Transcript Curs4

PROCEDEE DE SUDARE PRIN TOPIRE
Sudarea cu electrod învelit
Sudarea cu electrod învelit
următoarele avantaje:
prezintă
flexibilitate ridicată – permite sudarea în
orice poziţie şi se poate aplica la o
gamă largă de materiale şi grosimi ale
elementelor îmbinării
cost redus al echipamentului de sudare –
întreţinere uşoară a echipamentului
de sudare, investiţii reduse în
echipament
diversivitate mare a materialelor adaos şi
costuri reduse ale acestora
calitate bună a îmbinărilor sudate
cleşte port-electrod
sursă de curent
- transformator
- redresor
- invertor
Detaliu
pământare
clemă de contact
direcţia de sudare
Electrodul este compus dintr-o vergea metalică şi un înveliş a cărui proprietăţi fizicochimice influenţează în mod direct calitatea îmbinării sudate. Învelişul electrodului de sudare
îndeplineşte o serie de funcţii la sudare, după cum urmează:
·
protejează baia de sudură – este una dintre cele mai importante funcţii ale electrodului învelit
de sudare. Prin coloana arcului electric oxigenul şi azotul din atmosfera ambiantă pot să pătrundă în
baia de sudură care la temperaturi ridicate dizolvă o cantitate importantă de gaze. Odată dizolvate
aceste gaze în baia de sudare participă la o serie de reacţii chimice cu metalul de bază, formând oxizi
şi nitruri care fragilizează metalul depus. Azotul este cel mai greu de controlat odată dizolvat în baia
de sudură, în timp ce oxigenul poate fi relativ uşor îndepărtat cu ajutorul unor dezoxidanţi
corespunzători (cu afinitate mai mare faţă de oxigen decât metalul de bază). Degazarea băii de
sudură este foarte importantă, deoarece gazele rămase dizolvate în baia lichidă produc porozitate în
metalul depus cu efecte negative asupra caracteristicilor mecanice ale îmbinării sudate.
·
stabilizează arcul electric –arcul electric este menţinut stabil chiar şi la densităţi reduse de
curent, precum şi la variaţii ale lungimii arcului electric.
·
concentrează arcul electric – forma coloanei arcului electric influenţează profilul şi
pătrunderea cusăturii în metalul de bază. La vârful electrodului se formează un crater în învelişul
electrodului care acţionează ca şi un ajutaj şi concentrează coloana arcului, respectiv direcţionează
transferul de material spre baia de sudură.
·
aliază baia de sudură – învelişul electrodului poate să conţină o serie de elemente de aliere
precum Cr, Ni, Mo, V, Cu care compensează pierderile produse prin vaporizare şi prin reacţiile
chimice cu compuşii chimici din baia de sudură care se separă în zgură. Elementele de aliere
îmbunătăţesc caracteristicile mecanice ale metalului depus.
·
protecţie termică – zgura solidificată la suprafaţa cusăturii asigură o răcire lentă a metalului
depus şi a zonei adiacente, prevenind formarea structurilor de călire şi reducerea deformaţiilor postsudare.
·
izolează electric vergeaua metalică la sudarea în rosturi înguste şi adânci în cazul atingerii
accidentale a electrodului cu partea laterală de suprafeţele rostului, precum şi la protecţia sudorului
la schimbarea electrodului în cleştele port-electrod.
Învelişul electrodului de sudare conţine şase grupe de elemente caracteristice care sunt dozate în anumite
concentraţii şi granulaţii ce formează o pastă care se extrudează peste vergeaua metalică. Învelişul trebuie să fie de grosime
uniformă şi dispus concentric în raport cu vergeaua metalică şi poată să conţină pulberi de fier pentru creşterea randamentului de
depunere.
Înveliş de sudare
Elemente
de aliere
Lianţi
solubili
Elemente
gazeifiante
Elemente
ionizante
Fluxuri şi
elemente
zgurifiante
Plastifianţi
Lianţii se adaugă la compoziţia învelişului pentru a
asigura o masă plastică ce poate fi extrudată şi care după
sinterizare asigură consistenţa mecanică necesară
manipulării electrozilor de sudare, fără riscul deteriorării
mecanice a învelişului. Ca şi lianţi se folosesc silicaţi de
sodiu şi potasiu.
Elemente gazeifiante – sunt o serie de compuşi ca şi
carbohidraţii, hidraţii şi carbonaţii (de calciu şi magneziu).
Celuloza (C6H10O5)n este un compus organic ce se
formează în plante şi arbori printr-un proces de biosinteză
fotochimică şi care prin ardere degajă o cantitate
importantă de gaze (CO2 , CO şi vapori de H2O).
Elemente ionizante – sunt necesare în special la sudarea
în curent alternativ când arcul electric se stinge pentru
scurte perioade de timp, prezenţa acestor elemente în
compoziţia învelişului asigură o amorsare şi stabilitate
ridicată a arcului electric (compuşi de titaniu, potasiu şi
calciu).
