca și la sudare: flacăra de gaz, arcul electric, jetul de plasmă etc. Aderența acoperirii pe materialul de bază se obține prin difuzie și adeziune. În cazul acoperirii cu metale, operația se numește metalizare, efectuîndu-se prin topirea și pulverizarea unui metal topit asupra suprafețelor ce urmează a fi protejate.

2.4.6 SUDABILITATEA METALELOR ȘI A ALIAJELOR

2.4.6.1 Sudabilitatea oțelurilor

Sudabilitatea este o caracteristică complexă a unui metal sau aliaj care determină, în condiții de sudare date, aptitudinea lor tehnică de realizare a anumitor îmbinări. Ea nu este caracteristică proprie a materialului respectiv, așa cum sînt maleabilitatea, forjabilitatea etc., ci depinde de proprietățile materialului, de condițiile tehnologice de sudare, de soluțiile constructive, precum și de alți factori. Nu poate fi apreciată sudabilitatea unui material, dacă tehnologia de sudare nu a fost corespunzătoare, dacă materialele de adaos folosite nu au fost adecvate sau dacă soluția constructivă nu a fost corectă; chiar la un material sudabil pot fi obținute îmbinări necorespunzătoare dacă sudarea nu a fost efectuată în condiții corecte.

În STAS 7194-79 (Sudabilitatea oțelurilor) este indicat modul cum trebuie apreciată sudabilitatea oțelurilor, iar în STAS 7748-85 sînt stabilite elementele și condițiile necesare pentru aprecierea sudabilității oțelurilor.

Aptitudinea de sudare a unui material este condiționată de numeroși factori, care determină de fapt proprietățile materialului: compoziția chimică, modul de elaborare și de turnare, prelucrări termice ulterioare etc.

Siguranța la sudare cuprinde în noțiunea ei, în afară de proprietățile materialului enumerate, și condițiile tehnologice de sudare, soluțiile constructive și concepția îmbinărilor sudate.

Ținîndu-se seama că pentru realizarea construcțiilor importante se folosesc oțeluri, acestea sînt materialele cele mai cercetate din punctul de vedere al sudabilității. Dealtfel, oțelurile noi se elaborează numai după ce au fost efectuate cercetările de sudabilitate. Numeroșii factori care influențează sudabilitatea unui oțel pot fi de natură diferită: metalurgică, constructivă, tehnologică etc.

Dintre factorii de natură metalurgică se pot menționa: compoziția chimică, procedeul de elaborare, conținutul de gaze și de elemente stabilizatoare, tratamentele termice aplicate înainte de sudare etc.

Dintre factorii de natură constructivă, se pot menționa: grosimea metalului de sudat și amplasarea cusăturii, deoarece acești doi factori influențează în mare măsură producerea tensiunilor interne.

Factorii de natură tehnologică sînt cei mai numeroși și în acest sens se pot menționa: modul de asamblare și succesiunea de prindere, procedeul și regimurile de sudare aplicate la executarea construcției sudate, succesiunea de sudare a rîndurilor și a cusăturilor, modul de combatere a tensiunilor interne etc.

Modul cum este exploatată construcția respectivă are, de asemenea, o mare influență asupra durabilității construcției sudate, astfel încît la încercările de sudabilitate trebuie să se țină seama și de acești factori, care în multe cazuri au o influență determinantă. încercările la sarcini variabile, la fluaj, la coroziune, la temperaturi înalte sau joase etc., sînt extrem de importante dacă îmbinările sudate ale construcției sînt expuse la astfel de sarcini; pentru construcțiile supuse acestor sarcini sau care lucrează în diferite medii, încercările obișnuite de rezistență, îndoire, reziliență etc., nu sînt suficiente.

Deși carbonul este un element important pentru oțeluri, tendința actuală în construcțiile sudate este de folosire a oțelurilor cu conținut de carbon cît mai redus, însă complex aliate cu elemente care conduc la obținerea unor caracteristici superioare de rezistență și tenacitate. Aceste oțeluri complex aliate, în afară de elementele obișnuite de aliere, ca mangan, siliciu, nichel și crom, conțin și elementele: aluminiu, zirconiu, titan, cobalt, vanadiu etc., care conduc la obținerea oțelurilor cu caracteristici superioare și cu o bună sudabilitate.

Pentru construcția diferitelor aparate, utilaje, mașini, construcții metalice etc. se folosesc oțeluri nealiate sau aliate a căror sudabilitate variază în funcție de natura și de conținutul elementelor de aliere. Din punctul de vedere al sudabilității, oțelurile se clasifică cu diferite calificative de la o sudabilitate „bună necondiționată", pînă la „necorespunzătoare” (STAS 7194-75).

Elementul carbon, atît în oțelurile aliate, cît și în cele nealiate, micșorează mult sudabilitatea acestora. Dacă conținutul de carbon din oțel este sub 0,25% și dacă celelalte elemente de aliere: mangan, siliciu, nichel, crom etc. nu depășesc în total conținutul de 1%, oțelul are o sudabilitate bună. Dacă conținutul de carbon depășește valoarea de 0,25% iar celelalte elemente de aliere au un conținut pînă la 1%, sudabilitatea oțelului nu mai este bună.

Este foarte important ca oțelul să fie elaborat în condiții cît mai îngrijite, cu minimum de impurități (S, P) sau gaze (O, N, H2), care nu sînt prinse în relația carbonului echivalent. în cazul cînd diferitele elemente de aliere în oțeluri sînt cuprinse între 1 și 3%, pentru ca oțelul să aibă o sudabilitate bună, conținutul de carbon nu trebuie să depășească limita de 0,20%, Pentru conținutul de elemente de aliere mai mari decît 3%, în vederea obținerii unei bune sudabilități este necesar să fie și mai mult micșorat conținutul de carbon.

Ținînd seamă de rolul hotărîtor pe care îl are asupra sudabilității conținutul de carbon în oțeluri (acesta fiind elementul cel mai dăunător sudabilității) au fost stabilite diferite formule în care elementele de aliere (pe baza influenței ce o au asupra sudabilității) sînt echivalente cu coeficienți față de influența carbonului. în modul acesta s-a stabilit relația „carbonului echivalent" (Ce), care exprimă aprecierea asupra sudabilității oțelului respectiv:

în care:

C, Mn etc. sînt valorile în procente (%) ale elementelor;

t — grosimea materialului de sudat, în mm.

Din relație se constată că, după carbon, fosforul are influența cea mar defavorabilă, urmat de molibden, crom și mangan, în timp ce cuprul și nichelul au influențe mult mai reduse. În lucrările de specialitate sînt date și alte relații ale carbonului echivalent, pentru oțeluri cu elemente de aliere în număr mai redus.

În conformitate cu standardele în vigoare, calificativul de sudabilitate posibilă, se acordă oțelurilor nealiate sau slab aliate din grupa a II-a, care au un conținut de carbon C0,22% și de carbon echivalent Ce0,5%, deoarece, așa cum s-a arătat, este necesar să fie îndeplinite și alte condiții pentru ca sudabilitatea oțelului respectiv să poată fi „bună". În cazul cînd conținuturile de C și Ce din oțel întrec limitele de mai sus, este necesar să fie luate măsuri speciale la sudare, recurgîndu-se la: preîncălzire, folosirea de metale de adaos cu plasticitate mare, tehnici speciale de sudare etc.

Pentru aprecierea sudabilității oțelurilor carbon și slab aliate cu grosimea peste , STAS 7748-85 indică modul de încercare prin executarea unei epruvete plate din materialul respectiv, prevăzută cu un canal longitudinal (fig. 2.11), în care s-a depus sudura și care apoi este supusă îndoirii. Valorile de îndoire la care trebuie să reziste epruveta pînă la apariția primei fisuri sau după ruperea completă se stabilesc pe bază de înțelegere între producător și beneficiar, dacă aceste valori nu sînt prevăzute în standardul materialului respectiv. Dimensiunile epruvetei sînt descrise în funcție de grosimea ei; pentru grosimea s de 20—50 mm, lungimea epruvetei l variază între 350 și , iar lățimea b între 150 și . Lungimea canalului ls în care se depune sudura executată cu un electrod cu înveliș acid cu diametrul de variază între 125 și . încercarea se execută supunîndu-se epruveta la îndoire cu viteză uniformă, conform schemei din figura 2.11, c. În funcție de grosimea epruvetei, distanța l, dintre role se ia între 140 și , iar diametrul d al dornului între 75 și . Ruptura, după îndoire, poate fi tenace, cu un aspect fibros, sau fragilă, cu aspect cristalin, în care caz ruperea se produce brusc.

În cazul oțelurilor cu conținut de carbon mai mare de 0,22% Și de Ce>0,50% se recomandă ca în locul electrozilor acizi să fie folosiți electrozi cu înveliș bazic. Ținînd seama că în cazul carbonului echivalent are o mare influență, pe lîngă conținutul de carbon, și grosimea materialului de sudat, de îndată ce valorile acestora cresc simultan, sudabilitatea descrește. În aceste cazuri, se recomandă să fie folosită preîncălzirea, care se execută la temperatura de cel puțin , fiind mărită o dată cu creșterea conținutului de carbon și a conținutului de carbon echivalent, precum și a grosimii piesei de sudat. În cazul sudării oțelurilor cu sudabilitate necorespunzătoare, preîncălzirile se execută pînă la . La aceste oțeluri se recomandă ca preîncălzirea să fie executată și între trecerile de sudură. Materialele greu sudabile, de exemplu fonta, se sudează la temperaturi de preîncălzire de 650—700°C; aceste temperaturi se mențin și în timpul operației de sudare.

Grosimea pieselor de sudat are influență negativă asupra sudabilității, deoarece o masă metalică prea mare provoacă răcirea mai bruscă a sudurii și a zonei influențate termic, ceea ce la oțelurile cu conținut mărit de elemente de aliere și de carbon poate da naștere la structuri fragile; tensiunile interne mari care se produc din cauza contracțiilor pot provoca fisuri sau chiar ruperi. Preîncălzirile executate, în special la grosimi mari ale metalului de bază, micșorează viteza de răcire, ceea ce înlătură for marea structurilor dure și a tensiunilor prea mari.

Procedeele și regimurile de sudare au, de asemenea, o mare influență asupra sudabilității materialelor. Pe baza celor arătate mai înainte se poate recomanda ca la sudarea oțelurilor cu sudabilitatea limitată să se recurgă la procedee la care sursele de energie produc fluxuri termice cît mai mari. În acest sens, poate fi menționat procedeul de sudare în baie de zgură care, aplicat la sudarea grosimilor orîcît de mari ar fi, chiar de peste , și chiar la oțeluri cu sudabilitate posibilă, dă rezultate bune, cu condiția ca după sudare să fie aplicate tratamentele termice de normalizare a structurii.

Procedeele de sudare în mediu de gaze protectoare, de asemenea, pot fi aplicate la oțeluri limitat sudabile, deoarece sursele de căldură mai con centrate, precum și protecția mai bună care se obține cu aceste procedee, fac posibilă obținerea de suduri corespunzătoare.

Oțelurile de rezistență mare sau înaltă cu valori mari ale rezistenței de rupere și ale limitei de curgere și totodată cu bune valori de tenacitate permit realizarea de construcții sudate mai ușoare. Micșorarea masei construcției, care se obține prin micșorarea grosimii peretelui, prezintă un avantaj din punctul de vedere al sudabilității. Noile oțeluri cu rezistența înaltă, datorită unei alieri mai complexe, permit micșorarea cu mult a conținutului de carbon; de asemenea, prin folosirea de elemente care finisează granulația (Al, Ti etc.) sau de elemente stabilizatoare (Ni, Ti etc.) care formează carburi stabile, se conferă oțelului respectiv o bună sudabilitate, înlăturîndu-se în special pericolul de formare a fisurilor, care sînt cele mai grave defecte.

Oțelurile înalt aliate cu conținuturi de elemente de aliere care uneori ajung pînă la 45%, în majoritatea lor, se fabrică în prezent sudabile. Din această grupă fac parte oțelurile refractare, oțelurile antiacide, oțelurile pentru instalații criogenice etc. Pentru îmbunătățirea sudabilității lor, ele conțin elemente stabilizatoare, iar în multe cazuri conținutul de carbon nu depășește valoarea de 0,05%. Acestor oțeluri nu li se aplică relația carbonului echivalent, sudabilitatea lor fiind apreciată prin încercările prea labile care se execută în condițiile la care vor fi supuse îmbinările sudate în exploatare.

2.4.6.2 Sudabilitatea altor metale și aliaje

În tehnica construcțiilor de mașini, precum și la alte construcții, în afară de oțeluri se folosesc numeroase alte metale și aliaje, iar pentru calitatea îmbinărilor sudate este necesar să fie apreciată sudabilitatea acestora.

Fonta este un material nesudabil, deoarece conținutul înalt de carbon provoacă ușor fisurarea sau ruperea, dacă sudarea nu se execută la cald; după o încălzire la temperatură pînă la roșu-închis (650—700°C), răcirea piesei sudate trebuie să fie efectuată în anumite condiții, astfel încît să nu se formeze structuri dure.

Metalele neferoase sînt în general greu sudabile, ținîndu-se seama în special de afinitatea pe care o au unele din ele față de gaze și de conductivitatea lor termică mare.

Aluminiul și aliajele de aluminiu, deși sînt greu sudabile, pot fi îmbinate corespunzător, dacă se iau anumite precauții la sudare, cele mai importante fiind: folosirea fluxurilor de dezoxidare a oxizilor care se formează ușor în baia de sudură, preîncălzite în timpul sudării, folosirea de surse puternice la sudare. Noile procedee, și în special cele în mediu de gaz inert, permit realizarea de suduri de calitate.

Cuprul și aliajele de cupru (alamă, tombac, alpaca, bronz), de asemenea, se sudează dificil; la fel ca și pentru aluminiu sînt necesare preîncălziri, surse puternice la sudare și fluxuri de dezoxidare sau folosirea de procedee în mediu de gaz inert.

