1. SUDAREA CA PROCES TOPOCHIMICStructura metalelor aflate în stare solidă este formată dintr-o reţea de ioni pozitivi

şi un gaz electronic ce se poate deplasa cu anumite restricţii în interiorul corpului. Între ioni se exercită forţe de interacţiune de natură gravitaţională, magnetică sau electrică ce pot fi de atragere sau respingere.

Ca efect al acestei interacţiuni energetice este distribuţia spaţială ordonată a ionilor ce formează reţeaua cristalină a metalelor.

Gazul electronic interacţionează cu ionii reţelei printre care se deplasează, fără a avea însă posibilitatea părăsirii corpului. Existenţa ordinii de dispunere riguroase a ionilor precum şi interacţiunea ionilor cu gazul electronic determină proprietăţile fizice şi mecanice ale corpurilor metalice.

Sudarea metalelor este un procedeu de asamblare nedemontabilă realizând îmbinări prin stabilirea unei legături între reţelele cristaline ale elementelor ce formează structura sudată.

Stabilirea unei astfel de legături prin simpla suprapunere în condiţii normale de presiune şi temperatură a două suprafeţe aparţinând unor corpuri metalice identice din punct de vedere al compoziţiei chimice este imposibil de realizat, cauzele fiind următoarele:

1. imposibilitatea realizării contactului între toate punctele ce aparţin celor două suprafeţe;

2. existenţa pe suprafaţa metalelor a unui strat nemetalic format din oxid, particule de praf ionizate, molecule de apă, etc;

3. existenţa barierelor de potenţial pe suprafeţele corpurilor, bariere care împiedică formarea legăturilor între reţelele cristaline.

În concluzie se poate spune că pentru a se putea obţine o îmbinare între cele două corpuri este necesară îndeplinirea succesivă a următoarelor două condiţii:

a) apropierea suprafeţelor de îmbinat la o distanţă comparabilă cu parametrul reţelei cristaline, distanţă la care devine posibilă stabilirea interacţiunii energetice;

b) stabilirea interacţiunii energetice între ionii reţelelor cristaline aparţinând suprafeţelor de îmbinat;

Aceste 2 etape sunt specifice reacţiilor topochimice şi pentru a le parcurge este necesară o activare energetică care poate fi sub formă de activare termică sau activare mecanică. Corelaţia între parametrii tehnologici temperatură şi presiune este o caracteristică pentru fiecare tip de material. Îmbinarea sudată se poate obţine atât prin acţiune separată cât şi simultană a celor două forme de activare (termică şi mecanică).

Curba C separă câmpul parametrilor tehnologici în două domenii dintre care domeniul superior corespunde valorilor necesare realizării sudurii. Acest domeniu este împărţit în 3 zone care sunt determinate de formele de activare ce intervin pentru obţinerea structurilor sudate.

1. Zona activării mecanice este cuprinsă între ordonata graficului şi verticala corespunzătoare temperaturii de recristalizare. În această zonă are loc sudarea exclusiv sub acţiunea presiunii. Deoarece întregul proces se desfăşoară fără o activare termică

însemnată (temperatura este mai mică decât temperatura de recristalizare) procesul de sudare este denumit sudare prin presiune la rece;

2. Zona activării simultane (mecanică + termică). În domeniul de temperatură Tr

şi Tt îmbinarea corpurilor aflate în stare solidă se face la valori ale presiunii care scad pe măsura creşterii temperaturii. Procesul de sudare corespunzător acestei zone este denumit sudare prin presiune. Se menţionează faptul că sudarea prin presiune la rece reprezintă o formă particulară a sudării prin presiune.

3. Zona activării termice. În cazul în care activarea termică determină creşterea temperaturii la valori ce depăşesc temperatura de topire, îmbinarea sudată se obţine fără deformare plastică. Acest proces se numeşte sudare prin topire.

2. MODELUL FIZIC AL SUDĂRII ÎN STARE LICHIDĂSudarea în stare lichidă este rezultatul unei activări termice importante, activare

ce determină încălzirea corpurilor la temperaturi superioare temperaturii de topire.În fig. 1.2. sunt prezentate etapele de formare a îmbinării sudate prin topirea) etapa de topire a marginilor materialului de bază şi a materialelor de adaos;b) cristalizarea băii metalice şi formarea cusăturiiStudiul modelului fizic al sudării în stare lichidă este determinat de o

particularitate deosebită a acestui proces şi anume aceea că localizarea băii de metal topit determină în zona învecinată un ciclu termic ale cărui caracteristici variază în limite largi.

Analiza macro şi micro-structurală a îmbinării relevă existenţa a trei zone şi anume:

- cusătura sudată;- zona de trecere;- zona influenţată termomecanic.Fiecare zonă are caracteristici distincte. Un caz deosebit al sudării este cel al unor

piese din metale diferite. Obţinerea unei îmbinări sudate cu caracteristici mecanice corespunzătoare este determinată de solubilitatea reciprocă a metalelor în stare lichidă. Din acest punct de vedere, în mod practic, se întâlnesc trei situaţii:

1. solubilitate totală în stare lichidă şi solidă – este cazul sudării elementelor din acelaşi metal sau a cuplurilor de tip Fe-Ni, Au-Ag, Ni-Mn. În acest caz legătura se realizează încă din faza lichidă iar la solidificare se formează cristale constituite din atomii ambelor metale iar îmbinarea va avea caracteristici mecanice foarte bune;

2. solubilitate limitată în stare lichidă – caracteristic cuplurilor Fe-Cu, Cu-Zn. Şi în acest caz după solidificarea băii de metal lichid are loc o cristalizare separată a celor două metale, îmbinarea prezentând caracteristici mecanice scăzute;

3. insolubilitate totală în stare lichidă şi solidă – este cazul cuplurilor Fe-Pb, Fe-Ag, şi în această situaţie la răcire se constată existenţa a două părţi separate fără nici o legătură reciprocă. Caracteristicile mecanice obţinute pe o astfel de îmbinare sunt necorespunzătoare.

3. MODELUL FIZIC AL SUDĂRII ÎN STARE SOLIDĂMecanismul procesului de sudare prin presiune, prin care se realizează îmbinarea

corpurilor în stare solidă este diferenţiat în funcţie de temperatura maximă atinsă în zonele în care are loc sudarea.

Sudarea prin presiune la receÎn condiţii normale de temperatură şi presiune suprafeţele metalelor sunt acoperite

cu un strat nemetalic a cărui structură este prezentată în fig. 1.3.Existenţa acestui strat constituie factorul principal ce influenţează nefavorabil

stabilirea interacţiunii energetice în timpul sudării prin presiune la rece.

Formarea îmbinării sudate se desfăşoară în trei etape:- în prima etapă simultan cu creşterea presiunii aplicate pieselor de îmbinat sunt

distruse asperităţile suprafeţelor pieselor şi devine posibilă stabilirea legăturilor metalice într-un număr redus de puncte izolate. Desfăşurarea acestui proces este puternic afectată de stratul de oxid care prin duritatea sa relativ ridicată implică exercitarea unei presiuni puternice capabilă să realizeze contactul pe întreaga suprafaţă de îmbinat;

- în a doua etapă, continuând deformarea plastică stratul nemetalic din zona îmbinării este sfărâmat şi expulzat aproape în totalitate. Suprafeţele de îmbinat, astfel curăţate şi izolate de atmosferă sunt apropiate la o distanţă comparabilă cu parametrul reţelei cristaline. Deformarea reţelei cristaline în zona îmbinării măreşte nivelul energetic al ionilor stabilindu-se interacţiunea energetică;

- etapa a treia se desfăşoară după formarea legăturii metalice şi constă în procese de difuzie care conduc la realizarea unei suduri cu caracteristici mecanice superioare.

Sudarea prin presiuneÎn acest caz mecanismul prin care se realizează îmbinarea nu diferă de cel al

sudării prin presiune la rece. Desfăşurarea acestui proces este însă puternic influenţată de activarea termică. Creşterea temperaturii favorizează formarea îmbinării sudate datorită următoarelor aspecte:

1. se uşurează deformarea plastică a pieselor,2. creşte amplitudinea vibraţiilor şi nivelul energetic al ionilor care formează

cristale comune;3. sunt stimulate procesele de difuzie;4. devine posibilă solubilizarea şi expulzarea straturilor de oxizi;5. sunt reduse tensiunile interne ce apar în îmbinare şi care pot distruge legătura

formată

4. MODELUL FIZIC AL LIPIRII CU ALIAJE DE LIPIT ŞI ADEZIVILipirea este un procedeu de asamblare nedemontabilă a pieselor în stare solidă

prin intermediul unui aliaj topit aflat între suprafeţele de îmbinat. Pentru realizarea îmbinării prin lipire este necesară îndeplinirea a două condiţii:

a) apropierea suprafeţelor de îmbinat la o distanţă comparabilă cu parametrul reţelei cristaline, distanţă la care devine posibilă stabilirea interacţiunii energetice;

b) stabilirea interacţiunii energetice între ionii reţelelor cristaline aparţinând suprafeţelor de îmbinat;

La lipire, faţă de sudare, fenomenele prin care au loc aceste condiţii sunt diferite. Stabilirea contactului între atomii metalului lichid, respectiv atomii suprafeţei solide a pieselor se realizează prin umectare (udare).

Udarea (umectarea) este posibilă numai în cazul în care forţele de adeziune dintre lichid şi solid sunt mai mari decât forţele de coeziune dintre particulele de lichid.

