81
Contribuții la realizarea conductelor magistrale prin sudare multiarc pe generatoare C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 1 Investeşte în oameni! FONDUL SOCIAL EUROPEAN Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013 Axa prioritară 1 „Educaţie şi formare profesională în sprijinul creşterii economice şi dezvoltării societăţii bazate pe cunoaştere” Domeniul major de intervenţie 1.5. „Programe doctorale şi post-doctorale în sprijinul cercetării” Titlul proiectului: Burse doctorale si postdoctorale pentru cercetare de excelenta Numărul de identificare al contractului: POSDRU/159/1.5/S/134378 Beneficiar: Universitatea Transilvania din Braşov Partener: Universitatea Transilvania din Brașov Școala Doctorală Interdisciplinară Departament: Ingineria Materialelor și Sudură Ing. Cosmin TOMA Contribuții la realizarea conductelor magistrale prin sudare multiarc pe generatoare Contributions to the manufacture of pipelines by multi-arc welding with generators Conducător ştiinţific Prof.dr.ing. Radu IOVĂNAȘ BRASOV, 2015

Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

  • Upload
    others

  • View
    8

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Contribuții la realizarea conductelor magistrale prin sudare multiarc pe generatoare

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 1

Investeşte în oameni!

FONDUL SOCIAL EUROPEAN

Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013

Axa prioritară 1 „Educaţie şi formare profesională în sprijinul creşterii economice şi dezvoltării societăţii bazate pe cunoaştere” Domeniul major de intervenţie 1.5. „Programe doctorale şi post-doctorale în sprijinul cercetării”

Titlul proiectului: Burse doctorale si postdoctorale pentru cercetare de excelenta

Numărul de identificare al contractului: POSDRU/159/1.5/S/134378 Beneficiar: Universitatea Transilvania din Braşov

Partener:

Universitatea Transilvania din Brașov

Școala Doctorală Interdisciplinară

Departament: Ingineria Materialelor și Sudură

Ing. Cosmin TOMA

Contribuții la realizarea conductelor magistrale prin

sudare multiarc pe generatoare

Contributions to the manufacture of pipelines by

multi-arc welding with generators

Conducător ştiinţific

Prof.dr.ing. Radu IOVĂNAȘ

BRASOV, 2015

Page 2: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Contribuții la realizarea conductelor magistrale prin sudare multiarc pe generatoare

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 2

MINISTERUL EDUCAŢIEI NAŢIONALE

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV

BRAŞOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525

RECTORAT

D-lui (D-nei) ..............................................................................................................

COMPONENŢA

Comisiei de doctorat

Numită prin ordinul Rectorului Universităţii „Transilvania” din Braşov

Nr. 6789 din 25.07.2014

PREŞEDINTE: Prof. dr. ing. ȚIEREAN Mircea Horia

Director Departament Ingineria Materialelor și Sudură

Universitatea ,,Transilvania” din Brașov

CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: Prof. dr. ing. IOVĂNAȘ Radu

Universitatea ,,Transilvania” din Brașov

REFERENŢI: Prof. dr. ing. SCUTELNICU Elena

Universitatea ,,Dunărea de Jos” Galați

Prof. dr. ing. VOICULESCU Ionelia

Universitatea ,,Politehnica” București

Prof. dr. ing. MACHEDON PISU Teodor

Universitatea ,,Transilvania” din Brașov

Data, ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat: 04.03.2015, ora 1000

,

sala I. I. 6.

Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării vă rugăm să

le transmiteţi în timp util, pe adresa: cosmin.toma @arcelormittal.com

Totodată vă invităm să luaţi parte la şedinţa publică de susţinere a tezei de

doctorat.

Vă mulţumim.

Page 3: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

C. TOMA- Teză de doctorat Pag.3

CUPRINS

Pg.

teza

Pg.

rezumat

Introducere…………………………………………………………..…………….. 7 9

1. Stadiul actual al fabricării conductelor magistrale………………….……… 9 11

1.1. Conducte magistrale................................................................................ 9 11

1.2. Oțeluri utilizate........................................................................................ 13 11

1.2.1. Oțeluri uzuale……………………………………………………… 13 11

1.2.2. Prezentare oțel X52 MS…………………………………………… 17 12

1.3. Concluzii................................................................................................... 19 -

2. Procedee de sudare actuale utilizate la fabricarea conductelor

magistrale...........................................................................................................

20

14

2.1. Sudarea sub strat de flux............................................................................... 20 -

2.1.1. Sudarea sub strat de flux cu o sârmă.................................................. 20 -

2.1.1.1. Parametrii procesului de sudare sub strat de flux………….. 23 -

2.1.1.2. Fluxuri pentru sudare……………………….……………… 28 -

2.1.1.3. Aplicații ale procedeului se sudare sub flux cu o sârmă la

fabricarea conductelor magistrale.........................................

30

-

2.1.2. Sudarea sub strat de flux multiarc………………………………… 31 -

2.1.2.1. Sudarea sub strat de flux cu două sârme electrod…………… 31 -

2.1.2.2. Geometria îmbinărilor sudate sub strat de flux...................... 35 -

2.1.2.3. Aplicații ale procedeului de sudare sub flux multiarc la

fabricarea conductelor magistrale………………………….

37

-

2.2. Procedeul de sudare MIG – MAG………………………………………… 38 -

2.2.1. Principiul sudării MIG – MAG…………………………………… 38 -

2.2.2. Tipuri de transfer a materialului de depus prin arcul electric............. 40 -

2.2.2.1. Transfer prin scurt – circuit (short - arc)................................ 41 -

2.2.2.2. Transfer prin pulverizare axială (spray – arc)……………… 42 -

2.2.2.3. Transfer globular.................................................................... 43 -

2.2.2.4. Regim pulsat……………………………………………… 43 -

2.2.2.5. Transferul prin scurt – circuit forţat (short – arc +)……… 45 -

2.2.3. Pregătirea rosturilor……………………………………………….... 45 -

2.2.4. Sudarea MIG – MAG cu două sârme………………………………. 46 15

2.2.4.1. Sudarea MIG – MAG cu sârme gemene…………………… 48 -

2.2.4.2. Sudarea MIG – MAG Tandem............................................... 50 -

Page 4: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Cuprins

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4

2.3 Tehnologia cadru generală de execuție a țevilor pentru conducte

magistrale prin sudare pe generatoare.........................................................

57

17

2.4. Concluzii………………………………………........................................... 62 -

3. Obiectivele tezei de doctorat…………………………………………………… 64 21

3.1. Tendinţe actuale ale cercetărilor în domeniul abordat…………………… 64 21

3.2. Motivația și obiectivele cercetărilor……………………………………… 64 21

4. Contribuții privind aplicarea procedeelor de sudare multiarc MAG

Tandem la sudarea conductelor magistrale………………………………….

66

23

4.1. Metodologia utilizată în cadrul cercetărilor experimentale……………… 64 21

4.2. Realizarea îmbinărilor sudate cap la cap, din oțel X52MS, prin procedeul

MAG TANDEM, în regim robotizat………………………………………

58

25

4.2.1. Realizarea îmbinărilor sudate cap la cap cu rost în ,,Y”……………. 78 27

4.2.1.1. Realizarea îmbinărilor sudate cap la cap cu rost în ,,Y”,

MAG Tandem cu două sârme, prin trei cordoane sudate

(varianta I)…………………………………………………...

78

27

4.2.1.2. Realizarea îmbinărilor sudate cap la cap cu rost în ,,V”,

MAG Tandem cu două sârme, prin trei cordoane sudate

(cordon 3 transversal - varianta II)…………………………..

86

33

4.2.1.3. Realizarea îmbinărilor sudate cap la cap cu rost în ,,V”,

MAG Tandem cu două sârme prin 2 cordoane sudate

(cordon 2 transversal –varianta III )…………………………

99

37

4.2.2. Realizarea îmbinărilor sudate cap la cap cu rost în ,,X” (varianta

IV)………………………………………………………………….

100 41

4.3. Concluzii…………………………………………………………………... 106 -

5. Cercetări teoretice și experimentale privind modelarea matematică cu

elemente finite și verificarea experimentală a câmpului termic la operațiile

de sudare aplicate la fabricarea conductelor magistrale……………………

109

46

5.1. Ecuaţiile transferului termic în procesele de sudare………………………. 109 -

5.1.1. Condiţii de unicitate…………………………………………….…. 109 -

5.1.2. Analiza câmpului termic tridimensional……………………………. 110 -

5.1.2.1. Cazul sursei termice mobile cu distribuţie Gaussiană 3D… 110 -

5.1.2.2. Analiza câmpului termic produs de sursa termică

semielipsoidală……………………………………………

111 -

5.2. Modelarea cu elemente finite a procesului de sudare a țevilor…………….. 112 46

5.2.1. Ipoteze de calcul……………………………………………………. 112 46

Page 5: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Cuprins

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 5

5.2.2. Sudarea SAW – o sârmă + MAG –rădăcină, cap la cap, rost în X … 115 48

5.2.2.1. Analiza câmpurilor termice la sudarea SAW monoarc…… 116 48

5.2.2.2. Distribuţia şi variaţia tensiunilor Von Mises……………… 119 50

5.2.3. Sudarea SAW tandem două sârme + MAG - rădacină, cap la cap

rost în X……………………………………………………………

123 52

5.2.3.1. Analiza câmpurilor termice la sudarea SAW tandem……… 124 52

5.2.3.2. Distribuţia şi variaţia tensiunilor Von Mises………………. 127 53

5.2.4. Sudarea MAG Tandem cap la cap cu două sârme, cu rost în Y, prin

trei cordoane, pe pat de flux – varianta I…………………………..

129

55

5.2.4.1. Analiza câmpurilor termice la sudarea MAG - varianta I…. 130 55

5.2.4.2. Distribuţia şi variaţia tensiunilor Von Mises………………. 134 57

5.2.5. Sudarea MAG Tandem cap la cap cu două sârme, cu rost în Y, prin

trei cordoane, pe pat de flux – varianta II…………………………

136

58

5.2.5.1. Analiza câmpurilor termice la sudarea MAG Tandem -

varianta II…………..………………………………………

137

58

5.2.5.2. Distribuţia şi variaţia tensiunilor Von Mises……………… 141 60

5.2.6. Sudarea MAG Tandem cap la cap cu două sârme, cu rost în Y, prin

două cordoane – varianta III…..………………………………….....

144 61

5.2.6.1 Analiza câmpurilor termice la sudarea MAG - varianta III.. 145 62

5.2.6.2. Distribuţia şi variaţia tensiunilor Von Mises……………… 148 63

5.2.7. Sudarea MAG – Tandem cu rost în X asimetric - varianta IV...…… 150 64

5.2.7.1. Analiza câmpurilor termice la sudarea MAG – varianta IV.. 151 64

5.2.7.2. Distribuţia şi variaţia tensiunilor Von Mises……………… 154 66

5.3. Concluzii………………………………………………………………… 156 -

6. Concluzii finale. contribuţii originale. diseminarea rezultatelor. direcții

viitoare de cercetare.............................................................................................

158

67

6.1. Concluzii generale………………………………………………………… 158 67

6.2. Contribuții personale……………………………………………………… 161 70

6.3. Direcții de cercetare viitoare………………………………………………. 162 71

6.4 Modalități de valorificare…………………………………………………. 162 71

BIBLIOGRAFIE………………………………………………………………… 163 72

REZUMAT………………………………………………………………………… 169 78

CV………………………………………………………………………………… 170 79

Page 6: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

C. TOMA- Teză de doctorat Pag. 6

CONTENTS

Pg.

tehesis

Pg.

abstract

Introduction…………………………………………………………..………….... 7 9

1. The current stage of pipeline manufacturing ………………….…………... 9 11

1.1. Pipelines................................................................................................... 9 11

1.2. Used steels............................................................................................... 13 11

1.2.1. Common steels………………………………………………........... 13 11

1.2.2. Steel X52 MS……………………………………………………..... 17 12

1.3. Conclusions.............................................................................................. 19 -

2. Current welding procedures used in pipeline manufacturing...................... 20 14

2.1. Submerged arc welding................................................................................ 20 -

2.1.1. Single-wire submerged arc welding................................................... 20 -

2.1.1.1. The parameters of the submerged arc welding procedure..... 23 -

2.1.1.2. Welding fluxes……………………….….............................. 28 -

2.1.1.3. Application of the single submerged arc welding procedure

in pipeline manufacturing.....................................................

30

-

2.1.2. Multi-wire submerged arc welding…………………………............. 31 -

2.1.2.1. Two-electrode submerged arc welding …………………........ 31 -

2.1.2.2. The geometry of submerged arc welded joints...................... 35 -

2.1.2.3. Application of submerged welding process to manufacture

pipelines multiarc..................................................................

37

-

2.2. MIG – MAG welding procedure………………………………………...... 38 -

2.2.1. The principle of MIG – MAG welding…………………………….. 38 -

2.2.2. Types of transfer of the material deposited through the arc............... 40 -

2.2.2.1. Short - arc transfer................................................................. 41 -

2.2.2.2. Spray - arc transfer………………………............................. 42 -

2.2.2.3. Globular transfer.................................................................... 43 -

2.2.2.4. Tack weld……………………………………....................... 43 -

2.2.2.5. Short – arc + transfer……………………………………...... 45 -

2.2.3. Preparing joints………………………………………………........... 45 -

2.2.4. Two-wire MIG – MAG welding………………………………........ 46 15

2.2.4.1. Twin wire MIG – MAG welding………………………....... 48 -

2.2.4.2. Tandem MIG – MAG welding............................................... 50 -

Page 7: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Cuprins

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 7

2.3 The general framework technology for the manufacture of pipes by means

of welding with generators...........................................................................

57

17

2.4. Conclusions………………………………………....................................... 62 -

3. The goals of the PhD thesis…………………………………………………….. 64 21

3.1. Current trends of research…………………………………………............. 64 21

3.2. Motivation and aim of the research……………………………………...... 64 21

4. Contributions to the manufacture of pipelines by multi-arc welding with

generators …………………………………………………………………........

66

23

4.1. The methodology used in experimental research ……………………........ 64 21

4.2. Making X52MS steel butt welds through robotised Tandem MAG

welding …………………………………………………………………....

58

25

4.2.1. Making Y-joint butt welds………………………………………...... 78 27

4.2.1.1. Making Y-joint butt welds by means of the two-wire

Tandem MAG welding procedure with three weld runs

(variant I)................................................................................

78

27

4.2.1.2. Making V-joint butt welds by means of the two-wire

Tandem MAG welding procedure with three weld runs (run

3 transversal – variant II )……........…………………………

86

33

4.2.1.3. Making V-joint butt welds by means of the two-wire

Tandem MAG welding procedure with two weld runs (run 2

transversal – variant III)..........................................................

99

37

4.2.2. Making X-joint butt welds (variant IV)……………………….......... 100 41

4.4. Conclusions……………………………………………………………..… 106 -

5. Theoretical and experimental research on the finite element method and

experimental analysis of the thermal field in the welding operations used in

pipeline manufacturing.......................................................................................

109

46

5.1. The equations of heat transfer in welding ………………………..….......... 109 -

5.1.1. Uniqueness conditions…………………………………………...…. 109 -

5.1.2. Analysis of the three-dimensional thermal field………………......... 110 -

5.1.2.1. The mobile heat source with 3D Gaussian distribution ….... 110 -

5.1.2.2. Analysis of the thermal field generated by the half-ellipsoid

heat source ….......................................................................

111 -

5.2. The finite element method of pipe welding…………………………....…..... 112 46

Page 8: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Cuprins

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 8

5.2.1. Hypotheses……………………………………………………....….. 112 46

5.2.2. SAW– one wire + MAG – root, butt welding, X-joint ………...…... 115 48

5.2.2.1. The analysis of thermal fields in single-arc SAW …..…….. 116 48

5.2.2.2. Distribution and variation of the Von Mises stresses……..... 119 50

5.2.3. Tandem SAW - two wires + MAG - root, butt welding, X-joint ….. 123 52

5.2.3.1. The analysis of thermal fields in tandem SAW ………….... 124 52

5.2.3.2. Distribution and variation of the Von Mises stresses……..... 127 53

5.2.4. Y-joint two-wire butt tandem MAG welding, with three weld runs,

on flux bed - variant I……………………………………….............

129

55

5.2.4.1. The analysis of thermal fields in MAG welding - variant I.. 130 55

5.2.4.2. Distribution and variation of the Von Mises stresses……..... 134 57

5.2.5. Y-joint two-wire butt tandem MAG welding, with three weld runs,

on flux bed - variant II…………………………………….............

136

58

5.2.5.1. The analysis of thermal fields in MAG welding - variant II.. 137 58

5.2.5.2. Distribution and variation of the Von Mises stresses…….... 141 60

5.2.6. Y-joint two-wire butt tandem MAG welding, with three weld runs,

on flux bed - variant III………………………………….................

144

61

5.2.6.1 The analysis of thermal fields in MAG welding - variant III. 145 62

5.2.6.2. Distribution and variation of the Von Mises stresses……..... 148 63

5.2.7. Asymmetric X-joint tandem MAG welding - variant IV………..... 150 64

5.2.7.1. The analysis of thermal fields in MAG welding - variant IV 151 64

5.2.7.2. Distribution and variation of the Von Mises stresses……..... 154 66

5.3. Conclusions……………………………………………………………….. 156 -

6. Final conclusions. Original contributions. Dissemination of results. Future

research directions...............................................................................................

158

67

6.1. General conclusions………………………………………………….......... 158 67

6.2. Personal contributions…………………………………………………...... 161 70

6.3. Future research directions…………………………………………............. 162 71

6.4. Ways of exploitation………………………………..................................... 162 71

Bibliography……………………………………………………………………….. 163 72

Abstract…………………………………………………………………………...... 169 78

CV………………………………………………………………………………..…. 170 79

Page 9: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

C. TOMA- Teză de doctorat Pag. 9

INTRODUCERE

Creșterea pe plan mondial a consumului energetic din ultimii ani a condus la intensificarea

procesului de exploatare a resurselor. Astfel, pentru a putea răspunde cerințelor sporite din

domeniu, este necesară asigurarea unei infrastructuri adecvate, respectiv de extindere a conductelor

magistrale. În acest sens companiile implicate în construcția și exploatarea acestora, pun accentul pe

realizarea de produse durabile și cât mai fiabile, care să sugereze ideea de încredere și siguranță.

Ținând cont de preocupările actuale din domeniu, prezenta teză de doctorat a încercat să

aducă o contribuție privind elaborarea unor tehnologii alternative de fabricare a conductelor

magistrale prin sudare pe generatoare, utilizând procedee de sudare multiarc de mare productivitate,

cu consumuri energetice reduse, dezvoltându-se în acest sens procedeul de sudare MIG / MAG

Tandem, în varianta mecanizată sau robotizată.

Teza de doctorat este structurată în 6 capitole, desfăşurate pe 168 pagini, ce cuprind 21

relaţii matematice de calcul, 90 figuri, 32 tabele, 112 referinţe bibliografice.

Capitolul 1 ,,Stadiul actual al fabricării conductelor magistrale”, prezintă elementele de

bază, constructive și funcționale ale conductelor magistrale, destinațiile acestora, precum și

diversitatea de oțeluri utilizate la construcția lor, caracteristicile specifice ale acestora și valorile de

încadrare ale încercărilor privind caracterizarea lor, conform normativelor internaționale în vigoare.