Titanul și aliajele de titan se sudează numai în mediu de gaz inert, care sa asigure o protecție completă față de mediul înconjurător. Zirconiul, fiind la fel un metal reactiv, necesită o protecție completă în timpul operației de sudare.

Metalele rare, cum sînt: niobiul, beriliul sau uraniul, se sudează în bune condiții în vid înaintat sau în mediu de gaz inert cu protecție totală.

Metalele greu fuzibile (molibdenul, wolframul etc.) se sudează în mediu de gaz inert cu electrod de wolfram sau cu procedeele noi cu surse de energie concentrate, cum sînt jetul de plasmă, sudarea cu fascicul de electroni etc.

Metalele neferoase obișnuite: plumbul, zincul, nichelul, se sudează prin procedeele cu flacără, folosindu-se fluxuri decapante.

2.4.7 ÎMBINĂRI SUDATE

2.4.7.1 TIPURI DE ÎMBINĂRI SUDATE, FORMELE ȘI DIMENSIUNILE ROSTURILOR

Îmbinarea sudată a unui ansamblu este partea formată din sudură și zonele învecinate acesteia. Indiferent de procedeul de sudare aplicat la execuția îmbinării sudate, sudura trebuie să asigure rezistența necesară construcției respective, precum și continuitatea de material. La procedeele de sudare prin topire, sudura de îmbinare se formează în gene ral din metalul de adaos, depus în rostul cusăturii, adică în spațiul de limitat de marginile pieselor de sudat. La procedeele de sudare prin presiune, sudura rezultă în urma întrepătrunderii materialelor celor două piese aduse în stare plastică sau de topire superficială.

Formele și dimensiunile rosturilor sînt foarte importante pentru realizarea îmbinărilor sudate de calitate; de aceea, pentru cele mai folosite procedee industriale rosturile sînt standardizate. În general, îmbinarea sudată primește denumirea după aceea a rostului sudurii, care imprimă forma sudurii. La stabilirea formei rostului se ține seama de grosimea își calitatea materialului tablelor, precum și de energia calorică de sudare introdusă în unitatea de timp la aplicarea procedeului de sudare respectiv. La procedeele mecanizate sau automate, sudura este formată în cea mai mare parte din metalul de bază, iar în multe cazuri la tablele subțiri sau de grosime mijlocie nu este folosit metal de adaos. În acest fel, pe lîngă că se obține o sudură mai omogenă în raport cu mate rialul de bază, mai rezultă și alte avantaje: volum de prelucrare mai redus la piesele de sudat, consum mai redus de material de adaos sau nu este necesar material de adaos, cost mai redus al îmbinării etc. For mele rosturilor sînt în funcție de grosimea pieselor de sudat sau de poziția lor după alăturarea acestora. În general, este economic ca rosturile să nu fie prelucrate, adică marginile pieselor să fie plane. Tablele subțiri se sudează cu rostul în I, ceea ce se obține prin simpla alăturare a materialelor neprelucrate.

O îmbinare des întîlnită în construcțiile sudate este îmbinarea de colț (), care rezultă după sudare, prin alăturarea pieselor neprelucrate cu laturile marginilor perpendiculare între ele.

Pentru tablele și piesele de grosimi mari, în funcție de procedeul de sudare aplicat, marginile se prelucrează prin teșirea muchiilor în diferite forme. După teșire și prin alăturarea capetelor, se obțin diferite rosturi sau combinații de rosturi:

rosturi în V, Y, X, U, K, 1/2 V etc.;

combinații de rosturi în V/I, U/V, 2 Y etc.

Diferite rosturi sau combinații se execută în funcție de grosimea pieselor de sudat, de poziția în spațiu, de clasa de execuție a îmbinării etc.

Îmbinarea tablelor suprapuse prin procedeele de sudare prin topire se realizează prin suduri de colț sau suduri în găuri, în funcție de destinația ansamblului sudat.

Formele și dimensiunile rosturilor diferitelor îmbinări se consideră cele care rezultă după executarea sudurilor de prindere în vederea asamblării sau după poziționarea și fixarea pieselor de sudat în dispozitivele de manipulare sau de asamblare înaintea operației de sudare.

În țara noastră, pentru diferite procedee de sudare, ținînd seamă de sursa de energie folosită la sudare, formele și dimensiunile rosturilor sînt standardizate. In standarde, după ce se arată forma rostului și dimensiunile respective, se indică și forma îmbinării care rezultă după

sudare. Sînt standardizate formele și dimensiunile rosturilor pentru di ferite procedee de sudare, după cum urmează: cu flacăra de gaze, cu arc electric pentru sudarea manuală cu electrozi, pentru sudarea automată și semiautomată sub flux, în mediu de gaz protector etc. Formele și dimensiunile rosturilor din tabelel sunt pentru oțeluri carbon și aliate.

2.4.7.2 CLASIFICAREA ÎMBINĂRILOR SUDATE

Îmbinările sudate pot fi clasificate după mai multe criterii.

După grupa procedeului de sudare, îmbinările sudate pot fi:

îmbinări obținute prin topire;

îmbinări obținute prin presiune.

După secțiunea transversală, îmbinările sudate realizate prin procedee de topire, așa cum s-a arătat în tabelele 3.1 … 3.9 pot fi:

cap la cap, obținute prin alăturarea tablelor sau a profilelor de sudat;

de colț (în unghi), obținute prin așezarea tablelor perpendicular sau puțin înclinat, și ele pot fi: de colț, pe una sau pe ambele părți, pe muchie, table suprapuse etc.;

în găuri, care pot fi: rotunde sau alungite, cu găuri teșite sau neteșite etc.

La sudurile executate prin procedeele prin presiune, îmbinările, din punctul de vedere al secțiunii transversale, pot fi:

cap la cap, care la rîndul lor, în funcție de procedeul de sudare aplicat sau de forma capetelor, pot fi clasificate în îmbinări: prin topire intermediară, în stare solidă, prin strivire etc.;

cu margini suprapuse, care pot fi: în linie continuă sau întreruptă, prin puncte pe un rînd sau două, prin puncte în relief etc.

După forma suprafeței exterioare, îmbinările sudate realizate prin topire pot fi:

plane, cu suprafața exterioară plană, care este forma cea mai obișnuită a sudurilor de colț;

convexe, cu suprafața exterioară îngroșată, care este forma cea mai obișnuită a sudurilor cap la cap;

concavă, cu suprafața exterioară scobită, folosită la suduri de colț cînd construcția respectivă este supusă sarcinilor de oboseală; această formă se prescrie în caietele de sarcini.

După pozițiile principale ale cusăturilor. În tabelul 3.3 se dau notările pozițiilor principale ale sudurilor A, B, C, D, E, V.

După continuitate, îmbinările sudate pot fi:

continue;

discontinue.

Sudurile discontinue, în cazul cînd ele formează aceeași îmbinare (în T), pot fi dispuse diferit; față în față sau în zigzag.

După poziția sudurilor față de direcția forței de solicitare care acționează asupra pieselor sudate, conform figurii 3.1, îmbinările sudate pot fi:

frontale;

laterale;

înclinate;

combinate.

Direcția de acțiune a forței față de cusătură este foarte importantă pentru calculul de rezistență al sudurilor.

După clasa de execuție. Ținîndu-se seama că nu toate construcțiile sudate sînt supuse la eforturi deosebite, unele norme prevăd clasificarea sudurilor și din punctul de vedere al clasei de execuție ce definește solicitarea la care sînt supuse diferitele suduri, precum și modul cum trebuie efectuată recepția acestora la predarea construcției sudate.

La îmbinările sudate, pentru cele patru clase de execuție menționat la punctul 3.1, defectele care pot fi admise sînt:

La clasa de execuție I, nici un fel de defect.

La clasa de execuție II, se admit crestături marginale pe o lungime de 10% din lungimea cusăturii și cu adîncimea maximă de:

pentru grosimi de piese pînă la ;

pentru grosimi de piese între 11 și ;

pentru grosimi de piese peste .

Pentru crestăturile marginale dispuse față în față sau de o parte și de alta a cusăturii, prescripțiile se referă la suma adîncimilor crestăturilor.

La clasa de execuție III, se admit crestături marginale pe o lungime tot de 10% din lungimea cusăturii și cu adîncimea maximă de:

pentru grosimea piesei pînă la ;

5% din grosimea piesei pentru grosimi între 6 și ;

pentru grosimi de piese peste .

Pentru crestăturile marginale dispuse față în față sau de o parte și de alta a cusăturii, prescripțiile se referă la suma adîncimilor crestăturilor. La această clasă de execuție se admit și cratere însă de adîncimi mici și cu treceri line.

La clasa de execuție IV se admit crestături marginale pe o lungime de 10% din lungimea cusăturii, cu adîncimea maximă de:

pentru grosimea piesei pînă la ;

7% din grosimea piesei pentru piese cu grosimea între 6 și ;

pentru piese cu grosimea peste .

Pentru crestături marginale dispuse față în față sau de o parte și de alta a cusăturii se dau aceleași condiții ca la clasele de execuție II și III și la această clasă de execuție se admit cratere cu adîncime mică.

Pentru toate clasele de execuție, sudurile se vor executa numai de sudori autorizați; volumul controlat al aspectului exterior trebuie să fie de 100%.

Pentru toate clasele de execuție nu sînt admise defecte, ca: fisuri în cusătură sau în zona influențată termic, arderi, suprafețe spongioase sau pori deschiși, curgeri de metal topit. Pentru clasele de execuție I și II nu se admit crestături marginale, cratere și defecte de racordare.

2.4.8 Sudarea cu arc electric

2.4.8.1. Arcul electric

Una dintre cele mai folosite surse de energie pentru îmbinarea metalelor este arcul electric. Arcul electric poate fi cu acțiune directă, în care caz el este format și menținut între un electrod de metal sau de cărbune și piesa de sudat, legate la o sursă de curent de sudare. Cu ajutorul arcului se realizează topirea marginilor pieselor de sudat, adică a metalului de bază și totodată a metalului de adaos, fie prin topirea electrodului, dacă acesta este fuzibil, fie prin introducerea de metal de adaos în arcul format între un electrod nefuzibil și piesa de sudat.

Arcul electric mai poate fi format și între doi electrozi de cărbune sau doi electrozi metalici nefuzibili (din wolfram), legați la o sursă de curent continuu, independent de piesa de sudat, cu arcul menținut deasupra rostului de sudat. În acest caz, arcul electric de sudare este cu acțiune indirectă.

În continuare se va expune modul cum se formează arcul electric între un electrod fuzibil și piesa de sudat. La un contact ușor între electrod și piesa de sudat, arcul formează o descărcare electrică puternică și se menține numai dacă intervalul dintre electrod și piesă, format din gaze și vapori supraîncălziți, este ionizat, adică devine conductor, cu sarcini electrice libere (ioni și electroni).

Pentru aceasta este necesar ca între electrod și piesa de sudat să existe o cădere de tensiune 17 (măsurată în volți, V) și să circule un curent electric I (măsurat în amperi, A) adică să fie dezvoltată o putere de ionizare UI (măsurată în wați, W) suficientă ca atomii să se disocieze în ioni și în electroni, astfel încît aceștia să curgă continuu în intervalul dintre electrod și piesă.

Dacă electrodul este legat la polul negativ, adică este catod, electronii formați sînt respinși spre anod (piesă) și aceasta se produce cu atît mai intens cu cît temperatura catodului este mai mare. Această legătură, adică cu electrodul legat la polul (—) se numește directă. Se formează pe electrod o pată catodică care emite electroni și pe piesă o pată anodică bombardată continuu de electroni, cu temperatura mai înaltă decît a petei catodului. În cazul cînd electrodul este anod și piesa este catod, menținerea arcului este mai dificilă, deoarece pata catodică formată pe piesă fiind în mișcare (la deplasarea electrodului), emisia de electroni este mai greoaie; în acest caz, pata catodică formată nu are timp suficient să ajungă la temperatură înaltă pentru ca emisia de electroni să fie cît mai mare. Această legătură se numește inversă. Pentru unii electrozi însă, această legătură inversă este favorabilă, în special atunci cînd topirea acestora este mai greoaie (electrozi mai greu fuzibili din sîrmă aliată sau electrozi gros înveliți). Temperatura anodului este însă întotdeauna mai mare decît a catodului, cu cîteva sute de grade, din cauza bombardamentului electronilor, care întotdeauna trec de la catod la anod.

În figura 5.1 sînt reprezentate arcul electric de sudare la folosirea electrodului neînvelit și învelit, petele catodică și anodică în cazul polarității directe și transferul de metal în sensul electrod-piesă de sudat. În jurul sudurii se produc stropi de metal și zgură, iar în cazul sudării cu electrod învelit, sudura este acoperită de un strat de zgură. În jurul coloanei arcului se formează un înveliș de gaze și vapori supraîncălziți, care nu permit accesul aerului în baia de sudură.

În cazul sudării cu curent alternativ, din cauza schimbării polarității, menținerea arcului nu este posibilă decît dacă se iau măsuri speciale de ionizare a intervalului, deoarece schimbarea polarității (de 100 de ori pe secundă, la frecvența de 50 Hz) îngreuiază formarea continuă a petei catodice care emite electroni. Dacă electrodul sau învelișul acestuia conțin elemente ușor ionizate, cum sînt: K, Na, Ca, Mg, Al, atunci arcul se menține ușor. Pentru menținere este însă necesar ca mai întîi să se facă amorsarea, care se realizează printr-un contact ușor al electrodului de piesă, urmat de îndepărtarea lui scurtă. Imediat ce sînt create condițiile de ionizare, iar tensiunea și curentul sînt corespunzătoare, arcul se menține ușor, dacă este creat un interval de cîțiva milimetri (2—5 mm), necesar operației de sudare. La producerea contactului se creează un scurtcircuit, iar intensitatea mare de curent dezvoltă o mare cantitate de căldură, care produce topirea superficială a asperităților de pe suprafețele anodului și catodului în contact, astfel că poate începe emisia de electroni. După ce electrodul este îndepărtat de piesă, emisia, dacă este permanentă, stabilește curgerea continuă a curentului. În afară de electroni se mai formează și ioni pozitivi, care sînt atrași de catod. Stabilindu-se aceste curgeri în două sensuri, arcul se menține sub formă de coloană între cele două pete, catodică și anodică, care mărginesc coloana, astfel încît circuitul electric este permanent stabilit. In coloana centrală a arcului, formată între cei doi electrozi, temperatura este superioară temperaturilor celor două pete ale arcului, din cauza ciocnirilor care se produc între ioni și electroni. Un rol foarte important îl are pata catodică, care este preferabil să se formeze pe vîrful electrodului, în care caz arcul se menține ușor. La sudarea cu polaritate inversă și sudarea cu curent alternativ, această condiție nu este satisfăcută și, în acest caz, pentru o ușoară menținere a arcului, se introduc elemente ușor ionizate, menționate mai înainte.