Fluxuri şi elemente zgurifiante – sunt formate din silică SiO2 , magnetită - Fe3O4 , fluorură de calciu - CaF2 etc. ce
asigură valorile optime pentru vâscozitate, tensiune
superficială şi temperatura de topire a zgurei care absoarbe
impurităţile şi controlează conturul suprafeţei cusăturii
sudate, în special la sudurile de colţ.
Plastifianţii – au rolul de a asigura proprietăţile de curgere
a masei extrudate prin controlul tipului şi concentraţiei
lubrefianţilor adăugaţi în compoziţia învelişului (sodiu şi
carbonat de potasiu K2CO3).
Clasificarea electrozilor înveliţi de sudare
După compoziţia
învelişului
cu înveliş acid (A)
cu înveliş rutilic (R)
cu înveliş celulozic (C)
cu înveliş bazic (B)
cu înveliş dublu
rutilic-bazic (RB)
rutilic-celulozic (RC)
rutilic-acid (RA)
cu înveliş special ce conţine pulbere de fier
pentru rate de depunere înalte
SR EN ISO 2560:2006
Materiale pentru sudare. Electrozi înveliţi pentru sudarea manuală cu
arc electric a oţelurilor nealiate şi cu granulaţie fină. Clasificare
Rezumat
Acest standard stabileşte cerinţele
privind clasificarea electrozilor înveliţi
şi a metalului depus, în stare brută
după sudare şi tratat termic după
sudare, pentru sudarea manuală cu
arc electric a oţelurilor nealiate şi cu
granulaţie fină având o limită minimă
de curgere până la 500 N /mm2 sau o
rezistenţă minimă la tracţiune până la
570 N / mm2.
După destinaţia
electrodului
electrozi pentru sudarea oţelurilor carbon şi
slab aliate
electrozi pentru sudarea oţelurilor de înaltă
rezistenţă utilizate la temperaturi scăzute
electrozi pentru sudarea oţelurilor utilizate la
temperaturi ridicate
electrozi pentru sudarea oţelurilor inoxidabile
şi refractare
electrozi pentru încărcare
electrozi pentru crăiţuire
electrozi speciali
Electrozii de craituire utilizeaza efectul
combinat al arcului electric si al presiunii
aerului comprimat.
Aplicatii: sanfrenare, craituire, eliminarea
defectelor din suduri, curatirea pieselor
turnate, eliminarea fisurilor, taierea partilor
metalice. ELECTROZII DE CRAITUIRE
sunt executati din grafit si sunt acoperiti cu
un strat lucios de cupru pentru a conduce
curentul electric mai usor.
Diametrul electrodului [mm]
6
Parametrii curentului de sudare se
reglează pe baza indicaţiilor prezentate
de către producătorul electrodului pe
ambalajul de livrare, însă valorile limită
se pot calcula considerând valoarea
densităţii de curent cuprinsă între 7 şi
12 A/mm2.
La sudarea în poziţie verticală sau de
plafon, curentul de sudare se va micşora
cu cca. 15-25 % faţă de valorile
recomandate la sudarea în poziţie
orizontală.
5
4
3.25
2.5
2
1.6
0
100
200
300
400
Intensitatea curentului de sudare [A]
Devierea arcului de sudare este un fenomen nedorit, deoarece
reduce pătrunderea în metalul de bază şi poate conduce la apariţia
unor defecte de sudare.
Efectul termic este direcţionat către piesă în mod diferit, fiind
posibilă topirea asimetrică a rosturilor de sudare sau chiar lipsa de
topire. Fenomenul este mai pronunţat la capetele îmbinărilor
sudate, în vecinătatea clemei de contact, precum şi la sudarea
muchiilor rosturilor teşite.
Dacă metalul de bază este feromagnetic (Fe, Ni, Co), arcul
deviază spre interiorul piesei, iar la sudarea metalelor
paramagnetice (Al, Cu) devierea arcului se produce în afara
piesei. Prezenţa unor mase metalice poate modifica deasemenea
forma liniilor de câmp magnetic
Datorită distribuţiei asimetrice a liniilor de câmp magnetic în jurul piesei,
arcul de sudare va fi deviat întotdeauna spre zone cu densitate mai
redusă a liniilor de câmp magnetic, care întotdeauna sunt linii închise.
Prin urmare, la capetele pieselor sudate apare o densitate mărită a liniilor
de câmp magnetic sau în zonele unde se produc variaţii de secţiune,
grosime etc. Devierea arcului afectează mecanismul de transfer a
materialului depus, picăturile topite de metal sunt deviate de la direcţia
iniţială şi pot cădea în zone alăturate băii de sudare, provocând defecte de
sudare.
Pentru atenuarea efectului devierii magnetice, se recomandă următoarele
măsuri:
·
sudarea cu arc scurt
·
utilizarea electrozilor cu înveliş gros
·
înclinarea electrodului în sens opus devierii magnetice
·
aplicarea de contacte mobile la piesă
·
sudarea în curent alternativ
La amorsarea arcului electric, curentul de sudare creşte brusc în
intensitate şi produce topirea aproape instantanee a capătului
electrodului de sudare, care în momentul următor trebuie retras faţă
de suprafaţa piesei la o distanţă egală cu valoarea diametrului
electrodului.