De asemenea este prezentat oțelul X52MS , asupra căruia s-au îndreptat cercetările efectuate în

cadrul tezei de doctorat.

Capitolul 2 intitulat ,,Procedee de sudare actuale utilizate la fabricarea conductelor

magistrale”, abordează din punct de vedere teoretic procedeele de sudare actuale utilizate la

fabricarea conductelor magistrale și anume sudarea automată sub strat de flux (SAF), varianta

clasică cu o sârmă cat și cele de mare productivitate cu 2 - 4 sârme), precum și procedeul de sudare

MIG/MAG, la acest procedeu punându-se accent pe varianta recentă MAG Tandem, care a

constituit procedeul care s-a aplicat în programul experimental.

Capitolul 3 ,,Obiectivele tezei de doctorat”, definește tendinţele actuale ale cercetărilor în

domeniul abordat precum și motivația și obiectivele concrete ale tezei.

Capitolul 4 ,,Contribuții privind aplicarea procedeelor de sudare multiarc mag tandem

la sudarea conductelor magistrale”, este dedicat cercetărilor experimentale efectuate și au vizat

înlocuirea parțială sau totală a procedeelor de sudare sub strat de flux, utilizate actualmente la

fabricarea conductelor magistrale cu sudură pe generatoare cu procedeul de sudare MAG Tandem.

Capitolul debutează cu prezentarea metodologiei utilizată în cadrul cercetărilor

experimentale și cu descrierea montajelor realizate și experimentate. De asemenea sunt prezentate

Page 10: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Introducere

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 10

programele realizate de control a parametrilor principali de sudare (Is, Ua, Vas, Qgaz) pentru fiecare

sârmă material de adaos, precum și a vitezei de sudare, Vs.

În continuare sunt prezentate efectiv experimentările efectuate, care au inclus realizarea de

trei tipuri de îmbinări sudate pentru perechi de table confecționate din oțel X52 MS, cu rost în Y,

(cu 3 și 2 cordoane, realizate unilateral, cu suport pe pat de flux), și pe perechi de table cu rosturi în

X (2 cordoane, realizate bilateral). Pentru fiecare tip de îmbinare au fost elaborate procedurile

specifice de lucru (WPS-uri).

Îmbinările sudate au fost caracterizate, conform procedurilor în vigoare, asupra acestora

efectuându-se controalele uzuale, respectiv: control vizual, control defectoscopic, determinarea

caracteristicilor mecano - metalografice (examinarea macro și microscopică, încercarea de duritate,

încercarea la tracțiune, încercarea la îndoire, încercarea la reziliență), rezultatele fiind prezentate

sintetic, sub forma de tabele și diagrame.

Din interpretarea rezultatelor obținute în urma încercărilor efectuate a rezultat faptul că toate

îmbinările sudate realizate în cadrul programului experimental au corespuns din punct de vedere al

controlului dimensional și defectoscopic, rezultatele încercărilor mecano - metalografice s-au

încadrat în limitele prevăzute de normativele în vigoare. Astfel, cele 4 tehnologii de sudare

investigate, prin aplicarea procedeului de sudare MAG Tandem, nu afectează în mod special

comportarea mecano – metalurgică a otelului X52 MS, îmbinările având o plasticitate și tenacitate

corespunzătoare, dovedindu-se aplicabile la sudarea acestui tip de oțel.

Ca urmare a rezultatelor obținute, în finalul capitolului se poate concluziona faptul că

procedeul de sudare MAG Tandem, poate deveni o alternativă de înlocuire cu succes a procedeelor

de sudare sub flux SAF și sudarea combinată SAF și MIG / MAG, care a reprezintă varianta de

referință clasică aplicată încă in domeniul fabricației de conducte magistrale.

În capitolul 5, intitulat ,,Cercetări teoretice și experimentale privind modelarea

matematică cu elemente finite și verificarea experimentală a câmpului termic la operațiile de

sudare aplicate la fabricarea conductelor magistrale”, Au fost efectuate analizele câmpurilor

termice, pentru tehnologia clasică aplicată precum și pentru fiecare din cele 4 variante

experimentate, pe baza modelarii cu elemente finite a proceselor de sudare, având la bază valorile

concrete ale tuturor parametrilor reali utilizați determinându-se distribuția și variația tensiunilor

Von Mises în fiecare cordon de sudură din îmbinările sudate analizate.

Capitolul 6 ,,Concluzii finale, contribuţii originale, diseminarea rezultatelor, direcții

viitoare de cercetare”, prezintă concluziile generale, formulate pe baza studiilor elaborate,

elementele de originalitate ale tezei de doctorat, direcţiile de dezvoltare a cercetărilor viitoare,

specifice domeniului abordat şi o sinteză a modalităţilor de valorificare a rezultatelor cercetării.

Teza de doctorat se încheie cu prezentarea referinţelor bibliografice.

Page 11: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 11

CAPITOLUL 1

STADIUL ACTUAL AL FABRICĂRII CONDUCTELOR

MAGISTRALE

1.1. Conducte magistrale

Referindu-ne la modul general, sistemele de conducte sunt ansambluri formate din două sau

mai multe conducte racordate între ele, utilizate la transportul şi distribuţia aceluiaşi agent de lucru.

Clasificarea conductelor se face în funcţie de natura fluidelor transportate, de structura şi

dimensiunile conductelor, precum şi de soluţiile avute în vedere la amplasarea lor în teren.

După rolul lor tehnologic, părţile unui sistem de conducte se încadrează în patru grupe:

elemente de conductă, protecţii, suporturi, aparatură.

Ţevile utilizate la executarea tronsoanelor rectilinii ale traseelor de conducte se

confecţionează din diverse mărci de oţel, fonte, aliaje neferoase sau din materiale nemetalice.

Alegerea materialelor conductelor se face pe baza unor criterii tehnice şi economice care ţin seama

de condiţii tehnice de funcţionare, compatibilitatea dintre fluidul transportat şi conductă,

proprietăţile mecanice ale materialelor, posibilităţile de prelucrare, sudare şi tratare.

În fig. 1.1 a se prezintă o vedere parțială a unui traseu de conducte magistrale pentru

transport gaze, în fig. 1.1 b aspectul țevilor fabricate prin sudare pe generatoare, iar în fig. 1.1 c

aspectul țevilor fabricate prin sudare elicoidală.

a) b) c

Fig. 1.1 Conducte magistrale

a) aspect general; b) țevi sudate longitudinal; c) țevi sudate elicoidal

1.2. Oțeluri utilizate

1.2.1. Oțeluri uzuale

Ţevile utilizate la realizarea tubulaturilor conductelor de transport şi de distribuţie petroliere

(destinate vehicularii petrolului, produselor petroliere lichide şi gazelor naturale) se realizează din

oţeluri şi pot fi fabricate sub formă de ţevi laminate la cald (fără sudură) şi ţevi sudate longitudinal

Page 12: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 1. Stadiul actual al fabricării conductelor magistrale

C.TOMA - Teză de doctorat Pag. 12

sau elicoidal. Oţelurile ,,clasice” utilizate la fabricarea ţevilor pentru conducte sunt alese conform

recomandărilor din API Spec. 5L [*** 07].

1.2.2. Prezentare oțel X52 MS

Oțelul X52MS a apărut din dorința de a dezvolta proprietățile mecanice și chimice ale

oțelului de bază X52 din API 5L [*** 07]. Acesta este destinat construcțiilor de gazoducte care

lucrează în medii puternic coroziv (apă sărată, deșert, etc.), fig. 1.2. Acest oțel trebuie să aibă un

conținut scăzut de Sulf sub 20 ppm, lucru destul de greu de realizat fiind necesară în acest sens

desulfurarea oțelului în stare lichidă cu ajutorul calciului și apoi alierea cu niobiu și titan. Practic se

spune că este un oțel pur, otel curat.

Fig. 1.2. Conducte pentru gazoducte ce lucrează în medii puternic corozive

Denumirea populară a acestui oțel este X52 sour service și provine de la faptul că se

utilizează în medii acide, corozive, el prezentând bune rezultate la testele HIC (Hidrogen Induced

Cracking) și SSC (Sulfide Stress Cracking).

Compoziția chimică a oțelului X52 MS impusă de standardul API 5L, anexa H și cea

rezultată în urma analizelor chimice efectuate probe de dimensiuni (400x125x12 mm) din table de

oțel X52MS utilizate în cadrul experimentărilor este prezentată în tabelul 1.6.

Tabel 1.6 Compoziție chimică oțel X52 MS

Compoziția chimică [%]

API 5L

Cb

Mnb

Si P S Cu Ni Cr Mo

0.10 1.45 0.45 0.020 0.002 - - - -

V Ti Al N Nb B

0.05 0.04 - - 0.06 -

Placă

de oțel

X52MS

C Mn Si P S Cu Ni Cr Mo

0.045 0.99 0.35 0.006 0.002 0.02 0.02 0.04 0.004

V Ti Al N Nb B

0.021 0.2 0.035 0.005 0.031 0.0003

b – pentru fiecare reducere de 0.01% sub maximul specificat pentru carbon, este permisă o creștere de 0.05%

peste maximul specificat pentru Mn, până la o creștere maximă de 0.20%.

După cum se poate observa din tabel valorile obținute sunt în concordanță cu standardul API 5L.

Page 13: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 1. Stadiul actual al fabricării conductelor magistrale

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 13

Proprietățile mecanice și alte caracteristici ale oțelului X52 MS (API 5L) precum și cele

determinate pe eșantioanele de tablă sunt prezentate în tabelul 1.7.

Tabel 1.7 Caracteristicile mecanice

X52 MS Rm

[N/mm2]

Rt0.5

[N/mm2]

Rt0.5/Rm Duritatea

HV10

Temperatura

[0C]

Energia

de

rupere

KV [J]

API 5L 460 – 760 360 – 530 Maxim

0.93 Max. 250 0 Minim 40

Placă de

oțel

X52MS

539 463 0.86 180 0 186

(3V2)

1.2.3. Analiza comportării la sudare a oțelului X52 MS:

Determinarea sudabilităţii oțelului X52 MS , utilizând metoda IIW (International Institute of

Welding), se poate realiza cu ajutorul carbonului echivalent, relația 1.1:

15

%%

5

%%%

6

%%%

CuNiVMoCrSiMnCCeIIW

(1.1)

Introducând valorile reale ale elementelor chimice rezultă valoarea CEiiw=0,24%:

Conform literaturii de specialitate [VIȘ 08] criteriul de comparație dintre procentul de Ce și

sudabilitate este prezentat în tabelul 1.8.

Tabel 1.8 Criteriul de comparație dintre % Ce și sudabilitate

%Ce Sudabilitate

Pina la 0.35% Excellent

0.36% – 0.40% Foarte bun

0.41% – 0.45% Bun

0.46% – 0.50% Slab

Peste 51% Foarte slab

Având în vedere că în urma calculelor a reieșit valoarea Ce = 0.24 %, rezultă că oțelul

X52MS este ușor sudabil, neavând nevoie de preîncălzire sau alte pregătiri suplimentare.

Caracteristicile mecanice determinate pe probe după sudare, sunt prezentate în tabelul 1.9.

Tabel 1.9 Caracteristici mecanice după sudare

X52 MS Rm (BM)

[N/mm2]

Rt0.5

[N/mm2] Rt0.5/Rm

Rm (CS)

[N/mm2] HV10

Temp.

[0C]

Energia de rupere KV

[J]

API 5L 460 – 760 360 – 530 Maxim

0.93

Minim

460 Max. 250 0 Minim 27

X52 MS

- 510 471 0.92 564

202 – CS

183 - ZIT 0

182-194-168 – MB (3V2)

62 – 71 – 54 – CS (3V2)

176-168-183 – ZIT (3V2)

Page 14: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 14

CAPITOLUL 2

PROCEDEE DE SUDARE ACTUALE UTILIZATE LA

FABRICAREA CONDUCTELOR MAGISTRALE

Datorită geometriei și dimensiunilor specifice ale conductelor magistrale, din categoria

procedeelor de sudare prin topire care se utilizează la fabricarea lor se disting două procedee de

bază, de mare productivitate și anume sudarea sub strat de flux și sudarea în medii de gaze

protectoare. Utilizate pe scară largă în varianta clasică cu o sârmă, aceste procedee au cunoscut

în ultimii ani progrese semnificative în sensul creșterii productivității, calității și a gradului de

automatizare / robotizare, dezvoltându-se variantele de sudare multi - arc cu 2 și mai multe

sârme materiale de adaos.

2.1.1.3. Aplicații ale procedeului se sudare sub flux multiarc la fabricarea

conductelor magistrale

Firmele specializate în fabricarea de echipamente de sudare sub flux de mare

productivitate, multi arc, livrează la ora actuala o gamă largă de echipamente integrate,

specializate. Spre exemplificare, în fig. 2.17 a, se prezintă aspectul unei instalații de sudare sub

flux cu două sârme, destinată realizării îmbinărilor sudate pe exterior, capul de sudare fiind

amplasat într-un sistem (consolă) care permite deplasarea automatizată, după traiectoria

necesară, cu urmărirea permanentă a rostului și controlul parametrilor de sudare. Capul de sudare

sub strat de flux, cu două sârme, prezentat în fig. 2.17 b este destinat realizării îmbinărilor sudate

cu acces din interior (cazul conductelor magistrale), deplasarea capului de sudare realizându-se

fie cu un tractor cu deplasare automată, prin urmărirea traseului rostului, fie fixat pe o consolă,

care pătrunde în interior cu viteza tehnologică de sudare.

a) b)

Fig.2,17. Aspectul unei instalații de sudare multiarc sub strat de flux experimentată

a) sudare pe exterior, b) sudare pe interior

Page 15: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 2. Procedee de sudare actuale utilizate la fabricarea conductelor magistrale

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 15

Sunt folosite și echipamente integrate cu trei arce (fig. 2.18 ) în băi comune (fig. 2.18 a)

sau băi separate (fig. 2.18 b) recomandate pentru sudarea cusăturilor lungi și din table groase.,

[*** CMR]

a) b)

Fig. 2.18 Sudare sub strat de flux multiarc [*** CMR]

a) în băi comune, b) în băi separate

2.2.4. Sudarea MIG – MAG cu două sârme

Sudarea MIG – MAG cu două sârme utilizează sârme cu dimensiuni normale care nu

necesită o viteză mare de alimentare ca în cazul procedeelor productive de sudare cu o singură

sârmă. Acest lucru este posibil datorită faptului că acea cantitate de material de adaos necesară

pentru îmbinare poate fi distribuită pe două sârme şi două arce. Consecința acestui fapt rezidă în

scăderea vitezei de alimentare a fiecărei sârme şi a presiunii arcului în comparație cu sudarea cu

o singură sârmă cu aceeași productivitate.

Așadar, sudarea MIG – MAG cu două sârme poate ajunge la cel mai înalt grad de

productivitate deoarece presiunea arcului este distribuită pe o zonă mai mare ceea ce permite

setarea parametrilor de sudare înainte să apără anumite limitări ale procesului.

Echipamentul de sudare este compus din mecanismele de alimentare a celor două sârme

prevăzute cu un pistol de sudare pentru sârmele duble şi în multe cazuri dintr-un sistem

automatizat care permite sudarea cu impulsuri sincronizate sau alimentarea sârmelor la viteze

diferite, (cordonul de rădăcină și cordoanele de umplere a rostului pot fi realizate în același

timp).

Sudarea MIG – MAG cu două sârme implică două procedee de sudare:

cu sârme gemene;

tandem.

Poziţionarea sârmelor se poate realiza astfel:

arc dublu (două sârme alimentate printr-un pistol de sudare cu o duză formând un arc

comun sau două arce)

arc tandem (două sârme alimentate printr-un pistol de sudare cu o două duze formând

două arce separate).

Page 16: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 2. Procedee de sudare actuale utilizate la fabricarea conductelor magistrale

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 16

Figura 2.27 prezintă sudarea cu două sârme gemene şi sudarea tandem.

a) b)

Fig. 2.27. Sudarea MIG – MAG cu două sârme.

a) sudarea cu două sârme gemene, b) sudarea tandem.

În configurarea sudării cu două sârme, cei 2 electrozi fuzibili folosesc aceeaşi zonă de

contact / potențial electric, electrozii sunt izolați electric permiţând utilizarea unor setări

independente de proces.

Valoarea totală a energiei liniare pentru metodele de sudare cu două sârme, în comparaţie

cu metodele de sudare cu o singură sârmă nu este neapărat mai mare. Ea depinde, bineînţeles de

setarea procedeului, dar de obicei valoarea energiei liniare în cazul sudării tandem este egală sau

puţin mai ridicată decât cea a sudării cu o singură sârmă. Față de echipamentul clasic de sudare

MIG / MAG cu o sârmă, echipamentele pentru varianta tandem conțin două surse de sudare

performante, independente, sistemele de avans sârmă electrod comandate de cele două surse, de

unde sârmele sunt aduse în elementul comun, capul de sudare,(fig. 2.37) ieșind prin 2 ajutaje, la

distanțele reglate, în diuza de sudare prin care este dirijat și gazul care protejează concomitent

cele două arce de sudură. Forma duzei de ieșire este eliptică, sârmele fiind poziționate simetric

față de conturul interior al duzei, asigurând o protecție uniformă a celor două arce cu gaz

protector. Pentru evitarea supraîncălzirii duzei (operațiile de sudare sunt de regulă de lungă

durată) se asigură o răcire continuă cu apă recirculată a corpului duzei, precum și altor zone care

se pot încălzi peste limitele acceptabile în timpul lucrului.

a) b) c)

Fig.2.37 Cap de sudare MIG / MAG Tandem

Page 17: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 2. Procedee de sudare actuale utilizate la fabricarea conductelor magistrale

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 17

Sudarea MIG/MAG tandem nu se efectuează manual, dat fiind greutatea capului de

sudare și necesitatea deplasării precise în axa rostului, motiv pentru care capul de sudare se

amplasează pe suporți adaptabili la sisteme de deplasare și poziționare diversificat, acestea

făcând parte din sisteme integrate adaptive. Astfel, în cazul utilizării procedeului pentru

realizarea sudurilor de colț pentru sudarea grinzilor (cu inima plină sau cheson) pe lungimi

considerabile, sau al diverselor construcții metalice se amplasează pe utilaje tipice de tip grindă

cu coloană, cărucioare de deplasare specializate, etc. Întrucât procedeul de sudare MIG/MAG

Tandem poate fi aplicat în majoritatea pozițiilor de sudare cel mai frecvent el se utilizează în

varianta robotizată, putând aborda aplicații ca sudarea confecțiilor metalice spațiale (în care

cordoanele de sudură au traiectorii, dimensiuni și poziții diversificate), recipiente sub presiune

(pe generatoare și cap la cap virola cu capac) și bineînțeles la fabricarea și sudarea conductelor

magistrale

Având o dezvoltare explozivă în ultimii ani, echipamentele de sudare MIG / MAG

tandem fabricate de o serie de firme de prestigiu (Lincoln Electric, CLOOS; Froniu, Abicor

Binzel, TBi Industries,etc.) diferă prin gradul de automatizare și de robotizare, în funcție și de

destinația aplicației și producția preconizată. Spre exemplificare în fig. 2.38 se prezintă două

variante de roboți de sudare echipați cu instalații de sudare MIG/MAG Tandem.