Vîrful electrodului fiind adus la incandescență, respectiv la topire, metalul trece în picături prin intervalul arcului spre piesă, în sensul electrod-piesă, indiferent de polaritate, producîndu-se astfel transferul metalului prin arc. Iluminarea arcului fiind foarte puternică, pentru urmărirea procesului este necesară folosirea unui geam colorat, numit vizor.

Pentru menținerea arcului sînt necesare trei mișcări ale electrodului față de piesă: prima, de apropiere a electrodului pe măsura topirii acestuia, astfel încît arcul să fie menținut la lungimea necesară; a doua, de mișcare transversală, pendulară, pentru topirea marginilor de sudat și pentru obținerea lățimii necesare a sudurii, și a treia — de înaintare a electrodului pe linia de sudare. Metalul este transferat din electrod în baia de sudură în picătură în cazul electrozilor fără înveliș sau cu înveliș subțire, picăturile sînt mari, ajungînd în unele cazuri să' treacă de masă; numărul picăturilor variază între 20 și 40 pe secundă. In cazul electrozilor înveliți, picăturile sînt mici sau foarte mici, de 5—10 mg masă, numărul acestora fiind de 50—100 pe secundă în funcție de tipul și grosimea învelișului. Arcul de sudare reprezentat în figura 5.1 este cu polaritate directă, folosită la sudarea cu electrozi cu înveliș mediu sau subțire și neînvelit. Polaritatea inversă este folosită la electrozi cu înveliș gros, în funcție de natura învelișului. În prezent, fabricile livrează electrozi cu înveliș subțire, mediu și gros și pentru sudarea cu curent alternativ, deoarece învelișurile conțin materiale ușor ionizante.

Lîngă pata catodică se află zona catodică, ce formează sursa de electroni care ionizează intervalul arcului și care se caracterizează printr-o cădere mare de tensiune de 8—15 V. Temperatura petei catodice variază în funcție de compoziția metalului, fiind pentru cărbune de circa , iar pentru fier de . La anod, căderea de tensiune este mai redusă, fiind de 2—3 V, în schimb are o temperatură mult mai mare, de circa pentru cărbune și pentru fier. În coloana arcului (plasma), căderea de tensiune este mai mare de 6—12 V, iar temperatura urcă, la sudarea cu electrozi de oțel, pînă la , pentru curenți de circa 230—250 A. în jurul coloanei arcului se formează flama arcului. Dacă se reprezintă căderile de tensiune în funcție de intensitatea curentului, se constată că pentru anumite lungimi ale arcului, cînd curenții sînt mici, tensiunea scade cu creșterea curentului, ca apoi să rămînă practic constanță, iar la curenți mari să crească, după cum se observă în figura 5.2. În figura 5.2 sînt reprezentate cu 1 și 2 curbele caracteristice ale arcelor de sudare pentru două lungimi ale arcului a și a'. După amorsare, cînd curenții sînt încă reduși, tensiunea este mare, apoi scade, ca începînd de la curenții de tensiunea să rămînă practic constantă cu creșterea curentului. Ambele curbe pornesc de la tensiunea de circa 75 V (punctul A), tensiunea de amorsare a arcului. La curenți mari, peste , tensiunea necesară menținerii arcului crește o dată cu creșterea curentului. Pentru curenți de circa 70—80 A, tensiunea arcului este de circa 16— 18 V la lungimea arcului de circa 2,5—3 mm. La curenți de 120—150 A, lungimea arcului este de 4—5 mm și tensiunea de 20—22 V, în funcție de felul învelișului. Tensiunile de menținere cresc o dată cu grosimea învelișului electrozilor. Arcul se menține stabil numai dacă curbele caracteristice 3 ale sursei de energie întretaie curbele caracteristice 1 și 2 ale arcului. Punctele de întretăiere B și B' sînt punctele de funcționare stabilă a arcului. În timpul operației de sudare însă, lungimea arcului variază, deoarece electrodul este dirijat manual, iar din cauza topirii continue a acestuia se formează o infinitate de puncte de menținere B'1 , B'2 , B2 rezultate din întretăierea curbelor caracteristice ale arcului, pentru diferite lungimi, cu curbele caracteristice ale sursei de energie. Pentru ca arcul să fie cît mai stabil, est necesar ca sursa să aibă o caracteristică, astfel încît curentul să nu variez mult la lungimea sau la scurtarea arcului.

La sudarea cu electrozi înveliți, densitatea de curent raportată la secțiunea metalică a electrodului se ia de 10—15 A/mm2 și numai uneori ajunge la 20 A/mm2. Densități mai mari nu pot fi admise, deoarece electrozii avînd lungimi de se înroșesc și se produc împroșcări violente. Din această cauză, cantitatea de metal de bază care participă 1a cusătura efectuată nu trece de 15%. La sudarea sub flux, densitățile de curent pot trece și de 100 A/mm2, iar cantitatea de metal de bază care participă în cusătură sudată poate ajunge pînă la 85%.

Puterea arcului. Puterea electrică a arcului este:

[W],

în care: Isud este curentul de sudare, în A; Uarc — tensiunea arcului, în V

Puterea electrică a arcului, în cazul sudării cu electrozi înveliți, este de 5—10 kW, iar în cazul arcului sub flux, de 10—50 kW. Puterea calorică a arcului este:

[J/s],

în care:

0,24 este coeficientul de transformare a mărimilor electrice în calorice, în cal/W;

K=1 — factorul de putere în cazul curentului continuu; în căzu curentului alternativ și în funcție de componența atmosferei arcului variază între 0,7 și 0,97.

Puterea calorică efectivă a arcului de sudare este însă mai redusă, de oarece intervin pierderile care variază în funcție de procedeul folosit; de aceea, relația puterii calorice mai trebuie înmulțită și cu un coeficient , care reprezintă randamentul procesului de încălzire a piesei, a cărui valoare este de:

0,50 – 0,65, în cazul folosirii electrozilor neînveliți sau cu învelișuri stabilizatoare;

0,50 – 0,60, la sudarea în mediul de gaz protector cu electrozi nefuzibili;

0,70 – 0,85, la sudarea cu electrozi înveliți;

0,80 – 0,95, la sudarea sub flux.

Căldura dezvoltată de arcul electric pentru sudarea cu electrozi înveliți se repartizează astfel: 10% pentru topirea metalului de bază, 30% pentru topirea electrodului (vergea și înveliș), 40% se difuzează în materialul de bază, iar 20% se pierde în atmosferă. Consumul de energie electrică pentru de sudură depusă variază între 3,5 și 4,5 kWh.

2.4.8.2 Surse de curent

La punctul 5.1, la caracteristicile arcului de sudare, s-a arătat că pentru menținerea arcului sînt necesare surse de curent, încît la creșterea curentului, tensiunea să scadă, dar nu sub valoarea necesară menținerii arcului, iar la variația lungimii arcului, curentul și tensiunea să varieze cît mai puțin, pentru ca arcul să se mențină stabil. Pentru amorsarea arcului, este necesar ca tensiunea în gol să fie suficient de mare, de 70— 80 V, iar la formarea acestuia ea să scadă foarte repede, astfel încît pentru menținerea arcului tensiunea necesară a punctelor de funcționare stabilă să fie de 20—30 V pentru intensități de curent de peste , la sudarea cu electrozi înveliți.

Pentru ca amorsarea arcului să fie cît mai ușoară, este necesar ca tensiunea în gol să fie cît mai mare, însă din punctul de vedere al tehnicii securității muncii în țara noastră, ea este limitată la 100 V pentru sursele de curent continuu, și la 80 V, pentru sursele de curent alternativ. Pentru îndeplinirea condițiilor de funcționare a arcului, caracteristica statică a sursei de curent, adică variația tensiunii în funcție de curent, trebuie să fie brusc coborîte (v. fig. 5.2, curba 3), iar la variația lungimii arcului, trecerea de pe o curbă caracteristică pe alta să se facă cu variații mici de curent. Sursele cu caracteristici brusc coborîtoare sînt corespunzătoare sudării cu electrozi înveliți, însă pentru procedeele de sudare, cum sînt sub flux în mediu de gaz protector, rezultate bune se obțin cu alte caracteristici: aplatisate, rigide sau urcătoare. Pentru ca sudarea să se poată efectua cu mai multe dimensiuni de electrozi, este necesar ca sursele de energie să aibă un domeniu de reglare a curentului cît mai larg, adică de la 30—40 A, cît este necesar pentru topirea electrozilor subțiri de 1,5 și de diametru, pînă la eventual mai mare, pentru sudarea cu electrozi de 5 sau sau de diametru mai mare. La sursele de curent destinate sudării mecanizate, sub flux sau în mediu de gaz protector, curentul minim este cu mult mai mare, fiindcă în acest caz se sudează cu intensități mărite de curent (>). Deoarece în timpul sudării se produc scurtcircuite, curentul de scurcircuitare a sursei de energie nu trebuie să depășească cu mult curentul normal de sudare; în caz contrar se produce lipirea puternică a electrodului de piesă. Această condiție se realizează cu sursele de curent continuu cu caracteristici coborîtoare folosite la sudarea cu electrozi înveliți. La sudarea cu surse de energie cu caracteristici aplatisate, rigide sau urcătoare, această condiție nu mai trebuie îndeplinită, deoarece se folosesc sîrme-electrod subțiri și în cazul producerii scurtcircuitelor ele se topesc instantaneu, fără să se producă lipirea de piesă. Sursa de curent trebuie, de asemenea, să asigure restabilirea rapidă a tensiunilor și curenților de sudare, deoarece la sudare se produc dese scurcircuitări urmate de întreruperi provocate fie de neatenția sudorului, fie de transferul de metal, astfel încît este necesar ca restabilirea valorilor de curent și de tensiune necesare să se facă într-un timp cît mai scurt posibil. Pentru aceasta este necesar ca sursa de curent să aibă și o caracteristică dinamică bună pentru ca restabilirea condițiilor normale de sudare să se producă în timp cît mai scurt posibil.

După felul curentului sursele de sudare pot fi: de curent continuu sau de curent alternativ. Acestea, la rîndul lor, pot fi pentru post de sudare sau pentru mai multe — multipost.

Sursele de curent continuu pot fi generatoare de sudare antrenate de motoare electrice sau de motoare cu ardere internă, formînd grupuri de sudare, sau pot fi redresoare care nu au organe în mișcare. Generatoarele antrenate de motoare electrice formează convertizoare, care în prezent se execută în construcție compactă, adică rotoarele motorului electric și al generatorului sînt montate pe un arbore comun cu o carcasă comună, formînd blocuri sau monoblocuri de sudare. Ele se numesc și agregate de sudare și pot fi acționate electric (grup convertizor) sau termic (grup electrogen).

Pentru sudare cu curent alternativ, sursele de curent pot fi transformatoare, adică aparate statice care transformă curentul de la rețea în curent de sudare, de aceeași frecvență cu a rețelei electrice, sau generatoare de frecvență ridicată, adică convertizoare rotative antrenate de curentul de la rețea care generează curent alternativ de sudare cu o frecvență de peste 150 Hz.

Grupurile și transformatoarele de sudare se construiesc de diferite mărimi caracterizate prin curentul maxim de sudare, și anume:

pentru curenți reduși de sudare pînă la maximum , destinate sudării manuale cu electrozi de la pînă la diametru, eventual chiar de ; sînt folosite la sudarea pieselor subțiri, în special la lucrările de întreținere; sînt montate pe roți sau prevăzute cu minere, pentru a fi ușor transportabile;

pentru curenți de sudare pînă la , destinate sudării manuale cu electrozi de 2—6 mm; sînt folosite la fabricarea de produse noi; pentru a fi ușor transportabile, ele sînt montate pe roți;

pentru curenți de sudare mari pînă la 630, 1000, , destinate sudării manuale cu electrozi groși de peste diametru și sudării semiautomate sau automate, unde sînt necesari curenți mari de sudare. Aceste aparate se fabrică, în general, cu mai multe caracteristici, spre a fi destinate unei folosiri mai largi. Grupurile și transformatoarele pînă la sînt montate pe roți, iar în cazul cînd sînt destinate alimentării mai mul tor posturi, sînt staționare.

Toate sursele de curent de sudare nu sînt destinate să lucreze cu curentul maxim indicat mai înainte; pentru regimul de lucru normal, curentul este cu mult mai redus și el este indicat cu plăcuțe indicatoare pentru sursa de curent. In STAS 2689-71 (pentru transformatoare de sudare) și în STAS 8143-74 (pentru generatoare și convertizoare rotative pentru sudarea cu arc electric) se caracterizează prin curentul de sudare nominal la o durată activă de funcționare DA 60%, pentru un ciclu de lucru cu o durată de 5 min. Regimul continuu cu durata activă DA 100% care este în general dat pentru grupurile de transformatoarele de sudare, este regimul la care durata de funcționare la sarcina nominală poate fi continuă fără ca încălzirea să întreacă anumite temperaturi care ar periclita buna funcționare a acestora. La descrierea aparatelor de sudare se vor indica curenții și tensiunile pentru durata activă DA 100%, care nu trebuie în nici un caz depășite. În cazul cînd este necesară folosirea de curenți intenși față de cei prevăzuți pentru un regim continuu, se va ține seama de regimurile de scurtă durată prevăzute pentru aparatul respectiv, astfel încît temperaturile părților componente să nu depășească anumite limite.