Se consideră că umectarea este bună atunci când unghiul <900. Capacitatea de umectare exprimată prin valorile unghiului depinde de o serie de factori dintre care amintim: solubilitatea reciprocă a metalului în contact, încălzirea pieselor precum şi curăţirea suprafeţelor destinate îmbinării care au un efect pozitiv asupra umectării, introducerea în aliajul de lipit a unor elemente care să reducă valorile tensiunilor gl şi sl

spre exemplu: plumbul nu umectează fierul dar prin introducerea unei cantităţi reduse de staniu capacitatea de umectare se îmbunătăţeşte simţitor.

Lipirea cu adezivi este de asemenea un procedeu de asamblare nedemontabilă bazat pe capacitatea de aderenţă şi întărire a unor substanţe sau amestecuri de substanţe aflate în contact cu suprafeţele corpurilor ce urmează a fi îmbinate.

Îmbinarea prin adezivi este rezultatul acţiunii a două tipuri de forţe: forţe de adeziune – ce determină stabilirea legăturii între adezivi şi piese şi forţe de coeziune – ce determină legătura dintre moleculele adezivului.

Caracteristic îmbinărilor prin lipire cu adezivi este faptul că nu se modifică structura sau proprietăţile materialelor ce se îmbină.

5. SURSE TERMICE UTILIZATE LA SUDARESursele termice utilizate la realizarea îmbinărilor sudate au o diversitate mare de

caracteristici atât sub aspectul repartiţiei în timp şi spaţiu a energiei cât şi a acţiunilor fizice şi chimice pe care le exercită asupra componentelor. Astfel fiecare tip de sursă termică are pe lângă acţiunea termică o serie de alte efecte favorabile sau defavorabile proceselor de sudare. Spre exemplu: flacăra oxigaz sau amestecurile de gaze din atmosferele protectoare pot acţiona prin presiunea lor dinamică deformând suprafaţa plană a băii metalice, sau pot modifica structura şi compoziţia chimică a sudurii datorită acţiunii metalurgice.

În cazul surselor termice care se bazează pe efectul termic al curentului electric cantitatea de căldură degajată este însoţită şi de fenomene magnetice sau acustice, fenomene dinamice care au o acţiune puternică asupra fronturilor de cristalizare, asupra cristalelor formate la solidificarea băii metalice şi asupra cantităţii de gaze dizolvate în sudură.

Dacă pe lângă sursele termice asupra îmbinărilor sudate mai acţionează şi forţe tehnologice exterioare (sudarea prin presiune, prin frecare, prin difuzie) iar pierderile de căldură în mediul înconjurător sunt diferenţiate, modificările care intervin asupra calităţii îmbinărilor sudate sunt şi mai evidente. De aici se poate concluziona faptul că şi

calitatea îmbinărilor sudate este diferită chiar dacă sunt utilizate energii termice identice cu o repartiţie echivalentă.

Sursele termice se caracterizează şi prin durata lor de activitate şi avem în această situaţie surse instantanee şi surse permanente.

Sursele instantanee sunt sursele care acţionează un timp extrem de scurt (puncte de sudură realizate la sudarea prin presiune, punctele de prindere provizorie cu arc electric).

Sursele permanente sunt sursele cu o durată de activitate mai mare. O sursă de căldură este permanentă şi constantă dacă perioada ei de activitate depăşeşte momentul în care bilanţul energetic devine staţionar (energia degajată este egală cu energia pierdută). Exemplu: arcul electric, flacăra oxigaz utilizată la realizarea unor cordoane de sudură de lungimi relativ mari.

Sursele termice se caracterizează şi prin forma pe care o au:- surse punctiforme;- surse liniare;- surse plane;- surse volumice;Se consideră ca fiind sursă punctiformă orice sursă ale cărui dimensiuni se pot

neglija în raport cu dimensiunile piesei. De exemplu: arcul electric la sudarea manuală, puncte realizate la sudarea prin presiune, puncte realizate la electronituire.

Ca sursă liniară se poate considera un cordon de sudură cu lungime finită.Ca sursă plană – flacăra oxigaz care încălzeşte o suprafaţă plană;Indiferent de forma şi dimensiunile lor sursele termice pot fi fixe sau mobile în

raport cu piesele pe care le încălzesc.Cea mai importantă caracteristică a surselor termice utilizate la sudare este

repartiţia spaţială a energiei care determină bilanţul energetic al procedeului de sudare, calitatea şi forma îmbinărilor sudate, consumurile specifice de materiale precum şi costul sudurii.

6. ARCUL ELECTRICLa procedeele de sudare cu arc căldura necesară este produsă de unul sau mai

multe arce electrice care ard între un electrod şi piesa de sudat. Prin definiţie arcul electric este o descărcare electrică între doi electrozi sub tensiune, descărcare ce are loc într-un amestec de gaze şi vapori de metal. Pentru a se produce descărcarea este necesar ca în coloana gazoasă dintre electrozi să existe particule încărcate cu sarcini electrice, dacă nu, gazul se consideră că nu este bun conducător de electricitate.

După tipul arcului avem următoarea clasificare:- arc deschis – arde în aer amestecat cu vapori proveniţi din metalul electrodului

şi metalul de bază precum şi cu vapori şi gaze proveniţi din învelişul electrodului (fig.1)- arc acoperit (fig. 2) – este arcul care arde sub un strat de material protector

(metalul topit fiind acoperit şi izolat de influenţa atmosferei înconjurătoare);

- arc protejat (fig. 3) – este arcul care se menţine într-o atmosferă protectoare de gaze iar metalul topit se află sub acţiunea directă a aerului. Exemple de gaze: Ar, He, CO2, HN sau amestecuri ale lor;

- arc constrâns (fig. 4) – este arcul care arde într-o atmosferă de gaze de protecţie şi trece printr-un ajutaj îngust din care iese, sub forma unui jet cu temperatură foarte ridicată

După felul arcului electric se deosebesc următoarele tipuri:- arc cu acţiune directă;- arc cu acţiune indirectă (independentă);Arcul cu acţiune directă arde între electrod şi piesă iar arcul cu acţiune indirectă

între doi electrozi fără ca piesa să fie introdusă în circuitul electric.După materialul electrodului avem arc electric cu electrod metalic fuzibil şi arc

electric cu electrod nefuzibil (din cărbune sau wolfram)După natura curentului electric avem:- arc electric de curent alternativ;- arc electric de curent continuuÎn cazul curentului continuu electrodul poate fi anod dacă este legat la polul

pozitiv (+) al sursei (polaritate indirectă) sau poate fi catod dacă este legat la polul negativ (-) al sursei (polaritate directă)

În cazul curentului alternativ rolul de catod şi anod alternează între electrod şi piesă iar în timpul unei perioade de alternanţă curentul trece de două ori prin valoarea zero. Arcul se stinge şi se reaprinde periodic în funcţie de frecvenţa curentului.

Amorsarea arcului electric este posibilă cu sau fără contactul direct al electrodului cu piesa. Dacă este asigurată o încălzire intensă a spaţiului dintre electrod şi piesă prin aşa numita atingere de scurtcircuitare are loc amorsarea arcului electric în momentul îndepărtării electrodului de piesă.

Zonele arcului electric (fig. 6)Arcul electric are trei zone caracteristice:- zona anodică;- zona catodică;- coloana arculuiÎn procesul de ardere pe electrod şi pe piesă se formează pete active denumite pată

catodică (pentru catod) respectiv pată anodică (pentru anod).Pata catodică este sursa de emisie de electroni liberi. Emisia de electroni a

catodului este favorizată de vârfurile microscopice ale asperităţilor superficiale de anumite feţe ale cristalului metalic şi de unele impurităţi ale suprafeţei.

Temperatura catodului este apropiată de temperatura de fierbere a materialului electrodului. În pata catodică se degajă cca 36% din cantitatea totală de căldură iar căderea de tensiune este de 10-16 V.

Pata anodică este supusă bombardamentului de electroni emişi de anod. Are aproximativ aceeaşi temperatură cu pata catodică, dar datorită impactului produs de jetul

de electroni degajă o cantitate mai mare de căldură, cca 43% din cantitatea de căldură totală.

Căderea de tensiune la anod este de 6-8 V.Coloana arcului este zona dintre piesă şi electrod ce atinge o temperatură de cca.

60000C.În această zonă are loc transferul de electroni şi ioni şi se degajă cca 21% din

cantitatea totală de căldură. Căderea de tensiune în coloana arcului creşte cu lungimea arcului şi este cuprinsă între 6-8 V.

Lungimea arcului poate fi variabilă şi reprezintă distanţa dintre capătul electrodului şi suprafaţa băii de sudare. Se consideră că arcul este normal dacă această lungime este aproximativ egală cu diametrul electrodului: scurt dacă La<de şi lung dacă La>de

7. FAZELE AMORSĂRII ARCULUI ELECTRICModul de aprindere al arcului electric este prezentat în fig.7. Electrodul legat la

una din bornele sursei de sudare este adus în contact cu piesa legată la cealaltă bornă de sudare (fig.7.a). Curentul de scurtcircuit fiind mare se produce o încălzire locală puternică care duce la topirea capătului electrodului şi a materialului de bază în zona de contact (fig.7.b). Prin îndepărtarea electrodului de piesă puntea metalică ce le-a unit se întinde, secţiunea se reduce iar temperatura metalului se ridică şi mai mult (fig.7.c).

În momentul ruperii punţii metalice se produce o fierbere a metalului după care în vaporii metalici uşor ionizabili apare arcul electric (fig.7.d). Transferul metalului prin arc se face întotdeauna dinspre electrod spre piesă indiferent de poziţia de sudare şi de polaritatea utilizată la sudare.