În cadrul tezei de doctorat am abordat sudarea MIG/MAG tandem, pe generatoare a

conductelor magistrale, am folosit în cadrul programului experimental un montaj format dintr-o

celulă robotizată de sudare echipată cu o instalație de sudare de acest tip, descrisă la capitolul 4.

2.3 Tehnologia cadru generală de execuție a țevilor pentru conducte

magistrale prin sudare pe generatoare [1]

În urma fazelor preliminare de debitare, teșire, tablele sunt roluite si pregătite pentru

sudare. De regulă, întregul proces este complet automatizat , pentru faza de sudare acestea fiind

dispuse pe standuri cu role care realizează rotirea si poziționarea în vederea accesului instalațiilor

de sudare și a dispozitivelor aferente. În funcție de grosimea tablelor și de diametrul țevilor se

stabilește tehnologia de sudare propriu - zisă, prezentată sintetic sub forma WPS.

În continuare se prezintă o tehnologie cadru generală de fabricație prin sudare pe

generatoare a țevilor (Ø 700mm), din oțel X52MS, g=12 mm.

Dat fiind grosimea tablei de 12 mm, pregătirea rostului s-a realizat cu rost în X simetric,

(detaliu de sudură WPS 1) care permite sudarea cap la cap, bilaterală, prin două procedee:

- automat, MAG (135), la rădăcină, pe exterior;

- automat sub flux, SAW (121-2-H), pe interior, care realizează retopirea parțiala a

stratului de rădăcina și umplerea rostului interior, printr-o singură trecere;

Page 18: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 2. Procedee de sudare actuale utilizate la fabricarea conductelor magistrale

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 18

- automat sub flux, SAW (121-2-H), pe exterior, care retopește parțial stratul de rădăcina

și realizează umplerea rostului exterior, printr-o singură trecere.

De menționat că, prinderea provizorie (haftuirea), se realizează semiautomat, MAG,

unilateral prin exterior, prin cordoane scurte și echidistante.

Parametrii de sudare, materialele de adaos, gazele de protecție, tehnica de sudare și alte

detalii tehnologice, sunt descrise sintetic în WPS 1.

WPS 1 SPECIFICAȚIA PROCEDURII DE SUDARE

(Conform EN ISO 15609-1:2004 ) Denumire reper:

PROCEDEU DE SUDARE

135 121 121 Tip Manual Semiautomatic

MAG SAW SAW Machine Automatic

MATERIALE DE BAZĂ MATERIALE DE ADAOS

MB

1,2

Marca: X52 MS EN or AWS

Grupa: 2 / subgrupa 2.1 [1] EN ISO 14341: G 42 4 M G3Si1( Filcord C)

Grosime

[mm]: 12

[2] EN 756: S2 (AS35)

[3] EN 14174: S A AB 1 67 AC H5 (AS461)

Uscare: 350°C / 2 h Flux

Temp. preîncălzire [°C]: 10 Gaz prot.: CORGON 18

Temp.max. intre straturi [°C]: 175 Debit gaz [litru/min]: 20

Postincălzire [°C / hours]: - Gaz la radac. [litru/min]: NA

DETALIU DE SUDURĂ

REGIM DE SUDARE

Rând Proc.

sudare

Denumire

mat. aport

Dimensiune

material de

adaos, Φ

[mm] Curent Tens.

Tip,

Pola-

ritate

Vitez.

sud.

Energ.

lineară

135 FILCORD C 1,2 300 27 DC+ 95 5,12

Tack welds: Shall be equally spaces and when are not removed then ground and

inspected

1 135 FILCORD C 1,2 308 30 DC+ 95 5,84

2 121

AS 35 + flux

AS 461 4 700~720 36 DC+ 61 25,4

3 121

AS 35 + flux

AS 461 4 640~650 35 DC+ 51 26,7

TEHNICA DE SUDARE Revizia / Data

Pregătire margini: Mecanic

Pendular: -

Crăițuire: -

Curățire între treceri: Perie

Distanța duză contact la piesă: [2] 35-40 mm pt. SAW

Poziția și sensul de sudare: PA

Viteza avans sârmă [cm/min] NA

Oscilare (amplitudine,frecvență,dwell time): NA

Detalii sudare plasmă / Plasma welding details , torch angle: NA

Page 19: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 2. Procedee de sudare actuale utilizate la fabricarea conductelor magistrale

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 19

Din gama de încercări uzuale (conform normativelor specifice în vigoare) care s-au

utilizat la caracterizarea și testarea îmbinărilor sudate, realizate la sudarea pe generatoare a

conductelor magistrale de acest tip, se prezintă sintetic rezultatele acestora.

Examinarea macroscopică și microscopică a îmbinărilor sudate.

Macrostructural, îmbinările din table roluite, din oțel X52MS, g= 12,5mm, sudate cap

la cap, cu rost în X asimetric, au prezentat un aspect corespunzător, cu o bună pătrundere între

straturi și laterală cu marginile rostului. Cordonul ,,de rădăcină, realizat MIG / MAG, a topit

partea centrală a umărului rostului în X asimetric, oferind un suport material substanțial

următoarelor straturi bilaterale, fiind retopit parțial de ambele parți de către cele două cordoane

de sudură realizate SAW. Cordoanele de sudură sunt distincte, cu un aspect columnar

caracteristic, aspectul acestora fiind prezentat în fig.4.18.

Fig. 4.18 Macrostructură

Fig. 4.19 Analiza microstructurală

Microstructurile realizate în zonele specifice MB - structura ferito - perlitică, dispusă

sub forma de șiruri de punctaj 3, cu o granulație uniformă de punctaj 9 - 9,5; ZIT - este alcătuită

din zona cu structura feritoperlitică fina și zona cu structură bainitică ; MD –cu structură formată

din cristale columnare orientate în direcția frontului de solidificare.

Măsurătorile de duritate, realizate în zonele caracteristice ale îmbinărilor sudate

(fig.4.20), înregistrează valori care se încadrează sub limitele maxime admisibile (tabel 4.4)

MB 100 X MD 100X

ZIT 1 100X ZIT 2 500X

Page 20: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 2. Procedee de sudare actuale utilizate la fabricarea conductelor magistrale

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 20

Fig. 4.20 Zonele de măsurare a durităților HV 10

Tabel 4.4 Valorile durităților HV 10 măsurate

Încercările la tracțiune și la încovoiere prin soc (reziliența), realizate pe probe de îmbinări

sudate în vederea omologării tehnologiei de sudare, conform normativelor specifice în vigoare,

au înregistrat valorile medii prezentate în tabelele nr.4.5 și 4.6.

Tabel 4.5 Valorile rezistenței la tracțiune

Tabel 4.6 Încercarea la încovoiere prin soc - reziliența (la 200C și 0

0C)

Proba / Nr. încercări Tip si dimensiuni

[mm]

T

[ºC]

Reziliența

[J/cm2]

Energie rupere

[J]

MB

1 V55/10/5 0 48,2 241

2 V55/10/5 0 51,6 258

3 V55/10/5 0 54,8 274

CS

4 V55/10/5 0 23,6 118

5 V55/10/5 0 22,2 111

6 V55/10/5 0 26,6 133

ZIT

7 V55/10/5 0 32,6 163

8 V55/10/5 0 31,6 158

9 V55/10/5 0 53,4 267

Valorile determinărilor privind caracterizarea îmbinărilor sudate, conform tehnologiei de

sudare actuale prezentată, vor constitui o baza de comparație pentru rezultatele obținute asupra

îmbinărilor sudate realizate prin tehnologiile experimentate în cadrul prezentei teze.

Zona Amprenta HV10

MB 1 181 183 181

2 188 183 183

3 186 183 183

ZIT 4 197 199 199

5 199 205 205

6 197 201 199

MD 7 206 202 210

8 216 216 210

9 225 218 219

Nr. test Dimensiuni proba Fr [N] Rm [N/mm

2]

ts [mm] b [mm] Lo [mm] Lc [mm]

Test 1 12 38 50 100 146 483

Test 1 12 38 50 100 142 482

Page 21: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

C. TOMA – Teză de doctorat Pag. 21

CAPITOLUL 3

OBIECTIVELE TEZEI DE DOCTORAT

3.1. Tendinţe actuale ale cercetărilor în domeniul abordat

Ca o consecință a competiției din ce în ce mai acerbe, dintre companiile implicate în

construcția și exploatarea conductelor magistrale și a presiunii crescânde de diminuare a costurilor,

dezvoltatorii de sisteme de sudare, în special cele de mare productivitate (SAF, MIG / MAG și

combinații ale acestora) caută permanent tehnice pentru creșterea productivității procesului de

fabricație, în speță a procesului de sudare și scăderea costurilor de fabricație. În firmele

producătoare de țevi sudate și conducte magistrale din țară se aplică, în general, procedeul clasic de

sudare SAF (cu o sârmă electrod, variante de sudare cu două sârme electrod), combinate cu

procedeul de sudare MIG / MAG.

Tendinţele actuale ale cercetărilor în domeniul abordat constau în elaborarea unor tehnologii

performante de fabricare a conductelor magistrale prin sudare pe generatoare utilizând procedee de

sudare multiarc de mare productivitate, cu consumuri energetice reduse, în acest sens dezvoltându-

se si procedeul de sudare MIG / MAG Tandem, în varianta mecanizată sau robotizată.

3.2. Motivația și obiectivele cercetărilor

Motivația alegerii temei abordate este în primul rând creșterea gradului de cunoaștere în

domeniul fabricării conductelor magistrale prin aplicarea celor mai recente sisteme de sudare

productive, cu consumuri energetice cât mai reduse care să asigure îmbinărilor sudate calitate și

costuri mai reduse de fabricație.

Pentru a oferii informații utile celor care lucrează în domeniul fabricației de conducte

magistrale, cercetările vor fi axate spre următoarele obiective:

axarea experimentărilor pe o marcă de oțel uzuală și reprezentativă în construcția

conductelor magistrale respectiv marca X52MS, efectuându-se probe de sudură, conform

normativelor specifice, în vigoare;

realizarea unui plan de experimentări care să permită realizarea de îmbinări sudate cap

la cap, din table din oțel X52MS, cu dimensiunea de 500x150x12,5 mm, având rosturi prelucrate în

X (conform tehnologiei actuale) și în Y, aplicând procedeul de sudare MAG Tandem, în variantele

prezentate în tabelul nr. 3.1.

Page 22: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 3. Obiectivele tezei de doctorat

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 22

Tabel 3.1 plan de experimentări

Rost Varianta Procedeu sudare

Y

I.

1. MAG Tandem – 1sârmă

2. MAG Tandem - 2 sârme

(una după alta pe direcția de sudare)

3. MAG Tandem – 2 sârme

(una după alta pe direcția de sudare)

II.

1. MAG Tandem – 1sârmă

2. MAG Tandem - 2 sârme

(una după alta pe direcția de sudare)

3. MAG Tandem – 2 sârme

(transversal pe direcția de sudare)

III.

1. MAG Tandem - 2 sârme

(una după alta pe direcția de sudare)

2. MAG Tandem – 2 sârme

(transversal pe direcția de sudare)

X IV.

1. MAG Tandem - 2 sârme

(una după alta pe direcția de sudare)

2. MAG Tandem – 2 sârme

(transversal pe direcția de sudare)

realizarea de îmbinări sudate din probele de sudură, aplicând procedeul de sudare MAG

Tandem realizând un montaj experimental special destinat acestui scop, folosind baza materială

existentă în cadrul ICDD - UTBv, C12 ,,ECO - Tehnologii avansate de sudare,, formată din

instalația de sudare MIG / MAG Tandem cu două sârme alimentate din două surse de sudare Quinto

– GLC 603, adaptată pentru efectuarea îmbinărilor sudate din planul experimental, în regim

robotizat, prin folosirea unei Celule Robotizată de Sudare pe un robot de sudare tip QIROX 315.

realizarea de programe specializate pentru sudare MAG Tandem, în regim robotizat, a

îmbinărilor sudate testate, conform planului de experimentări;

realizarea încercărilor mecano - metalografice specifice, conform normativelor în

vigoare pentru caracterizarea îmbinărilor sudate obținute, conform planului de experimentări;

modelarea matematică a câmpurilor termice din îmbinările sudate, conform tehnologiei

actuale (combinată MAG și automat sub flux SAF) cât și a tehnologiilor de sudare MAG Tandem,

în cele 4 variante cuprinse în planul de experimentări;

analiza rezultatelor obținute prin analiza comparativă a câmpurilor termice, corelate cu

rezultatele încercărilor experimentale;

propunerea variantei optime de sudare MAG Tandem, pentru variantele experimentate,

care să satisfacă simultan criteriile urmărite de producătorii de structuri sudate (calitatea și siguranța

impusă îmbinărilor sudate, productivitatea procesului de sudare și eficiența economică determinată

de costurile produselor).

Page 23: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 23

CAPITOLUL 4

CONTRIBUȚII PRIVIND APLICAREA PROCEDEELOR DE

SUDARE MULTIARC MAG TANDEM LA SUDAREA

CONDUCTELOR MAGISTRALE

4.1. Metodologia utilizată în cadrul cercetărilor experimentale

Cercetările experimentale au vizat înlocuirea parțială sau totală a procedeelor de sudare sub

strat de flux, utilizate actualmente la fabricarea conductelor magistrale cu sudură pe generatoare cu

procedeul de sudare MIG /MAG Tandem.

La capitolul 1, a fost prezentată o tehnologie aplicată la ora actuală respectiv sudarea

combinată GMAW / SAW (cu o sârmă), pentru table cu rost în ,,X”. Pentru aceasta a fost realizată

o analiză amănunțită a câmpurilor termice, care a stat la baza comparării cu câmpurile termice

specifice tehnologiilor experimentate în cadrul tezei.

Diferența substanțială între sudarea sub flux (SAW), cu una sau două sârme și MAG

Tandem, constă în energiile liniare introduse de cele două procedee, astfel la sudarea SAW cu o

sârmă se utilizează sârmă de Ø 4mm și curenți de sudare cuprinși intre 600 – 800A și care, în

corelare cu viteza de sudare, realizează energii liniare care nu afectează calitatea îmbinării. Acestea

conduc la o creștere substanțială a productivității însă cu un consum mare de energie și implicit

costuri ridicate. În principiu acest procedeu este utilizat pentru diverse oțeluri pentru conducte

magistrale cu grosimi până la 15 mm.

Pentru grosimi mai mari de 20 mm la ora actuală se intenționează să se extindă utilizarea

procedeului de sudare SAW multiarc (2 – 5 sârme).

Experimentările din cadrul prezentei teze de doctorat au avut în vedere utilizarea unor

particularități importante ale procedeului de sudare MIG / MAG - TANDEM cu două sârme ca:

rată mare de depunere (până la 22 – 24 kg/oră material depus);

realizare a unor viteze mari de sudare;

posibilitatea utilizării procedeului cu același cap de sudare, atât în varianta simplă (cu o

sârmă) cât și în varianta cu două sârme, dispuse în tandem sau transversal direcției de

sudare.

Procedeul MIG / MAG Tandem s-a experimentat pe table din oțel X52 MS, de dimensiuni

400x150x12 mm, în două variante:

Page 24: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 4. Contribuții privind aplicarea procedeelor de sudare multiarc MAG Tandem la sudarea conductelor

magistrale

C TOMA - Teză de doctorat Pag. 24

Unilateral din exterior cu rosturi în V (cu 3 și 2 cordoane), cu suport pe pat de flux.

Bilateral din exterior și interior, cu rosturi în X (2 cordoane).

Experimentările privind aplicarea procedeelor de sudare multiarc MIG / MAG- Tandem s-au

desfășurat la Centrul de cercetare C12 „Eco-tehnologii avansate de sudare” aparținând ICDT-

UTBV, utilizându-se baza materială existentă.

Montajul experimental a constat în adaptarea robotului de sudare QIROX 315 cu 7 axe, tip

Celulă Robotizată de Sudare produsă de firma CLOOS , având amplasat un cap de sudare MIG /

MAG Tandem cu două sârme alimentat din două surse de sudare Quinto – GLC 603. Montajul a

permis realizarea unor programe cu controlul parametrilor principali de sudare (Is, Ua, Vas, Qgaz)

pentru fiecare sârmă material de adaos, precum și a vitezei de sudare,Vs.

Montajul experimental este prezentat în fig. 4.1 și permite realizarea de îmbinări (probe)

sudate, cap la cap, în poziție orizontală, a tablelor pregătite cu rost în ,,Y” și ,,X” .

a)

b)

Fig. 4.1 Montaj experimental utilizat la sudarea robotizată MIG /MAG Tandem

a) vedere frontală; b) vedere laterală

1 - robot de sudare; 2 - unitatea de comandă; 3 – surse de sudare MIG / MAG; 4 – cap de sudare

MAG Tandem; 5 - masă de poziționare

Programarea operaților de sudare s-a realizat utilizând softul celulei robotizate, constând din:

- prin programarea celulei robotizate se monitorizează setarea parametrilor procesului de

sudare în modul synergic, dependenți de deplasarea capului de sudare, respectiv

acţionând asupra: Vs, Vas1/as2, distanta duza – piesa, poziţia şi unghiul de înclinare a

capului de sudare;

- în funcţie de parametrii setaţi (Vs şi Vas) sursele de sudare (Quinto – GLC 603) răspund

automat la comanda programului debitând curentul, tensiunea şi debitul de gaz necesari.

Parametrii ce pot fi vizulizaţi pe display-ul unităţii (fig. 4.2).

Page 25: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 4. Contribuții privind aplicarea procedeelor de sudare multiarc MAG Tandem la sudarea conductelor

magistrale

C TOMA - Teză de doctorat Pag. 25

Fig. 4.2 Unitatea de programare și monitorizare a celulei robotizate

4.2. Realizarea îmbinărilor sudate cap la cap, din oțel X52MS, prin

procedeul MAG TANDEM, în regim robotizat.

În vederea posibilității aplicării tehnologiilor experimentate la realizarea conductelor

magistrale, cu sudură pe generatoare, s-au realizat îmbinări sudate pe perechi de table, cu marginile

pregătite în ,,Y” (sudate unilateral) și în ,,X” (sudate bilateral), utilizând același cap de sudare MIG

/ MAG tandem (cu 2 sârme material de adaos), alimentate de la cele două surse independente de

sudare, cu posibilitatea programării tuturor parametrilor de sudare (Is, Ua, Vas, Qgaz) pentru fiecare

sârmă material de adaos precum și a vitezei de sudare, Vs. Totodată s-a folosit și avantajul

posibilității rotirii capului de sudare astfel încât să se obțină cordoane de sudură cu sârmele

poziționate una după alta (tandem), sau transversal (perpendicular pe direcția de sudare), obținându-

se, prin corelare cu viteza de sudare, energii liniare optime, implicit cordoane cu lățimi și pătrunderi

diferite. De menționat că toate îmbinările sudate au fost realizate în regim robotizat, tablele fiind

poziționate orizontal.