2.4.8.3 Convertizoare de sudură

Convertizorul de sudare este un aparat constituit dintr-un motor electric, alimentat de la rețeaua de curent de 220 sau 380 V, care, antrenează un generator de curent continuu de sudare. Generatorul de curent de sudare poate fi însă antrenat și de un motor cu ardere internă. Unitățile formate dintr-un motor, de antrenare și un generator de curent de sudare sînt numite în practică grupuri de sudare. Grupul de sudare GS cuprinde:

motorul electric de antrenare a generatorului; generatorul de curent de sudare;

tabloul de comandă;

trenul cu roți pentru deplasare.

Grupul CS-350 se reprezintă în figura 5.9. Grupul convertizor este în construcție monobloc, cu generatorul și motorul montate într-o carcasă comună, iar la partea superioară este prevăzut cu tabloul de comandă cu aparatele de măsură și dispozitivele necesare pentru pornire, reglare și control în timpul funcționării. Tensiunea în gol a grupului este cuprinsă între 45 și 65 V. Domeniul de reglare este cuprins între și 22 V și la 34 V și este destinat sudării continue cu electrozi înveliți de diametru, deoarece 100% curentul este de . Are patru domenii de reglare a curentului de sudare: 50—130 A; 70—160 A; 100—200 A; 200—370 A.

În cadrul fiecărui domeniu de reglare, curentul poate fi reglat fin cu reostatul de extracție de pe tabloul de comandă.

Pentru schimbarea polarității, în cazul cînd este necesar, pe tabloul de comandă este prevăzut un pachet tripolar, cu care inversează sensul curentului de excitație.

Curentul de sudare și tensiunea arcului se măsoară cu ampermetrul și voltmetrul de pe tabloul de comandă, prin apăsarea pe un buton.

Motorul de antrenare a grupului este un motor asincron trifazat de 14 kW și poate fi legat la tensiunile rețelelor de 220, 380, 440 sau 500 V. Masa totală a grupului este de .

Grupul CS-500 este destinat sudării prin mai multe procedee: cu electrozi înveliți, în mediu de CO2, sub flux etc., în care sens are caracteristici statice reglabile și poate funcționa cu caracteristici statice coborîtoare și rigide orizontale sau urcătoare. În funcție de poziția crucii portperii. Pentru caracteristicile coborîtoare, tensiunea de mers în gol variază între 55 și 80 V. Pentru sudarea sub flux și în mediu de CO2, ținînd seamă de durata activă DA 100%, curentul maxim de sudare este de la tensiunea de 34 V. La funcționarea cu caracteristici statice rigide, tensiunea în gol poate fi reglată între 20 și 45 V.

Caracteristicile se schimbă cu un mîner de calare de pe scut în, partea colectorului, care fixează poziția crucii portperii (fig. 5.14); poziția între 0,8 și caracteristicilor coborîtoare se folosește pentru sudarea cu electrozi înveliți, iar cea între 1 și 1,2 pentru sudarea sub flux, în care caz caracteristicile sînt mai aplatisate.

Placa de borne pentru curenți de sudare a generatorului este prevăzută cu patru borne:

borna-electrod pentru legarea cablului de sudare a cleștelui portelectrod;

borna 50—500 A pentru legarea cablului de sudare al clamei, pentru sudarea în primele patru domenii;

borna 350—625 A pentru legarea cablului clamei pentru sudarea în domeniul al cincilea;

borna caracteristicii rigide pentru legarea cablului clamei, pentru sudarea în mediu de CO2.

Pentru sudarea cu caracteristici rigide-urcătoare, mînerul de calare se aduce în poziția cu diviziunile 2—3 pentru caracteristica orizontală (O) și cu diviziunile 3—4 pentru caracteristicile urcătoare (R) obținîndu-se domeniile de tensiune de 1 O; 2 O și 3 O, respectiv 1 R, 2 R și 3 R.

Tensiunile de mers în gol atît pentru caracteristicile orizontale (O), cît și pentru cele următoare (R), sînt aceleași în cele trei domenii, după cum urmează:

1 O și 1 R 20 . . . 27 V

2 O și 2 R 27 . . . 35 V

3 O și 3 R 35 . . . 45 V

La sudarea cu grupurile CS-350 și CS-500, folosind electrozi înveliți sau neînveliți, curentul maxim de sudare este mai mare decît curentul nominal, corespunzător unei durate de serviciu sub 60%.

Pe platoul de comandă mai sînt dispuse următoarele:

un comutator stea-triunghi pentru pornirea si oprirea motorului de antrenare;

placa cu borne pentru legarea grupului la rețeaua electrică;

un comutator — parchet pentru inversarea curentului de excitație, cu ajutorul căruia se schimbă polaritatea;

un voltmetru și un ampermetru cu un buton de control.

Exploatarea și întreținerea convertizoarelor de sudare. După instalarea pe locul de muncă, grupurile trebuie legate la pămînt prin bornele lor speciale. Grupurile se vor pune în funcțiune numai după ce personalul de serviciu și-a însușit manevrele necesare. Înainte de pornire, comutatorul stea-triunghi trebuie să fie în poziția zero, iar cablurile circuitului de sudare să fie legate la bornele plăcii generatorului.

La pornire cu comutatorul stea-triunghi se urmărește sensul de rotație, dacă este conform indicației de pe plăcuța fixată pe carcasa grupului, în cazul cînd sensul de rotație nu corespunde, se vor schimba între ele două faze.

Comutatorul domeniilor de curent trebuie să fie așezat pe poziția necesară înainte sau după pornirea grupului, iar curentul de sudare se reglează cu reostatul de excitație. Polaritatea electrodului se stabilește cu ajutorul butonului comutatorului. Este interzisă manevrarea comutatorului domeniilor de reglare în timpul sudării, dacă cablurile de sudare sînt sub curent.

Manevrarea reostatului pentru reglarea fină a curentului de sudare se poate face atît în gol, cît și în sarcină, iar a comutatorului pentru schimbarea polarității numai în gol.

Regimurile de sudare se vor alege astfel încît să nu fie depășite limitele prevăzute în cartea mașinii, ținîndu-se seamă de duratele active ale grupurilor. în cazul cînd sînt necesare intensități de curent mai mari față de cele prevăzute pentru DA 100% timpii de sudare ai acestora se vor menține după cartea mașinii.

Legarea în paralel a convertizoarelor de sudare. În cazul sudării cu o durată activă prelungită, cu curenți mari (de peste la grupul CS-350 și peste la grupul CS-500) nu se dispune de surse speciale se recurge la legarea în paralel a două grupuri. Aceasta este absolut necesar, în cazul sudării cu electrozi cu diametrul de peste sau la sudarea semiautomată sau automată sub flux. Prin legarea în paralel a două grupuri CS-350 se obțin — pentru o durată activă, de 100% – curenți pînă la , iar la legarea în paralele a două grupuri CS-500 curenți pentru durata activă de 100; pînă la .

Se poate recurge și la legarea în paralel a două grupuri care nu sînt de același tip, însă, în acest caz este necesar ca tensiunile de gol ale generatoarelor de sudare să fie egale, iar caracteristicile externe ale acestor grupuri să fie de aceeași formă, adică coborîtoare, orizontale etc. În figura 5.15 este reprezentată schema de legare în paralel a două grupuri CS-350, cu excitație separată și seria diferențială, cu bornele de aceeași polaritate cu curentul de sudare legate în paralel. Motoarele se pornesc individual cu întrerupătorul J deschis. După pornire, cu voltmetrele V se constată dacă tensiunile în gol ale generatoarelor sînt egale, după care se închide întrerupătorul J de punere a generatoarelor în paralele la rețeaua de sudare. La întrerupere, se scoate întîi întrerupătorul J, după care se opresc motoarele convertizoarelor.

2.4.8.4 Redresoare de sudare

În ultimul timp în tehnica sudării au început să fie folosite redresoarele de sudare, adică aparate care transformă puterea electrică de curent alternativ în putere de curent continuu. Perfecționarea fabricării semiconductoarelor a făcut ca aceste aparate să fie tot mai mult folosite la sudare, în special pentru procedee în mediu de gaz protector. Redresoarele au la bază principiul că un semiconductor fixat etanș cu o suprafață metalică permite ca curentul electric să treacă numai într-un sens, fiind blocat în sens invers. Pe o placă purtătoare (oțel sau aluminiu) se așează un strat de semiconductor, iar pe suprafața opusă a semiconductorului — o placă contraelectrod (aliaj de diferite metale). La introducerea unui curent alternativ, semiconductorul acționează ca un ventil electric, astfel încît numai o semiundă va trece în sens direct; în sens invers, semiconductorul practic nu lasă să treacă curent. Ca semiconductoare se folosesc seleniul, și în special, siliciul și germaniul, care au un randament mare (94—98%) și permit o încărcare bună cu pierderi mici, astfel încît necesită spații mai reduse.

Pentru redresarea curentului, semiconductoarele se montează în scheme de redresoare, în general în puncte trifazate. În figura 5.16 este dată schema unui redresor de sudare. Redresoarele pentru sudare se construiesc brusc coborîtoare sau rigide, precum și universale cu ambele caracteristici; pot fi pentru unul sau mai multe posturi de sudare.

Redresorul ICET (Institutul de Cercetări Electrotehnice — București), realizat în țară cu ventile de siliciu, are caracteristici coborîtoare; curentul nominal de sudare este de , cu tensiunea de 34 V 60%. La valori ale curentului între 50 și , tensiunea poate varia între 22 și 34 V. Tensiunea în gol este 70 V. Dimensiunile de gabarit sînt de 100 X 530×800 mm, iar masa de .

2.4.8.5 Transformatoare de sudare

Sursele de curent alternativ pentru sudare sînt transformatoarele de sudare sau grupurile de generatoare de frecvență mărită, 150 Hz, 300 Hz etc., cu care față de frecvența de 50 Hz se obțin arce electrice mai stabile. Transformatoarele de sudare sînt aparate prevăzute în general să funcționeze cu caracteristici coborîtoare, în acest scop au o inductanță care asigură decalajul între tensiune și curent, necesar menținerii sigure a arcului de sudare. La transformatoarele de puteri mari folosite pentru sudare automată, caracteristica este mai aplatisată. Transformatoarele de sudare modifică parametrii puterii electrice de la o rețea electrică primară cu tensiunea de 220—500 V la tensiunea necesară sudării cu intensitate mare de curent; în general sînt monofazate, însă se execută și trifazate, pentru alimentarea mai multor posturi de sudare sau pentru sudarea cu arc trifazat.

Decalajul mărit dintre tensiune și curent asigură, atunci cînd tensiunea trece prin zero, trecerea unui curent destul de mare, ceea ce face să se mențină stabil arcul electric de sudare. Aceasta necesită ca factorul de putere (cos ) să fie redus, de 0,4—0,5, ceea ce este defavorabil, deoarece sînt necesare secțiuni mari de cupru. Un alt inconvenient al transformatoarelor este și acela că încarcă nesimetric rețeaua primară, deoarece transformatoareie sînt legate la două faze. Avantajul lor constă în faptul că nu au organe de mișcare, astfel încît durata lor de serviciu este mare și de asemenea nu necesită nici un fel de întreținere. Un alt avantaj îl constituie randamentul care este aproape de două ori mai mare față de convertizoarele de sudare. Au un cost de producție sub 20% din cel al unui convertizor, iar puterea de mers în gol este de numai circa 0,5 kW față de 2—3 kW la un grup de sudare. Transformatoarele de sudare prezintă dezavantajul că nu pot fi folosiți la sudare electrozii cu înveliș bazic sau cu învelișuri subțiri.

Inductanța necesară obținerii decalării dintre tensiune și curent se realizează fie mărind distanța dintre înfășurarea secundară și cea primară, fie introducînd un miez nobil care modifică fluxul magnetic etc. Transformatoarele de sudare TASM-300 (fig. 5.17), fabricate în țară de către întreprinderea Electrotehnica București sînt prevăzute cu un miez mobil (sunt magnetic) în interiorul miezului transformatorului. Cu ajutorul acestuia, se pot obține variații de curent de sudare în limite mari, cuprinse între 75 și . în figura 5.17 se prezintă schema electrică a transformatorului, care are următoarele caracteristici tehnice:

curentul nominal, în A—300;

durata activă DA, în %—60;

tensiunea de lucru, în V—32;

tensiunea nominală de alimentare, în V—220; 380; 500.

Transformatorul are două trepte de reglare a curentului de treapta I cu 75—230 A și treapta a II-a cu 220—480 A. Alte caracteristici ale transformatorului sînt:

puterea aparentă în KVA 19,5

puterea activă consumată, în kW 11

factorul de putere 0,54

randamentul 0,86

masa, în kg circa 215

gabaritul, în mm 845x635x805

În afară de transformatorul de mai sus, întreprinderea Electrotehnica București fabrică și un transformator portabil de greutate redusă (de numai ), tip TSAP-2, pentru sudarea cu electrozi subțiri de 1,5—4 mm. Transformatorul este indicat lucrărilor pe șantiere 'lucrărilor de reparații, pentru ateliere mici, garaje etc.

Caracteristicile transformatorului sînt:

tensiunea primară nominală, în V 220

curentul de mers în gol, în A 2,9

pierderile în gol, în W 45

curentul absorbit la sarcină maximă, în A 48

durata activă DA (la sarcină maximă), în % 15

masa, în kg 30

În prezent, se fabrică și transformatoare de sudare cu premagnetizare, la care reglarea se face în mod continuu, cu ajutorul unui reostat de telecomandă. Aceste transformatoare sînt lipsite de piese mobile și de întrefier reglabil. De asemenea, se execută și transformatoare destinate sudării pentru unul sau mai multe posturi de sudare, de puteri mijlocii și mari, pentru sudarea automată sub flux, sudare în baie de zgură etc. Caracteristicile acestor transformatoare vor fi descrise la tratarea procedeelor respective.

