6. SUDAREA CU ARC ELECTRIC ÎN MEDIU PROTECTOR DE GAZE 6.1. Clasificare

6. SUDAREA CU ARC ELECTRIC ÎN MEDIU PROTECTOR DE GAZE

6.1. Clasificare

Procedeul de sudare cu arc electric în mediuprotector utilizează energia termică a unui arcelectric care arde într-o atmosferă gazoasăprotectoare, ce împiedică pătrunderea în cusătură aoxigenului şi azotului, [3], [4], [118].

În acest scop se folosesc fie gaze active (H2,CH4, CO2), fie gaze inerte (Ar, Ne). Gazele sunttrimise cu suprapresiune în jurul arcului electric.

În funcţie de tipul gazului protector folosit şial materialului electrodului (fuzibil sau nefuzibil),rezultă corespunzător următoarea clasificare generalăa procedeelor de sudare cu are electric în mediuprotector de gaze:

● sudare cu electrodfuzibil

- în gaze active;- în gaze inerte (şi amestecuri);

● sudare cu electrod - cu hidrogen atomic;

Tehnologii specifice realizării rețelelor de transport gaze naturale

nefuzibil- în gaze inerte (şi amestecuri).

6.2. Sudarea cu hidrogen atomic (arc - atom)

Se foloseşte ca gaz protector hidrogenul careprotejează un arc electric cu acţiune indirectăprodus între doi electrozi din wolfram 1 (fig. 6.1), [118].

Pentru alimentarea arcului se foloseşte curentulalternativ cu. tensiune mare (220 ... 300 V laamorsare şi 30 ... 120 V în timpul sudării) şiintensitate mică: 10 ... 70 A.

Din cauza ten-siunilor de lucru ridicate şi alpreţului de cost mare al gazului şi instalaţiei însine, folosirea procede-ului este limitată,utilizându-se relativ rar (la sudarea sau reparareaunor piese din aliaje neferoase sau oţeluri bogataliate).

6.3. Sudarea cu arc electric în mediu protector

Fig. 6.1. Schema sudării cu hidrogen atomic

100

Capitolul 6 – Sudarea cu arc electric în mediu protector de gaze

de gaze, cu electrod fuzibil

6.3.1. Procedeul MAG (Metal Activ Gas)

Procedeul MAG se desfăşoară în mediu de bioxid decarbon şi foloseşte schema de principiu din figura6.2, [118]. Arcul electric cu acţiune directă, produsîntre sârma-electrod 1 şi metalul pieselor 2, esteprotejat de către bioxidul de carbon ce iese dinajutajul 3. Sudarea se realizează în curent continuucu polaritate inversă.

La temperatura înaltă atinsă în arcul electric bioxidul de carbon se disociază altfel:

CO2 CO + O (6.1)Oxigenul atomic rezultat din disocierea

bioxidului de carbon are o puternică acţiune oxidantăasupra elementelor componente ale materialului sudat.În baia de metal topit se vor produce pe lângă

Fig. 6.2. Schema su-dării

cu arc electric în mediu de CO2

101


reacţiile de oxidare şi reacţii de reducere aoxizilor formaţi. Compuşii rezultaţi pot ieşi în aer(CO) sau trec în zgură (MnO, SiO2). Întrucât în cazuloţelurilor siliciul şi manganul participă intens laaceste reacţii, consumându-se, este necesar ca sârmafolosită să fie aliată cu aceste elemente.

Sudarea în mediu protector de CO, se aplică oţelurilor carbon sau slab aliate.

Procedeul prezintă ca principale avantaje :productivitate ridicată, cost scăzut al bioxidului decarbon, posibilitatea executării sudurilor depoziţie, vizibilitatea arcului electric etc.Principalul dezavantaj al procedeului îl constituieposibilitatea apariţiei defectelor de sudare.