S-au efectuat și îmbinări sudate prin pendularea capului de sudare MAG - Tandem, cu două

sârme, perpendicular pe direcția de sudare, în corelare cu viteza de sudare, în vederea obținerii unor

cordoane de lățimi convenabile, cu un număr redus de treceri.

Programul de experimentări cuprinde realizarea îmbinărilor sudate din oțel X52MS (g =

12,5) mm conform tabel 4.1.

Îmbinările sudate au fost caracterizate, conform procedurilor în vigoare, asupra acestora

efectuându-se controalele uzuale, respectiv:

Page 26: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 4. Contribuții privind aplicarea procedeelor de sudare multiarc MAG Tandem la sudarea conductelor

magistrale

C TOMA - Teză de doctorat Pag. 26

- control vizual pentru depistarea eventualelor defecte vizibile, cum ar fi crestăturile

marginale, porii de suprafață, etc.;

- control defectoscopic cu ultrasunete sau cu radiații penetrante, pentru depistarea

eventualelor defecte ascunse – prezența porilor, lipsa de fuziune, prezența incluziunilor de zgură în

cordoanele sudate.

Tabel 4.1 Programul de experimentări

Rost Ordinea cordoanelor Varianta Nr. cordon / Procedeu

sudare Simbol

Y

I.

1. MAG Tandem – 1sârmă

2. MAG Tandem - 2 sârme

(una după alta pe direcția de

sudare)

3. MAG Tandem – 2 sârme

(una după alta pe direcția de

sudare)

II.

1. MAG Tandem – 1sârmă 2. MAG Tandem - 2 sârme

(una după alta pe direcția de

sudare)

3. MAG Tandem – 2 sârme

(transversal pe direcția de

sudare)

III.

1. MAG Tandem - 2 sârme

(una după alta pe direcția de

sudare)

2. MAG Tandem – 2 sârme

(transversal pe direcția de

sudare)

X

IV.

1. MAG Tandem - 2 sârme

(una după alta pe direcția de

sudare)

2. MAG Tandem – 2 sârme

(transversal pe direcția de

sudare)

Din probele sudate au fost prelevate epruvete pentru controlul distructiv respectiv:

- examinarea macro și microstructurii îmbinărilor sudate – conform SR EN 1321:2000,

(microscopul utilizat tip Nikon model Eclipse MA 100);

- încercarea de duritate - conform EN ISO 6507-1, (microdurimetru tip FM 700), în condiții

normale de temperatură și umiditate, pe 2 linii (zona superioară a sudurii linia 1 și rădăcina sudurii

linia 2);

- încercarea la tracțiune - conform EN ISO 4136/ 2013;

- încercarea la îndoire - conform EN 910 / 1996,

- încercarea la reziliență - conform EN 875 /1995,

Page 27: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 4. Contribuții privind aplicarea procedeelor de sudare multiarc MAG Tandem la sudarea conductelor

magistrale

C TOMA - Teză de doctorat Pag. 27

4.2.1. Realizarea îmbinărilor sudate cap la cap cu rost în ,,Y”

Tablele din oțel X52MS au fost prelucrate cu rost în Y (300), iar sudarea s-a produs

unilateral, orizontal, sârmele material de adaos fiind de același calitate G42 4 M G3 SI1 ( EN ISO

14341) (SG-3) și diametru (1,2 mm), iar gazul de protecție utilizat EN ISO 14175 (CORGON-18)

motiv pentru care procedeul de sudare va fi numit in continuare MAG - Tandem. S-au realizat câte

trei îmbinări sudate, pentru fiecare din următoarele variante de sudare:

4.2.1.1. Realizarea îmbinărilor sudate cap la cap cu rost în ,,Y”, MAG Tandem cu două

sârme, prin trei cordoane sudate (varianta I)

Îmbinările au fost realizate prin 3 cordoane de sudură (fig. 4.15), stratul de rădăcină

realizându-se pe pat de flux folosind capul de sudare MAG Tandem utilizând numai una din cele

două sârme. Cordoanele de completare 2 și 3 s-au realizat cu același cap de sudare utilizând cele

două sârme orientate pentru sudare tandem (una după alta) pe direcția de sudare dar cu parametrii

diferiți pe cele două sârme, conform WPS 2.

Realizarea cordonului de rădăcina s-a efectuat prin poziționarea capului de sudare MAG

Tandem astfel incit sa se asigure deplasarea automata, pe axa rostului in V, tablele fiind dispuse

orizontal (fig. 4.15 a, b, c). Tablele au fost așezate pe un strat de flux de aprox. 2 cm. grosime si

latime corespunzătoare care a asigurat o protecție si condiții optime pentru realizarea unei

pătrunderi uniforme si formarea rădăcinii primului cordon.

De menționat ca pentru stratul de rădăcina a fost activa numai o sarma, cealaltă fiind

deconectată, folosindu-se deci numai o singură sursă de alimentare, parametrii de sudare fiind

menționați în WPS2-cordon1. Cordoanele de rădăcină au prezentat la controlul vizual un aspect

regulat, cu pătrundere la rădăcina și laterală uniformă, fără supraînălțare, realizând condiții optime

pentru realizarea cordonului următor.

Realizarea cordonului 2 s-a efectuat în aceleași condiții, cu același cap de sudare MAG

Tandem, dar fiind alimentate ambele sârme material de adaos, însă parametrii de sudare utilizați au

fost diferiți pe fiecare sârmă, viteza de sudare diferită, (vezi WPS2 - strat 2), formând o baie

metalică comună, asigurând o pătrundere corespunzătoare în primul cordon, pătrundere laterală

uniformă în marginile rostului și o uniformitate a cordonului, fără solzi, stropi, zgura și alte defecte

de suprafață, (fig.4.15 d).

Cordonul 3 s-a realizat în aceleași condiții de poziționare și deplasare a capului de sudare

MAG Tandem, însă parametrii de sudare diferiți (vezi WPS2-strat 3) asigurând, ca și la cordonul

precedent, pătrunderile și uniformitatea corespunzătoare, fără defecte de suprafața. (fig.4.15 e).

Page 28: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 4. Contribuții privind aplicarea procedeelor de sudare multiarc MAG Tandem la sudarea conductelor

magistrale

C TOMA - Teză de doctorat Pag. 28

Pentru fiecare cordon de sudura s-a creat un program special și o bază de date care permite

realizarea, în regim robotizat, a îmbinărilor sudate de acest tip, folosind montajul experimental

utilizat cu posibilități de extindere și pe alte tipuri de îmbinări similare.

a)

b)

c)

d)

e)

f)

Fig. 4.15 Etapele realizării cordoanelor de sudură pe table cu rost în V, sudare MAG Tandem

a) pregătirea pentru sudarea robotizată MAG Tandem, b) poziționarea capului de sudare MAG

Tandem, c) poziționare cap sudare MAG Tandem, vedere laterala, d) aspect cordon rădăcină, e)

aspect cordon 2, f) aspect cordon 3

WPS 2 SPECIFICAȚIA PROCEDURII DE SUDARE

Conform EN ISO 15614-1

Denumire reper:

Probe de sudura

PROCEDEUL DE SUDARE:

135

TIPUL ÎMBINARII: cap la cap unilateral

POZIŢIA DE SUDARE: orizontal Material suport – pat de flux

MATERIALE DE BAZĂ MATERIALE DE ADAOS

MB

1, 2

Denumire: X 52 MS Marca: Filcord C

Grupa: 2 / subgrupa 2.1 Normă: EN ISO 14341: G 42 4 M G3Si1

Grosime [mm]: 12 Diametrul ( mm): 1,2

Temperatura de preîncălzire (0C): -------

Debit gaz de

protectie (l/min)

12 (cordon 1)

16 – 18 (cordon 2,3)

Temperatura între straturi (C): ------- Gaz: EN ISO 14175 (CORGON

18)

Page 29: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 4. Contribuții privind aplicarea procedeelor de sudare multiarc MAG Tandem la sudarea conductelor

magistrale

C TOMA - Teză de doctorat Pag. 29

SCHEMA DE PREGĂTIRE A ÎMBINĂRILOR SUCCESIUNEA OPERAŢIILOR DE SUDARE

S

t

r

a

t

Proce-

deu de

sudare

Dimensiune

material de

adaos, Φ

[mm]

Curent de

sudare

Is

[A]

Tensiunea

arcului

Ua

[V]

Tip

curent

/

Pol.

Viteza de

avans a

sârmei

(ve)

[m/min]

Viteza

de

sudare

(VS)

[cm/min]

Energia

liniară

[KJ/cm

] Is1 Is2 Ua1 Ua2

1 135 1,2 274 30 DC+ 8,4 60 4,86

2 135 2x1,2 362 420 16,7 13,4 DC+ 16 70 10/10

3 135 2x1,2 290 305 21,5 22,1 DC+ 10 70 11/10

TRATAMENT TERMIC DUPĂ SUDARE TEHNICA SUDĂRII

Tip : N/A Pregătirea marginilor: Mecanic

Temperatura (C): ---- Suport rădăcină : flux sudare

Timp de menținere : ---- Strat rădăcină – pat de flux

Cordon2 Tandem

Cordon3 Tandem

Linii de comanda – program celula robotizată de sudare

RESTART

LIST 1 = (5311,3,0,60,104,300,699,0,250,1,35,0,10,0,0,0,0,0,35,30,0,0)

LIST 2 =

(5311,3,0,70,100,130,700,0,0,0,70,0,0,0,70,100,130,0,0,0,0,35,30,0,0)

EXTERNAL PROC TANDS1 FROM MASTER

EXTERNAL PROC TAND1 FROM MASTER

MAIN

CALL TANDS1

$ (1)

GP (5,10)

GC (10,20)

GP (20,5)

CALL TAND1

$(2)

GC (5,30)

GP (30,5)

GC (5,40)

END

Răcire : ---- Scobirea rădăcinii: N/A

Examinare macroscopică și microscopică a îmbinării sudate

Proba Y1 (rost Y)

Tipul testului : macroscopie / microscopie; Material de bază: X52 MS; Tipul sudurii: cap la

cap rost în Y, proba Y1; Procesul de sudare și consumabile: conform WPS 2

Page 30: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 4. Contribuții privind aplicarea procedeelor de sudare multiarc MAG Tandem la sudarea conductelor

magistrale

C TOMA - Teză de doctorat Pag. 30

În fig. 4.19 se prezintă aspectul macroscopic și zonele de măsurare a durității (valori tabel

4.2).

Fig.4.19 Aspectul macroscopic și zonele de măsurare a durităților HV 10

La analiza macroscopică a îmbinării sudate nu s-au constatat: lipsa de topire sau

întrepătrunderi, fisuri, cavități, incluziuni, abateri de la coaxialitate sau alte defecte, vizibile cu

ochiul liber sau la mărire până la 5X.

MB1 X 100

MB2 X100

ZIT 1X100

ZIT 2 X100

MD1 X 100

MD2 X100

Fig. 4.18 Microstructură (ATAC NITAL 3% HNO3)

Page 31: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 4. Contribuții privind aplicarea procedeelor de sudare multiarc MAG Tandem la sudarea conductelor

magistrale

C TOMA - Teză de doctorat Pag. 31

Din punct de vedere microstructural îmbinarea sudată în cele trei zone prezintă următoarele

structurile: MB – structură ferito-perlitică, dispusă sub formă de șiruri, ambele margini prezintă

decarburări; ZIT –structură feritică și o structura bainitică; MD – structură formată din cristale

columnare orientate în direcția frontului de solidificare. Nu s-au semnalat zone de supraîncălzire,

structuri martensitice și defecte microstructurale.

Tabel 4.2 Valorile durităților HV 10 măsurate

Fig. 4.20 Reprezentare grafică a distribuției valorilor obținute in urma măsurătorilor de duritate

Valorile durităților sunt sub 350 HV, ceea ce demonstrează lipsa constituienților duri și

fragili în sudură și ZIT. Valorile mai ridicate s-au înregistrat în ZIT, apropiate de ale MB și cordon

mult sub valorile maxime admisibile.

Tabel 4.3 Valorile rezistenței la tracțiune

Zona Amprenta Linia 1 Linia 2

MB1

1 181 180

2 182 180

3 181 182

ZIT1

4 203 201

5 206 204

6 201 200

MD

7 187 189

8 188 190

9 190 189

ZIT2

10 200 202

11 204 204

12 203 201

MB 2

13 182 180

14 181 182

15 181 180

Nr. test Dimensiuni proba Fr [N] Rm [N/mm

2]

ts [mm] b [mm] Lo [mm] Lc [mm]

Test 1 12 38 50 100 146 483

Test 1 12 38 50 100 142 482

Page 32: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 4. Contribuții privind aplicarea procedeelor de sudare multiarc MAG Tandem la sudarea conductelor

magistrale

C TOMA - Teză de doctorat Pag. 32

Fig. 4.21 Reprezentare grafică a distribuției valorilor obținute in urma testului de tracțiune a

probei Y1.

Tabel 4.4 Valorile rezistenței la rezilienţă

Proba / Nr. încercări Tip si dimensiuni

[mm]

T

[ºC]

Reziliența

[J/cm2]

Energie rupere

[J]

MB

1 V55/10/5 0 48,2 241

2 V55/10/5 0 51,6 258

3 V55/10/5 0 53,8 269

CS

4 V55/10/5 0 23,6 118

5 V55/10/5 0 22,2 111

6 V55/10/5 0 26,6 133

ZIT

7 V55/10/5 0 32,6 163

8 V55/10/5 0 31,6 158

9 V55/10/5 0 31,4 157

Fig. 4.22 Reprezentare grafică a distribuției valorilor obținute in urma testului de rezilienţă a

probei Y1.

Tabel 4.5 Rezultate obținute la testul de îndoire proba Y1

Epruveta Tip test Dimensiuni

[mm]

Diametru

role [mm]

Distanta

dintre role

[mm]

Unghi de

îndoire[º] Observații

P1.1 Îndoire

libera 200 / 12 50 72 180º Fără fisuri

P1.2 Îndoire

libera 200 / 12 50 72 180º Fără fisuri

P1.3 Îndoire

libera 200 / 12 50 72 180º Fără fisuri

P1.4 Îndoire

libera 200 / 12 50 72 180º Fără fisuri

Page 33: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 4. Contribuții privind aplicarea procedeelor de sudare multiarc MAG Tandem la sudarea conductelor

magistrale

C TOMA - Teză de doctorat Pag. 33

4.2.1.2. Realizarea îmbinărilor sudate cap la cap cu rost în ,,V”, MAG Tandem cu două

sârme, prin trei cordoane sudate (cordon 3 transversal – varianta II)

Îmbinările au fost realizate prin 3 cordoane de sudură (fig. 4.24), stratul de rădăcină s-a

realizat pe pat de flux, folosind capul de sudare MAG Tandem, fiind activa numai una din cele două

sârme. Cordonul de completare 2 s-au realizat cu același cap de sudare utilizând cele două sârme

orientate pentru sudarea tandem (una după alta) pe direcția de sudare dar cu parametrii diferiți pe

cele două sârme, iar cordonul 3 s-a realizat tot prin sudare tandem dar cu orientare transversală a

capului de sudare fata de directia de deplasare, conform WPS 3

a)

b)

c)

d)

Fig. 4.24 Etapele realizării cordoanelor de sudură pe table cu rost în V, sudare MAG Tandem

a) cordon rădăcină 1, b) realizare cordon 2 (tandem), c) aspect cordon 2 d) poziționare

transversală a capului de sudare la realizarea cordonului 3

WPS 3 SPECIFICAȚIA PROCEDURII DE SUDARE

Conform EN ISO 15614-1

Denumire reper:

Probe de sudura

PROCEDEUL DE SUDARE:

135 (MIG/MAG – tandem cu sârmă plină) - Robotizat

TIPUL ÎMBINARII: cap la cap unilateral

POZIŢIA DE SUDARE: orizontal Material suport – pat de flux

MATERIALE DE BAZĂ MATERIALE DE ADAOS

MB

Denumire: X 52 MS Marca: EN ISO 14341: G 42 4 M

G3Si1( Filcord C)

Grupa: 2 / subgrupa 2.1 Normă: ----

Grosime[mm]: 12 Diametrul ( mm): 1,2

Temperatura de preîncălzire (0C): -------

Debitul gazului:

De protecţie (l/min): 12

(cordon1)

16 – 18 (cordon 2,3)

Temperatura între straturi (C): ------- La rădăcină (l/min): 10 - 12

SCHEMA DE PREGĂTIRE A ÎMBINĂRILOR SUCCESIUNEA OPERAŢIILOR DE SUDARE

Page 34: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 4. Contribuții privind aplicarea procedeelor de sudare multiarc MAG Tandem la sudarea conductelor

magistrale

C TOMA - Teză de doctorat Pag. 34

S

t

r

a

t

Proce-

deu de

sudare

Dimensiune

material de adaos,

Φ

[mm]

Curent de

sudare

Is

[A]

Tensiunea

arcului

Ua

[V]

Tip

curent

/

Pol.

Viteza de

avans a

sârmei

(ve)

[m/min]

Viteza

de

sudare

(VS)

[cm/min]

Energia

liniară

[KJ/cm] Is1 Is2 Ua1 Ua2

1 135 1,2 274 30 DC+ 8,4 60 4,86

2 135 2x1,2 362 420 16,7 13,4 DC+ 16 70 10/10

3 135 2x1,2 290 305 21,5 22,1 DC+ 10 60 11/10

TRATAMENT TERMIC DUPĂ SUDARE TEHNICA SUDĂRII

Tip : N/A Pregătirea marginilor: Mecanic

Temperatura (C): ---- Suport rădăcină : N/A flux sudare

Timp de menținere : ---- Strat rădăcină – pat de flux

Cordon2 Tandem

Cordon3 Tandem

Linii de comanda – program celula robotizată de sudare

RESTART

LIST 1 = (5311,3,0,60,104,300,699,0,250,1,35,0,10,0,0,0,0,0,35,30,0,0)

LIST 2 =

(5311,3,0,70,100,130,700,0,0,0,70,0,0,0,70,100,130,0,0,0,0,35,30,0,0)

EXTERNAL PROC TANDS1 FROM MASTER

EXTERNAL PROC TAND1 FROM MASTER

MAIN

CALL TANDS1

$ (1)

GP (5,10)

GC (10,20)

GP (20,5)

CALL TAND1

$(2)

GC (5,30)

GP (30,5)

GC (5,40)

END

Răcire : ---- Scobirea rădăcinii: N/A

MB1 X 100

MB2 X100

Page 35: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 4. Contribuții privind aplicarea procedeelor de sudare multiarc MAG Tandem la sudarea conductelor

magistrale

C TOMA - Teză de doctorat Pag. 35

ZIT 1X100 ZIT 2 X100

MD1 X 100

MD2 X100

Fig. 4.25 Microstructură (ATAC NITAL 3% HNO3)

Din punct de vedere microstructural îmbinarea sudată estre alcătuită din trei zone diferite:

MB – are o structură ferito-perlitică, marime de graunte de punctaj 9,5, dispusă sub formă de

șiruri, ambele margini prezintă decarburări.

ZIT – este alcătuită dintr-o zonă parțial influnețată termic, formată din ferită și o structura

bainitică.