Exploatarea și întreținerea transformatoarelor de sudare. înainte de punerea sub tensiune a transformatorului de sudare, este necesar ca borna de pămînt a transformatorului să fie legată la pămînt, conform schemei din figura 5.17. Această legătură se execută de către electricieni. Tot înainte de punerea sub tensiune a transformatorului se verifică dacă poziția baretelor de pe placa cu borne pentru treptele respective de sudare sînt corect așezate și dacă legăturile cablurilor de sudare la masă și la cleștele portelectrod sînt corecte, 'în vederea evitării scurtcircuitelor. De asemenea, se verifică dacă și masa de sudare este legată la pămînt. Se verifică în prealabil dacă sudorul cunoaște modul de exploatare a transformatorului de sudare, înainte de sudare, sudorul trebuie să fie echipat cu tot echipamentul necesar și să aibă la îndemînă toate ustensilele de lucru.

La punerea în funcțiune și la începerea operației de sudare, transformatorul trebuie să producă vibrații normale cu un zgomot înăbușit, caracteristic mersului normal. în cazul cînd se produc zumzete puternice cu vibrații mari ale aparatului, se rotește roata miezului mobil într-un sens sau în celălalt, pînă se stabilește zumzetul normal, adică înăbușit al transformatorului. Nu este permis transportul transformatorului de sudare sub tensiune, chiar și în cazul unor distanțe foarte mici. Este interzis ca sudorul să execute reparații la transformator sau să desfacă capacul acestuia; aceste lucrări se vor efectua numai de către electricieni.

Se recomandă ca transformatorul să nu fie lăsat sub tensiune chiar și în cazul unor întreruperi de durată scurtă, deoarece mersul în gol al transformatorului are o influență negativă asupra factorului de putere al rețelei.

La terminarea lucrului, transformatorul se scoate de sub tensiune.

Legarea în paralel a transformatoarelor de sudare. La fel ca la grupurile pentru ,sudare cu curent continuu, și la sudarea cu curent alternativ se poate obține un curent de sudare mărit, prin legarea în paralel a transformatoarelor. Pentru aceasta, este necesar să fie îndeplinite următoarele condiții:

să aibă tensiunile primare nominale, egale, iar tensiunile secundare la mersul în gol să fie și ele egale;

tensiunile de scurtcircuit să fie egale între ele;

bornele omoloage să fie conectate în paralel (la transformatoarele monofazate).

2.4.8.6 Sudarea cu frecvență mărită

Deoarece stabilirea arcului de sudare în curent alternativ cu transformator cu frecvența de 50 Hz este dificilă, din cauza schimbării polarității și a dezionizării intervalului arcului menținerea acestuia poate fi îmbunătățită prin mărirea frecvenței, în care caz și tensiunea de amorsare a arcului poate fi micșorată. La frecvențe începînd cu 150 Hz, ameliorarea este sensibilă, astfel încît în prezent se construiesc generatoare

sincrone monofazate cu această frecvență, antrenate de motoare asincrone alimentate la tensiuni de 220 sau 380 V. Generatoarele se construiesc pentru curenți de sudare de 120—450 A ( 60%) cu frecvențe de 150, 300 și 450 Hz. Aceste grupuri sînt mult mai scumpe decît transformatoarele și, cum în prezent se fabrică electrozi înveliți corespunzători sudării cu transformatoare, aceste surse de energie pentru sudare sînt folosite pe scară redusă; în comparație cu convertizoarele de curent continuu, grupurile cu frecvențe mărite sînt inferioare.

2.4.8.7 Alegerea sursei de curent pentru sudură

La sudarea manuală, alegerea sursei de curent de sudare se face ținîndu-se seama de calitatea materialelor ce urmează a fi sudate, care determină calitatea electrozilor necesari. La sudarea cu diferite tipuri de electrozi pentru oțeluri cu conținut mărit cu carbon și pentru oțeluri aliate, trebuie folosiți necondiționat electrozi cu înveliș bazic, la care se întrebuințează numai curent continuu, adică grupuri de sudare (respectiv convertizoare) sau redresoare de sudare. De asemenea, sursele de curent continuu pot fi folosite și la sudarea cu electrozi neînveliți sau cu înveliș subțire, precum și la sudarea cu electrozi cu inimă, deoarece menținerea arcelor de sudare cu curent continuu este mult mai stabilă. Pentru sudarea electrică la cald a fontei, la care se folosesc bare de fontă, de asemenea, sînt necesare surse de curent continuu.

În cazul sudării oțelurilor cu conținut redus de carbon, care permit folosirea electrozilor cu înveliș acid sau titanic, sursele de curent alternativ sînt mai corespunzătoare, deoarece și ele prezintă avantaje, după cum urmează:

costul unui transformator este cu mult mai redus decît al unui convertizor, fiind de 20 … 25% din costul unui grup;

consumul de energie în cazul folosirii transformatoarelor este pînă la 4 kWh pentru de metal depus în timp ce la convertizoare este de peste 6 kWh; randamentul transformatoarelor este de circa două ori mai mare față de cel al convertizoarelor, adică de 0,8 față de 0,4;

la mersul în gol, puterea este de 0,5 kW față de 2 … 3 kW la convertizoare;

transformatoarele de sudare prezintă și avantajul că au o între ținere foarte ușoară, neavînd organe în mișcare.

În comparație cu convertizoarele de sudare, transformatoarele de sudare prezintă și unele dezavantaje, cum sînt:

nu pot fi folosiți la sudare electrozii cu înveliș bazic și electrozii neînveliți;

au un factor de putere foarte mic, de circa 0,5 în sarcină și numai 0,2 în gol, ceea ce prezintă un dezavantaj mare atît pentru rețea, cît și pentru faptul că trebuie folosite secțiuni mari ale conductoarelor atît în primar, cît și în secundar; în cazul 'cînd sînt mai multe transformatoare, sînt necesare și instalații de compensare a factorului de putere;

primarul transformatorului fiind legat numai la două faze, se produce și o dezechilibrare a rețelei trifazate, ceea ce provoacă dezechilibrări ale rețelelor.

Alegerea mărimii surselor de sudare se face și în funcție de grosimea materialului, care determină grosimea materialului de adaos folosit, adică a curentului necesar.

Alegerea surselor de curent pentru procedeele de sudare în mediu de gaz inert, cu electrod nefuzibil de wolfram, și pentru procedeele de sudare cu sîrme-electrozi subțiri în mediu de gaz activ și inert, destinate sudării unor metale sau aliaje speciale, este mai dificilă, sursele de curent fiind de o construcție specială. Pentru sudarea în mediu de gaz protector, în prezent se construiesc surse de curent cu pulsații la care curentul variază periodic în timp, avînd cîteva frecvențe de pulsații pe secundă, ceea ce permite o mai bună menținere a arcului și o topire uniformă a sîrmei electrod. Cu ajutorul acestor surse pot fi obținute curgeri mai line ale metalului de adaos la sudarea diferitelor metale sau aliaje.

2.4.8.8 Cabluri pentru sudarea electrică

Pentru conducerea curentului la portelectrod și la clema de contact a piesei de lucru se folosesc cablurile flexibile de sudare din CuE, de construcție multilaterală din sîrme foarte subțiri (), acoperite cu o înfășurare din fire de bumbac și izolație de cauciuc, peste care se aplică o pînză cauciucată și o îmbrăcăminte cu manta de cauciuc conform STAS 1020/1 și /2-77.

Cablurile se livrează în colaci în lungimi de 50—3 , sau multiplu de . Pentru sudarea cu electrozi pînă la diametru se folosesc cabluri cu secțiunea nominală de 25 mm2; petru sudarea cu electrozi pînă la diametru, cabluri de 35 mm2, iar pentru electrozi pînă ia , cabluri de 50 mm2; lungimea cablului nu trebuie să treacă de . Pentru lungimi mai mari se vor lua secțiuni mai mari, standardizate.

În tabelul 5.5 curenții de sudare admisibili pentru secțiunile date sînt pentru lungimi de cablu de . De îndată ce lungimea este mai mare de , se va trece la secțiunea imediat superioară, spre a nu avea căderi mari de tensiune, ceea ce duce la încălzirea prea mare a cablului. Temperatura cablului după un timp de sudare de 2 h nu trebuie să depășească , ceea ce se poate constata ușor cu mîna.

Legăturile dintre cabluri se execută cu racorduri fixe sau demontabile, special destinate, cu ajutorul cărora se obțin contacte bune, complet izolate. În figura 5.19 se prezintă două racorduri pentru prelungirea cablurilor, fix și demontabil; pozarea racordului demontabil se face prin rotire în jurul axei, contactul racordului asigurîndu-se cu o canelură și un con de strîngere. Pentru legarea la clește și clema de contact la masă, cablurile se vor cositori. Contactele acestora se realizează cu șuruburi de presiune.

2.5 Lipire prin ultrasunete

2.5.1 Generalitati

Datorită dezvoltarii rapide a industriilor construcțiilor de mașini, a electrotehnicii, electronicii, mecanicii fine, opticii, aeronauticii, etc., s-au dezvoltat și s-au pus la punct o serie de tehnologii neconvenționale de obținere și prelucrare a materialelor cu ajutorul energiei ultrasonore, sudarea cu fascicul de electroni, cu fascicul laser și nu în ultimul rand sudarea cu ultrasunete. Tehnologiile neconvenționale au apărut și continuă să se dezvolte ca o necesitate obiectivă, ele completând neajunsurile tehnologiilor conventionale tradiționale referitoare la îmbinarea prin sudare a unor materiale cu proprietăți mecanice deosebite.

Numeroasele aplicații ale ultrasunetelor în diverse ramuri ale tehnicii se datorează efectelor produse de acestea ca urmare a proprietaților pe care le posedă undele ultrasonore: lungimea de undă mică, accelerația particulei foarte mare putând atinge 109 ori accelerația gravitațională, posibilitatea de direcționare a unui fascicul ultrasonic îngust în direcția dorită, posibilitatea de concentrare și focalizare a energiei într-un spațiu limitat fără să afecteze mediul prin care se propagă.

2.5.2 Domenii de utilizare a ultrasunetelor

Aplicațiile la care energia ultrasonică utilizată este suficient de mare pentru a produce modificări structurale ale mediului în care se propagă și modificari dimensionale, se numesc aplicații active sau tehnologice (tabelul 1.1)

Aplicațiile la care ultrasunetele au o intensitate relativ scăzută și nu pot provoca modificări structurale și dimensionale, îndeplinind doar rolul de culegere de informații privind obiectul examinat, se numesc aplicații pasive (tabelul 1.2).

Tabelul 1.1 Aplicații active

Tabelul 1.2 Aplicații pasive

2.5.3 Interacțiunea câmpului ultrasonor cu materia

Studiul efectelor ultrasunetelor nu se limitează doar asupra metalelor, ci și asupra altor medii solide cum ar fi masele plastice, materialele pulverulente (metalice sau nemetalice), lemnul, rocile, precum și asupra mediilor lichide.

Undele ultrasonore de energii mari influențează nu numai structura și proprietațile mecanice ale materialului supus prelucrării, ci și proprietățile fizico-chimice și condițiile limită la suprafața de contact sculă-semifabricat.

Primele cercetări experimentale care au pus în evidență modificarea proprietăților mecanice ale metalelor în câmp ultrasonor au fost realizate pe monocristale de zinc supuse la încercări de tracțiune. Au fost evidențiate efectele acțiunii undelor ultrasonore asupra materialelor.

Principalele efecte, care determină schimbări permanente și utile în structura mediului prin care se propagă ultrasunetele și care stau la baza derulării unor procese tehnologice activate ultrasonic, sunt:

efecte mecanice – apărute datorită aportului de energie mecanică determinat de propagarea undelor ultrasonice care poate conduce în mediu la apariția unor eforturi unitare apreciabile; acestea pot cauza mișcarea relativă a suprafețelor și frecarea acestora, deformări elastoplastice și chiar ruperi în corpurile solide, reducerea tensiunii statice de deformare plastică a metalelor ”înmuierea ultraacustică”, agitația mecanică a particulelor din medii fluide, cu efecte de dispersare, sedimentare, filtrare, uscare, extractie, difuzie, etc.;

efecte termice – apărute datorită absorbției preferențiale a energiei ultrasonore în mediul prin care se propagă undele acustice în zonele cu dislocații în rețeaua cristalină, la limita de separare a cristalelor sau la interfața de separare dintre doua medii diferite cauzată de frecarea relativă; rezultă în acest fel o încalzire localizata, intense, proporțională cu intensitatea ultraacustică și cu timpul de activare;

cavitația acustică – aparută datorită faptului că în mediul lichid parcurs de ultrasunete suficient de intense, se formează „bule” sau „cavități” gazoase ca rezultat al ruperii lichidului sub incidența compresiilor și destinderilor rapide cauzate de propagarea undelor staționare; cavitățile, conținând vaporii lichidului și gaze dizolvate în lichid, au o durată de viață foarte scurtă, apoi dispar prin implozie, producând șocuri mecanice și termice importante;

efectele chimice – determinate de faptul că energia asociată propagării undelor ultraacustice în medii lichide favorizează, prin diferite mecanisme specifice, intensificarea activității chimice; reacții de oxidare și de reducere, polimerizare și depolimerizare, hidroliză, cataliză etc.; de asemenea s-a constatat ca activarea ultrasonică poate provoca unele reacții chimice, care nu ar avea loc în condiții normale;

efectele biologice – care pot apărea la propagarea ultrasunetelor prin sisteme biologice, dacă se depășesc valorile de prag ale parametrilor de expunere frecvență, intensitate acustică, durată etc. în funcție de caracteristici ale mediului formă, dimensiuni, concentrație, stare „in vivo”, „in vitro” , natură, tip etc.; influența asupra mediului poate avea efecte biopozitive analgezice, terapeutice etc. sau bionegative distrugerea microorganismelor, degradarea macromoleculelor, modificări histologice etc.