De regulă picăturile de metal lichid cad în baia de sudură datorită forţei gravitaţionale. Forţele care contribuie la trecerea metalului prin arcul electric nu se bazează numai pe greutatea proprie a picăturilor de metal topit, importante fiind şi forţele provenite din tensiunea superficială a metalului lichid precum şi cele de natură electromagnetică deoarece aceste forţe permit chiar învingerea forţei gravitaţionale şi posibilitatea depunerilor de metal topit la sudarea în poziţie.

Un rol important îl joacă aşa-numitul efect „Pinch” (fig. 8) care constă în proprietatea arcului electric de a restrânge la minim secţiunea conductorului prin care curge. În această situaţie apare o tendinţă de gâtuire a metalului topit până când ştrangularea ajunge la o anumită limită. Densitatea de curent creşte local foarte mult producându-se o explozie de metal supraîncălzit care proiectează picăturile de metal spre piesă.

Alţi factori care pot contribui la transferul metalului sunt: formarea unui jet de plasmă, presiunea gazelor, presiunea fasciculelor de particule încărcate cu electricitate, erupţii de gaze, reacţii chimice precum şi forţele centrifuge produse de mişcările rotative ale arcului.

Transferul materialului de adaos prin arcul electric

Trecerea materialului de adaos spre baia metalică se face prin topirea capătului vergelei de material care urmează a fi depus, urmată de atingerea intermitentă cu baia de sudură.

Utilajele de sudare cu arc electric se construiesc cu caracteristici bine definite din punct de vedere al transferului de material prin arc. Pentru a stabili corect modul de transfer trebuie să se regleze corect tensiunea şi curentul de sudare şi să se facă o alegere corectă a diametrului electrodului şi a lungimii libere. Pe lângă aceşti parametri modul de transfer depinde şi de gazul sau amestecul de gaze care se utilizează în procesul de sudare.

În practică se întâlnesc următoarele moduri de transfer:1. Transferul pulverulent care se face în picături fine asemănător unui jet

pulverizat şi dirijat cu împroşcări relativ mici.Acest transfer se face în următoarele trei moduri:a) normal (fig.1.a) – este caracteristic sudării manuale şi sudării sub strat de flux; b) filiform (fig.1.b) – este caracteristic sudării în mediu protector de gaze, de

argon;c) excentric (fig.1.c) – este caracteristic sudării în mediu de CO2.2. Transferul globular – întâlnit la sudarea cu arc lung (tensiune mare, intensităţi

de curent relativ mari, densităţi de curent reduse (intensitatea curentului pe secţiunea sârmei)).

Transferul se face în picături neregulate fără scurtcircuitarea arcului. Se întâlnesc două tipuri:

a) cu picături normale (fig. 2.a);b) cu picături excentrice (fig. 2.b).În cazul a) (caracteristic sudării manuale cu arc lung) picăturile cad axial spre

piesă.În cazul b) (caracteristic sudării în mediu de CO2 cu sârme groase şi intensităţi de

curent mai mari de 500A) picăturile sunt apăsate de jos în sus de presiunea gazelor din coloana arcului.

3. Transferul prin scurtcircuit (contact) (fig. 3)Acest transfer reprezintă o variantă a transferului în picături mari în cazul sudării

cu arc scurt şi picătura de metal face periodic o punte de scurtcircuit între electrod şi piesă.

Iniţial acest mod de transfer era utilizat la sudarea manuală în poziţiile pe plafon (peste cap) sau vertical. În prezent tipul de transfer prin scurtcircuit se utilizează şi la sudarea în mediu de gaze protectoare mai ales la sudarea în mediu de CO2.

Faţă de cele trei tipuri de bază de transfer prezentate mai există şi aşa numitul transfer prin impulsuri folosit la sudarea în mediu de gaze protectoare şi este o combinaţie a transferului pulverulent cu transferul globular (fig. 4). Peste arcul de curent continuu se suprapun impulsuri de curent alternativ cu frecvenţe de 25-50 sau 100 Hz. Între două impulsuri se formează o picătură de metal lichid care se desprinde brusc în momentul impulsului de curent şi se îndreaptă axial către piesă.

8. INFLUENŢA CÂMPULUI MAGNETIC ASUPRA ARCULUI ELECTRICColoana arcului se comportă ca un conductor electric flexibil care sub acţiunea

unui câmp magnetic se deplasează în funcţie de direcţia respectivului câmp. Datorită acestui fenomen arcul electric nu se mai produce între extremitatea electrodului şi punctul din baie situat la cea mai mică distanţă de acesta. Datorită forţelor magnetice arcul electric îşi schimbă lungimea şi direcţia, acest fenomen având efecte negative asupra calităţii sudurii. Această deplasare a arcului electric poartă denumirea de suflul arcului (suflu magnetic).

În procesul de sudare în jurul electrodului, al arcului şi piesei se formează câmpuri magnetice care se influenţează reciproc, rezultanta acestora deviind arcul de la poziţia normală (fig. 5).

O influenţă mare asupra acestui fenomen o au masele magnetice de metale (fig. 6), lucru care se manifestă în special la cusăturile de colţ (fig. 7). De asemenea fenomenul se manifestă şi în cazul îmbinărilor cap la cap a tablelor groase (fig. 8). Devierea arcului se face resimţită de-a-lungul cusăturilor (fig. 9) precum şi la marginea pieselor care se sudează (fig. 10).

Fenomenul de deviere a arcului se produce în special la sudarea în curent continuu şi este foarte puţin resimţit în cazul sudării în curent alternativ.

Efectele suflului pot fi eliminate sau reduse prin următoarele metode:- variaţia înclinaţiei electrodului (fig. 11);- contactul de masă (trebuie să fie cât mai aproape de arcul electric);- menţinerea unui arc cât mai scurt posibil;În cazul unor ansamble cu mase feromagnetice dispuse asimetric se recomandă

amplasarea temporară a unor mase dispuse în partea opusă astfel încât să se creeze un câmp magnetic uniform.

9. ARCUL ELECTRIC CONSTRÂNS (PLASMA TERMICĂ) Plasma este un gaz puternic disociat şi ionizat compus dintr-un amestec de

electroni, ioni pozitivi şi atomi conţinând cca 109 particule electrizate într-un cm3. Generarea plasmei se produce ca urmare a trecerii unui gaz sau amestec de gaze prin spaţiul unui arc electric de curent continuu (fig. 12). În prima fază se amorsează aşa numitul arc pilot (3) între catodul (1) şi anodul (2) cu ajutorul rezistenţelor reglabile (5). Trecând prin spaţiul arcului pilot un gaz sau amestec de gaze plasmagene de debit D acesta se va ioniza formând jetul de plasmă (6).

Gradul de ionizare al jetului de plasmă depinde de valoarea curentului ce parcurge rezistenţa reglabilă (5). În practică se întâlnesc modele de constrângere a arcului electric normal (fig. 13 a) cu ajutorul câmpurilor magnetice (fig. 13 d) sau cu ajutorul mijloacelor mecanice (metodă de trecere forţată a arcului electric printr-un orificiu cu secţiune redusă practicat într-o piesă intens răcită cu apă). Se mai poate utiliza variantele b şi c. O metodă de constrângere a arcului electric cu ajutorul jeturilor fluide (fig. 13 e). În procesele de sudare şi conexe sudării sunt utilizate metode combinate de constrângere

a arcului electric necesare producerii plasmei termice, metode la care este nelipsită constrângerea prin ajutaje sau diuze.

Principalele caracteristici ale plasmei termice sunt:1. plasma termică se dezvoltă de obicei într-un gaz insuflat prin presiune în

spaţiul dintre anod şi catod spre deosebire de arcul normal care are ca mediu ionizat gaze şi vapori la presiune atmosferică;

2. viteza purtătorilor de sarcină din plasmă este influenţată atât de tensiunea aplicată între catod şi anod ca şi la arcul normal dar mai cu seamă viteza de ieşire a gazelor sub presiune prin ajutaj (prin diuză);

3. plasma termică este puternic strangulată mecanic şi electromagnetic spre deosebire de arcul normal care se poate dezvolta liber odată cu creşterea curentului.

Temperatura din axul coloanei este maximă iar pe măsură ce plasma părăseşte ajutajul şi se îndepărtează temperatura scade. Transferul de căldură din coloana de plasmă spre piesa prelucrată diferă în funcţie de gazul utilizat. În cazul gazelor care au o entalpie specifică mai mare la o temperatură dată eficienţa termică este mai mare deoarece ele cedează mai multă căldură fără o scădere mare a temperaturii. Sub acest aspect şi gazele protectoare biatomice sunt mai avantajoase decât cele monoatomice deoarece la o temperatură ridicată pe lângă energia de ionizare ele mai deţin şi căldura de disociere.

Dintre gazele biatomice hidrogenul are entalpia specifică cea mai mare. Cu toate acestea el se utilizează numai ca adaos în gazele plasmagene cu un procent de până la 10% deoarece înrăutăţeşte amorsarea şi stabilitatea plasmei iar în jurul temperaturii de 4000 K coeficientul de transmitere a căldurii pentru hidrogen este maxim ceea ce poate provoca deteriorarea ajutajului prin care trece plasma.

Stabilitatea plasmei poate fi influenţată şi de parametrii de stare ai gazelor plasmagene, de mişcarea gazelor prin ajutaj, de geometria acestuia şi de parametrii electrici. Cu cât plasma este mai stabilă cu atât durabilitatea ajutajului este mai mare iar concentrarea plasmei mai intensă. Durabilitatea ajutajului se poate mări dacă se aplică o concentrare magnetică a plasmei sau o trecere elicoidală a gazelor plasmagene prin ajutaj.

Turbionarea plasmei se poate utiliza numai la instalaţiile de tăiere deoarece în cazul sudării gazele turbionate pot antrena şi aerul înconjurător ducând la impurificarea băii de sudare.