MD – are o structură formată din cristale columnare orientate în direcția frontului de solidificare.

Fig.4.26 Zonele de măsurare a durităților HV 10

Tabel 4.6 Valorile durităților HV 10măsurate

Zona Amprenta Linia 1 Linia 2

MB1

1 181 180

2 182 181

3 181 180

ZIT1

4 203 208

5 206 206

6 201 210

MD

7 187 191

8 188 189

9 190 193

ZIT2

10 200 205

11 204 204

12 203 204

MB 2

13 182 184

14 181 180

15 181 181

Page 36: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 4. Contribuții privind aplicarea procedeelor de sudare multiarc MAG Tandem la sudarea conductelor

magistrale

C TOMA - Teză de doctorat Pag. 36

Fig. 4.26 Reprezentare grafică a distribuției valorilor obținute in urma testului de (conform STAS

ISO 9015-1).

Tabel 4.7 Valorile rezistenței la tracțiune

Fig. 4.27 Reprezentare grafică a distribuției valorilor obținute in urma testului de tracțiune a

probei Y2.

Tabel 4.8 Valorile rezistenței la rezilienţă

Proba / Nr. încercări Tip si dimensiuni

[mm]

T

[ºC]

Reziliența

[J/cm2]

Energie rupere

[J]

MB

1 V55/10/5 0 48,4 242

2 V55/10/5 0 51,4 257

3 V55/10/5 0 52 260

CS

4 V55/10/5 0 24 120

5 V55/10/5 0 23 115

6 V55/10/5 0 25,6 128

ZIT

7 V55/10/5 0 33,2 166

8 V55/10/5 0 31,6 158

9 V55/10/5 0 34 170

Nr. test Dimensiuni proba Fr [N] Rm [N/mm

2]

ts [mm] b [mm] Lo [mm] Lc [mm]

Test 1 12 38 50 100 147 485

Test 1 12 38 50 100 143 484

Page 37: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 4. Contribuții privind aplicarea procedeelor de sudare multiarc MAG Tandem la sudarea conductelor

magistrale

C TOMA - Teză de doctorat Pag. 37

Fig. 4.29 Reprezentare grafică a distribuției valorilor obținute in urma testului de rezilienţă a

probei Y2.

Tabel 4.9 Rezultate obținute la testul de îndoire proba Y2

Epruveta Tip test Dimensiuni

[mm]

Diametru

role

[mm]

Distanta

dintre role

[mm]

Unghi de

îndoire [º] Observații

P1.1 Îndoire

libera 200 / 12 50 72 180º Fără fisuri

P1.2 Îndoire

libera 200 / 12 50 72 180º Fără fisuri

P1.3 Îndoire

libera 200 / 12 50 72 180º Fără fisuri

P1.4 Îndoire

libera 200 / 12 50 72 180º Fără fisuri

4.2.1.3. Realizarea îmbinărilor sudate cap la cap cu rost în ,,V”, MAG Tandem cu

două sârme prin 2 cordoane sudate (cordon 2 transversal – varianta III)

Îmbinările au fost realizate prin 2 cordoane de sudură (fig. 4.31), stratul de rădăcină s-a

realizat pe pat de flux folosind capul de sudare MAG Tandem utilizând cele două sârme orientate

pentru sudarea tandem (una după alta) pe direcția de sudare dar cu parametrii diferiți pe cele două

sârme, iar cordonul 2 s-a realizat tot prin sudare tandem cu două sârme, dar cu dispunerea acestora

perpendicular pe direcția de sudare, conform WPS 3.

a) b) c)

Fig. 4.30 Etapele realizării cordoanelor de sudură pe table cu rost în V, sudare MAG Tandem

a) poziționarea capului de sudare MAG Tandem, b) aspect cordon 1, c) poziționarea capului de

sudare MAG Tandem - cordon 2

Page 38: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 4. Contribuții privind aplicarea procedeelor de sudare multiarc MAG Tandem la sudarea conductelor

magistrale

C TOMA - Teză de doctorat Pag. 38

WPS 4 SPECIFICAȚIA PROCEDURII DE SUDARE

Conform EN ISO 15614-1

Denumire reper:

Probe de sudura

PROCEDEUL DE SUDARE:

135 (MIG/MAG – tandem cu sârmă plină) - Robotizat

TIPUL ÎMBINARII: cap la cap unilateral

POZIŢIA DE SUDARE: orizontal Material suport – pat de flux

MATERIALE DE BAZĂ MATERIALE DE ADAOS

MB

1,2

Denumire: X 52 MS Marca: EN ISO 14341: G 42 4 M

G3Si1( Filcord C)

Grupa: 2 / subgrupa 2.1 Normă: ----

Grosime [mm]: 12 Diametrul ( mm): 1,2

Temperatura de preîncălzire (0C): -------

Debit gaz de

protectie (l/min)

12 (cordon1)

16 – 18 (cordon 2)

Temperatura între straturi (C): ------- Gaz CORGON 18

SCHEMA DE PREGĂTIRE A ÎMBINĂRILOR SUCCESIUNEA OPERAŢIILOR DE SUDARE

S

t

r

a

t

Proce-

deu de

sudare

Dimensiune

material de adaos,

Φ

[mm]

Curent de

sudare

Is

[A]

Tensiunea

arcului

Ua

[V]

Tip

curent

/

Pol.

Viteza de

avans a

sârmei

(ve)

[m/min]

Viteza

de

sudare

(VS)

[cm/min]

Energia

liniară

[KJ/cm] Is1 Is2 Ua1 Ua2

1 135 2x1,2 362 420 16,7 13,4 DC+ 16 70 10/10

2 135 2x1,2 290 305 21,5 22,1 DC+ 10 60 11/10

TRATAMENT TERMIC DUPĂ SUDARE TEHNICA SUDĂRII

Tip : N/A Pregătirea marginilor: Mecanic

Temperatura (C): ---- Suport rădăcină : N/A

Timp de menținere : ---- Cordon1 Tandem

Cordon2 Tandem

Linii de comanda – program celula robotizată de sudare

RESTART

LIST 2 =

(5311,3,0,70,100,130,700,0,0,0,70,0,0,0,70,100,130,0,0,0,0,35,30,0,0)

EXTERNAL PROC TAND1 FROM MASTER

MAIN

CALL TAND1

$ (1)

GP (5,10)

GC (10,20)

GP (20,5)

CALL TAND1

$(2)

GC (5,30)

GP (30,5)

END

Page 39: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 4. Contribuții privind aplicarea procedeelor de sudare multiarc MAG Tandem la sudarea conductelor

magistrale

C TOMA - Teză de doctorat Pag. 39

MB 1 X100

MB 2 X

ZIT 1 X

ZIT 2 X

MD 1 X

MD 2 X

Fig. 4.33 Microstructură (ATAC NITAL 3% HNO3)

Din punct de vedere microstructural îmbinarea sudată estre alcătuită din trei zone diferite:

MB – are o structură ferito-perlitică, dispusă sub formă de șiruri, ambele margini prezintă

decarburări.

ZIT – este alcătuită dintr-o zonă parțial influnețată termic, formată din ferită și o structura bainitică.

MD – are o structură formată din cristale columnare orientate în direcția frontului de solidificare.

Tabel 4.10 Valorile durităților HV 10măsurate

Zona Amprenta Linia 1 Linia 2

MB1

1 181 180

2 184 183

3 181 183

ZIT1

4 209 208

5 212 210

6 212 212

MD

7 200 197

8 195 198

9 199 198

ZIT2

10 210 211

11 210 209

12 212 211

MB 2

13 183 184

14 181 185

15 184 184

Page 40: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 4. Contribuții privind aplicarea procedeelor de sudare multiarc MAG Tandem la sudarea conductelor

magistrale

C TOMA - Teză de doctorat Pag. 40

Fig. 4.35 Reprezentare grafică a distribuției valorilor obținute in urma testului de (conform STAS

ISO 9015-1).

Tabel 4.11 Valorile rezistenței la tracțiune

Fig. 4.36 Reprezentare grafică a distribuției valorilor obținute in urma testului de tracțiune a

probei Y3.

Tabel 4.12 Valorile rezistenței la rezilienţă

Proba / Nr. încercări Tip si dimensiuni

[mm]

T

[ºC]

Reziliența

[J/cm2]

Energie rupere

[J]

MB

1 V55/10/5 0 51,1 256

2 V55/10/5 0 53,1 265

3 V55/10/5 0 54,4 272

CS

4 V55/10/5 0 25,0 125

5 V55/10/5 0 23,9 120

6 V55/10/5 0 26,6 133

ZIT

7 V55/10/5 0 34,4 172

8 V55/10/5 0 32,8 164

9 V55/10/5 0 35,4 177

Nr. test Dimensiuni proba Fr [N] Rm [N/mm

2]

ts [mm] b [mm] Lo [mm] Lc [mm]

Test 1 12 38 50 100 149 491

Test 1 12 38 50 100 150 494

MD

Page 41: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 4. Contribuții privind aplicarea procedeelor de sudare multiarc MAG Tandem la sudarea conductelor

magistrale

C TOMA - Teză de doctorat Pag. 41

Fig. 4.38 Reprezentare grafică a distribuției valorilor obținute in urma testului de rezilienţă a

probei Y3.

Tabel 4.13 Rezultate obținute la testul de îndoire Proba Y3.

Epruveta Tip test Dimensiuni

[mm]

Diametru

role

[mm]

Distanta

dintre

role

[mm]

Unghi

de

îndoire

[º]

Observații

P1.1 Îndoire

libera 200 / 12 50 72 180º Fără fisuri

P1.2 Îndoire

libera 200 / 12 50 72 180º Fără fisuri

P1.3 Îndoire

libera 200 / 12 50 72 180º Fără fisuri

P1.4 Îndoire

libera 200 / 12 50 72 180º Fără fisuri

4.2.2. Realizarea îmbinărilor sudate cap la cap cu rost în ,,X”, (varianta IV)

Sudarea MIG / MAG Tandem table cu rost în X (400x150x12mm), (fig.4.17)

Realizarea îmbinărilor sudate cap la cap cu rost în ,,X” MAG Tandem din două

cordoane bilaterale (cordon 2 transversal)

a) b) c)

Fig. 4.40 Etapele realizării cordoanelor de sudură - MAG Tandem, cu rost în X

a), b) poziționare cap sudare - cordon 1, c) poziționare cap sudare - cordon 2

Page 42: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 4. Contribuții privind aplicarea procedeelor de sudare multiarc MAG Tandem la sudarea conductelor

magistrale

C TOMA - Teză de doctorat Pag. 42

WPS 5 SPECIFICAȚIA PROCEDURII DE SUDARE

Conform EN ISO 15614-1

Denumire reper:

Probe de sudura

PROCEDEUL DE SUDARE:

135 (MIG/MAG - tandem) TIPUL ÎMBINARII: cap la cap bilateral

POZIŢIA DE SUDARE: orizontal

MATERIALE DE BAZĂ MATERIALE DE ADAOS

MB

1,2

Denumire: X 52 MS Marca: EN ISO 14341: G 42 4 M

G3Si1( Filcord C)

Grupa: 2 / subgrupa 2.1 Normă: ----

Grosime [mm]: 12 Diametrul ( mm): 1,2

Temperatura de preîncălzire (0C): -------

Debit gaz de

protectie (l/min):

10 – 12 (cordon 1)

16 – 18 (cordon 2)

Temperatura între straturi (C): ------- Gaz CORGON 18

SCHEMA DE PREGĂTIRE A ÎMBINĂRILOR SUCCESIUNEA OPERAŢIILOR DE

SUDARE

S

t

r

a

t

Proce-

deu de

sudare

Dimensiune

material de adaos,

Φ

[mm]

Curent de

sudare

Is

[A]

Tensiunea

arcului

Ua

[V]

Tip

curent

/

Pol.

Viteza

de avans

a sârmei

(ve)

[m/min]

Viteza

de

sudare

(VS)

[cm/min]

Energia

liniară

[KJ/cm] Is1 Is2 Ua1 Ua2

2 135 2x1,2 225 232 24,5 21,7 DC+ 9 22 10/10

3 135 2x1,2 263 255 23,9 22,1 DC+ 10 24 11/10

TRATAMENT TERMIC DUPĂ SUDARE TEHNICA SUDĂRII

Tip : N/A Pregătirea marginilor: Mecanic

Temperatura (C): ---- Suport rădăcină : N/A

Timp de menținere : ---- Cordon1 Tandem

Cordon2 Tandem Linii de comanda – program celula robotizată de sudare

RESTART

LIST 1 =

(5311,3,0,22,100,130,700,0,0,0,70,0,0,0,70,100,130,0,0,0,0,35,30,0,0)

LIST 2 =

(5311,3,0,24,100,130,700,0,0,0,70,0,0,0,70,100,130,0,0,0,0,35,30,0,0)

EXTERNAL PROC TAND1 FROM MASTER

MAIN

CALL TAND1

$ (1)

GP (5,10)

GC (10,20)

GP (20,5)

CALL TAND2

$(2)

GC (5,30)

GP (30,5)

END

Page 43: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 4. Contribuții privind aplicarea procedeelor de sudare multiarc MAG Tandem la sudarea conductelor

magistrale

C TOMA - Teză de doctorat Pag. 43

Fig. 4.41 Microstructură (ATAC NITAL 3% HNO3)

Tabel 4.14 Valorile durităților HV 10 măsurate

Zona Amprenta Linia 1 Linia 2 Linia 3

MB1

1 184 181 181

2 184 182 182

3 181 181 183

ZIT1

4 219 221 221

5 222 221 222

6 220 224 224

MD

7 206 207 207

8 208 206 205

9 205 209 209

ZIT2

10 220 219 219

11 221 221 220

12 220 223 223

MB 2

13 183 184 184

14 183 183 181

15 184 184 184

MB1 100 X MB2 100X

ZIT 1 100X ZIT 2 100X

MD 100X

Page 44: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 4. Contribuții privind aplicarea procedeelor de sudare multiarc MAG Tandem la sudarea conductelor

magistrale

C TOMA - Teză de doctorat Pag. 44

Fig. 4.43 Reprezentare grafică a distribuției valorilor obținute in urma testului de (conform STAS

ISO 9015-1).

Fig. 4.44 Reprezentare grafică a distribuției valorilor obținute in urma testului de tracțiune a

probei X4.

Tabel 4.15 Valorile rezistenței la tracțiune

Tabel 4.16 Valorile rezistenței la rezilienţă

Zonă Amprentă Tip si dimensiuni

[mm]

T

[ºC]

Reziliența

[J/cm2]

Energie rupere

[J]

MB

1 V55/10/5 0 51,3 257

2 V55/10/5 0 54,6 273

3 V55/10/5 0 55,4 277

CS

4 V55/10/5 0 25,2 126

5 V55/10/5 0 24,2 121

6 V55/10/5 0 26,9 134

ZIT

7 V55/10/5 0 34,5 173

8 V55/10/5 0 32,9 165

9 V55/10/5 0 35,5 178

Nr. test Dimensiuni proba Fr [N] Rm [N/mm

2]

ts [mm] b [mm] Lo [mm] Lc [mm]

Test 1 12 38 50 100 152 501

Test 1 12 38 50 100 154 504

Page 45: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 4. Contribuții privind aplicarea procedeelor de sudare multiarc MAG Tandem la sudarea conductelor

magistrale

C TOMA - Teză de doctorat Pag. 45

Fig. 4.46 Reprezentare grafică a distribuției valorilor obținute in urma testului de rezilienţă a

probei X4.

Tabel 4.17 Rezultate obținute la testul de îndoire proba X4

Epruveta Tip test Dimensiuni

[mm]

Diametru

role

[mm]

Distanta

dintre

role

[mm]

Unghi

de

îndoire

[º]

Observații

P1.1 Îndoire

libera 200 / 12 50 72 180º Fără fisuri

P1.2 Îndoire

libera 200 / 12 50 72 180º Fără fisuri

P1.3 Îndoire

libera 200 / 12 50 72 180º Fără fisuri

P1.4 Îndoire

libera 200 / 12 50 72 180º Fără fisuri

Page 46: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 46

CAPITOLUL 5

CERCETĂRI TEORETICE ȘI EXPERIMENTALE PRIVIND

MODELAREA MATEMATICĂ CU ELEMENTE FINITE ȘI

VERIFICAREA EXPERIMENTALĂ A CÂMPULUI TERMIC LA

OPERAȚIILE DE SUDARE APLICATE LA

FABRICAREA CONDUCTELOR MAGISTRALE

5.2. Modelarea cu elemente finite a procesului de sudare a țevilor

5.2.1. Ipoteze de calcul

Modelările cu elemente finite au fost realizate în conformitate cu specificațiile

procedeelor de sudare utilizate la realizarea efectivă a îmbinărilor sudate.

În prezenta cercetare au fost considerate următoarele procedee de sudare:

1. SAW cu o sârmă, cap la cap, cu rost în X, asimetric, MAG – la rădăcină

2. SAW tandem cap la cap, cu rost în X, asimetric, MAG – la rădăcină

3. MAG tandem cap la cap, cu rost în Y, pe pat de flux – varianta I;

4. MAG tandem cap la cap, cu rost în Y, pe pat de flux – varianta II;

5. MAG tandem cap la cap, cu rost in Y, pe pat de flux – varianta III;

6. MAG tandem cap la cap, cu rost în X, asimetric – varianta IV.

Zonele de interes, cordoanele de sudură şi zonele de influenţă termomecanică (ZIT), au

fost discretizate fin, pentru o analiză detaliată a transferului termic în îmbinarea sudată.

Pentru simularea proceselor de sudare şi reducerea la minim a erorilor modelelor

numerice, datele de intrare (parametrii de sudare şi dimensiunile băii de metal topit) au fost cele

colectate din programul experimental, aceste valori fiind considerate pentru fiecare variantă de

sudare propusă. Fluxul termic este volumic semi-elipsoid, conform modelului sursei termice a lui

Goldak [9], având forma şi dimensiunile prezentate în figura 5.3.

În cazul modelării numerice a câmpurilor termice la sudarea mono şi multiarc s-au

introdus în model următoarele ipoteze:

izotropia materialului de bază;

pierderi de căldură în mediul înconjurător prin convecţie şi radiaţie;

coeficient de transfer termic la interfața de contact dintre piesă și aer: 12 W/m2/oC;

căldura latentă: H = 250 kJ între temperaturile: Ts = 1473 C şi Ts = 1538 C;

temperatura mediului ambient: 20 oC;

Page 47: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 5. Cercetări teoretice și experimentale privind modelarea matematică cu elemente finite și verificarea

experimentală a câmpului termic la operațiile de sudare aplicate la fabricarea conductelor magistrale

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 47

mişcarea metalului în baia de sudare este neglijată;

variația proprietăţilor termo – fizico - mecanice cu temperatura.

Fig. 5.3. Distribuţia fluxului termic, conform modelului dezvoltat de Goldak

În fig. 5.4 sunt prezentate dimensiunile și reţeaua de discretizare a modelelor considerate.

Fig. 5.4. Dimensiunile și reţeaua de discretizare a modelelor considerate

În fig. 5.5 sunt prezentate condiţiile la limită aplicate în simulare.