2.5.4 Producerea si transmiterea ultrasunetelor

Producerea și propagarea undelor acustice presupune în primul rând existența unor medii continue și deformabile. Cunoașterea acestor medii este de mare importanță teoretică, dar mai ales practică, datorită faptului că mediile solide, în special metalele, au o structură microcristalină. Pe de altă parte, există medii cu o construcție cristalină cu proprietați piezoelectrice folosite la producerea undelor ultrasonore.

Pentru cunoasterea proprietăților mediilor cristaline trebuie studiate în profunzime relațiile existente în diferitele constante ale mediului și starea de solicitare la care este supus sub acțiunea unor sarcini exterioare în echilibru static sau dinamic. Este necesară deci cunoașterea unor noțiuni de mecanica mediilor continue și deformabile.

Viteza de propagare a undelor longitudinale într-o bară este:

c = (E/)1/2

expresia fiind valabilă pentru unde elastice care se propagă în bare ale căror dimensiuni transversale sunt cu mult mai mici decât lungimea de undă. Dacă undele longitudinale elastice se propagă într-un corp solid nelimitat, viteza de propagare este:

c = { E(1-) / [  (1+) (1-2) ]}1/2

în care  este coeficientul lui Poisson. Această relație arată dependența vitezei de propagare a undelor longitudinale în solide de densitate și constantele elastice ale mediului.

Viteza de propagare a undelor longitudinale într-un corp solid nelimitat este mai mare decât în bare, deoarece la propagarea undelor fiecare element de volum al mediului nelimitat suferă o compresiune sau o întindere laterală, suplimentară, din partea elementelor de volum vecine.

Fig 2.1 Propagarea undelor longitudinale. Întinderi A, compresii B

Undele transversale elastice pot fi excitate atât într-un volum limitat al unui corp, cât și în întregul corp. Suspendând o bară și aplicând o lovitură la capătul liber, în locul unde s-a aplicat lovitura un strat de particule se va deplasa din poziția de echilibru, efectuând o mișcare de alunecare. Prezența forțelor de elasticitate dintre particulele barei va provoca deplasarea stratului învecinat, deci în bară va apărea o undă de alunecare care se va raspândi în lungul ei. Viteza de propagare a undelor transversale este dată de relația:

ct = ( G/ )1/2

unde G este modulul de elasticitate transversal. Ținând cont de expresia de legătură dintre G și E, relația de calcul a vitezei de propagare a undelor transversale devine:

ct = [ (E/). 1/2(1+) ]1/2

Analizând relația anterioară se constată că:

ct = c [ 1/2(1+) ]1/2

deci viteza de propagare a undelor transversale este aproximativ de două ori mai mică decât viteza de propagare a undelor longitudinale.

Viteza de propagare a undelor Rayleigh, care se propagă pe suprafața unui corp solid, se determină cu relația:

cs = [(0,87 +1,12)/(1+)] .(G/)1/2 0,9 .(G/)1/2 (2.6)

și nu depinde de lungimea lor de undă. Viteza undelor de suprafată este egală cu 0,9 din viteza undelor transversale.

2.5.5 Construcția generală a sistemelor ultraacustice

Sistemul ultraacustic este un ansamblu complex format din transductorul electromecanic, transformatorul acustic și elementele de cuplare a căror funcționare corelată permite emisia și recepția vibrațiilor a căror frecvență este situată în domeniul ultrasonor. Schema generală de principiu a unui sistem ultraacustic astfel definit este prezentată în figura 1.2

Fig. 2.2. Părțile componente principale ale sistemului ultraacustic

Elementul activ al sistemului ultraacustic este transductorul electromecanic 1, care pe baza unui efect specific (electromagnetic, electrodinamic, magnetostrictiv, piezoelectric, etc.) convertește oscilațiile electrice aplicate de generatorul electronic în oscilații elastice. Aceste oscilații sunt transmise, concentrate și focalizate prin intermediul transformatorului acustic 2, si a sculei de lucru 3, în mediul de prelucrare sau de explorare. Sistemul ultraacustic poate lucra și invers – recepționează oscilațiile elastice ale mediului, le conduce și le transformă în oscilații electrice la iesirea din traductor. Corespunzător cu gama largă de utilizare a sistemelor ultraacustice și cu necesitațile de concentrare sau de disipare a energiei electrice, transformatoarele acustice pot avea cele mai diferite forme și secțiuni.

Sistemele ultraacustice se calculează și se execută în așa fel încât în partea terminală să se excite oscilații de un singur tip, deoarece în caz contrar apar mari dificultăți în crearea regimului de lucru la rezonanță și în izolarea acustică față de mediu. Pentru aceasta este necesar să existe o relație bine definită între geometria diferitelor elemente ale sistemului și lungimea de undă a vibrațiilor excitate în sistem.

Fig. 2.3. Schema instalației de prelucrare cu ultrasunete

Alimentarea cu energie electrică se face de la rețeaua industrială de curent alternativ monofazat, 220 V / 50Hz. Puterea fiind sub 4000 W, nu apar probleme la racordare.

Tensiunea continuă se obține prin redresarea dublă alternanță a tensiunii alternative furnizate de rețea. Tensiunea astfel redresată este filtrată apoi cu un filtru capacitiv sau filtru activ. La puteri sub 600 W se recomandă folosirea unui filtru capacitiv și a unui montaj în semipunte pentru etajul de putere.

Circuitul de comandă se alimentează cu tensiune continuă diferențială de maxim 30 V. Ea se obține prin redresarea, filtrarea și stabilizarea tensiunii din secundarul unui transformator legat la rețea. Nu se folosesc stabilizatoare în comutație deoarece la ieșire ar prezenta pulsații mari.

Principalele elemente constitutive ale sistemului conferă funcționalitate ansamblului după cum urmează:

1. Generatorul de ultrasunete transformă curentul electric, de frecvență industrială, în curent de înaltă frecvență, cu scopul alimentării traductorului electroacustic. Generatoarele universale se pot lega cu o diversitate mare de traductoare, în funcție de cerințele folosirii ultrasunetelor, admițând o varietate mare a parametrilor: putere, frecvență, tensiune, impedanță. În cazul generatoarelor specializate, parametrii de ieșire sunt invariabili, lucrând doar la o frecvență fixă și o putere de ieșire constantă. Randamentul generatorului depinde de tipul dispozitivului de convertire a frecvenței, de calitatea subansamblelor și a pieselor folosite în construcția lor.

2. Traductorul transformă, cu un anumit randament, energia primară în energie mecanică radiantă. După principiul fizic de funcționare al traductoarelor electromecanice, acestea se împart în două categorii principale:

– magnetostrictive

– piezoelectrice.

Există o mare varietate de traductoare, realizate în game largi de puteri și frecvențe proprii de rezonanță, adaptate funcționării în legătura cu generatoarele electronice, adaptate ca formă, dimensiuni, condiții de răcire, rezistență la coroziune, condițiilor de utilizare existente în instalația în care se încorporează.

În mod schematic se poate face o clasificare a traductoarelor sub forma din tabelul 2.3.

Tabelul 2 Clasificarea traductoarelor

3. Elementele de fixare mecanică cu izolare acustică fac o legatură eficientă între instalația acustică și structura de rezistența a echipamentului respectiv, urmărind totodată realizarea unei izolații acustice eficiente între cele două părți. Aceste elemente permit transmiterea energiei acustice spre suprafața de lucru, oprind transmiterea ei spre instalatie. Din considerente energetice (eliminarea pierderilor) și de stabilitate dinamică, sistemul mecano-acustic trebuie montat într-un nod de oscilație.

4. Cuplajele mecano-acustice realizează atât legătura mecanică, cât și cea acustică între suprafețele celor două elemente aflate în contact (traductor-concentrator și concentrator-sculă). Aceste elemente trebuie să transmită fără pierderi energia acustică.

5. Concentratorul transmite energie acustică de la traductor la sculă producând mărirea amplitudinii undei, și este dintr-un material care să reziste cât mai bine la uzură și la oboseală. Se acordă o atenție deosebită geometriei acestui element. Concentratorul furnizează amplitudinea utilă în condițiile unor pierderi minime de energie și a unor rezistențe ridicate la uzură și oboseală.

6. Scula (sonotroda) este partea finală a instalației acustice care transmite piesei toate elementele acustice dorite în procesul tehnologic la parametrii impuși de tehnolog. Fiecare element se dimensionează pe principiul frecvenței de rezonanță, caz în care lungimea lui trebuie să fie un număr întreg de jumătăți de lungimi de undă:

L = n. /2; nN (2.7)

Materialele destinate construcției sistemului oscilator trebuie să aibă o bună elasticitate, decrement scăzut de amortizare și o mare rezistență la oboseală. Materialele utilizate pentru construcția concentratorilor sunt: aliajele de titan, duraluminiu, oțelurile carbon, oțelurile aliate, oțelurile de scule.

Elementul transductor este realizat din zircotitanat de plumb cu caracteristici electrostrictive care, fiind supus unei tensiuni altemante, se dilată și se contractă. Eficiența transductorului este de aproximativ 90-95 %. Pentru a obține îmbinări sudate de calitate foarte bună este absolut necesar ca materialul din care este realizată sonotroda să aibă proprietăți acustice foarte bune și de asemenea o rezistență ridicată la uzură. Materiale recomandate pentru construc-ția sonotrodelor sunt: monel, oțel inoxidabil, aluminiu și titan. Otelul care este recomandat din punct de vedere al rezistenței la oboseală și al caracteristicilor de impedanță.

Aliajele de titan cu rezistență ridicată depășesc considerabil alte materiale din punct de vedere al rezistenței la uzură și de aceea sunt folosite în mod uzual la fabricarea sonotrodelor pentru echipamente folosite în linii de fabricație industrială.

Batiul echipamentului este realizat din placa masiva de dural pentru a asigura o rigiditate mare, necesară pentru ca elementele pasive, fixate pe ele să nu consume prin vibrații o parte din energia ultrasonică produsă de generatorul ultrasonic.

Materialele folosite pentru modulul de comandă și programare vor fi alese pentru lucru în mediu industrial puternic perturbat de câmpuri electromagnetice, și înaltă fiabilitate. în general se agrează tehnica CMOS sau superioară acesteia, iar pentru intrări/ieșiri tehnica LS sau optoizolantă.

2.5.6 Sudarea ultrasonica a materialelor plastice

Energia mecanica de vibrație a sculei (sonotrodei) este folosita pentru încălzirea locala a zonei de contact dintre materiale, prin fazele de comprimare si întindere în materiale termoplastice, simultan cu exercitarea unei forte de apăsare.

Procedeul este asemănător sudarii electrice prin presiune, cu diferența ca aducerea zonei de îmbinare în stare încălzita se face datorita "ciocănirii" materialului cu frecventa ultrasonora si nu prin circulația curenților intenși (care nici nu ar fi posibili în materiale plastice).

Fig. A Echipamentul de sudare ultrasonică a maselor plastice

Un echipament de sudare a materialelor plastice cu ultrasunete are următoarele elemente

(figura A):

• batiul – 1, cu rol de a susține ansamblul componentelor;

• mecanismul – 2 de ridicare/coborâre a blocului ultrasonic, acționat pneumatic, cu rol în

realizarea unei forte F de apăsare controlata între scula si materialele supuse sudarii;

• instalația electrica – 3 destinata efectuării ciclului tehnologic de ridicare (Rj/coborâre (C) bloc ultrasonic, cuplare/decuplare generator ultrasonic, programare timp de sudare, timp de răcire, etc.;

• blocul ultrasonic, format din transductorul electroacustic – 4, concentratorul de unde – 6 si

scula de sudare (sonotrodul) – 7, cu rol destinat producerii, transformării si aplicării energiei

mecanice la locul îmbinării;

• generatorul electronic – 5, cu rol în alimentarea transductorului cu tensiune de frecventa

înalta;

• nicovala (placa metalica) – 8 pe care se aseaza materialele de sudat. Direcția de vibrare – 9

este pe direcția axiala a sculei.

Observație: Direcția de vibrare asupra materialelor plastice este perpendiculara pe suprafața de îmbinare, spre deosebire de sudarea metalelor cu ultrasunete, la care direcția de vibrare este în lungul suprafeței de sudare.

In prezent, sunt utilizate instalații de sudare într-o gama larga de puteri (300…2000 W),

complet automatizate. Sunt utilizate si echipamente portabile, de tip pistol, la puteri de 50…300 W.

Capitolul III. Exemple de tehnologii de lipire existente în industria automotive

3.1 Lipire prin cositorire a sârmei/firelor/pinilor

În industria automotive se folosesc diferite procese de cositorire, de la cositorirea manuală cu vârful de lipit, la cositorirea automată cu baie de cositor sau sisteme de cuptoare Reflow. Fiecare dintre aceste tehnologii prezintă avantaje și dezavantaje, dar în funcție de aplicație și de cerințele clientului, se alege cea mai optimă metodă de lipire.

În general, în producție, alegerea corectă a tehnologiei de cositorire nu este destul de ușoară. Trebuie avuți în vedere mai mai mulți parametri, în general parametri de producție precum timpul de cositorire, producția care se dorește, numărul de operatori care sa lucreze la o anumită operație, etc.

3.1.1 Cositorirea sârmei (sârmă cu cablu)

Cositorirea între două sârme de diametre foarte mici poate să fie dificilă uneori, astfel încât alegerea corectă a tehnologiei necesare de cositorire este esențială.

Dacă în final se alege cositorirea cu vârful de cositorit, atunci asta implică o foarte bună școlarizare a operatorului la locul de muncă, și instruirea acestuia trebuie să fie periodică. Îndemânarea și ea trebuie verificată prin diferite întrebări la fața locului și cunoștiințele trebuie verificare printr-o serie de teste.

Realizarea acestor două lipituri este una destul de complicată, este o cositorire ce necesită dexteritate și răbdare, firele fiind foarte subțiri, la cea mai mică mișcare greșită în timpul cositoririi, firele se pot dezlipi.