Distrugerea ajutajului precum şi dereglarea generării plasmei se poate produce şi prin apariţia aşa numitului arc secundar. La grade mari de constrângere a plasmei rezistenţa electrică a coloanei de plasmă creşte iar curentul electric preferă să treacă prin spaţiile cu o rezistenţă electrică totală mai redusă şi se formează arcul secundar (fig. 14).

Prin corelarea parametrilor constructivi şi funcţionali arcul de plasmă secundar se poate evita.

În cazul arcului de plasmă (fig. 13. b) chiar pentru puteri mari şi ajutaje cu diametrul redus concentraţia plasmei se păstrează numai pe o anumită lungime a coloanei după care are loc o dispersie a energiei şi o scădere a temperaturii. La creşterea

puterii generatorului de plasmă se impune creşterea diametrului ajutajului care duce la o creştere inutilă a volumului de metal topit şi la scăderea randamentului. Din acest motiv creşterea puterii generatoarelor de plasmă este limitată ca şi grosimea materialului care poate fi tăiat eficient spre exemplu grosimea maximă a oţelurilor de tip Cr-Ni ce se poate tăia cu plasmă este de 140-150 mm.

10. FASCICULUL DE PARTICULEFasciculele utilizate ca surse termice pentru încălzirea şi topirea materialelor sunt

fascicule de electroni sau ioni acceleraţi într-un câmp electric intens. Ca sursă de electroni se utilizează un tun electronic iar pentru producerea ionilor pot fi utilizate sursele de ioni cu plasmă. Accelerarea particulelor se realizează în spaţii vide astfel încât energia cinetică a acestora să nu se risipească prin ciocniri cu moleculele de gaz. În instalaţiile cu fascicule de electroni presiunea în spaţiul sudat este 10 -4 – 10-6 torri pe când la sursele de electroni care au o masă mai mare presiunea este mai mare 10 -2 torri, motiv pentru care fenomenul de convecţie termică este inexistent iar unele impurificări cu gaze ale metalelor sunt reduse şi pot fi neglijate. Concentrarea energiei fasciculelor se realizează cu ajutorul lentilelor magnetice şi electrostatice.

Suprafaţa minimă pe care poate fi concentrat fasciculul de electroni este de 10-7

cm2 iar pentru fasciculul de ioni este de 10-6 cm2.Datorită concentrării mari a puterii fasciculului de electroni se pot realiza suduri

dintr-o singură trecere fără material de adaos pentru componente cu grosimi până la 300 mm (viteza de sudare 15 – 20 m/min). Datorită energiei liniare reduse (3-10% din valoarea energiei liniare, El, utilizată la sudarea manuală) raportul dintre adâncimea de pătrundere şi lăţimea sudurii (coeficient de supleţe) are valori de până la 50:1, fiind net superior cu alte procedee de sudare.

Valorile obţinute pe acest raport (coeficient de supleţe) conduc la obţinerea unei zone influenţate termic cu lăţimi reduse iar tensiunile şi deformaţiile introduse prin sudare cu fascicul de electroni sunt mult mai mici decât la sudarea cu alte procedee.

Forma sursei termice produsă de impactul fasciculului electronic cu un material depinde de puterea specifică a fasciculului (fig. 1). Pentru puteri specifice reduse (fig. 1.a) se produce o topire punctiformă superficială a metalului. Prin creşterea puterii specifice are loc o supraîncălzire a băii metalice şi o adâncime a ei (fig. 1.b). Acest lucru se întâmplă datorită transmiterii căldurii spre materialul de bază prin conductivitate termică concomitent cu o vaporizare intensă a metalului topit. Mărind puterea specifică în continuare se produc vaporizări instantanee atât de intense încât se formează un crater capilar în care se găsesc vapori metalici (fig. 1.c şi 1.d).

Diametrul craterului capilar este egal cu diametrul fasciculului iar în jurul craterului se formează o peliculă inelară de metal topit. Odată cu formarea acestui crater, care are o formă conică, accesul fasciculului de electroni este tot mai profund iar supraîncălzirea peliculei de metal topit datorită radiaţiei este tot mai intensă. În partea exterioară a craterului, unde are loc impactul electronic, temperatura poate atinge valori de 3500 0C. Asupra unui element de volum din pelicula topită de metal acţionează forţe

statice şi forţe dinamice iar din acţiunea acestor forţe interdependente rezultă configuraţia învelişului topit, adică geometria craterului capilar.

La puteri specifice de 105-107 W/cm2 craterul poate fi considerat cilindric iar sursa termică liniară. La puteri specifice de 108 W/cm2 se produce o eliminare explozivă a metalului topit şi o străpungere a materialului pe toată grosimea (perforare).

În cazul fasciculelor de ioni fenomenele sunt mai complexe, în impactul dintre ionii grei şi corpul solid are loc emisia de electroni şi pulverizarea catodică ce este specifică ionilor rapizi. Datorită acestei pulverizări catodice în general fasciculele de ioni se utilizează la perforări sau tăieri de mare precizie iar în funcţie de energia şi concentrarea fasciculelor de ioni se pot obţine şi efecte termice cu utilizare practică. Ex. sudarea.

Fasciculul de fotoniReprezintă cea mai concentrată sursă termică utilizată, având puteri specifice de

109 W/cm2, puterea fasciculelor laser utilizate la sudare este de 2-10 kW. Fasciculele laser cu o putere de peste 20 kW nu au eficienţă practică datorită costului ridicat şi al funcţionării incomode fiind preferate fasciculele de particule. Sub aspectul randamentului energetic instalaţiile laser sunt deficitare deoarece numai o parte mică a energiei consumate este transformată în energie a fasciculului. Din energia fasciculului este utilizată numai o parte deoarece cealaltă parte care depinde de starea suprafeţei metalice şi a lungimii de undă este reflectată. Pentru micşorarea pierderilor prin reflexie se recomandă tratarea superficială a pieselor prin acoperiri cu straturi absorbante metalice sau nemetalice sau prin mărirea rugozităţii suprafeţelor.

Avantaje:- concentrarea maximă a energiei;- dirijarea fasciculului spre locuri inaccesibile fără pericolul devierilor sau

dispersărilor;- nu necesită menţinerea pieselor în vid;- nu produce radiaţii XDezavantaje:- cost ridicat al instalaţiei;- randament scăzut

11. REZISTENŢA ELECTRICĂ, VOLUMICĂ ŞI DE CONTACTÎncălzirea pieselor în vederea sudării se poate face prin efectul Joule al curentului

electric care se manifestă atât în volumul pieselor străbătute de curent cât şi la punctul de contact electric.

Introducerea curentului electric în componente se poate face prin intermediul unor piese de contact cu conductibilitate electrică bună (aliaje de Cu) sau se poate face indirect cu ajutorul inductorilor amplasaţi în vecinătatea zonelor care necesită încălzirea.

Dacă se urmăreşte încălzirea volumică sunt necesare intensităţi mari de curent şi frecvenţe normale sau mai mici de 50Hz, iar dacă se urmăreşte o încălzire superficială

sau a zonei de contact dintre componente pot fi utilizate intensităţi mai mici de curent si frecvenţe mai mari.

Odată cu creşterea frecvenţei scade adâncimea stratului încălzit conform relaţiei:

, unde

- adâncimea stratului încălzit - rezistivitatea materialului [ m] - permeabilitate magneticăf – frecvenţa curentului de încălzireLimitarea încălzirilor profunde se poate face prin utilizarea frecvenţelor mari şi a

încălzirilor rapide, adică puteri mari aplicate într-un timp scurt. În multe situaţii încălzirea volumică are loc concomitent cu încălzirea datorată rezistenţei de contact dintre componente.

Caracteristicile principale ale surselor termice rezultate în rezistenţele electrice sunt:

- regimul nestaţionar de producere a căldurii;- energia poate fi localizată şi dozată în materiale cu precizie;- randamentul transferului termic în material raportat la volumul încălzit are

valorile cele mai ridicate;- posibilităţi de încălzire rapidă cu sau fără contact direct al piesei în circuitul

electric.Baia de zgură Prezintă o particularitate faţă de celelalte surse termice prin faptul că agentul

termic este un mediu lichid care topeşte atât materialul de bază cât şi materialul de adaos .

Agentul termic este un amestec de componenţi minerali şi se prezintă sub forma fluxului de sudură, prin topirea sa rezultă o masă lichidă denumită „baie de zgură” a cărei temperatură se impune să fie mai mare decât temperatura de topire a materialelor ce se sudează. La trecerea curentului prin baia de zgură, care este un electrolit, se degajă o cantitate mare de energie termică. Prin reglarea intensităţii curentului de sudare, şi a adâncimii băii de zgură care are rezistenţa electrică R, se poate doza energia termică necesară menţinerii băii la temperatura recomandată:

O parte din energie este utilizată pentru încălzirea şi topirea metalului de bază, a materialelor de adaos, a cantităţilor noi de flux, iar o altă parte se pierde în patinele de cupru răcite cu apă şi în atmosfera înconjurătoare.

(bilanţ energetic)H2O – patine de cupruA – aer

Bilanţul termic depinde de grosimea componentelor, de geometria băii de zgură, precum şi de proprietăţile termofizice ale materialelor care intervin în procesul de sudare.