Fig. 5.5. Condiţiile la limită aplicate în simulare

Modulul de elasticitate

Tabelul 5.1. Modulul de elasticitate E [GPa]

Metalul de Bază Temperatura[C]

20 250 450 600 700 1000 1500

API5L-X52 206 200 165 100 75 35 5

Coeficientul lui Poisson

Page 48: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 5. Cercetări teoretice și experimentale privind modelarea matematică cu elemente finite și verificarea

experimentală a câmpului termic la operațiile de sudare aplicate la fabricarea conductelor magistrale

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 48

Tabelul 5.2. Coeficientului lui Poisson

Metalul de Bază Temperatura[C]

20 250 450 600 700 1000 1500

API5L-X52 0.3 0.32 0.37 0.41 0.42 0.46 0.48

Coeficientul de dilatare termică

Tabelul 5.3. Coeficientul de dilatare termică [1e-5/C]

Metalul de Bază Temperatura[C]

20 250 450 600 700 1000 1500

API5L-X52 1.1 1.22 1.35 1.44 1.48 1.26 1.56

Limita de curgere

Tabelul 5.4. Limita de curgere Rc [MPa]

Metalul de Bază Temperatura[C]

20 250 450 600 700 1000 1500

API5L-X52 359 278 200 108 62 7 5

Conductivitatea termică

Tabelul 5.5. Conductibilitatea termică k [W/(mC)]

Metalul de Bază Temperatura[C]

20 250 450 600 700 1000 1500

API5L-X52 43 38 34 29 28 20 35

Căldura specifică

Tabelul 5.6. Căldura specifică cp [J/(kgC)]

Metalul de Bază Temperatura[C]

20 250 450 600 1000 1200 1500

API5L-X52 480 550 620 750 1200 1000 640

5.2.2. Sudarea SAW – o sârmă + MAG –rădăcină, cap la cap, rost in X (fig. 5.6)

Fig. 5.6. Sudarea cap la cap sub strat de flux – o sârmă

5.2.2.1. Analiza câmpurilor termice la sudarea SAW monoarc

În figurile 5.7 2.6, sunt prezentate distribuţiile câmpurilor termice, generate de sursele

de sudare, la 20 de secunde de la începutul procesului de sudare, pentru fiecare dintre cele trei

Page 49: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 5. Cercetări teoretice și experimentale privind modelarea matematică cu elemente finite și verificarea

experimentală a câmpului termic la operațiile de sudare aplicate la fabricarea conductelor magistrale

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 49

treceri. Se observă că forma câmpului termic şi temperatura maximă obţinută în baia de metal

topit sunt aproximativ identice pentru cele patru treceri.

Acest lucru se explică prin răcirea îmbinării sudate pe durata de timp (pauză) dintre două

treceri succesive, impusă în scopul conservării caracteristicilor mecanice şi de granulaţie ale

materialului de bază.

Fig. 5.7. Câmpul termic la momentul t=20s

(prima trecere)

Fig. 5.8. Câmpul termic la momentul t=650s

(a doua trecere)

Fig. 5.9. Câmpul termic la momentul t=1290s (a treia trecere)

În figura 5.10 sunt prezentate curbele de variaţie ale temperaturii în secţiunea transversală

a îmbinării sudate, pentru trecerile 2 și 3. Pentru cele două treceri se observă că valorile maxime

ale temperaturii sunt foarte apropiate.

Fig. 5.10. Curbele de variaţie ale temperaturii în secţiunea transversală a îmbinării sudate

pentru trecerile 2 și 3

În figura 5.11 sunt prezentate poziţiile nodurilor în care au fost analizate variațiile în timp

a temperaturii. Acestea sunt dispuse transversal faţă de axa îmbinării, - la 0, 3, 6, 10 şi 14 mm

faţă de aceasta - şi la 200 mm faţă de punctul de start al îmbinării sudate. Cu aceste valori au fost

Page 50: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 5. Cercetări teoretice și experimentale privind modelarea matematică cu elemente finite și verificarea

experimentală a câmpului termic la operațiile de sudare aplicate la fabricarea conductelor magistrale

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 50

trasate ciclurile termice în aceste noduri (Fig. 5.12, 5.13). Pentru primele două treceri au fost

colectate valorile de pe faţa superioară a îmbinării sudate, iar pentru celelalte două treceri de pe

faţa inferioară. Temperatura maximă pentru fiecare trecere este atinsă în nodul situat în axa

îmbinării, iar valorile acesteia sunt 1992oC în cazul trecerii 2 și 2024

oC în cazul trecerii 3.

Fig. 5.11. Poziţia nodurilor în care au fost analizate istoriile (ciclurile) termice

Fig. 5.12 Ciclurile termice în nodurile

considerate (a doua trecere)

Fig. 5.13. Ciclurile termice în nodurile

considerate (a treia trecere)

5.2.2.2. Distribuţia şi variaţia tensiunilor Von Mises

O consecință a celor descrise este apariţia tensiunilor termice, mecanice şi structurale în

îmbinarea sudată, conducând la tensionarea şi deformarea piesei sudate sau a construcției sudate.

Cu cât zona încălzită este mai extinsă, cu atât deformațiile sunt mai mari. În figurile 5.14 5.16

sunt prezentate distribuţiile globale ale tensiunii Von Mises la diferite intervale de timp.

Fig. 5.14. Distribuţia tensiunilor Von Mises la

momentul t=20s (prima trecere)

Fig. 5.15. Distribuţia tensiunilor Von Mises la

momentul t=650s (a doua trecere)

Page 51: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 5. Cercetări teoretice și experimentale privind modelarea matematică cu elemente finite și verificarea

experimentală a câmpului termic la operațiile de sudare aplicate la fabricarea conductelor magistrale

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 51

Fig. 5.16. Distribuţia tensiunilor Von Mises la momentul t=1290s (a treia trecere)

Variaţia tensiunilor Von Mises în secţiunea transversală a îmbinării sudate pentru

trecerile 2 și 3 este reprezentată în fig. 5.17.

Fig. 5.17. Variaţia tensiunilor Von Mises în secţiunea transversală a îmbinării sudate pentru

trecerile 2 și 3

Nodurile în care s-a analizat variaţiile tensiunilor Von Mises sunt poziţionate în cordonul

de sudură și în ZIT la 200 mm față de capătul de început a sudurii. În figurile 5.18 și 5.19 sunt

prezentate curbele de variaţie, în timp, a tensiunilor Von Mises, în punctele selectate pentru

trecerile 2, respectiv 3.

Fig. 5.18. Variația tensiunilor VM în nodurile

considerate (a doua trecere)

Fig. 5.19 Variația tensiunilor VM în nodurile

considerate (a treia trecere)

Page 52: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 5. Cercetări teoretice și experimentale privind modelarea matematică cu elemente finite și verificarea

experimentală a câmpului termic la operațiile de sudare aplicate la fabricarea conductelor magistrale

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 52

5.2.3. Sudarea SAW tandem două sârme + MAG - rădăcină, cap la cap rost în X

(fig. 5.20)

Fig. 5.20 Sudarea cap la cap sub strat de flux – tandem, două sârme

5.2.3.1. Analiza câmpurilor termice la sudarea SAW tandem

În figurile 5.21 5.23, sunt prezentate distribuţiile câmpurilor termice, generate de

sursele de sudare, la 20 de secunde de la începutul procesului de sudare, pentru fiecare dintre

cele trei treceri. Temperaturile maxime au valorile de 1919 oC în cazul trecerii 2 și 2038

oC în

cazul trecerii 3.

Fig. 5.21. Câmpul termic la momentul t=20s

(prima trecere)

Fig. 5.22. Câmpul termic la momentul t=650s

(a doua trecere)

Fig. 5.23. Câmpul termic la momentul t=1270s (a treia trecere)

În figura 5.24 sunt prezentate curbele de variaţie ale temperaturii în secţiunea transversală

a îmbinării sudate, pentru trecerile 2 și 3. Pentru cele două treceri se observă că valorile maxime

ale temperaturii sunt foarte apropiate.

În figura 5.25 sunt prezentate poziţiile nodurilor în care au fost analizate variațiile în timp

a temperaturii. Acestea sunt dispuse transversal faţă de axa îmbinării, - la 0, 3, 6, 10 şi 14 mm

Page 53: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 5. Cercetări teoretice și experimentale privind modelarea matematică cu elemente finite și verificarea

experimentală a câmpului termic la operațiile de sudare aplicate la fabricarea conductelor magistrale

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 53

faţă de aceasta - şi la 200 mm faţă de punctul de start al îmbinării sudate. Cu aceste valori au fost

trasate ciclurile termice în aceste noduri (Fig. 5.26 5.27). Pentru primele două treceri au fost

colectate valorile de pe faţa superioară a îmbinării sudate, iar pentru celelalte două treceri de pe

faţa inferioară.

Fig.5.24. Curbele de variaţie ale temperaturii în secţiunea transversală a îmbinării sudate

pentru trecerile 2 și 3

Fig. 5.25. Poziţia nodurilor în care au fost analizate istoriile (ciclurile) termice

Fig. 5.26. Ciclurile termice în nodurile

considerate (a doua trecere)

Fig. 5.27. Ciclurile termice în nodurile

considerate (a treia trecere)

5.2.3.2. Distribuţia şi variaţia tensiunilor Von Mises

În figurile 5.28 5.30 sunt prezentate distribuţiile globale ale tensiunii Von Mises la

diferite intervale de timp. Valoarea tensiunii Von Mises ajunge până la 327 N/mm2, valorile

minime înregistrându-se în zonele în care metalul de bază este topit.

Page 54: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 5. Cercetări teoretice și experimentale privind modelarea matematică cu elemente finite și verificarea

experimentală a câmpului termic la operațiile de sudare aplicate la fabricarea conductelor magistrale

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 54

Fig. 5.28. Distribuţia tensiunilor Von Mises la

momentul t=20s (prima trecere)

Fig. 5.29. Distribuţia tensiunilor Von Mises la

momentul t=650s (a doua trecere)

Fig. 5.30. Distribuţia tensiunilor Von Mises la momentul t=1270s (a treia trecere)

În figurile 5.31 5.33 sunt prezentate curbele de variaţie a tensiunilor Von Mises în

funcţie de distanţa faţă de linia de sudare pentru cele două treceri.

Fig. 5.31. Variaţia tensiunilor Von Mises în

secţiunea transversală a îmbinării sudate

pentru trecerile 2 și 3

Fig. 5.32. Tensiunile VM în nodurile

considerate (a doua trecere)

Fig. 5.33. Tensiunile VM în nodurile considerate (a treia trecere)

Page 55: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 5. Cercetări teoretice și experimentale privind modelarea matematică cu elemente finite și verificarea

experimentală a câmpului termic la operațiile de sudare aplicate la fabricarea conductelor magistrale

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 55

5.2.4. Sudarea MAG Tandem, cap la cap, cu rost în Y, pe pat de flux, prin trei

cordoane, – varianta I (fig. 5.34)

Cordon 1. MAG Tandem – 1sârmă (pe pat de flux)

Cordon 2. MAG Tandem - 2 sârme (una după alta pe direcția de sudare) Cordon 3. MAG Tandem – 2 sârme (una după alta pe direcția de sudare)

Fig. 5.34. Sudarea MAG tandem cap la cap cu două sârme, cu rost în Y, prin trei cordoane, pe

pat de flux

5.2.4.1. Analiza câmpurilor termice la sudarea MAG - varianta I

În figurile 5.35 5.37, sunt prezentate distribuţiile câmpurilor termice, generate de

sursele de sudare, la 40 de secunde de la începutul procesului de sudare, pentru fiecare dintre

cele trei treceri. Temperaturile maxime au valorile de 1915 oC în cazul trecerii 1, 1842

oC în

cazul trecerii 2 și 1903 oC în cazul trecerii 3.

Fig. 5.35. Câmpul termic la momentul t=40s

(prima trecere)

Fig. 5.36. Câmpul termic la momentul t=180s

(a doua trecere)

Fig. 5.37. Câmpul termic la momentul t=400s (a treia trecere)

În figura 5.38 sunt prezentate curbele de variaţie ale temperaturii în secţiunea transversală

a îmbinării sudate, pentru trecerile 1, 2 și 3.

Page 56: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 5. Cercetări teoretice și experimentale privind modelarea matematică cu elemente finite și verificarea

experimentală a câmpului termic la operațiile de sudare aplicate la fabricarea conductelor magistrale

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 56

Fig.5.38. Curbele de variaţie ale temperaturii în secţiunea transversală a îmbinării sudate

pentru trecerile 1, 2 și 3

În figura 5.39 sunt prezentate poziţiile nodurilor în care au fost analizate variațiile în timp

a temperaturii. Acestea sunt dispuse transversal faţă de axa îmbinării, - la 0, 3, 6, 10 şi 14 mm

faţă de aceasta - şi la 200 mm faţă de punctul de start al îmbinării sudate. Cu aceste valori au fost

trasate ciclurile termice în aceste noduri (Fig. 5.40 5.42).

Fig. 5.39. Poziţia nodurilor în care au fost analizate istoriile (ciclurile) termice

Fig. 5.40. Ciclurile termice în nodurile

considerate (prima trecere)

Fig. 5.41. Ciclurile termice în nodurile

considerate (a doua trecere)

Page 57: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 5. Cercetări teoretice și experimentale privind modelarea matematică cu elemente finite și verificarea

experimentală a câmpului termic la operațiile de sudare aplicate la fabricarea conductelor magistrale

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 57

Fig. 5.42. Ciclurile termice în nodurile considerate (a treia trecere

5.2.4.2. Distribuţia şi variaţia tensiunilor Von Mises

În figurile 5.43 5.45 sunt prezentate distribuţiile globale ale tensiunii Von Mises la

diferite intervale de timp.

Fig. 5.43. Distribuţia tensiunilor Von Mises la

momentul t=40s (prima trecere)

Fig. 5.44. Distribuţia tensiunilor Von Mises la

momentul t=180s (a doua trecere)

Fig. 5.45. Distribuţia tensiunilor Von Mises la momentul t=400s (a treia trecere)

În figura 5.46 este prezentată distribuția tensiunilor Von Mises transversal față de axa

sudurii, iar în figurile 5.47 5.49 sunt prezentate curbele de variaţie a tensiunilor Von Mises în

timp în nodurile considerate.

Fig. 5.46. Variaţia tensiunilor Von Mises în secţiunea transversală a îmbinării sudate

Page 58: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 5. Cercetări teoretice și experimentale privind modelarea matematică cu elemente finite și verificarea

experimentală a câmpului termic la operațiile de sudare aplicate la fabricarea conductelor magistrale

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 58

Fig. 5.47. Tensiunile VM în nodurile

considerate (prima trecere)

Fig.5.48. Tensiunile VM în nodurile

considerate (a doua trecere)

Fig. 5.49. Tensiunile VM în nodurile considerate (a treia trecere)

5.2.5. Sudarea MAG Tandem, cap la cap, cu rost în Y, pe pat de flux, prin trei

cordoane– varianta II (fig. 5.50)

Cordon 1. MAG Tandem – 1sârmă (pe pat de flux)

Cordon 2. MAG Tandem - 2 sârme (una după alta pe direcția de sudare)

Cordon 3. MAG Tandem – 2 sârme (transversal pe direcția de sudare)

Fig. 5.50. Sudarea MAG tandem cap la cap , cu rost în Y,pe pat de flux, prin trei cordoane

5.2.5.1. Analiza câmpurilor termice la sudarea MAG Tandem - varianta II

În figurile 5.51 5.33, sunt prezentate distribuţiile câmpurilor termice, generate de

sursele de sudare, la 40 de secunde de la începutul procesului de sudare, pentru fiecare dintre

cele trei treceri. Temperaturile maxime au valorile de 1915 oC în cazul trecerii 1, 1842

oC în

cazul trecerii 2 și 1899 oC în cazul trecerii 3.

Fig. 5.51. Câmpul termic la momentul t=40s

(prima trecere)

Fig. 5.52. Câmpul termic la momentul t=180s

(a doua trecere)

Page 59: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 5. Cercetări teoretice și experimentale privind modelarea matematică cu elemente finite și verificarea

experimentală a câmpului termic la operațiile de sudare aplicate la fabricarea conductelor magistrale

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 59

Fig. 5.53. Câmpul termic la momentul t=400s (a treia trecere)

În figura 5.54 sunt prezentate curbele de variaţie ale temperaturii în secţiunea transversală

a îmbinării sudate, pentru trecerile 1, 2 și 3.

Fig.5.54. Curbele de variaţie ale temperaturii în secţiunea transversală a îmbinării sudate

pentru trecerile 1, 2 și 3

În figura 5.55 sunt prezentate poziţiile nodurilor în care au fost analizate variațiile în timp

ale temperaturii.

Fig. 5.55. Poziţia nodurilor în care au fost analizate istoriile (ciclurile) termice

Se poate observa că acestea sunt dispuse transversal faţă de axa îmbinării, - la 0, 3, 6, 10

şi 14 mm faţă de aceasta - şi la 200 mm faţă de punctul de start al îmbinării sudate. Cu aceste

valori au fost trasate ciclurile termice în aceste noduri (Fig. 5.56 5.58).

Page 60: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 5. Cercetări teoretice și experimentale privind modelarea matematică cu elemente finite și verificarea

experimentală a câmpului termic la operațiile de sudare aplicate la fabricarea conductelor magistrale

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 60

Fig. 5.56. Ciclurile termice în nodurile

considerate (prima trecere)

Fig. 5.57. Ciclurile termice în nodurile

considerate (a doua trecere)

Fig. 5.58. Ciclurile termice în nodurile considerate (a treia trecere)

5.2.5.2. Distribuţia şi variaţia tensiunilor Von Mises

În figurile 5.59 5.61 sunt prezentate distribuţiile globale ale tensiunii Von Mises la

diferite intervale de timp.

Fig. 5.59. Distribuţia tensiunilor Von Mises la

momentul t=40s (prima trecere)

Fig.5.60. Distribuţia tensiunilor Von Mises la

momentul t=180s (a doua trecere)

Page 61: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 5. Cercetări teoretice și experimentale privind modelarea matematică cu elemente finite și verificarea

experimentală a câmpului termic la operațiile de sudare aplicate la fabricarea conductelor magistrale

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 61

Fig. 5.61. Distribuţia tensiunilor Von Mises la momentul t=400s (a treia trecere)

În figura 5.62 este prezentată distribuția tensiunilor Von Mises transversal față de axa

sudurii, iar în figurile 5.63 5.65 sunt prezentate curbele de variaţie a tensiunilor Von Mises în

timp în nodurile considerate.

Fig. 5.62. Variaţia tensiunilor Von Mises în

secţiunea transversală a îmbinării sudate

Fig. 5.63. Tensiunile VM în nodurile

considerate (prima trecere)

Fig. 5.64. Tensiunile VM în nodurile

considerate (a doua trecere)

Fig. 5.65. Tensiunile VM în nodurile

considerate (a treia trecere)

5.2.6. Sudarea MAG Tandem, cap la cap, cu rost în Y, prin două cordoane –

varianta III

Cordon 1. MAG Tandem - 2 sârme (una după alta pe direcția de sudare)

Cordon 2. MAG Tandem – 2 sârme (transversal pe direcția de sudare)

Fig. 5.66 Sudarea MAG tandem cap la cap cu două sârme, cu rost în Y, prin două cordoane –

varianta 3

Page 62: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 5. Cercetări teoretice și experimentale privind modelarea matematică cu elemente finite și verificarea

experimentală a câmpului termic la operațiile de sudare aplicate la fabricarea conductelor magistrale

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 62

5.2.6.1 Analiza câmpurilor termice la sudarea MAG - varianta III

În figurile 5.67 5.68, sunt prezentate distribuţiile câmpurilor termice, generate de

sursele de sudare, la 40 de secunde de la începutul procesului de sudare, pentru fiecare dintre

cele trei treceri. Temperaturile maxime au valorile de 1886 oC în cazul trecerii 1 și 1894

oC în

cazul trecerii 2.