Sunetul produs de arcul electric este uniform şi ascuţit (distanta
electrod-piesa corecta). O distanţă prea mică produce un zgomot
înfundat şi mai moale, iar o distanţă prea mare produce un zgomot
dur cu intermitenţe.
Grupul electrogen se compune dintr-un
motor cu ardere internă diesel sau cu
benzină ce antrenează un generator de
curent continu sau alternativ ce poate
livra un curent ce uzual se încadrează
între 150 şi 200 A. Pentru aplicaţii
mobile pentru reparaţii navale, în cazul
sudării sub strat de flux sau tăierii cu arc
electric grupul electrogen poate furniza
un curent de până la 600 A.
Convertizorul de sudură funcţionează
pe acelaşi principiu ca şi grupul
electrogen cu deosebirea că în loc de
motor cu ardere internă pentru antrenarea
generatorului de curent utilizează un
motor electric trifazat cu pornire steatriunghi
(fig.
3.9.
b).
Datorită
randamentului scăzut, pierderilor mari de
energie la mersul în gol, zgomotului
mare pe care îl produce în funcţionare
etc. convertizoarele de sudare sunt din ce
în ce mai puţin utilizate.
Transformatorul de sudură se compune
dintr-un transformator, un drosel de
defazaj şi dispozitivul de reglare a
curentului de sudare care poate fi:
prin schimbarea numărului de spire din
înfăşurarea primară
·
·
prin modificarea poziţiei miezului de fier
mobil
·
prin comanda unei bobine de reacţie tip
drosel legată în serie cu înfăşurarea secundară
·
prin comanda unui transductor alimentat cu
curent continu
Redresorul de sudură este compus dintr-un transformator trifazic şi un grup redresor
cu 6 diode de siliciu de putere. Pentru a regla curentul de sudare se poate realiza o
comandă electronică ce acţionează asupra a 3 tiristoare redresoare sau (6 tiristoare în
cazul redresării complete). Datorită încălzirii puternice a diodelor sau tiristoarelor
redresoare este necesar protecţia acestora prin răcirea forţată cu ajutorul unui ventilator
montat în interiorul carcasei utilajului
Drosel
R
S
T
Transformator
trifazic
Grupa
redresoare
Comanda
electronică
tiristor
redresor
diodă
redresoare
Invertorul este cea mai modernă sursă de curent şi are următoarele caracteristici:
randament ridicat (80-90 %), consum redus de energie, control mult mai fin al parametrilor
curentului de sudare care este modulat,
sistem de reacţie feedback foarte sensibil, ceea ce permite un control excelent al procesului de
sudare, permite viteze mari de sudare, reduce cantitatea de căldură transmisă piesei şi
minimalizează deformaţiile, gabarit mult redus (30-90 kg), portabilitate ridicată, poate fi
utilizat la mai multe procedee de sudare: cu electrod învelit, MIG, TIG, sudarea cu sârmă
tubulară
În blocul de redresare primară curentul alternativ de la reţea este redresat în curent continu
care este trecut pe urmă printr-un filtru electronic pentru a înlătura modulaţiile de frecvenţă
înaltă introduse la redresare.
Curentul continu filtrat alimentează o punte unde este întrerupt periodic cu ajutorul unor
tranzistoare de putere comandate de un sistem electronic cu circuit integrat, simulând un
curent alternativ cu frecvenţă ridicată (uzual peste 1 kHz).
Curentul alternativ de frecvenţă ridicată este trecut printr-un transformator de înaltă
frecvenţă cu miez de ferită unde în secundarul acestuia se obţine un curent de sudare cu
tensiune redusă (cca. 13 V) şi intensitate foarte mare (până la 12500 A),
iar în ultimul bloc curentul de sudare este redresat din nou şi filtrat.
Randamentul transformatoarelor creşte în cazul curenţilor de înaltă frecvenţă şi din acest
motiv gabaritul lor este mult redus comparativ cu cel al transformatoarelor care operează la
frecvenţa curentului din reţeaua de alimentare (50 Hz). Acest fapt permite construcţia unor
surse compacte cu consum redus de energie şi foarte performante, deoarece permit un control
mult mai sensibil al curentului de sudare.
Caracteristica externă a sursei de curent
reprezintă variaţia tensiunii sursei în funcţie de
curentul pe care îl furnizează.
Caracteristica arcului electric de sudare
reprezintă variaţia tensiunii arcului în funcţie de
intensitatea curentului şi lungimea arcului
electric. Aceste trei elemente se află într-o relaţie
de dependenţă, care în cazul sudării cu electrod
învelit are următoarea expresie:
La
Ua  a  c
Is
Caracteristica externă a
sursei
unde a şi c sunt constante determinate empiric în
funcţie de natura materialului care se sudează, La este
lungimea arcului (mm), iar Is este intensitatea
curentului de sudare (A).
Lungimea arcului
electric
45
3 mm
4 mm
40
5 mm
35
6 mm
Ua [V]
30
Punct de
lucru
25
Caracteristicile arcului
electric
Ua 6 mm
20
Ua 3 mm
15
Is 6 mm
Is 3 mm
10
0
100
200
Is [A]
300
400
500