Baia de zgură prezintă unele particularităţi cum ar fi: - transferul termic prin convecţie într-un mediu vâscos;- răcirea neuniformă;- diferenţele mari de temperatură dintre diferitele puncte din zgura lichidă.Zonele cele mai fierbinţi se găsesc la locul de contact al electrozilor cufundaţi în

baia de zgură, precum şi sub electrozi.Zonele cele mai puţin calde ale băii se găsesc în imediata vecinătate a patinelor

de Cu răcite cu apă. Din acest motiv în cazul sudărilor componentelor cu grosime mare la care diferenţa de temperatură din baie sunt mari este indicată utilizarea mai multor electrozi sau a electrozilor oscilanţi faţă de poziţia verticală cu opriri în poziţia apropiată de patinele din Cu, astfel încât câmpul de temperatură din baia de zgură să devină mai uniform.

12. FLACĂRA DE GAZSe obţine prin arderea unui curent de gaze sau vapori combustibili cu O2, arderea

acestui amestec este o reacţie chimică externă şi rapidă. Flacăra este caracterizată printr-o viteză de propagare a frontului de ardere (viteză de ardere) care depinde de natura şi condiţiile de stare a gazelor precum şi de proporţia amestecului cu O2.

Dacă viteza de ardere este egală cu 10 – 15 m/s se spune că avem ardere liniştită. Dacă viteza de ardere este mai mare de 100 m/s se spune că avem ardere cu explozie, cu specificaţia că în procesele de sudare se foloseşte flacăra cu arderea liniştită.

Temperatura flăcării şi volumul ei depind de viteza de ardere, puterea calorică a gazului combustibil, volumul şi natura produselor rezultate din ardere. De exemplu acetilena cu toate că are o putere calorică mică în raport cu alte gaze se oxidează într-un spaţiu redus, produce o cantitate minimă de apă, iar flacăra este concentrată şi fierbinte fiind eficientă la sudare.

Structura flăcării oxigaz şi repartizarea temperaturii în funcţie de distanţa de ajutaj este prezentată în figura 2.

Amorsarea reacţiei de oxidare a acetilenei cu O2 insuflat are loc în spaţiul dintre zonele 1 şi 3, zona aceasta se numeşte în ansamblu flacără primară

Produsele rezultate din flacăra primară având o temperatură ridicată intră in reacţie cu O2 din atmosfera înconjurătoare

Volumul gazelor rezultate din această reacţie este mare iar zona de reacţie se numeşte flacără secundară.

În practică pentru a se produce arderea completă se adoptă un uşor exces de O2

adică raportul dintre volumul de O2 şi volumul de acetilenă notat cu 0 să fie între 1,1 şi 1,2. Prin variaţia acestui raport se poate obţine o flacără carburantă dacă 0 1 sau oxidantă 0 1,2.

În primul caz temperaturile sunt inferioare şi are loc o alungire puternică a nucleului care devine luminos datorită carbonului liber incandescent.

În al doilea caz temperaturile ating valori superioare de până la 3170C şi are loc o scădere a lungimii flăcării.

Deoarece flacăra oxigaz conţine un volum mare de gaze în mişcare pot apare o serie de factori care perturbă repartiţia calculată a densităţii fluxului termic. Astfel, curenţii de aer din mediu pot modifica această repartiţie în timp şi spaţiu. De asemenea proeminenţele sau muchiile pieselor care sunt încălzite cu flacără produc devieri ale traiectoriilor gazelor. Acestea sunt însoţite de comprimări sau dilatări ale gazelor din flacără ceea ce provoacă modificări ale coeficientului de transfer termic şi variaţii de temperatură atât în flacără cât şi în piese. Din acest motiv proeminenţele şi muchiile pieselor se supraîncălzesc, cantitatea de gaze dizolvată în sudură creşte, şi scade calitatea sudurii.

13. CÂMPUL TERMIC PRODUS DE SURSE TERMICE INSTANTANEE. CÂMPUL TERMIC PRODUS DE SURSE PERMANENTE FIXE.

Calitatea pieselor îmbinate sau încărcate prin sudare cât şi productivitatea procedeelor prin sudare la care este utilizată energia termică sunt direct influenţate de procesele termice care au loc în timpul operaţiilor corespunzătoare. Fenomenul de transfer termic şi diversitatea parametrilor care intervin se pot exprima matematic iar aplicabilitatea lor la sudare permite stabilirea câmpului termic şi a dinamicii acestuia cu posibilitatea dirijării diferitelor procese ce au loc.

Câmpul termic dintr-un material sudat depinde de energia liniară a sursei termice, de proprietăţile termofizice ale materialului (căldura specifică, conductivitatea termică λ,

masa specifică ρ, difuzivitatea termică

De asemenea câmpul termic la sudare depinde şi de pierderile de căldură în mediul înconjurător. La sudare fiind semnificative pierderile de căldură ale plăcilor şi barelor.

(1), unde:

λ - coeficientul de convecţie termică;δ – grosimea plăcii care pierde căldura;Pe – perimetrul secţiunii barei care pierde căldura;s – secţiunea transversală a barei.

Câmpul termic la sudarea cu arc electricCâmpul termic produs de surse termice instantaneeSursa termică instantanee degajă o cantitate de energie într-un timp extrem de

scurt, energie care se transmite prin fenomenul de conductivitate termică zonelor învecinate modificându-le temperatura.

Câmpul termic în corpul semiinfinit produs de o sursă punctiformă liniară sau plană (fig. 1) este dat de relaţiile (2),(3),(4).

În cazul surselor punctiforme (ex. sudură punctiformă cu electrod învelit) suprafeţele izoterme în piesele masive sunt semisfere având acelaşi centru cu punctul sudat.

În cazul surselor liniare (ex. sudare sub strat de flux realizată cu viteză mare de sudare pe suprafaţa unei piese masive) suprafeţele izoterme sunt semicilindrii având ca axă cordonul de sudură.

În cazul surselor plane (ex. sudare de încărcare cu electrod bandă aplicată cu o viteză ridicată pe toată suprafaţa unui corp masiv) suprafeţele izoterme sunt plane paralele cu suprafaţa piesei.

În cazul corpurilor masive care acumulează intens căldura în corpul lor pierderile de căldură în mediul înconjurător pot fi neglijate atâta timp cât temperatura medie a piesei este redusă.

În cazul plăcilor care au un volum mult mai redus de metal creşterea temperaturii sub acţiunea unor surse termice este rapidă şi nu se mai pot neglija pierderile de căldură în mediu.

Câmpul termic produs de sursele permanente fixe.Aceste surse au o importanţă practică mai redusă deoarece în general la sudare

sursele permanente utilizate sunt surse mobile. Câmpul termic dintr-o piesă poate fi apreciat că provine de la încălzirea cu o sursă permanentă fixă în cazul sudării cu arc rotitor ceea ce înseamnă sursă plană sau cu arc de plasmă ceea ce înseamnă sursă liniară.

Relaţiile câmpului termic se pot determina uşor dacă se consideră că sursa de căldură are puterea cunoscută P. Această sursă se poate descompune într-o sumă de surse instantanee fictive care intervin succesiv în fracţiuni de timp pentru a încălzi punctul curent în perioada t-t’ unde:

t’ – timpul în care căldura ajunge de la sursă la punctul curent M şi marchează momentul începerii creşterii temperaturii în acest punct.

Presupunând că această sursă este instantanee iar ca formă punctiformă liniară sau plană rezultă că după timpul t în punctul M al corpului semiinfinit se va produce o creştere a temperaturii după cum rezultă din relaţiile (5),(6),(7)

14. CÂMPUL TERMIC PRODUS DE SURSE PERMANENTE DE MICĂ PUTERE. CÂMPUL TERMIC PRODUS DE SURSE PERMANENTE MOBILE DE MARE PUTERE ŞI VITEZĂ.

În cazul sudării manuale cu arc electric descoperit se poate considera că sursa are o mişcare uniformă cu viteza constantă „v”. (fig. 2)

Sursa termică în acest caz este caracterizată prin energia liniară dată de relaţia 8. Sistemul de referinţă XOYZ poate fi substituit cu un sistem mobil de referinţă care se deplasează odată cu sursa termică. Sursa termică se deplasează din origine de-a lungul axei OX răspândind permanent căldură în spaţiul material din jur. După perioada t’, când sursa a ajuns în punctul O’ de coordonate vt’=x, y=0, z=0, căldura transmisă ajunge să influenţeze temperatura punctului M. În perioada imediat următoare dt’ se produce căldura dQ’=Pdt’ care influenţează temperatura punctului M cu începere din momentul t’ până la momentul t, adică în perioada t-t’.

Creşterea de temperatură corespunzătoare punctului M din sistemul fix XOY se obţine prin particularizarea relaţiei (2). Particularizările se fac pentru cantitatea de căldură dQ căreia îi revine o variaţie de temperatură dT, relaţia (10).

Câmpul termic din punctul curent M având ca referinţă sistemul mobil se obţine prin însumarea tuturor efectelor termice în perioada zero – t (0-t) dată de relaţia (11) care reprezintă câmpul termic la sudarea cu arc electric în cazul corpurilor masive.

Similar se pot afla câmpurile termice la sudarea pe plăci respectiv bare ţinându-se seama în acest caz de pierderile de căldură cu mediul înconjurător, relaţiile (12)(13).

Dacă se consideră ca fiind constantă viteza de deplasare şi puterea sursei rezultă că după câteva secunde de la începerea procesului de sudare câmpul termic având ca sistem de referinţă sistemul mobil nu mai depinde de timp.

În concluzie procesul de sudare se poate împărţi în două perioade: 1. perioada iniţială după amorsare şi începerea deplasării arcului numită „perioadă

de formare” la care câmpul termic este dat de relaţiile (11),(12),(13), relaţii care au importanţă termică numai în cazul sudării de prindere provizorie (agrafare).

2. perioada cvasistaţionară independentă de timp pentru care câmpul termic poate fi exprimat prin aceleaşi relaţii în care limitele de integrare sunt de la 0 la .