102


De cele mai multe ori procedeul se foloseşte învarianta semiautomată. În acest caz sârma-electrodeste atât trasă cât şi împinsă (de nişte role

Fig. 6.3. Sudarea cu electrod metalic, în gazeprotectoare

(procedeele MIG şi MAG): a - modul operator; MB - metalul de bază; SE - sârma-

electrod; CSE - caseta sârmei-electrod; GP - gazul de

protecţie; BC - bucşa de contact electric; RA - role de

acţionare;- viteza de sudare; - viteza de avans a sârmei;

- viteza de pendulare (folosită eventual); b - tubul multifuncţional: 1 - înveliş exterior;

2 - cablu de sudare, multifilar, tubular; 3 - tub flexibil izolant; 4 - sârma-electrod.

103

a. b.


acţionate de turbine cu aer comprimat), printr-un tubflexibil multifuncţional (fig. 6.3), [78].

Sârma folosită frecvent are diametre mici şi estedeplasată în mişcarea de avans cu o viteză constantă,stabilită astfel, încât viteza de topire să fie egalăcu viteza de avans.

Valorile curentului de sudare sunt relativ mari.Raportate la secţiunile mici ale sârmei ele conduc ladensităţi mari de curent, ceea ce implică arderea ar-cului în zona crescătoare a caracteristicii luistatice. În aceste condiţii este avantajoasăfolosirea unor surse de curent cu caracteristicaexternă rigidă sau chiar uşor crescătoare.

Cu cât sârma-electrod este mai subţire, cu atâtefectul de autoreglare a stabilităţii lungimiiarcului este mai pronunţat.

Modul de transfer al metalului de adaos.Transferul particulelor de metal de adaos de la sârmăla baia de metal topit se face în trei moduridiferite: cu transfer fin, cu arc scurt sau cu curent pulsator.

● Sudarea cu transfer fin foloseşte un arcrelativ lung, şi curenţi mari. Metalul topit estetransferat din capătul sârmei electrod către baia desudare, sub formă de picături fine, fără a sescurtcircuita arcul electric: - Aspectul suduriidepinde de intensitatea curentului, care stabileştenumărul de picături formate în unitatea de timp. Seobţin depuneri suficient de uniforme, cu condiţia canumărul de picături să fie de cel puţin 20 desecunde. Densitatea mare de curent face ca baia de

104


sudură să aibă secţiune mare, ceea ce limitează folo-sirea procedeului la sudarea în plan orizontal saucel mult uşor înclinat, iar pătrunderea mare implică,uneori, necesitatea utilizării unor sisteme de susţi-nere a băii. Ca urmare, folosirea practică a sudăriicu transfer fin e limitată la executarea îmbinărilorîn unghi (baia e susţinută de însăşi piesele sudate)sau la realizarea unor îmbinări cap la cap, la carerădăcina a fost sudată cu o altă metodă.

● Sudarea cu arc scurt. În acest caz, arculelectric este menţinut scurt, în mod voit. Picăturace se formează în capătul sârmei-electrod intră încontact cu baia de metal topit. Se produce astfel unscurtcircuit, care impune generatorului debitareaunui curent cu intensitate sporită, al cărui efect econcretizat în tăierea punţii metalice de legătură apicăturii cu sârma. Apoi ciclul se repetă. Tensiuneaoptimă este 15 ...20 V. Frecvenţa picăturilor este cuatât mai mare, cu cât sârma este mai subţire.Întrucât se lucrează cu curenţi relativ mici, metodase aplică cu succes la sudarea iniţială a rădăcinii.

Trecerea de la regimul de lucru cu arc scurt lacel cu transfer fin se realizează, de regulă, la uncurent de circa 175 ... 300 A, în funcţie dediametrul sârmei şi la tensiuni de sudare de 20 ...25 V, după cum rezultă din figura 6.4, [78].

105


Acest prag se numeşte "curent critic". Curentul criticeste mai mic pentru. diametre de sârmă mici şi creşteodată cu creşterea acestuia, până la valorile maxime

indicate. Curentul critic este dependent de gazulprotector folosit.

Fig. 6.4. Transferul metalului de adaos spre cusătură:a - corelaţia cu valorile curenţilor şi tensiunilor de

sudare; b - corelaţia cu viteza de avans, curentul de sudare

şi diametrul sârmei-electrod

106

a. b.