Această cositorire este una mai dificilă deoarece această operație implică mai multe etape. Prima etapă o reprezintă precositorirea sârmei (fig.63), operație ce implică inițial eliminarea lacului de pe sârmă (se ține foarte ușor vârfu de cositorit pe sârmă astfel incât lacul se elimină). Eliminarea lacului se face în primul rând pentru a adera mai bine cositorul pe sârmă, iar in al doilea rând, pentru ca contactul electric să se realizeze mai bine (lacul poate avea proprietăți izolatoare, ceea ce face ca sârma la suprafață să nu fie un bun conductor electric, ci doar la suprafață.

După realizarea primei etape se continuă a doua etapă, care constă în precositorirea cablului (fig.64). Această precositorire este esențială doar din punct de vedere practic, și anume în momentul lipirii celor două fire (sârma cu cablul), lipirea trebuie să se realizeze cât mai ușor și cu un contact al vârfului de cositorit cât mai scurt, pentru ca aceste două fire să nu se deterioreze din cauza contactului termic îndelungat. A doua etapă este formată din precositorirea cablului.

În final, cea de a treia etapă este reprezentată de lipirea efectivă a celor două fire (fig 67), etapă care se realizează la lupă. Înainte de cositorirea celor două fire, cablul se introduce cu capătul precositorit în decapant. Această operație este una ajutătoare, pentru ca în momentul lipirii celor două fire, contactul să fie cât mai scurt iar lipirea să se efectueze cât mai repede. Așadar, după introducerea capătului în decapant, cele două cabluri se cositoresc.

În fig.72 se poate observa o cositorire neconformă, deoarece cele două fire nu sunt liniare, ci stau deplasat, astfel încât pot fi foarte usor de dezlipit. La fel, forma cositorului a îmbinăturii nu este una corectă, nefiind o figură rotundă ci se poate observa cum cositorul nu a fost aplicat corespunzător.

În fig.73 însă, se poate observa o cositorire conformă. Atât forma cât și poziționarea ambelor cabluri este corectă, astfel încât pe termen lung nu o să existe probleme de dezlipire sau contact electric slab.

Pentru execuția acestei operații de cositorire avem nevoie practic de decapant, cositor și o stație de cositorit cu vârf de cositorit. La această cositorire se folosește o stație normală de cositorire JBC (fig.71), de 75W, cu un vârf de cositorit model JBC C245-903. Acest model de vârf are un diametru de 1 mm. Se folosește acest vârf deoarece în urma testelor a mai multor vârfuri, cu diametre mai reduse sau mai mari, cu acest tip de vârf se realizează cel mai bine operația în sine de cositorit și fiablitatea acestuia este una destul de bună. Celelalte variante nu ajutau la procesul de cositorire sau se deteriorau foarte repede. De asemenea, stația și firma JBC pentru această aplicație a fost selectată în urma a mai multor teste și cu alte stații de cositorit concurente (ex. Weller, Hako, etc.). După efectuarea testelor, din punct de vedere al performanțelor și al gamei de vârfuri oferite, a fost selecționată firma JBC pentru această aplicație. Una dintre avantajele stațiilor de cositorit JBC este faptul că deși nu pare prea puternică la cei 75W, modul de funcționare este foarte bun, și anume temperatura poate urca de la 0 la 400 de grade Celsius in doar 4-5 secunde, pe când alte stații au nevoie chiar și de 20 de secunde, acesta fiind un criteriu demn de luat în seamă, mai ales dacă se caută a se scădea timpul de producție per piesă.

Timpul aproximativ pentru o astfel de operație este în medie de aproape 180 de secunde. Pentru reducerea timpului de producție per piesă cu peste 90%, există înlocuirea tehnologiei existente de lipire cu cositorire prin lipire cu ultrasunete. Costurile de mentenanță sunt minime, timpul per piesă se reduce la aproximativ 10 secunde de la 180 de secunde, și lipirea se face mult mai corect, aproape de perfecțiune. Singurul dezavantaj al folosirii tehnologiei de sudură cu ultrasunete în prezent o reprezintă costul. În orice caz, această modernizare se merită doar atunci când producția atinge anumite valori anuale, și viața produsului mai este garantată minim 4-5 ani, în așa fel încât amortizarea să se facă relativ repede.

3.1.2 Alte exemple de cositoriri

3.2 Lipire prin sudură a sârmei bobinei cu pinul de contact

Lipirea prin sudură a sârmei bobinei cu pinul de contact se realizează cu ajutorl unui automat de sudură. Înainte aceași operație se efectua cu ajutorul cositoririi, dar datoită creșterii producției și a calității s-a optat pentru lipirea prin sudură.

Automatul ce urmează a fi prezentat a fost construit ca și model unicat pentru aplicația noastră. Acest automat dispune de un aparat de sudură de tip WIG, fabricat de MacGregor. Având în vedere cât de mult a evoluat tehnologia în ziua de astăzi, și aparatura de sudură a evoluat, astfel că vedem aparatură de sudură automată, capabilă să reacționeze la condiții de sudură neprevăzute în timp real.

Acest aparat de sudură afișează valorile din timpul sudurii în timp real. Practic această unitate reglează curentul de ieșire pentru sudură. V=IxR(legea lui Ohm), așadar când rezistența arcului electric se modifică, tensiunea arcului electric este automat potrivită. De aceea, acest aparat de sudură masoară parametrii în timp real, în așa fel încât utilajul să reacționeze cât mai prompt la diferite situații de sudură.

Acest aparat de sudură are posibilitatea de creare a mai multor programe prestabilite, programe care pot fi direct modificate din automat în momentul schimbării programului general. Mașina dispune de modalitatea de sudură într-unul sau în doua pulsuri. Primul puls se folosește pentru aplicații de sudură mai mici, iar sudura în două impulsuri se folosește pentru a avea o sudură mai puternică, mai bine definită.

Automatul de sudură dispune practice de 3 axe, și anum X, Y, Z. Capul de sudură se deplasează folosiind axele Y și Z (Z=înălțime), pe când suportul unde se poziționează bobina culisează pe axa X.

Principiul de funcționare al acestui utilaj este unul nu foarte complicat și anume:

– se poziționează bobina în suportul de fixare

– se apasă concomitent pe butoanele de Start.

– ușa utilajului se închide (pentru a proteja ochii operatorului de razele luminoase ce reies în timpul procesului de sudură).

– suportul bobinei culisează în poziția 1 pe axa X, astfel încât suportul se poziționează pe pinii care sunt folosiți ca poli. Se activează polul stâng respectiv polul drept, după care, capul de sudură coboară pe axa Z, se activează sistemul de azot, după care are loc procesul de sudură. Procesul de sudură are loc pentru toți cei patru pini ai bobinei.

– după terminarea procesului de sudură, suportul bobinei se deplasează în poziția 2, poziție unde cei patru pini de test se poziționează sub pinii bobinei, astfel încât se măsoară rezistența bobinei în toate cele patru puncte.

– după măsurarea rezistenței, suportul bobinei se depleasează în poziția inițială, după care capul de sudură se depleasează în zona unde se calibrează înălțimea electrodului. Electrodul se poziționează deasupra unei suprafețe drepte, și vine presat ușor cu un cilindru, astfel încât înalțimea devine din nou cea inițială.

– după calibrarea înălțimii electrodului, vârful electrodului este introdus în interiorul unei perii, pentru a fi curățat de eventualul șpan rămas după procesul de sudură.

– la sfârșitul procesului și după ce toate axele au ajuns în poziția inițială, ușa automatului de sudat se deschide, și se poate continua cu sudura următoarei bobine.

– în cazul în care bobina care este sudată este neconformă (rezistență în afara toleranței, sau arc de sudură incomplet sau prea puternic), atunci automatul detectează această informație și deschide ușa pentru înlăturarea piesei defecte. Pentru ca automatul să poată fi pornit din nou, acesta trebuie resetat, adică piesa neconformă se aruncă pe un jgheab, care în capăt are un senzor, iar când acesta primește semnal că piesa a fost aruncată, automatul se resetează și este din nou pregătit pentru procesul de sudură.

Acest utilaj a fost practic conceput pentru a înlocui varianta veche de lipire, și anume cositorirea pinilor. A fost o alegere corectă investiția în acest utilaj deoarece producția a crescut și practic numărul pieselor neconforme a rămas incă în targetul propus.

Catalog defecte și greșeli acceptate

În fig. 103 este prezentată o sudură conformă, cu punctul de sudură pe mijlocul pinului. Minim două din înfășurările superioare ale bobinării intră complet sub sudură. Conform procedurilor și standardelor interne de calitate, pentru ca sudura să fie conformă, primele 2-3 înfășurări trebuie să fie cuprinse în sudură. În fig. 104 se poate observa cum suprafața bilei sudate prezintă denivelări sau eventuale găuri, insă criteriile de sudură sunt respectate. În fig. 105 se poate observa ca bila de sudură nu este poziționată central pe pin, însă criteriile de sudură sunt respectate. În acest caz se recomandă verificarea poziționarii electrodului, dar și înălțimea acestuia. În fig. 106 se poate observa o sudură care prezintă negreală, aceasta provenind la setarea incorectă a volumului de azot. Și această sudură este conformă datorita faptului că criteriile de sudură sunt respectate.

În figura 107 se poate observa o sudură total neconformă unde punctul de sudură lipsește în totalitate. În fig.108 se poate observa că în punctul de sudură una din înfășurări este vizibilă, cea ce face ca sudura să fie neconformă, deoarece în timp, datorită vibrațiilor, înfășurarea se poate dezlipi sau chiar rupe. În fig.109 se poate observa din nou o spiră din înfășurare. În fig. 110 se poate observa un sfârșit de bobinare neconform. În fig.111, datorită procesului de sudură una dintre spire s-a rupt efectiv iar în fig. 112 se poate observa cum doar una sau nici o spiră nu a fost inclusă în punctul de sudură.

3.3 Lipire cu ultrasunete a capacului cu carcasă

Tehnologia de sudură cu ultrasunete a început în ultimii ani să fie tot mai des folosită, datorită calității lipiturii, dar și datorită faptului că operația de lipire se execută foarte repede. În principiu, tehnologia de sudură cu ultrasunete poate să înlocuiască multe aplicații care în prezent sunt lipite folosiindu-se cositorirea sau sudura cu electrod. Singurul mare dezavantaj al acestei tehnologii, tehnologia sudurii/lipirii cu ultrasunete, este faptul că aparatura are un cost inițial destul de ridicat. În acest caz, pentru a se investi corect, trebuie calculat procesul de producție, ce producție se estimează în prezent și în viitor, și calcularea timpului de amortizare a învestiței. Astfel, acest tip de tehnologie se merită a fi implementat doar pentru produsele de serie medie sau serie mare, și pentru produsele de serie mică cu diferite caracteristici speciale.

Generatoarele de frecvență pentru aceste aparate de sudură cu ultrasunete, au o gamă de frecvență între 20 kHz – 40 kHz. Mărimea utilajului este indirect proporțională cu frecvența generată de generatorul acestuia, și anume cu cât frecvența este mai mare, cu atât utilajul este mai mic. În general, la majoritatea mașinilor de sudură cu ultrasunete, frecvența este implicită și nu poate fi modificată. Există însă și diferite utilaje la care frecvența generată poate fi modificată.

Principiul funcționării aparatelor de sudură cu ultrasunete se bazează pe relația E = P x T; unde E=energie; P=putere;T=timp. Amplitudinea este cel mai important parametru în procesul de sudură cu ultrasunete, și mici modificări ale acestui parametru influențează mult procesul în sine decât oricare dintre ceilalți parametri.

Acest utilaj dispune de un generator de frecvență de 20.000 de Hz și o sonotrodă din titan, special creată pentru aplicația prezentată. La această operație se lipește un capac de plastic pe o carcasă de plastic. Această carcasă dispune și de un element de compensare presiune, ce este format dintr-o membrană de hârtie foarte subțire, iar daca parametrii nu sunt corect introduși, atunci majoritatea elementelor de compensare se deteriorează, nemaiputând fi reparate. Pe flux, după operația de sudură cu ultrasunete, se verifică și etanșeitatea carcasei folosiindu-se un utilaj dedicat pentru acest produs.

Pentru operarea utilajului, ambele butoane de Start trebuie apăsate concomitent, datorită normelor de protecția muncii.

Pentru acoperirea carcasei se folosește un capac de plastic care are lipit pe partea interioară o pâslă, care are rolul de amortizare în cazul vibrațiilor în exces. Dupa sudură, capacul nu trebuie să prezinte bavură, și dacă este cazul, aceasta se înlătură și utilajul se recalibrează. După sudarea propriu-zisă, se verifică etanșeitatea produslui, ca în fig.121. Practic sistemul se umple cu 600 mbar pentru 10 secunde după care se oprește furnizarea cu aer. Se face o pauză de 5 secunde după care se verifică păstrarea presiunii interioare.

Presiunea interioară trebuie să fie intre 140 si 550 mbar.

4. Capitolul IV – Concluzii

Tehnologiile de lipire au evoluat foarte mult în prezent, și ne putem gândi că aceste tehnologii o să evolueze și mai mult în viitor. Ca în orice domeniu, se dorește ca informația să fie cât mai exactă și cât mai cuprinzătoare, astfel încât să se reducă timpul pierdut cu preluare de informații false sau nefolositoare.

Pot spune că cele două job-uri la care am activat în cei cinci ani m-au învățat foarte multe, și pentru a ajunge să ai un bagaj minim de cunoștiințe, trebuie să lucrezi cu utilajele și aparatura pusă la dispoziție de firma din care faci parte.

Datorită experienței acumulate de-a lungul celor cinci ani, am reușit să încep conturarea unei cariere în domeniul îndustrial, mai exact sectorul Automotive. Aici, în acest sector, am putut observa multe tehnologii de lipire, de la cele mai simple la cele mai complicate și complet automatizate. Tot aici, am putut să observ diferite tipuri de aplicații și diferite forme de lipituri. Astfel, reușesc să identific ce lipitură este corect realizată și care nu mult mai ușor.

Fiecare tip și tehnologie de lipitură prezintă avantaje și dezavantaje, iar acestea trebuiesc folosite corect, pentru îndeplinirea procesului sau lipirea corectă a aplicației cu care ne confruntăm. Ce pot spune cu convingere, este că alegerea unei tehnologii de lipire trebuie să fie precedată de multe teste, cu mai multe tipuri de tehnologii, pentru a putea concluziona cu tehnologia potrivită.