Notând cu t’’ = t-t’ şi introducând noile limite de integrare se obţine relaţia câmpului termic cvasistaţionar şi anume pentru corpul masiv (fig. 2) avem relaţia (14), pentru placă (fig. 3) avem relaţia (15) şi pentru bară (fig. 4) avem relaţia (16).

Câmpul termic produs de surse permanente mobile de mare putere şi viteză (sudare sub strat de flux)

La sudarea sub strat de flux puterea sursei şi viteza de sudare sunt mult mai mari decât la sudarea manuală. Viteza de propagare a căldurii în această situaţie în sensul de sudare OX este mult mai mică decât viteza de sudare şi ca atare se poate neglija.

Dacă se consideră corpul masiv din (fig. 5) se poate spune că în perioada de timp dt sursa care se deplasează rapid pe distanţa vdt=δ este liniară, instantanee şi încălzeşte o placă de grosime δ.

Particularizând relaţia (3) în care cantitatea de căldură este dată de relaţia (17) iar

distanţa care echivalează cu o distanţă „d” prin înlocuire rezultă câmpul

termic din corpul masiv semiinfinit sudat cu o sursă mobilă de mare putere şi viteză, relaţia (18). În cazul plăcii (fig. 6) cantitatea de căldură este dată de relaţia (19). Această cantitate de căldură se amplifică cu ½ deoarece în acest caz sursa (zona haşurată din figură) se află la mijlocul materialului, caz echivalent cu un corp infinit şi nu la un capăt al materialului, caz echivalent cu corpul semiinfinit.

Distanţa dintre sursă şi punctul curent M este măsurată pe axa Y care echivalează cu h din relaţia (4) şi prin înlocuire rezultă relaţia (20).

Ţinând cont că în cazul plăcii nu pot fi neglijate pierderile în mediul înconjurător relaţia câmpului termic se amplifică cu rezultă relaţia (21).

15. FORMAREA BĂII METALICE DE SUDURĂ. CALCULUL DIMENSIUNII BĂII.

La sudarea cu arc electric se formează o baie de metal topit la care contribuie metalul topit din piesele ce se sudează şi materialul de adaos din sârma de sudură. Forma geometrică a băii de sudare este definită de o serie de factori şi anume procedeul de sudare, tehnologia de sudare, tipul de sârmă, natura învelişului electrodului, natura fluxului, modul de deplasare a sârmei de sudură de-a lungul cusăturii. Din energia termică utilizată în procesul de sudare o parte se foloseşte pentru topirea părţii metalice a electrodului şi a materialului de bază, restul energiei considerându-se că se pierde cu toate că aportul ei favorizează calitatea îmbinărilor sudate. Astfel energia condusă în materialul de bază realizează o preîncălzire locală care asigură o răcire mai lentă a băii metalului solidificat (a cusăturii). Acelaşi rol favorabil îl asigură şi energia consumată pentru topirea materialelor protectoare (învelişul electrodului sau fluxul) şi pentru formarea zgurii.

Din punct de vedere al sudurii baia de metal topit se caracterizează prin lungimea L, lăţimea B şi adâncimea de pătrundere H. Cordonul de sudură care se obţine prin solidificarea băii se caracterizează prin lăţimea cusăturii = cu lăţimea băii B, pătrunderea cusăturii = cu adâncimea băii H, înălţimea cusăturii notată cu h (supraînălţarea). În (fig.2) sunt prezentate elementele geometrice ale băii şi cordonului de sudură:

- piesa (haşura mare)- baia de metal topit- cusăturaCu ajutorul elementelor geometrice definite se determină coeficienţii de formă ai

cusăturii:

1. adâncimea relativă – relaţia (1)

2. pătrunderea relativă (notată cu ) – relaţia (2) 3. coeficientul de participare al materialului de bază (notat cu kmb) relaţia (3)La definirea coeficientului de participare al materialului de bază s-a admis în

prealabil că la formarea cusăturii participă materialul de bază şi materialul de adaos astfel:

- secţiunea: A2 – este partea pe care o dă materialul de bază, restul fiind A1 – partea pe care o dă materialul de adaos

Cele 2 secţiuni astfel definite nu sunt efectiv formate numai din materialul de bază şi cel de adaos.

La sudare partea provenită din metalul de bază care este dată de secţiunea A2 se amestecă perfect cu partea provenită din materialul de adaos secţiunea A1 formând împreună metalul cusăturii definit prin secţiunea A = A1 + A2. Dintre coeficienţii de formă ai cusăturii pătrunderea relativă () variază mai puţin 060,8, ceilalţi coeficienţi variind în limite largi. Calculul formei geometrice a băii de sudare şi a cusăturii sudate nu se poate face pe baza relaţiei de încălzire pentru că mulţi dintre factorii care determină geometria băii nu au fost luaţi în considerare. Practic s-a obţinut o relaţie care dă cu aproximaţie destul de bună valoarea lungimii băii de sudare (relaţia 4), unde Ua – tensiunea arcului, Is – intensitatea curentului de sudare, k – constantă de proporţionalitate care are următoarele valori: 1,72,3 mm/kVA în cazul sudării manuale, 2,3 2,8 mm/kVA în cazul sudării automate cu Is < 1200 A şi 2,83,6 mm/kVA în cazul aceleiaşi sudări automate dar cu Is > 1200 A.

16. ÎNCĂLZIREA ELECTROZILOR ÎNVELIŢI.La sudarea manuală electrozii înveliţi sunt parcurşi de curent fiind alimentaţi de la

un capăt al lor şi se topesc la celălalt capăt până la consumarea lor pe întreaga lungime. Electrodul se încălzeşte pe toată lungimea sa datorită curentului electric prin efectul Joule Lentz, iar în capătul unde arde arcul electric are loc o încălzire pe o zonă restrânsă până la topire. În cazul sudării manuale se va considera încălzirea electrodului datorită curentului electric, încălzire care dă aceeaşi temperatură pe toată lungimea acestuia şi încălzirea suplimentară a capătului electrodului, încălzire provocată de arderea arcului electric.

Încălzirea electrodului datorită efectului Joule LentzEnergia produsă prin efectul Joule în vergeaua metalică a electrodului ridică

temperatura acestuia şi apoi se transmite prin conducţie învelişului şi mediului înconjurător. Considerăm electrodul cu dimensiunile caracteristice prezentate în (fig.3) se poate stabili bilanţul termic în perioada dt, relaţia (5).

Relaţiile (6),(7),(8),(9) pentru cantitatea de căldură în unitatea de timp care formează împreună bilanţul termic din relaţia (5).

T0 – temperatura iniţială a electrodului (mediului) [0K]; - rezistivitatea vergelei metalice [m]

j – densitatea de curent [A/m2]; - coeficient de transfer termic [W/m2 0K];

S1 – secţiunea vergelei metalice [m2];S – suprafaţa laterală a electrodului.Neglijându-se variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor la creşterea

temperaturii şi utilizând notaţiile din relaţia (10) în care valoarea constantelor A, D1, m sunt cunoscute pentru diferite tipuri de electrozi prin înlocuiri şi prin integrarea relaţiei (5) se obţine relaţia (11) care defineşte mersul în timp al încălzirii electrodului dat de curentul care îl parcurge.

Încălzirea electrodului datorită arcului electric se face simţită pe o distanţă care nu depăşeşte 10 mm de la capătul electrodului în contact cu arcul electric. Încălzirea în această porţiune se calculează aplicând relaţia câmpului termic de la bara încălzită cu o sursă plană în care bb,bp este 0.

Cumulând încălzirea prin efect Joule până la o temperatură cu încălzirea electrodului datorită arcului electric care formează pata catodică având temperatura Tk se obţine relaţia (12) care reprezintă creşterea de temperatură a electrodului.

v – viteza de topire a electrodului.

17. TOPIREA ELECTROZILOR ÎNVELIŢI.Puterea arcului electric utilizat pentru topirea arcului ( ) depinde de

factorul subunitar - randament. Pentru a topi electrodul o parte din puterea arcului se consumă pentru ridicarea temperaturii electrodului de la temperatura T’ determinată de încălzirea prin efect Joule la valoarea Tk a capătului topit al electrodului. Ecuaţia ce defineşte mersul topirii electrodului este dată de relaţia 13. H este un factor constant pentru o anumită tehnologie prescrisă. Deoarece T’ variază în timp şi viteza de topire a electrodului va fi variabilă fiind minimă la începutul sudării T’=T0 şi crescând pe măsură ce operaţia de sudare progresează. Expresiile vitezei de topire iniţiale şi finale sunt date de relaţia (14), iar gradul de neuniformitate al topirii electrodului definit prin coeficientul de neuniformitate este raportul dintre cele două viteze, relaţia (15). Pentru o mânuire uşoară a electrodului se recomandă limitarea coeficientului de neuniformitate la 1,3. Această limitare se poate face prin mai multe metode:

1. limitarea lungimii electrodului, prin această limitare durata de încălzire a electrodului scade rezultând o reducere a diferenţei dintre Tf şi T0. Scăderea lungimii electrodului micşorează însă productivitatea;

2. limitarea curentului de sudare care conduce la reducerea încălzirii electrodului, reducându-se astfel diferenţa dintre Tf şi T0 . Şi în această situaţie scade productivitatea dar şi calitatea sudurii.

3. limitarea rezistivităţii vergelei metalice, prin utilizarea sârmelor nealiate cu puritate ridicată

4. favorizarea pierderilor de căldură spre exterior prin utilizarea unor materiale cu conductivitate termică mare în înveliş sau prin utilizarea electrozilor cu înveliş mai subţire.