● Sudarea cu arc pulsator. La acest procedeu sefoloseşte un curent ce alimentează arcul în modpermanent, favorizând topirea extremităţii electro-dului, dar fără să fie capabil să realizeze o tăieresistematică şi regulată a. picăturilor, ca urmare acâmpului său electro-dinamic. Desprindereapicăturilor este încredinţată unui al doilea curent,lansat în intervale regulate şi capabil de a realizasepararea picăturilor. Se creează posibilitatea de ainterveni în frecvenţa picăturilor, care estestabilită de frecvenţa impulsurilor curentuluipulsant. Acest procedeu realizează o mărireartificială a frecvenţei de formare a picăturilor,fără a se ajunge la stingerea arcului, cum seîntâmplă uneori în cazul precedent. Procedeul poatefi folosit la sudarea materialelor subţiri,orizontale şi de poziţie, fiind evident necesară osursă de curent specială.

6.3.2. Procedeul MIG (Metal Inert Gas) Tehnica operatorie folosită la procedeul MIG

este identică cu cea a procedeului MAG (fig. 6.3), cudeosebirea că gazul de protecţie utilizat cel mai deseste argonul. El oferă o bună protecţie a arcului,favorizând transferul metalului sub formă departicule foarte fine, într-un arc electric foarteconcentrat din punct de vedere termic, carefavorizează o pătrundere mare numai pe o lăţime micăa băii. Lăţirea zonei de pătrundere se poate realiza

107


prin adăugarea de circa 5% O2 în amestec cu argonul,concomitent cu folosirea unor sârme conţinândcantităţi mai mari de dezoxidanţi (Si sau Mn).

Argonul asigură productivităţi mari ale depuneriimetalului de adaos, permiţând, în acelaşi timp,obţinerea unor cusături netede şi uniforme. Procedeulse aplică frecvent la sudarea oţelurilor aliate şiinoxidabile, ca şi la sudarea metalelor neferoase(Cu, Al, Ni etc.) şi a aliajelor lor, utilizându-semai rar la sudarea otelurilor carbon (numai lacusături de poziţie şi la oţeluri cu conţinut ridicatde carbon).

La sudarea oţelurilor carbon se poate adăuga pânăla 25% O2, iar la sudarea oţelurilor aliate adaosul deoxigen poate fi până la 2%.

La sudarea aliajelor pe bază de Al, Mg, Ti şi Cu,care se oxidează uşor, este exclusă folosireaoxigenului, iar argonul folosit trebuie să aibă opuritate foarte mare. În caz contrar se producdefecte ale cusăturii sudate.

În unele ţări în loc de argon se foloseşte heliulextrăgându-se de regulă din zăcăminte, asemeneagazului metan. Acesta conduce la lăţimi mai mari înprofunzimea cusăturii sudate şi în general, în Europaeste mai rar şi mai scump decât argonul.

La sudarea în gaze inerte nu se formează zgurădeasupra cusăturii sudate, ceea ce permite observareauşoară a procesului de sudare şi deci creşterea vite-zelor de sudare. La rândul ei, aceasta permite lucrulcu energii liniare mici, care determină

108


aplicabilitatea procedeelor de sudare în gaze inertela realizarea structurilor sudate din materiale avândchiar sudabilitate foarte scăzută.

6.3.3. Parametrii regimului de sudare prin procedeele

MAG şi MIG

Parametrii regimului de sudare prin procedeeleMAG şi MIG sunt:

procedeul de transfer al metalului de adaos; intensitatea curentului de sudare, tensiunea

arcului, viteza. de avans a sârmei; diametrul acesteia; geometria secţiunii transversale a rostului; debitul de gaz de protecţie; compoziţia chimică a acestuia.

Unele corelaţii ale acestora au fost prezentateîn figura 6.4, iar altele se redau în figura 6.5,[78].

109


Sârmele cel mai des utilizate au diametrele: 0,8;1; 1,2; 1,6 mm şi o compoziţie chimică asemănătoarecu cea a metalului de bază, cu precizările menţionateanterior. Uneori dezoxidanţii se plasează îninteriorul sârmelor. Diametrul sârmelor obişnuite sealege proporţional cu grosimea pieselor de sudat şiîn mod corespunzător, cu sudabilitatea metalului debaza.