De multe ori, un proces complet automatizat nu poate fi implementat datorită complexității produsului sau datorită faptului că o anumită operație poate să conțină mai multe faze, iar acestea pot fi executate doar de om și nu și de mașină.

Alegerea corectă a tehnologiei constă și în cercetarea de piață, consultarea de specialitate cu firma producătoare și cunoștiințe avansate în cea ce privește producția actuală. În nici un caz nu se rentează achiziționarea unei tehnologii avansate pentru o producție mică cu produse ieftine sau slab cotate, deoarece amortizarea costurilor de investiție nu se va face niciodată. Există însă și aplicații de serie mică speciale, cu un cost ridicat de vânzare, la care se merită a se investi în tehnologie avansată.

În general nu putem spune că o tehnologie este mai bună decât cealaltă, putem spune doar că fiecare tehnologie este desemnată anumitor proiecte. Acolo unde intervenția este limitată, iar operația este puțin mai complicată datorită punctului ce trebuie lipit, nu putem folosi tehnologii cu ultrasunete sau de sudură, deoarece acestea, în general, se folosesc de verticalizare în vederea lipirii, pe când o lipire manuală cu cositor poate să fie foarte ușor de folosit, datorită flexibilității de care dispune operatorul.

În prezent, majoritatea utilajelor și aparatele au devenit mult mai ușor de folosit, datorită interfețelor ușor de folosit pentru utilizator. Puține mai sunt utiajele care nu dispun de ecrane tactile, CAN-Bus, conectivitate prin porturi USB, și chiar folosirea tehnologiei Wireless.

Așadar, în viitorul apropiat, lipiturile poate să difere foarte mult de cele din prezent datorită elementelor rare ce se descoperă și a diferitelor aliaje create care încep să aibă proprietăți tot mai bune.

Ca și părere personală, pot spune că sudura cu ultrasunete este o tehnologie foarte bună care poate înlocui multe din tehnologiile de cositorire sau chiar și sudură cu electrod din prezent. Diferența majoră o reprezintă faptul că timpii de proces scad considerabil și calitatea produselor devine mult mai bună.

Prin urmare, fiecare client trebuie să își aleagă tehnologia dorită în funcție de cerințele lor proprii, de standardele interne de calitate ale firmei, de bugetul alocat pentru achiziții dar și pentru mentenanța săptămânală/lunară/anuală și în funcție de aplicația care se dorește a fi lipită.

Bibliografie

Gheorghe Zgura s.a.; Utilajul si tehnologia lucrarilor mecanice; Editura Didactica si Pedagogica Bucuresti 1979

Ion Gheorghe ; Mecanisme si utilaje industriale; Editura Didactica si Pedagogica Bucuresti 1979

Ion Gheorghe; Mecanisme si utilaje industriale; Editura Didactica si Pedagogica Bucuresti 1979

D. Petrosel; Desen Tehnic; Editura Sigma 2000

M. Anastasiu; Tehnologia prelucrării metalelor; Editura Didactică și Pedagogică 1978

Bechtold, J. H., Scott, H. J. în: „Journal of Ine Electrochemical Soclety". Dec. 1951, voi. 98, Nr. 12, p. 495.

Beckofen, W. A., Wesley, P. C. Deformation Processing. Addison — Massacliusetts, California, 1972.

Hasck, V. în: Hlech, Bokre, Profile. 25. 1978

Hittlner, M. în: Metallbererarbeitsmg. nr. 5, 1965

Manea, Gh. Organe de mașini. București, Editura Termică, 1970.

Mantea, Șl. ș.a. Metalurgie fizică. București, Editura Tehnică, 1970.

Mdrton, S. în: Gep, nr. 6, 1966, p. 233. . .243.

Măkelt, H. în: Werkstatt und Betrieb, nr. 9, 1955, p. 585…595.

Măkelt, H. Dic meehanisehen Pressen. Miinchen, Cari Hansen Verlag, 1961.

Centrul de Excelenta in Sudarea cu Ultrasunete CEX – US , ISIM Timisoara 2001Contract MEC 1015 / 2001-2004;

Cercetari teoretice si experimentale privind efectul undelor ultraacustice la dezvoltarea unor noi procedee si tehnologii de imbinare. Contract GRANT C, ISIM / CNCSIS 7079/ B2/2001/G4/ 2002;

Sora I,. Nicoara D, Vekas L Echipamente electroacustice pentru procesarea performanta in medii lichide, Editura Orizonturi Universitare Timisoara, 2002.

Amza G., s.a., Cercetari privind sudarea cu ultrasunete a materialelor compozite inteligente. Conferinta Internationala ASR SUDURA – 2002, Ploiesti 25-27 Septembrie 2002

Iclanzan T., – Activarea ultrasonica a curgerii materialului polimeric plastifiatin procesul de punere in forma.- Comisia de Acustica a Academiei, Caiet nr.25, oct.1995

Ultrasonic Metal Welding, STAPLA Ultraschall Technik GMBH, 1997.

”TWI projects carried out for electronics,photonics,sensors, and medical sectors” www.twi.co.uk

“Ultrasonics Replace Solvent Bonding” www.sonobond ultrasonics co.

www. ultrasonic industry association

www. stapla ultrasoinics co.

www.branson ultrasonics co.

www.amtech.com

www.dukane co.

www.accusonics,inc.

Tehnologia materialelor, A. Palfalvi ; E. Andrei ; M. Mehedindeanu EDP- Buc. 1985

Breștin A., Tehnologia materialelor I.P. Timișoara 1974

Colan N., Studiul Metalelor E.D.P.- Buc. 1983

Mehedinteanu N., Tehnologia Materialelor si Masinii Unelte; I.P. Buc. 1971

Bornea N., Papadopol C., Poluarea si Protectia Mediului Educatia știintifica si enciclopedica, Buc. 1975

Utilajul si Tehnologia lucrarilor mecanice N.E.I E.D.P. Buc. 1989

IPC-A-610C”, Association Connecting Electronics Industries, “Acceptability of Electronic Assemblies, Jan.2000

Lehrgangsunterlagen“, Zentrum für Verbindungstechnik in der Elektronik der SLV Hannover

Seminar Lötverfahren“, Fraunhofer ISIT, Itzehoe, September 2003

H. J. Heumos, Jungheinrich, “Aus der Praxis”, Fraunhofer ISIT, Itzehoe, Okt. 2001

R. J. Klein Wassink, “Weichlöten in der Elektronik”,Leuye-Verlag – 1992

Thomas Ahrens, “Baugruppen- und Fehlerbewertung“, Fraunhofer ISIT, Itzehoe, Okt. 2001

Thomas Ahrens, “Lötqualität – Metallurgie des Weichlötens, Lötoberflächen, Flussmittel, Schutzgas”, Fraunhofer ISIT, Itzehoe, Okt. 2001

Thomas Ahrens, “Einbau der Zuverlässigkeit“ Fraunhofer ISIT, Itzehoe, Okt. 2001

http://www.co-bw.com/DIY_Soldering_General%20Requirements.htm

www.sudura.ro

Diferite seminarii la care am participat, prezentări și cursuri.

Alte surse

ANEXĂ

DECLARAȚIE DE AUTENTICITATE A

LUCRĂRII DE FINALIZARE A STUDIILOR*

Subsemnatul _________________________________________________________ ____________________________________________________________________ , legitimat cu ________________seria ________nr. ___________________________, CNP ________________________________________________________________ autorul lucrării ________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________ elaborată în vederea susținerii examenului de finalizare a studiilor de ______ ______________________________________organizat de către Facultatea _______________________ ______________________________din cadrul Universității “Politehnica” din Timișoara, sesiunea ____________________ a anului universitar __________________, luând în considerare conținutul art. 39 din RODPI – UPT, declar pe proprie răspundere, că această lucrare este rezultatul propriei activități intelectuale, nu conține porțiuni plagiate, iar sursele bibliografice au fost folosite cu respectarea legislației române și a convențiilor internaționale privind drepturile de autor.

Timișoara,

Data Semnătura _______________________ ______________________________

* Declarația se completează „de mână” și se inserează în lucrarea de finalizare a studiilor, la sfârșitul acesteia, ca parte integrantă.

Bibliografie

Gheorghe Zgura s.a.; Utilajul si tehnologia lucrarilor mecanice; Editura Didactica si Pedagogica Bucuresti 1979

Ion Gheorghe ; Mecanisme si utilaje industriale; Editura Didactica si Pedagogica Bucuresti 1979

Ion Gheorghe; Mecanisme si utilaje industriale; Editura Didactica si Pedagogica Bucuresti 1979

D. Petrosel; Desen Tehnic; Editura Sigma 2000

M. Anastasiu; Tehnologia prelucrării metalelor; Editura Didactică și Pedagogică 1978

Bechtold, J. H., Scott, H. J. în: „Journal of Ine Electrochemical Soclety". Dec. 1951, voi. 98, Nr. 12, p. 495.

Beckofen, W. A., Wesley, P. C. Deformation Processing. Addison — Massacliusetts, California, 1972.

Hasck, V. în: Hlech, Bokre, Profile. 25. 1978

Hittlner, M. în: Metallbererarbeitsmg. nr. 5, 1965

Manea, Gh. Organe de mașini. București, Editura Termică, 1970.

Mantea, Șl. ș.a. Metalurgie fizică. București, Editura Tehnică, 1970.

Mdrton, S. în: Gep, nr. 6, 1966, p. 233. . .243.

Măkelt, H. în: Werkstatt und Betrieb, nr. 9, 1955, p. 585…595.

Măkelt, H. Dic meehanisehen Pressen. Miinchen, Cari Hansen Verlag, 1961.

Centrul de Excelenta in Sudarea cu Ultrasunete CEX – US , ISIM Timisoara 2001Contract MEC 1015 / 2001-2004;

Cercetari teoretice si experimentale privind efectul undelor ultraacustice la dezvoltarea unor noi procedee si tehnologii de imbinare. Contract GRANT C, ISIM / CNCSIS 7079/ B2/2001/G4/ 2002;

Sora I,. Nicoara D, Vekas L Echipamente electroacustice pentru procesarea performanta in medii lichide, Editura Orizonturi Universitare Timisoara, 2002.

Amza G., s.a., Cercetari privind sudarea cu ultrasunete a materialelor compozite inteligente. Conferinta Internationala ASR SUDURA – 2002, Ploiesti 25-27 Septembrie 2002

Iclanzan T., – Activarea ultrasonica a curgerii materialului polimeric plastifiatin procesul de punere in forma.- Comisia de Acustica a Academiei, Caiet nr.25, oct.1995

Ultrasonic Metal Welding, STAPLA Ultraschall Technik GMBH, 1997.

”TWI projects carried out for electronics,photonics,sensors, and medical sectors” www.twi.co.uk

“Ultrasonics Replace Solvent Bonding” www.sonobond ultrasonics co.

www. ultrasonic industry association

www. stapla ultrasoinics co.

www.branson ultrasonics co.

www.amtech.com

www.dukane co.

www.accusonics,inc.

Tehnologia materialelor, A. Palfalvi ; E. Andrei ; M. Mehedindeanu EDP- Buc. 1985

Breștin A., Tehnologia materialelor I.P. Timișoara 1974

Colan N., Studiul Metalelor E.D.P.- Buc. 1983

Mehedinteanu N., Tehnologia Materialelor si Masinii Unelte; I.P. Buc. 1971

Bornea N., Papadopol C., Poluarea si Protectia Mediului Educatia știintifica si enciclopedica, Buc. 1975

Utilajul si Tehnologia lucrarilor mecanice N.E.I E.D.P. Buc. 1989

IPC-A-610C”, Association Connecting Electronics Industries, “Acceptability of Electronic Assemblies, Jan.2000

Lehrgangsunterlagen“, Zentrum für Verbindungstechnik in der Elektronik der SLV Hannover

Seminar Lötverfahren“, Fraunhofer ISIT, Itzehoe, September 2003

H. J. Heumos, Jungheinrich, “Aus der Praxis”, Fraunhofer ISIT, Itzehoe, Okt. 2001

R. J. Klein Wassink, “Weichlöten in der Elektronik”,Leuye-Verlag – 1992

Thomas Ahrens, “Baugruppen- und Fehlerbewertung“, Fraunhofer ISIT, Itzehoe, Okt. 2001

Thomas Ahrens, “Lötqualität – Metallurgie des Weichlötens, Lötoberflächen, Flussmittel, Schutzgas”, Fraunhofer ISIT, Itzehoe, Okt. 2001

Thomas Ahrens, “Einbau der Zuverlässigkeit“ Fraunhofer ISIT, Itzehoe, Okt. 2001

http://www.co-bw.com/DIY_Soldering_General%20Requirements.htm

www.sudura.ro

Diferite seminarii la care am participat, prezentări și cursuri.

Alte surse

ANEXĂ

DECLARAȚIE DE AUTENTICITATE A

LUCRĂRII DE FINALIZARE A STUDIILOR*

Subsemnatul _________________________________________________________ ____________________________________________________________________ , legitimat cu ________________seria ________nr. ___________________________, CNP ________________________________________________________________ autorul lucrării ________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________ elaborată în vederea susținerii examenului de finalizare a studiilor de ______ ______________________________________organizat de către Facultatea _______________________ ______________________________din cadrul Universității “Politehnica” din Timișoara, sesiunea ____________________ a anului universitar __________________, luând în considerare conținutul art. 39 din RODPI – UPT, declar pe proprie răspundere, că această lucrare este rezultatul propriei activități intelectuale, nu conține porțiuni plagiate, iar sursele bibliografice au fost folosite cu respectarea legislației române și a convențiilor internaționale privind drepturile de autor.

Timișoara,

Data Semnătura _______________________ ______________________________

* Declarația se completează „de mână” și se inserează în lucrarea de finalizare a studiilor, la sfârșitul acesteia, ca parte integrantă.