Calităţile tehnologice ale electrozilor pot fi apreciate în afară de cN (coeficient de neuniformitate) şi prin coeficienţii de depunere, de topire şi de pierderi () relaţia 16, care arată cât metal topit se pierde prin împroşcări şi arderi în arcul electric.

18. ÎNCĂLZIREA ŞI TOPIREA ELECTROZILOR LA SUDAREA

AUTOMATĂ ŞI SEMIAUTOMATĂ.Sudarea automată şi semiatomată se caracterizează prin avansul sârmei cu viteză

constantă, arcul fiind protejat de flux sau de un mediu gazos. În acest caz contactul electric este la o distanţă mai mică de capătul unde arde arcul electric. Acest lucru face posibilă sudarea cu curent mai mare decât la sudarea manuală şi totodată reduce importanţa încălzirii sârmei de către curentul electric care o parcurge. Lungimea liberă a sârmei care este parcursă de curent are o rezistenţă electrică redusă pentru că sârma avansează în mod continuu, pe măsură ce se topeşte. Această lungime liberă are un timp relativ redus pentru încălzire prin efect Joule şi este înlocuită mereu cu porţiuni reci care nu au fost încă parcurse de curent. Din acest motiv la sudarea automată curentul de sudare poate fi mărit foarte mult fără pericolul supraîncălzirii sârmei prin efect Joule. Datorită vitezei mari de avans a electrodului (ve) încălzirea prin conducţie termică sub acţiunea arcului electric se poate neglija. Se poate considera că la sudarea automată capătul liber „l” se încălzeşte prin efect Joule un timp ce nu depăşeşte valoarea l/v e. Încălzirea sârmei pe lungime mică nu are o importanţă practică şi viteza de topire se poate considera ca fiind constantă şi egală cu viteza de avans a sârmei „ve”. Coeficienţii

se definesc ca şi la sudarea manuală cu observaţia că datorită faptului că de pe sârmă lipseşte învelişul, topirea şi depunerea sunt mai uşoare, deci coeficienţii de topire şi de depunere sunt mai mari. De asemenea stratul de flux sau de gaz protector care acoperă arcul electric împiedică împrăştierea metalelor astfel încât coeficienţii la sudarea automată vor avea valori apropiate ceea ce înseamnă că valoarea coeficientului de pierderi este mai mică. Aceste concluzii sunt valabile numai în cazul în care atât sudarea manuală cât şi cea automată se fac în condiţii normale de stabilitate şi de strictă respectare a unei tehnologii prescrise corect.

19. ÎNCĂLZIREA ŞI TOPIREA ELECTROZILOR TUBULARI.Forma constructivă a electrozilor tubulari determină unele particularităţi ale

încălzirii şi topirii acestora. Partea exterioară metalică a electrodului tubular fiind străbătută de curent electric de sudare se încălzeşte şi se topeşte mai rapid decât miezul de pulberi (fig. 4). Aceasta se datorează repartizării neuniforme a temperaturii pe secţiunile electrozilor la care arcul electric se formează numai între partea metalică şi piesa de sudat..

Faţă de electrodul învelit la care arcul electric formează un crater la electrodul tubular rămâne o porţiune centrală netopită de pulberi aglomerate care în anumite situaţii trece în baia metalică fără o topire integrală, ceea ce face ca stabilitatea arcului electric să fie înrăutăţită, iar omogenitatea băii să varieze. Diminuarea acestui efect nefavorabil se poate realiza prin modificarea formei constructive a electrodului tubular. Secţiunea

electrozilor tubulari poate fi caracterizată prin coeficientul de complexitate definit în relaţia 17, în care: S1 – partea metalică a secţiunii, S2 – partea corespunzătoare pulberii metalice.

Cu cât acest coeficient este mai mare cu atât arcul electric are o stabilitate mai mare, iar repartiţia temperaturii pe secţiunea electrodului variază mai puţin. Electrodul tubular având o secţiune mai redusă este parcurs de densităţi mai mari de curent, încălzirea lui prin efect Joule fiind similară cu a sârmei, ţinându-se seama că substanţele protectoare din miez absorb o anumită cantitate de căldură. Datorită densităţii mari de curent se obţin cele mai mari viteze de topire ale electrozilor şi cele mai mari respectiv cea mai mare productivitate.

20. CÂMPUL TERMIC LA SUDAREA PRIN PRESIUNE. SUDAREA ÎN STARE SOLIDĂ.

În acest caz curentul de sudare încălzeşte prin efect Joule porţiunea cuprinsă între bacurile de prindere a componentelor ce se sudează (fig.1)

Componentele pot fi considerate în secţiune constantă „S” şi cu lungimea infinită. Energia termică Q se găseşte concentrată pe porţiunea 2L a barelor pe care le încălzeşte la o temperatură iniţială T0max. Din acest moment, considerat iniţial are loc răcirea porţiunii 2L şi încălzirea zonelor învecinate datorată efectului de transfer termic. Se poate spune deci că în punctul M caracterizat prin distanţa h faţă de origine are loc o variaţie a temperaturii datorită căldurii primite de la suma de surse plane din porţiunea 2L. O sursă plană din această porţiune este caracterizată prin poziţia x faţă de origine, prin grosimea dx şi prin energia dQp dată de relaţia (1). Temperatura în punctul M variază datorită conducţiei termice produsă de sursa plană curentă cu valoarea dT dată de relaţiile (2) şi (3).

Variaţia temperaturii în acest punct datorită sumei de surse termice plane aflate în porţiunea 2L se determină prin integrarea relaţiei (3) rezultând forma finală în relaţia (4).

21. CÂMPUL TERMIC LA SUDAREA PRIN PRESIUNE. SUDAREA PRIN TOPIRE INTERMEDIARĂ.

Desfăşurarea procesului în cazul sudării prin topire intermediară are loc în mai multe etape. Pentru aportul energetic se va prezenta etapa de topire în care se poate aproxima că apare o peliculă de metal topit pe suprafaţa capetelor barelor aflate în contact. Această suprafaţă caldă poate fi considerată ca o sursă termică plană permanentă fixă care răspândeşte căldura în piese şi determină o creştere a câmpului de temperatură. În cazul în care scurtarea barelor în timpul procesului de topire nu poate fi neglijată sursa termică se poate considera mobilă iar câmpul termic se determină ca atare cu relaţia (5) în care „v” este viteza cu care se apropie una din cele 2 componente faţă de planul de contact. Deoarece în procesul de sudare mai intervine şi perioada de refulare este necesară corectarea vitezei de deplasare a sursei la valoarea corespunzătoare vitezei de refulare.

În această perioadă se degajă prin efectul Joule al curentului care străbate lungimea barelor o cantitate de căldură datorită căreia are loc o nouă creştere a temperaturii.

22. CICLUL TERMIC.Punctele materiale aflate în zona de influenţă a sursei termice sunt supuse unei

variaţii de temperatură caracterizată prin încălzire, atingerea temperaturii maxime cu sau fără menţinere la această temperatură, respectiv răcire. Această variaţie a temperaturii prezentată în (figura 2) poartă denumirea de ciclu termic.

Pentru determinarea parametrilor specifici ciclului termic se consideră corpul din figura 3 pe suprafaţa căruia se deplasează de la punctul O o sursa termică având viteza constantă v.

Izotermele cu linie întreruptă au ca referinţă momentul zero de trecere a sursei prin originea sistemului x de coordonate xOy. Izotermele cu linie continuă au ca referinţă momentul în care una din izoterme este tangentă la dreapta y = constant în punctul A iar sursa s-a deplasat pe distanţa Oo. Dreapta y = ct are proprietatea că este locul geometric al punctului la care la un anumit moment sunt tangente aceleaşi izoterme atunci când sursa se deplasează pe distanţa Oo. În timpul deplasării sursei pe această distanţă punctul A este intersectat succesiv de izotermele 1,2,3 timp în care temperatura din acest punct are o creştere. Perioada de încălzire a punctului A este dată de relaţia (6)

Valoarea temperaturii izotermei 3 este temperatura TM şi este de fapt valoarea maximă a temperaturii la deplasarea în continuare a sursei spre dreapta. Punctul A este intersectat a doua oară de izotermele 2 şi 1 rezultând o scădere a temperaturii în acest punct.

23. DETERMINAREA TEMPERATURII MAXIME.Temperatura maximă atinsă într-un punct dintr-un corp masiv sudat cu sursă

permanentă, mobilă, de mare putere şi viteză.Temperatura maximă atinsă într-un punct A se poate considera ca rezultat al

impunerii condiţiei 7 în relaţia câmpului termic şi prin particularizarea distanţei r la valoarea corespunzătoare punctului A (fig.3) rezultă (8)

Relaţia (8) se logaritmează şi prin derivare rezultă (9) după cum rezultă din (9) condiţia (7) poate fi îndeplinită în următoarele 3 situaţii:

a) T = 0 (în origine)b) t (după răcire)c) r2 = 4at

Situaţia c) este cea care ne interesează şi prin particularizare pentru punctul A rezultă (10)

Temperatura maximă atinsă într-un punct dintr-o placă sudată cu o sursă mobilă de mare putere şi viteză.

Se pleacă de la relaţia (11) cu neglijarea căldurii cedate de placă, adică bp = 0 deoarece procesele decurg repede. Printr-un raţionament analog cu cel de la punctul anterior rezultă relaţia (12) şi se determină astfel temperatura maximă atinsă în punctul A dată de relaţia (13).

Determinarea duratei de menţinere peste o anumită temperatură.O problemă foarte importantă o constituie calculul duratei de menţinere a unui

punct din piesă peste o anumită temperatură. (Ts din fig.2) în cadrul unui anumit ciclu termic.