Pentru procedeul MIG, intensitatea curentului desudare se poate alege conform tabelului 6.1, iarvalorile tensiunii de sudare se pot alege orientativdin tabelul 6.2.

Fig. 6.5. Corelaţia dintre curentul de sudare şi viteza de avans a sârmei:

a. - procedeul MAG; b. - procedeul MIG

110

a. b.


Creştereaintensităţiidetermină mărireaadâncimii depătrundere şi scă-derea uşoară alăţimii cusăturii,iar creştereatensiunii duce la ouşoara mărire alăţimii sudurii.

În cazulmaterialelor cusudabilitate scăzută(oţeluri inoxidabile,aliaje de aluminiu,aliaje de cupru) serecomandă sudarea înmai multe treceri, cuviteze mari de sudaresi diametre cât maimici ale sârmei-electrod.

Debitul de argon folosit variază între 0,7 şi 1,5l/min.

Parametrii tehno-logici la sudarea prin procedeulMAG se stabilesc astfel:

Diametrul sârmei-electrod de, se alege astfel ca

Tabelul 6.1 Valorile intensităţii curentul de

sudare IS în funcţie de diametrului

sârmei - electrod de

de , [mm]IS, [A]

transferfin

arc scurt

0,60,8l,01,21,62,4

130160180200275300

507080100175250Tabelul 6.2

Valorile tensiunii de sudare Us înfuncţie

de diametrului sârmei - electrod de

Materialul de bază

de - 1,6mm

(transferfin)

de = 0,9mm (arc

scurt)aluminiu

oţel carbonoţeluri slab

aliateoteluri

inoxidabile

25282826

19171718

111


în cazurile când nu sunt probleme deosebite legate deamorsarea şi menţinerea arcului, de scurgeri ale băiide metal topit, de sudabilitate etc., să sefolosească sârme groase, ce asigură productivităţimari (la curenţi corespunzători), iar în cazul inversal materialelor cu sudabilitate slabă, la cusături depoziţie etc.) să se folosească sârme cât mai subţiri.

112


Intensitatea curentului de sudare Is, se alegeîn funcţie de diametrul sârmei-electrod, în limiteleindicate în tabelul 6.3 şi din figura 6.5, b.

Valorile mici ale curentului la de = 0,8 . . . 1,0mm sunt indicate mai alesla sudarea cu arc scurt atablelor subţiri. Princreşterea curentuluiscurtcircuitările dispar,iar transferul se face prinpicături fine (la densităţide curent i = 150 ... 200A/mm2).

Tensiunea de sudare Ua, se stabileşte la valoricât mai mici, cu condiţia ca arcul să ardă stabil.Valori orientative pentru tensiunea arcului suntindicate în tabelul 6.4.

Tabelul 6.3Corelaţia între diametrul sârmei- electrod

de şi intensitatea curentului de sudatre Is

de,[mm]

0,8 1,0 1,2 1,6

Is,[A]

60 …150

80 …180

90 … 270 120 …350

Tabelul 6.4Alegerea tensiunii arcului Ua

în funcţie de grosimeametalului

de bază s şi diametrului sârmei - electrod de

s, [mm] de, [mm] Ua, [V]

20,6 … 1,2

16 … 18

2 … 8 17 … 25

2 … 8 1,6 … 2 34

113


Viteza de sudare vs, dacă se lucrează învarianta semiautomată, este un parametru rezultant.În cazul sudării automate (de exemplu prin prindereacapului de sudat pe un cărucior autopropulsat) se potfolosi recomandările din tabelul 6.5.

Debitul de gaz protector , creşte odată cugrosimea metalului de bază şi se alege, orientativ,din tabelul 6.6.

Când sudarea are loc în locuri cu ventilaţienaturală sau forţată la locul de muncă, valoriledebitului de gaz se pot mări cu până la 500%.

Tabelul 6.5Alegerea vitezei de

sudare vs în funcţie de diametrului

sârmei – electrod de

de, [mm] vs [m/h]0,8 … 1,2 5 … 261,6 … 2,0 12 … 401,6 … 2,0 12 … 40

114


Viteza de avans a sârmei va , se alege înfuncţie de curentul de sudare şi de diametrul sârmei-electrod conform diagramei din figura 6.5, b.