Fig. 5.67. Câmpul termic la momentul t=40s

(prima trecere)

Fig. 5.68. Câmpul termic la momentul t=270s

(a doua trecere)

În figura 5.69 sunt prezentate curbele de variaţie ale temperaturii în secţiunea transversală

a îmbinării sudate, pentru trecerile 1 și 2.

Fig. 5.69. Curbele de variaţie ale temperaturii în secţiunea transversală a îmbinării sudate

pentru trecerile 1 și 2

În figura 5.70 sunt prezentate poziţiile nodurilor în care au fost analizate variațiile în timp

ale temperaturii și tensiunilor VM. Acestea sunt dispuse transversal faţă de axa îmbinării, - la 0,

3, 6, 10 şi 14 mm faţă de aceasta - şi la 200 mm faţă de punctul de start al îmbinării sudate. Cu

aceste valori au fost trasate ciclurile termice în aceste noduri (Fig. 5.70 5.72).

Fig. 5.70 Poziţia nodurilor în care au fost analizate istoriile (ciclurile) termice

Page 63: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 5. Cercetări teoretice și experimentale privind modelarea matematică cu elemente finite și verificarea

experimentală a câmpului termic la operațiile de sudare aplicate la fabricarea conductelor magistrale

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 63

Fig. 5.71. Ciclurile termice în nodurile

considerate (prima trecere)

Fig. 5.72. Ciclurile termice în nodurile

considerate (a doua trecere)

5.2.6.2. Distribuţia şi variaţia tensiunilor Von Mises

În figurile 5.73 5.74 sunt prezentate distribuţiile globale ale tensiunii Von Mises la

diferite intervale de timp.

Fig. 5.73. Distribuţia tensiunilor Von Mises la

momentul t=40s (prima trecere)

Fig. 5.74. Distribuţia tensiunilor Von Mises la

momentul t=270s (a doua trecere)

În figura 5.75 este prezentată distribuția tensiunilor Von Mises transversal față de axa

sudurii iar în figurile 5.76 5.77 sunt prezentate curbele de variaţie a tensiunilor Von Mises în

timp în nodurile considerate.

Fig. 5.75. Variaţia tensiunilor Von Mises în

secţiunea transversală a îmbinării sudate

Fig. 5.76. Tensiunile VM în nodurile considerate

(prima trecere)

Page 64: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 5. Cercetări teoretice și experimentale privind modelarea matematică cu elemente finite și verificarea

experimentală a câmpului termic la operațiile de sudare aplicate la fabricarea conductelor magistrale

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 64

Fig. 5.77. Tensiunile VM în nodurile considerate (a doua trecere)

5.2.7. Sudarea MAG – Tandem, cu rost în X asimetric - varianta IV (fig. 5.78)

Cordon 1. MAG Tandem - 2 sârme (una după alta pe direcția de sudare)

Cordon 2. MAG Tandem – 2 sârme (transversal pe direcția de sudare)

Fig. 5.78. Sudarea MAG – tandem cu rost în X asimetric - varianta 4

5.2.7.1. Analiza câmpurilor termice la sudarea MAG - varianta IV

În figurile 5.79 5.80, sunt prezentate distribuţiile câmpurilor termice, generate de

sursele de sudare, la 40 de secunde de la începutul procesului de sudare, pentru fiecare dintre

cele trei treceri. Temperaturile maxime au valorile de 1916oC în cazul trecerii 1 și 1894

oC în

cazul trecerii 2.

Fig. 5.79. Câmpul termic la momentul t=40s

(prima trecere)

Fig. 5.80. Câmpul termic la momentul t=340s

(a doua trecere)

Page 65: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 5. Cercetări teoretice și experimentale privind modelarea matematică cu elemente finite și verificarea

experimentală a câmpului termic la operațiile de sudare aplicate la fabricarea conductelor magistrale

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 65

În figura 5.81 sunt prezentate curbele de variaţie ale temperaturii în secţiunea transversală

a îmbinării sudate, pentru trecerile 1 și 2.

Fig. 5.81. Curbele de variaţie ale temperaturii în secţiunea transversală a îmbinării sudate

pentru trecerile 1 și 2

În figura 5.82 sunt prezentate poziţiile nodurilor în care au fost analizate variațiile în timp

ale temperaturii și tensiunilor VM. Acestea sunt dispuse transversal faţă de axa îmbinării, - la 0,

3, 6, 10 şi 14 mm faţă de aceasta - şi la 200 mm faţă de punctul de start al îmbinării sudate. Cu

aceste valori au fost trasate ciclurile termice în aceste noduri (Fig. 5.83 5.84).

Fig. 5.82 Poziţia nodurilor în care au fost analizate istoriile (ciclurile) termice

Fig. 5.83. Ciclurile termice în nodurile

considerate (prima trecere)

Fig. 5.84. Ciclurile termice în nodurile

considerate (a doua trecere)

Page 66: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 5. Cercetări teoretice și experimentale privind modelarea matematică cu elemente finite și verificarea

experimentală a câmpului termic la operațiile de sudare aplicate la fabricarea conductelor magistrale

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 66

5.2.7.2. Distribuţia şi variaţia tensiunilor Von Mises

În figurile 5.85 5.86 sunt prezentate distribuţiile globale ale tensiunii Von Mises la

diferite intervale de timp.

Fig. 5.85. Distribuţia tensiunilor Von Mises la

momentul t=40s (prima trecere)

Fig.5.86. Distribuţia tensiunilor Von Mises la

momentul t=340s (a doua trecere)

Valoarea tensiunii Von Mises ajunge până la 268N/mm2, valorile minime înregistrându-

se în zonele în care metalul de bază este topit.

În figura 5.87 este prezentată distribuția tensiunilor Von Mises transversal față de axa

sudurii, iar în figurile 5.88 5.89 sunt prezentate curbele de variaţie a tensiunilor Von Mises în

timp în nodurile considerate.

Fig. 5.87. Variaţia tensiunilor Von Mises în secţiunea transversală a îmbinării sudate

Fig. 5.88. Tensiunile VM în nodurile

considerate (prima trecere)

Fig. 5.89. Tensiunile VM în nodurile

considerate (a doua trecere)

Page 67: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 67

CAPITOLUL 6

CONCLUZII FINALE, CONTRIBUŢII ORIGINALE, DIRECȚII

VIITOARE DE CERCETARE, DISEMINAREA REZULTATELOR

6.1. Concluzii generale

Rezultatele cercetărilor teoretice şi experimentale, dezvoltate pe parcursul elaborării şi

finalizării tezei, au evidenţiat următoarele concluzii:

Sunt prezentate considerații generale despre rolul și elementele de bază, constructive și

funcționale privind conductele magistrale, a parților componente și destinațiile diversificate ale

acestora;

Au fost analizate diversitatea de oțeluri utilizate la construcția conductelor magistrale,

caracteristicile specifice ale acestora, condițiile de exploatare și valorile de încadrare ale încercărilor

privind caracterizarea acestora, conform normativelor internaționale în vigoare;

S-a prezentat otelul X52 MS , asupra căruia s-au îndreptat cercetările efectuate în cadrul

tezei de doctorat, cu date privind caracterizarea acestuia din punct de vedere al caracteristicilor

mecano - metalografice specifice, impuse de normativele internaționale;

Analiza privind procedeele de sudare actuale utilizate la fabricarea conductelor

magistrale au vizat două procedee de mare productivitate și anume sudarea automată sub strat de

flux (SAF), precum și procedeul de sudare MIG / MAG, punandu-se accent pe varianta recenta

MIG / MAG Tandem, care a constituit procedeul care s-a aplicat în programul experimental

desprinzându-se următoarele aspecte:

Procedeul de sudare sub flux are cea mai mare aplicabilitate în industrie, aplicându-

se în regim automat de lucru, cu o flexibilitate deosebit de ridicată, permițând realizarea unei game

largi de configurații constructive ale sistemului de sudare

Sudarea automată sub strat de flux prezintă restricții privind poziția de sudare -

procedeul SAF putând fi aplicată pentru sudarea orizontală și cu restricții în cornișă (PA și PC

conform SR EN 6947-2011), aplicându-se la majoritatea materialelor metalice, cu excepția

aluminiului, cu grosimi cuprinse într-o gamă foarte largă în intervalul 2-300 mm;

Tendința actuală este de a se extinde aplicarea pe scara largă a sistemelor de sudare

SAF multiarc, cu arce independente, cu arce gemene, cu arce înseriate, chiar și în domeniul

fabricării conductelor magistrale;

Limitarea utilizării acestor procedee de mare productivitate este dată de valoarea

ridicată a energiei liniare introdusă de procesul de sudare, peste limitele admisibile pentru marea

majoritate a oțelurilor utilizate, rată foarte mare de depunere, durate active mari, fapt compensat

parțial prin creșterea vitezei de sudare, cu consecințe asupra caracteristicilor mecanice și

metalurgice ale îmbinărilor sudate;

Page 68: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 6. Concluzii finale, contribuţii originale, diseminarea rezultatelor, direcții viitoare de cercetare

C. TOMA- Teză de doctorat Pag. 68

Procedeul de sudare MIG / MAG, (131), varianta clasică cu o sârmă tinde să se

extindă mai ales la realizarea cordoanelor de rădăcină la rosturile în X, în regim automatizat,

urmând completările rosturilor prin același procedeu (la table mai subțiri pană la 6 - 10 mm

grosime), sau automat sub strat de flux, SAF, pentru table peste aceste grosimi. Varianta MIG /

MAG, Tandem cu 2 sârme, permite înlocuirea treptată a procedeului de sudare sub strat de flux la

realizarea îmbinărilor sudate cap la cap cât și de colț în diferite sectoare industriale specializate în

construcția de nave, la confecționarea recipientelor sub presiune, a grinzilor masive pentru

construcții, la fabricarea țevilor și conductelor magistrale, etc.;

Experimentările s-au desfășurat la Centrul de cercetare C12 „Eco-tehnologii avansate de

sudare” aparținând ICDT - UTBV, utilizându-se baza materială existentă. S-a realizat un montaj

experimental ce a constat dintr-o Celulă Robotizată de Sudare formată dintr-un robotul de sudare

QIROX 315 cu 7 axe, având amplasat un cap de sudare MIG / MAG Tandem, cu două sârme,

alimentat din două surse de sudare Quinto – GLC 603, montajul permițând realizarea unor

programe cu controlul parametrilor principali de sudare (Is, Ua, Vas, Qgaz) pentru fiecare sârmă

material de adaos, precum și a vitezei de sudare, Vs;

Programul de experimentari a inclus realizarea de trei tipuri de îmbinări sudate pentru

perechi de tablele cu rost în V, (cu 3 și 2 cordoane, realizate unilateral, cu suport pe pat de flux), și

pe perechi de table cu rosturi în X (2 cordoane, realizate bilateral), realizate exclusiv prin procedeul

MAG Tandem. Au fost efectuate analizele câmpurilor termice, pentru tehnologia clasică aplicată

(rost în X sudare combinată SAW și MIG / MAG) precum și pentru fiecare din variantele

experimentate, (rost în Y și X, sudare MAG cu o sârmă și Tandem), pe baza modelării cu elemente

finite a proceselor de sudare, având la bază valorile concrete ale tuturor parametrilor reali utilizați

determinându-se distribuția și variația tensiunilor Von Mises în fiecare cordon de sudură din

îmbinările sudate analizate,

Pentru a simula sudarea cap la cap a țevilor de diametre mari, în cadrul cercetărilor

întreprinse, s-au dezvoltat șase modele numerice originale 3D, care reprezintă instrumente utile în

simularea prin metoda elementelor finite a proceselor de sudare mono şi multiarc şi în analiza

transferului termic în îmbinările sudate realizate prin cele două variante de sudare(MAG și SAW);

Rezultatele obținute în urma modelării cu elemente finite au fost mai precise întrucât s-a

folosit o tehnică de modelare complexă care ține cont de cordoanele de sudură depuse, elementele

finite asociate cordoanelor de sudură fiind dezactivate la începutul procesului de simulare şi activate

în momentul trecerii sursei/surselor termice prin dreptul lor;

S-au determinat câmpurile termice în zonele îmbinărilor sudate precum și distribuția

tensiunilor Von Mises în țevile supuse procesului de sudare;

S-au trasat ciclurile termice în cinci noduri dispuse în plan transversal faţă de axa

îmbinării sudate pentru a putea fi analizată evoluția în timp a temperaturii în aceste zone;

Page 69: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 6. Concluzii finale, contribuţii originale, diseminarea rezultatelor, direcții viitoare de cercetare

C. TOMA- Teză de doctorat Pag. 69

Temperaturile maxime pentru fiecare procedeu folosit sau pentru fiecare trecere au fost

atinse în nodurile situate în axele centrale ale îmbinărilor sudate, iar valorile acestora au fost

cuprinse în intervalul 1842 2038 ºC;

Tensiunile Von Mises maxime pentru fiecare procedeu folosit sau pentru fiecare trecere

au fost atinse în nodurile situate în zonele influențate termic ale îmbinărilor sudate, iar valorile

acestora au fost cuprinse în intervalul 226 336 N/mm2. Valorile diferite ale tensiunilor VM

maxime sunt datorate în principal valorilor diferite ale energiilor liniare introduse în modele, cât și

datorită timpilor diferiți între treceri pentru fiecare procedeu în parte;

Îmbinările sudate au fost caracterizate, conform procedurilor în vigoare, asupra acestora

efectuându-se controalele uzuale, respectiv: control vizual, control defectoscopic, determinarea

caracteristicilor mecano-metalografice (examinarea macro și microscopică, încercarea de duritate,

încercarea la tracțiune, încercarea la îndoire, încercarea la reziliență), rezultatele fiind prezentate

sintetic, sub formă de tabele și diagrame;

Din interpretarea rezultatelor obținute în urma încercărilor efectuate a rezultat faptul că

toate îmbinările sudate realizate în cadrul programului de experimentari au corespuns din punct de

vedere al controlului dimensional și defectoscopic, rezultatele încercărilor mecano metalografice s-

au încadrat în limitele prevăzute de normativele în vigoare. Astfel, cele 4 tehnologii de sudare

investigate, prin aplicarea procedeului de sudare MAG Tandem, nu afectează în mod special

comportarea mecano – metalurgică a oțelului X52 MS, îmbinările având o plasticitate și tenacitate

corespunzatoare, dovedindu-se aplicabile la sudarea acestui tip de oțel.

Din analiza comparativa a celor 4 tipuri de îmbinări realizate pe probe de sudură din

oțel X52 MS (3 variante pe probe sudate cu rost in Y și o variantă pe probe cu rost în X) aplicand

procedeul de sudarea multi arc MAGTandem, se poate concluziona că:

la îmbinările sudate cap la cap cu rost în V, varianta de sudare 3 (cordoane de sudură

unilateral, primul cordon cu 2 sârme tandem, iar al doilea cordon cu același cap de sudare cu 2

sârme dar dispuse transversal) s-a dovedit cel mai avantajos atât din punct de vedere al

consumurilor energetice cat și de materiale consumabile, pretandu-se la automatizare și robotizare;

la îmbinările sudate cap la cap cu rost în X, (2 cordoane , bilateral, primul cordon pe

rostul mic sudat MAG cu două sârme - tandem, iar al doilea cordon cu acelasi cap de sudare dar

dispus transversal, oferă avantajul realizarii îmbinării numai din două treceri conducand la

reducerea consumurilor energetice, materiale consumabile, posibilitati de automatizare și

robotizare;

Sudarea sub flux SAF și sudarea combinată SAF și MIG / MAG, care a reprezentat și

varianta de referință clasică, bine cunoscută și aplicată încă în domeniul fabricației de conducte

magistrale, prin extinderea și aplicarea procedeului de sudare de multi arc MAG Tandem, ca

urmare a rezultatelor obtinute, poate deveni o alternativă de înlocuire cu succes a acestora.

Page 70: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 6. Concluzii finale, contribuţii originale, diseminarea rezultatelor, direcții viitoare de cercetare

C. TOMA- Teză de doctorat Pag. 70

6.2. Contribuții personale

Prin prisma obiectivelor propuse precum și în urma rezultatelor cercetărilor teoretice și

experimentale efectuate pe parcursul elaborării tezei de doctorat, contribuțiile personale pot fi

sintetizate după cum urmează:

1. Realizarea analizei detaliate privind stadiul actual al procedeelor de sudare multiarc, de

mare productivitate, utilizate la fabricarea conductelor magistrale cu precadere a posibilității

înlocuirii treptate a procedeului de sudare sub flux (SAF), și a extinderii procedeului de sudare MIG

/ MAG Tandem, care oferă posibilitați extinse de automatizare și robotizare;

2. Elaborarea și punerea în practică a unui program de experimentări care cuprinde

realizarea de îmbinări sudate din oțel X52 MS pe perechi de table cu rost in V, (cu 3 și 2 cordoane,

realizate unilateral, cu suport pe pat de flux), și pe perechi de table cu rosturi în X (2 cordoane,

realizate bilateral), realizate exclusiv prin procedeul MAG Tandem

3. S-a realizat un montaj experimental ce a constat dintr-o Celulă Robotizată de Sudare

formată dintr-un robotul de sudare QIROX 315 cu 7 axe, având amplasat un cap de sudare MIG /

MAG Tandem, cu două sârme, alimentat din două surse de sudare Quinto – GLC 603, montajul

permițând realizarea unor programe cu controlul parametrilor principali de sudare (Is, Ua, Vas, Qgaz)

pentru fiecare sârmă material de adaos, precum și a vitezei de sudare,Vs;

4. Au fost efectuate analizele câmpurilor termice, pentru tehnologia clasică aplicată (rost în

X sudare combinată SAW și MIG/MAG) precum și pentru fiecare din cele 4 variante

experimentate, (rost în Y și X, sudare MAG cu o sârmă și Tandem), pe baza modelarii cu elemente

finite a proceselor de sudare, având la bază valorile concrete ale tuturor parametrilor reali utilizați

determinându-se distribuția și variația tensiunilor Von Mises în fiecare cordon de sudură din

îmbinările sudate analizate,

5. Caracterizarea îmbinărilor sudate realizate, conform procedurilor în vigoare, asupra

acestora efectuându-se controalele uzuale, respectiv: control vizual, control defectoscopic,

determinarea caracteristicilor mecano-metalografice (examinarea macro și microscopică,

încercarea de duritate, încercarea la tracțiune, încercarea la îndoire, - încercarea la reziliență),

rezultatele fiind prezentate sintetic, sub forma de tabele si diagrame.