Durata de menţinere ts determină tipul diagramei de descompunere anizotermă a austenitei. Rezolvarea acestei probleme se poate face astfel:

- se trasează ciclul termic corespunzător cazului studiat- se trasează o paralelă cu axa timpului în dreptul temperaturii T s la intersecţia

acestei drepte cu curba ciclului termic se determină segmentul de dreaptă care dă durata de menţinere ts.

Pentru ciclurile termice mai simple se poate utiliza un calcul bazat pe nomograme. Se calculează mărimea conform (14) şi în funcţie de valoarea ei se determină din nomograme variabilele f1, f2 cu ajutorul cărora se poate calcula durata de menţinere corespunzătoare corpului masiv (15) respectiv plăcii (16) ts1, ts2

24. DETERMINAREA VITEZEI DE RĂCIRE ŞI A TIMPULUI DE RĂCIRE t8/5.

Viteza de răcire a unui punct în zona de trecere a sursei este dată de relaţia (17) pentru corpul masiv, respectiv (18) pentru placă.

În cazul oţelurilor prezintă interes calculul vitezei de răcire din ZIT în momentul transformării austenitei la răcire. Acest lucru prezintă importanţă la stabilirea parametrilor tehnologici de sudare care se vor alege astfel încât viteza de răcire să fie favorabilă.

În relaţiile (17) şi (18) se observă că viteza de răcire nu depinde de grosime în corpurile masive (avem propagare tridimensională) respectiv depinde de grosime în cazul plăcilor (avem propagare bidimensională).

În relaţia (19) se defineşte grosimea critică c peste care viteza de răcire în intervalul 800-500C nu mai depinde de grosimea componentelor. În relaţie:

Ee’ – energia liniară efectivă [J/cm]T0 – temperatura iniţială a materialuluiDeoarece în intervalul 800-500C viteza de răcire se determină mai greu este

preferată determinarea timpului de răcire t8/5 ce rezultă din relaţia (20) în cazul propagării tridimensionale a căldurii respectiv (21) în cazul propagării 2D a căldurii.

F2, F3 – factori de formă care ţin seama de influenţa configuraţiei geometrice a zonei de sudare şi de căile de evacuare a căldurii

Stabilirea timpului de răcire t8/5 prezintă o importanţă deosebită la aprecierea anticipată a durităţii şi structurii din zonă, cu posibilităţi de influenţare a proceselor care au loc prin modificarea adecvată a parametrilor tehnologici

25 CÂMPUL TERMIC LA SUDAREA ÎN STRATURI SUPRAPUSE.La sudarea cu arc electric a tablelor cu grosime mare se utilizează sudarea în mai

multe straturi. În acest caz se pot deosebi 2 situaţii care pun probleme diferite în legătură cu sudarea:

a) sudarea în mai multe straturi cu cusături lungi, astfel încât primul strat se răceşte complet înainte de a începe sudarea stratului următor;

b) sudarea în mai multe straturi cu cusături scurte, la care primul strat este relativ cald atunci când începe sudarea stratului următor

La sudarea în mai multe straturi cu cusături lungi se recomandă să se verifice viteza de răcire a primului strat. Dacă tablele sunt groase şi cusăturile foarte lungi se recomandă să se verifice viteza de răcire şi la ultimul strat. În cazul sudării în mai multe straturi a cusăturilor scurte la sudarea primului strat viteza de răcire este mare.

În fig.4 este reprezentată sudarea în mai multe straturi cu cusături scurte.Viteza de răcire în primul strat fiind mare este posibilă apariţia martensitei. Pentru

a evita formarea martensitei se recomandă ca temperatura minimă la sudarea primului strat să fie mai mare decât temperatura punctului MS (punct de început al transformării în martensită).

Calculul acestei temperaturi se face pornind de la câmpul termic al plăcii în cazul surselor de mare putere şi viteză, fiind chiar în cusătură y = 0 şi neglijându-se schimbul termic se obţine (22) de unde rezultă valoarea timpului dat de (23).

În mod practic timpul este dat de valoarea obţinută în (24) în care k p este un coeficient cu valoarea 1 în cazul sudării automate, respectiv între 0,6-0,8 în cazul sudării manuale.

Relaţia (25) reprezintă valoarea lungimii sudurii (cusăturii) şi cu ajutorul acestei relaţii se poate determina temperatura minimă la sudarea primului strat când se cunoaşte lungimea cusăturii şi pentru a respecta condiţia ca această temperatură să fie mai mare decât temperatura punctului MS.

Puterea de calcul P se va lua egală cu puterea reală Pr = 0,24UaIs înmulţită cu un coeficient de formă kf care are următoarele valori:

1,5 – sudare cap la cap0,9 – sudare îmbinări suprapuse0,8 – sudare în T şi cruce

Pentru următoarele straturi ale cusăturilor scurte temperatura minimă va fi mai mare decât MS dacă această condiţie este asigurată în primul strat deoarece de la acest prim strat se primeşte căldura.

26. MODELUL STRUCTURAL AL MODIFICĂRILOR DE COMPOZIŢIE CHIMICĂ LA SUDARE.

Sudarea acţionează asupra materialelor din zona de sudare prin intermediul a trei căi:

- modificări de compoziţie chimică;- modificări de volum;- modificări structurale.Aceste acţiuni se pot manifesta concomitent sau separat sub următoarele forme:- modificări ale proprietăţilor materiale din diferite zone ale îmbinării;- fisurare;- formare de pori;- formare de incluziuni nemetalice;- apariţia tensiunilor şi deformaţiilor.Modelul structural al modificărilor de compoziţie chimicăPentru a putea evidenţia ansamblul de condiţii în care se petrec aceste modificări

vom considera cazul sudării manuale cu electrozi înveliţi (fig. 1)1. Reacţii la nivelul picăturii. Porţiunea de metal lichid (4) de pe vârful

electrodului intră în interacţiune metalurgică imediat ce se formează cu zgura lichidă (3). Această interacţiune continuă şi pe parcursul căderii libere a picăturii (5) prin spaţiul arcului electric şi de asemenea mai pot interveni reacţii cu atmosfera gazoasă (7). Această reacţie care se desfăşoară în zona I se numeşte reacţie la nivelul picăturii. Deşi timpul în care au loc aceste reacţii este foarte scurt rezultatele obţinute sunt importante deoarece se desfăşoară cu o viteză foarte mare atât datorită temperaturilor ridicate din această zonă cât şi datorită existenţei unei suprafeţe foarte mari de reacţie. Suprafaţa de reacţie este raportul dintre suprafaţa pe care are loc reacţia şi masa materialului care intervine în reacţie. Se poate admite că în momentul pătrunderii sale în baia de metal topit picătura de metal lichid are compoziţia chimică egală cu cea a materialului depus. Materialul depus este definit ca fiind materialul obţinut prin topirea în zona de sudare a materialului de adaos în condiţiile neamestecării acestuia cu un material străin (ex. materialul de bază, zgura).

2. Amestecarea cu materialul de bază topit. În general compoziţiile chimice a metalului depus şi a materialului de bază topit nu sunt identice, iar amestecarea lor conduce la stabilirea unei noi compoziţii chimice cuprinsă între extremele corespunzătoare materialului de bază şi materialul depus. Amestecarea are loc în totalitatea băii de metal lichid (9) dar cu precădere în zona II a frontului de topire şi se obţine pe seama agitaţiei băii şi a curenţilor de metal care are loc în ea. Din punct de vedere macroscopic se poate considera că baia lichidă este omogenă cu excepţia unui aşa-numit strat limită de lichid adiacent liniei de fuziune. Amploarea modificărilor de compoziţie chimică din această zonă depinde atât de diferenţele dintre compoziţia materialului de bază şi materialului de adaos cât şi de cota cu care participă fiecare material la formarea cusăturii.

3. Reacţiile la suprafaţa băii. Baia de metal topit (9) formată în condiţiile descrise mai sus rămâne în contact cu atmosfera de protecţie (7) şi cu o parte din stratul de zgură lichidă (11). Aceasta face posibilă desfăşurarea unor reacţii şi în zona III. Efectele din această zonă spre deosebire de zonele I şi II au o intensitate mai mică deoarece temperatura şi zonele specifice de reacţie sunt mai mici decât în zona I dar pot avea o influenţă semnificativă dacă zgura conţine o cantitate relativ mare de feroaliaje peste 5÷10%.

4. Procese în zona frontului de cristalizare. Este zona IV când trecerea din faza lichidă în faza solidă poate determina modificări locale de compoziţie chimică.

5. Procese în zona liniei de fuziune. Metalul cusăturii aflat la o temperatură mare rămâne în contact cu materialul puternic încălzit din ZIT. În această zonă V sunt posibile modificări locale de compoziţie chimică pe seama unor procese de difuzie. Aceste modificări sunt de mică amploare şi puţin extinse în profunzime.

6. Reacţii la suprafaţa cusăturii. În zona VI metalul cusăturii (10) este în contact atât cu zgura lichidă (11) cât şi cu zgura solidificată (12). Modificările de compoziţie chimică din această zonă, mai ales sub zgura solidă, sunt de obicei neglijate având o extindere în cusătură pe o adâncime foarte mică. În urma ansamblului de procese descrise anterior se stabileşte compoziţia chimică a cusăturii (10) şi a unei zone relativ restrânse situată de ambele părţi ale liniei de fuziune, aşa numita zonă de influenţă chimică.

Cele 6 zone se găsesc integral sau parţial cu anumite particularizări şi în cazul celorlalte procese de sudare. Condiţiile specifice ale modificărilor compoziţiei chimice la sudare sunt determinate de caracteristicile procedeului de sudare, interacţiunea metalului cu faze gazoase şi zgură şi reacţiile chimice din zona de sudare.