Tabelul 6.6Valorile debitului de

bioxid de carbon în funcţiede diametrului sârmei -

electrod de

de, [mm][l/

min]0,8 … 1,2 6 … 101,6 … 2,0 10 … 20

115


Lungimea liberă a sârmei - electrod ll, adică

distanţa dintre capătul patinei şi capătul sârmei,influenţează atât procesul de transfer al metaluluiprin arcul electric, cât şi consumul de gazprotector. În condiţiile înclinării optime a sârmei-electrod faţă de verticala 15 ... 20°, se pot folosi valorile lungimii libere aelectrodului date în tabelul 6.7.

Creşterea lungimii libere a elec-trodului con-duce la topi-rea lui mai ra-pidă, deci la lungireaarcului, impietând asupra randamentului termic şi detransfer al masei metalului în cusătură.

Procedeele MIG şi MAG se utilizează, în prezent,din ce în ce mai des, asigurând o mare productivitateşi mai ales o calitate superioară a sudurii lamateriale care se sudează dificil cu electroziînveliţi.

La cusături lungi, rectilinii sau circulare,procedeul se aplică de multe ori în varianta completautomatizată.

6.4. Sudarea cu arc electric în mediu protector

Tabelul 6.7

Valorile lungimii liberă a sârmei-electrod ll în funcţie de diametrului sârmei - electrod de

de,[mm]

0,8 1 1,2 1,6 2

ll,[mm]

6 … 10 7 … 12 8 … 14 12 … 18 14 …22

116


de gaze, cu electrod nefuzibil

Sudarea cu arc electric în mediu protector degaze, cu electrod nefuzibil (WIG). Acest procedeu seaplică de obicei manual, după o schemă de principiuprezentată în figura 6.6, [78].

Arcul electric se realizează între metalul debază MB şi un electrod nefuzibil EW, executat deregulă din wolfram sau din wolfram-thoriat, de undeprovine şi denumirea prescurtată a procedeului(Wolfram Inert Gas). Electrodul şi respectiv metalulde bază, se racordează la cei doi poli ai sursei decurent de sudare Us. Arcul electric arde într-un jetde gaze protectoare GP, inerte MB (de obicei esteutilizat argon, iar uneori heliu) sau în amestecuride gaze aduse în ajutajul A, în jurul capătuluielectrodului.

Metalul de adaos MA, sub forma unei vergele decompoziţie compatibilă fală de aceea a metalului debază, execută o mişcare având două componente: una,este mişcarea de avans, fiind caracterizată devectorul viteză de avans iar cealaltă estemişcarea în direcţia de sudare, caracte-rizată prinvectorul viteză de sudare . Mişcarea de avans estealternativă (de coborâre urmată de ridicare), iarmişcarea în direcţia de sudare este intermitentă.Aceasta se desfăşoară în două etape, corespunzătoaretopirii picăturilor de metal de adaos şi depunerilorpe marginile pieselor de sudat, topite şi ele treptat

117


sub influenţa arcului electric realizat de electroduldin wolfram EW, deplasat în direcţia de sudare.Mişcarea acestuia, caracterizată de vectorul ,precede mişcarea vergelei metalului de adaos, înscopul topirii unei zone a marginilor rostului,înainte de depunerea picăturii de metal de adaos.

Procedeul WIG se utilizează, mai ales, în cazulsudării tablelor din oţeluri inoxidabile subţiri şiîn cel al sudării aliajelor de aluminiu, cupru,magneziu şi titan, înlocuind în prezent în maremăsură în aceste domenii, sudarea clasică cuelectrozi înveliţi şi sudarea cu flacără oxigaz.

Uzual, se foloseşte, în funcţie de situaţie fiecurentul continuu, fie curent alternativ.

Avantaje maxime se obţin la folosirea polarităţiidirecte, când, electrodul se consumă cel mai puţin,capătul liber al acestuia ia o formă conică, ascu-ţită, realizându-se mari concentrări ale curentuluide sudare şi ale energiei, ca şi coeficienţi de

Fig. 6.6.Tehnica operatorie la procedeul WIG

118


depunere maximi. La sudarea aluminiului şimagneziului se foloseşte curentul alternativ. Gazulprotector utilizat de regulă este argonul. Uneori sefolosesc amestecuri de gaze inerte şi activeneoxidante (Ar + He, Ar + H2), pentru prevenireaconsumării electrodului.

Prevenirea sudării electrodului de metalul debază, la amorsarea arcului electric, se face prinutilizarea unei surse de curent speciale, având ungenerator de oscilaţii de înaltă frecvenţă, care suntinduse în arcul electric de sudare.

Parametrii principali ai regimului de sudare cuarc electric, în mediu protector de gaze, cu electrodnefuzibil, sunt:

- intensitatea curentului de sudare; - tensiunea arcului electric - tipul rostului; - viteza de sudare; - diametrul duzei pentru gaz; - debitul de gaz protector; - diametrul electrodului de wolfram.

În literatura de specialitate parametriitehnologici recomandaţi se prezintă în specialtabelar, ca rezultate ale unor cercetăriexperimentale. În tabelele 6.8 şi 6.9, [78], suntredate, în mod corespunzător, unele exemple aleacestor regimuri indicate pentru sudarea tablelorelaborate din oţel inoxidabil, respectiv pentrusudarea tablelor realizate din Al şi Cu.

119


Viteza de sudare la procedeul WIG este variabilă,între 5 ... 60 m/oră. Aceasta se alege cu atât mai mare, cucât pătrunderea şi aria secţiunii transversale acusăturii trebuie să fie mai mici. Trebuie avut învedere faptul că valorile mari ale vitezelor desudare implică energii liniare mici, avantajoase dinpunctul de vedere al unor tensiuni interne mai mici.Acest aspect este deosebit de important la sudareamaterialelor cu sudabilitate scăzută.

Tabelul 6.8

Parametrii regimului de sudare WIG, pentru oţel inoxidabil,[78]

Tipul îmbinăriişi formarostului

Dimensiunile rostului[mm]

delectrod[mm]

Dajuta

j[mm]

Debitgaz[l/min]

Numărstraturi

Intensitate curent

[A]

Tens.arc [V]s b c r

1 0 1 1,5 1,5 9 5 1 80 21

1,5 0 1 2,5 1,5 9 5 1 100 22

1 0 - - 1,5 9 5 1 70 … 75 20

1,5 0 - - 1,5 9 5 1 90 21

2 0 - - 2 9 6 2 110 …112 21

2 0 - - 2 9 6 1100 21

100 21

4 0,5 - - 3 13 6 2140 23

135 23

Tabelul 6.9Regimuri recomandate pentru sudarea aluminiului, [78]

şi cuprului prin procedeul WIG

Metal

de

Tipul îmbinării şiforma rostului

Dimensiunile rostului [mm]

elec

t

Debi

t

Nr.

stra

tInte

nsita

tea

Tens

iun

ea

s x° b c r

120

Capitolul 6 – Sudarea cu arc electric în mediu protector de gazeAluminiu

1 - 0 1 1,5 1,6 9 6 1 55 20

1,5 - 0 1,5 2 1,6 9 9 1 80 21

1,5 - 0 - - 3 9 6 1 80…82 22

3 - 0 - - 3 9 6 1 150…155 23

3 - 0 - - 3 9 81 150 23

2 120 21

0 - 0 - - 413

12

1 250 27

2 80 25

8 60 1 1 - 413

13

1 195…200 22

2 200…300 24

Cupru

1 - 0 1,3 1,3 1,3 9 6 1 80 20

1,3 - 0 - - 1,5 9 6 1 120 22

2 - 0 - - 2 9 6 1 155 25

3 - 0 - - 3 9 71 200 25

2 150 24

4 - 0 - - 413

81 220 26

2 190 25

4 60 0 1 - 413

8 1 250 27

121

Documents

6. SUDAREA CU ARC ELECTRIC ÎN MEDIU PROTECTOR DE GAZE 6.1. Clasificare