6. Analiza comparativă a rezultatelor obținute în urma experimentarilor celor 4 tehnologii

de sudare investigate, prin aplicarea procedeului de sudare MAG Tandem, concluzionând că acestea

nu afectează în mod special comportarea mecano – metalurgică a oțelului X52 MS, îmbinările

având o plasticitate și tenacitate corespunzatoare, dovedindu-se aplicabile la sudarea acestui tip de

oțel.

7. Rezultatele obținute prin tehnologiile de sudare investigate, utilizand procedeul de sudare

MAG Tandem, pot constitui un fundament teoretic și experimental la înlocuirea treptată a

tehnologiile de sudare SAF/ MIG-MAG, aplicate în prezent la fabricarea conductelor magistrale,

Page 71: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

Capitolul 6. Concluzii finale, contribuţii originale, diseminarea rezultatelor, direcții viitoare de cercetare

C. TOMA- Teză de doctorat Pag. 71

devenind avantajoase atât din punct de vedere al consumurilor energetice cat și de materiale

consumabile, pretându-se la automatizare și robotizare.

6.3. Direcții de cercetare viitoare

Cercetările experimentale derulate în cadrul tezei de doctorat s-au materializat prin

următoarele:

Elaborarea de noi tehnologii de sudare, utilizând procedeul MAG- Tandem, a tablelor

cu grosimi pană la 15 mm, cap la cap, cu rost în Y si in X, unilateral sau bilateral, cu posibilitati de

implementare atat la fabricarea conductelor magistrale cât și în toate domeniile industriale unde

intervin asemenea tipuri de îmbinări

Realizarea unui montaj experimental funcțional, format dintr-o Celulă Robotizată de

Sudare utilizând robotul de sudare QIROX 315 cu 7 axe, având amplasat un cap de sudare MIG /

MAG Tandem, cu două sârme, alimentat din două surse de sudare Quinto – GLC 603, montajul

permițând realizarea unor programe cu controlul parametrilor principali de sudare (Is, Ua, Vas, Qgaz)

pentru fiecare sârmă material de adaos, precum și a vitezei de sudare,Vs;

Efectuarea de programe specializate, adaptabile pe montajul experimental realizat,

pentru sudarea robotizată prin procedeul MIG / MAG Tandem, a diferitelor structuri sudate, pentru

diverse cazuri practice.

Extinderea cercetărilor de pe eșantioanele de table pe țevi sudate;

Studierea comportării acestor noi procedee în procesul de fabricație și anume la

calibrarea mecanică (pe expandor);

Efectuarea testelor HIC (Hidrogen Induced Cracking) și SSC (Sulfide Stress Cracking)

a îmbinărilor sudate și a zonei influențate termic.

6.4 Modalități de valorificare

Rezultatele cercetării efectuate pe parcursul elaborării și finalizării tezei de doctorat au fost

valorificate după cum urmează:

Publicarea unui număr de 4 articole științifice la congrese, conferințe internaționale și

reviste de specialitate, din care 1 ISI și 3 BDI ca prim autor.

Page 72: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

C TOMA - Teză de doctorat Pag. 72

BIBLIOGRAFIE

a) Articole, monografii, proceedings de conferinţe.

1. [ANG 97] Anghel, I., Sudarea oțelurilor aliate, Editura Tehnică, București, 1993

2. [BÎM 11] Bîrsan D., Mircea O., Coupled Analysis Of The Double Submerged

Arc Welding Process Using Element Movement Techniques, New

Technologies and Products in Machine Manufacturing Technologies

Journal, ISSN 1224-029X, Suceava, Romania, pag. 297:301, 2011

3. [BÎS 11] Birsan D., Scutelnicu E., Stress and temperature field modelling at

web stiffeners welding, The Annals of Dunarea de Jos University of

Galati, Fascicle XII, Welding Equipment and Technology, Year XXI,

ISSN 1221 4639, pag.15:19, 2011.

4. [BLD 02] Blackman S., Dorling D. V. High-speed tandem GMAW for pipeline

welding", Proceedings of IPC 2002: International Pipeline Conference,

Vol. IPC02-27295, 29th September 3rd October 2002, Calgary,

Alberta Canada, 2002.

5. [BRS 93] Bîrsan D. C., Rusu C. C., Scutelnicu E., Mistodie R. L., Heat Transfer

Analysis in API X70 Steel Joints Performed by Double Submerged Arc

Welding Process, Metalurgia International, Vol. 18, Spec. Iss. 1, pag.

62:65, 2013.

6. [BSV 13] Bîrsan D., Scutelnicu E., Visan D., Modeling of Heat Transfer in

Pipeline Steel Joint Performed by Submerged Double-Arc Welding

Procedure, The 10th International Conference Structural Integrity of

Welded Structures, Timisoara, Romania, 11-12 July, 2013.

7. [BSV 13a] Bîrsan D., Scutelnicu E., Visan D., Modeling of Heat Transfer in

Pipeline Steel Joint Performed by Submerged Double-Arc Welding

Procedure, Advanced Materials Research, Advanced Materials

Research, Vol. 814, pag. 33:40, 2013.

(doi: 10.4028/www.scientific.net/AMR.814.33.)

8. [BUN 07] Burcă M., Negoițescu S.,Sudarea MIG / MAG, Editura Sudura, ISBN

973-8359-22-8, Timișoara, 2004.

9. [CÂN 99] Cândea, V.N., Metalurgia sudării, Tom. II, vol 5, Editura Lux Libris,

Braşov, 1999.

10. [CHA 87] Chandel R.S. , Mathematical modeling of melting rates for submerged

arc welding, Weld. J. 66(5), pag. 135:140s, 1987.

11. [CKS 14] Cho D.W., Kiran D.V., Song W.H., Na S.J., Molten pool behavior in

the tandem submerged arc welding process, Journal of Materials

Processing Technology, 214, Issue 11, Nov. 2014, p. 2233:2247, 2014.

12. [CON 93] Constantin, E., Tehnologia sudării prin topire – Bazele tehnologice

ale sudării prin topire, Universitatea Dunărea de Jos, Galaţi, 1993.

13. [DAL 88] Dallam C.B., Liu S., Flux composition dependence of microstructure

and toughness of submerged arc HSLA weldments, Welding Journal,

64 (5), 1999, pag. 140:149, 1988.

14. [DEH 97] Dehelean, D., (1997), Sudarea prin topire, Editura Sudura, ISBN 973–

98049–1–8, Timişoara, 1997.

Page 73: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

BIBLIOGRAFIE

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 73

15. [ESA 11] ESAB Group, Advanced Fabrication Methods in Power Generation,

Process Industry, Oil & Gas, Offshore and Shipbuilding Industry -

Global survey, London U.K., Annual Report, 2011.

16. [FLF 11] Fonzo A., Lucci A., Ferino J., Di Biagio M., Spinelli C.M., Flaxa V.,

Zimmermann S., Kalwa C., Knoop F.M., Full scale investigation on

strain capacity of high grade large diameter pipes, 18th JTM, 16/19,

San Francisco, CA, 2011.

17. [GBM 86] Goldak J., Bibby, M., Moore J., House R., Patel B, Computer

Modeling of Heat Flow in Welds, Metallurgical Transactions B, vol.

17 B, pp. 587-600, 1986.

18. [GBM 86] Goldak J., Chakravarti A. and Bibby M., A new Finite Element Model

for Heat Sources, Metallurgical Transactions B, vol. 15 B, pp.

299:305, 1984.

19. [GBM 86] Goldak J., Bibby M, Moore J, House R. ,Patel, B., Computer modeling

of heat flow in welds, Metallurgical Transactions B, vol. 17 B, pp.

587:600, 1986.

20. [GZB 96] Goldak J., Zhou J., Breiguine V., and Montoya F., Thermal Stress

Analysis of Welds: From melting Point to Room Temperature, JWRI,

vol. 25, No. 2, pp. 1851:89,1996.

21. [HIL 95] Hillenbrand H. G., Manufacturability of linepipe in grades up to X100

from TM processed plate, Proceedings of the Conference of Pipeline

Technology, Vol. 2, 11th-14th September 1995, Ostend, Belgium, pp.

273:286, 1995.

22. [HKS 11] Hillenbrand H.G., Kalwa C., Schröder J., Kassel C., Challenges To a

pipe manufacturer driven by worldwide pipe projects, 18th JTM,

16/19, San Francisco, CA., 2011.

23. [IJI 12] Iovanas R., Joni A., Iovanas D., Staretu I., Iovanas R. F. ,The

anthropomorphic six axis robot as an appropriate tool for Automatic

Gas Pipe Welding Process, Applied Mechanics and Materials Vol. 162

pp 455-462, 2012.

doi:10.4028/www.scientific.net/AMM.162.455

24. [JEC 07] Jeong S., K., Cho H., S., An analytical solution to predict the transient

temperature distribution in fillet arc welds, Welding Journal 76(6), ,

pag. 223s:232s, 1997.

25. [JOT 05] Joni Nicolae, Trif Nicolae, Sudarea robotizată cu arc rlrctric, Editura

Lux Libris, ISBN 973-9458-48-X, ISBN 973-9458-33-5, Brașov, 2010

26. [KAM 06] Kanjilal P., Pal T. K., Majumdar S. K., Combined effect of flux and

welding parameters on chemical composition and mechanical

properties of submerged arc weld metal, Journal of Materials

Processing Technology, 2006, pag. 223 – 231.

27. [KBS 94] Kim I. S., Bas, A., Siores E., The effect of welding parameters on weld

penetration in GMAW process, Welding, Joining, Coating and Surface

Modification of Advanced Materials. Pre-Assembly Symposium, 47th

Annual Assembly of IIW, Vol. 1, Dahian, China, pp. 238-243, 1994.

28. [KCS 14] Kiran D.V., Cho D.W., Song W.H,. Na S.J, Arc behavior in two wire

tandem submerged arc welding, Journal of Materials Processing

Technology, Volume 214, Issue 8, August 2014, pp. 1546-1556, 2014

29. [KOU 87] Kou, S., Welding Metallurgy, University of Wisconsin, John Wiley &

Sons, Inc., 1987.

30. [KOT 09] Kobayashi K., Omura T., Takahashi N., Minato I. Yamamoto A.,.

Page 74: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

BIBLIOGRAFIE

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 74

Sumitomo Metal Industries, Pipeline Technology Conference, Ostend,

Paper no: Ostend 2009-022, 2009.

31. [LEC 07] Lee, C.H., Chang, K.H., Three-dimensional finite element simulation

of residual stresses in Circumferential Welds of Steel Pipe Including

Pipe Diameter Effects, Journal of Material Science & Engineering-A.

Article in Press, doi:10.1016/j.msea.2007.10.011, 2007.

32. [LGO 02] Liessem A., Grimpe F., Oesterlein, L.:State-of-the-Art Quality Control

during the Production of SAW Linepipes, Proc. 4th Int. Pipeline

Conference, Calgary,Alberta, ASME, paper IPC2002, -27141, 2002.

33. [LZN 89] Lassaline E., Zajaczkoski Z., North T. H., Narrow groove twin-wire

GMAW of high-strength steel, Welding Journal, vol. 68, no. 9, pp.

53:58, 1989.

34. [MAC 10] Machedon–Pisu Teodor, Tehnologia sudării prin topire. Ghid de

lucrări practice, Editura Lux Libris, ISBN978-973-131-089-3, Brașov,

2010

35. [MAC 13] Machedon–Pisu Teodor, Sudarea prin topire a materialelor neferoase,

Editura Lux Libris, ISBN978-973-131-228-6, Brașov, 2013

36. [MAZ 13] Mazilu R. ,Cercetări experimentale privind sudarea MIG/MAG multi-

arc a conductelor magistrale, Teza de doctorat, Universitatea

Transilvania Brașov, 2013.

37. [MCS 09] McCormick A, Connelly M., Slater Jackson E. Corus Tubes, UK.

Pipeline Technology, Conference, Ostend, 2009 Paper no:

Ostend2009-084, 2009.

38. [MES 04] Messler W. R., Principles of Welding: Processes, Physics, Chemistry

and Metallurgy, Wiley-VCH, ISBN-13: 978-0-471-25376-1, Berlin,

Germany, 2004.

39. [MRV 13] Mistodie L.R.., Rusu C.-C., Voicu C., Toma C., Sudarea multiarc a

țevilor pentru conducte magistrale de gaze naturale realizate din

oțeluri de înaltă rezistență, Conferința Națională Multidisciplinară,

Prof. I.T. Lăzărescu, pag. 431:438, Ed. I, Cugir, 3013.

40. [MKM 11] Moeinifara, S., Kokabib A. H., Madaah Hosseinib H. R., Role of

tandem submerged arc welding thermal cycles on properties of the

heat affected zone in X80 microalloyed pipe line steel, Journal of

Materials Processing Technology, Volume 211, Issue 3, 1 March

2011, pp. 368:375, 2011.

41. [MRC 12] Mistodie L.R., Rusu C.C., Constantin E., Scutelnicu E., Voicu C.,

Comparative experimental study on mono and multiarc submerged arc

welding of API 5L-X70 steel, Proceedings of the European Federation

for Welding - EWF Eurojoin 8 Conference, 24-26 May 2012, Pola-

Croatia, ISBN978-953-7518-02-8, pag. 125:132, 2012.

42. [MTR 14] Mistodie L. R., Toma C., Rusu C.-C., Determinarea experimentala a

campului termic la sudarea multiarc sub strat de flux a tevilor utilizate

la fabricarea conductelor magistrale, Proceedings of ASR Conference

Sudura, Sibiu, 2014.

43. [NIG 90] Niederhoff K and Gräf M.K., Toughness behaviour of the heat-

affected zone (haz) in double submerged-arc welded large diameter

pipe, Proc. Pipeline Technology Conference, Oostende, Belgium, Vol.

B, pp. 13.1-13.9, 1990.

44. [NKR 08] Nadimi S., Khoushehmehr R.J, Rohani B., Mostafapour A.,

Investigation and Analysis of Weld Induced Residual Stresses in Two

Page 75: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

BIBLIOGRAFIE

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 75

Dissimilar Pipes by Finite Element Modelling, Journal of Applied

Sciences 8 (6): 1014-1020, ISSN: 1812-5654, 2008.

45. [OHL 99] Ohring S., Lugt H., J., Numerical simulation of a time-dependent 3-D

GMA weld pool due to a moving arc, Welding Journal, December, ,

pag. 416s:424s, 1999.

46. [OKA 99] Okatsu M., Kawabata, F., Amano K., "Metallurgical and mechanical

features of X100 linepipe steel", Proceedings of the 16th International

Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering

(OMAE97), III – Materials Engineering, 13th-17th April 1997,

Yokohama, pp. 119-124, 1997.

47. [PAM 06] Palani P. K., Murugan N., Development of mathematical models for

prediction of weld bead geometry in cladding by flux cored arc

welding, International Journal of Advanced Manufacturing, vol. 30,

no. 7-8, pp. 669-676, 2006

48. [QUP 99] Quintino L., Pires I., Analysis of the influence of shielding gas

mixture on features of MIG/MAG welding", Eurojoin: Welding

Technology at Work, 3rd European Conference on Joining

Technology, 30th March-1st Aprilie, 1998, Bern, pp. 819-830, 98,

1998

49. [QUR 08] Qureshi M., E. Analysis of residual stresses and distortions in

circumferentially welded thin-walled cylinders, PhD Thesis,

Department of Mechanical Engineering, National University of

Sciences and Technology, Rawalpindi, Pakistan, 2008.

50. [RAP 08] Rosado T., Almeida P., Pires I., Miranda R., Quintino L., Innovations

in arc welding, 5º Congresso Luso-Moçambicano de Engenharia, 2º

Congresso de Engenharia de Moçambique, Artigo REF: 44A004,

Maputo, 2-4 Setembro, 2008

51. [RCB 14] Rusu C.-C., Constantin E., Birsan B., Mircea O., Visan D. Mistodie L.

R., Georgescu B, Scutelnicu E., Investigation of temperature field

generated by the tandem submerged arc welding process, Proc. of the

Second Intl. Conf. on Advances In Mechanical and Robotics

Engineering- AMRE 2014, ISBN: 978-1-63248-031-6 doi: 10.15224/

978-1-63248-031-6-152, 2014.

52. [SCO 01] Scorobețiu L., Teoria proceselor de sudare, Universitatea Transilvania

Brașov, 2001.

53. [SCU 03] Scutelnicu, E., Cercetări teoretice şi experimentale privind procesele

termice la sudarea îmbinărilor eterogene, Teză de doctorat,

Universitatea „Dunărea de Jos” din Galaţi, 2003.

54. [SCU 04] Scutelnicu E., Simularea prin metoda elementului finit a proceselor

termice din îmbinările sudate eterogene, Editura Fundaţiei

Universitare „Dunărea de Jos”, Galaţi, 2004

55. [SCU 07] Scutelnicu, E., ”Bazele proceselor de sudare”, Editura Fundației

Universitare ,,Dunărea de Jos”, Galați, 2007.

56. [SCR 14] Scutelnicu E., Rusu, C. C., Assessment of Cooling Rate in

Longitudinal Welded Pipelines performed by Submerged Double-Arc

Welding”, International Journal of Mechanics, Volume 8, ISSN1998-

4448, pp. 144:149, 2014.

57. [SCU 07] Scutelnicu, E., Bazele proceselor de sudare, Editura Fundaţiei

Universitare „Dunărea de Jos“, Galaţi, 2007.

Page 76: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

BIBLIOGRAFIE

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 76

58. [SUR 96] Surgean I., Electrozi, fluxuri şi sârme pentru sudare, Editura Facla,

Timişoara, 1996.

59. [TII 14] Toma C., Iovanas R., Iovanas D. M., Research regarding the

manufacture of pipelines through automatic tandem mag welding on

generators, Advanced Materials Research Vol. 1029 (2014) pp

100:105, 2014.

(doi:10.4028/www.scientific.net/AMR.1029.100)

60. [TIM 08] Timings R., Fabrication and Welding Engineering, NEWNES Press

imprint of Elsevier, ISBN 10: 0-7506-6691-9, ISBN 13: 978-0-7506-

6691-6, Oxford USA, 2008.

61. [TIR 14] Toma C., Iovanas R, Roata I.C.,Iovanas D.M., Researches regarding

tandem mag bilateral welding on generators of X52 HIC steel mains,

Proceedings of International Conference on Innovative Technologies,

IN-TECH 2014, Leiria, 10. - 13.09.2014, ISBN 978-953-6326-88-4,

pag. 107:111, 2014.

62. [TRO 09] Trommer G., Tandem wire process improves shiip panell productiion,

Welding journal, vol. 88, nr. 9,pag. 42:45, ISSN 0043-2296,

septembrie, 2009.

63. [TUS 00] TusÏek Janez, Mathematical modeling of melting rate in twin-wire

welding, Journal of Materials Processing Technology 100 pag.

250:256, 2000.

64. [TUS 04] Tusz, F., Sisteme de fabricație flexibilă pentru realizarea ansamblelor

sudate, ISBN 973-8359-29-5, Editura Sudura, 2004.

65. [TVP 08] Trușculescu, M., Vârtosu, A., Pascu, R., Materialotehnica. Materiale

folosite în construcția de mașini, instalații și scule”, ISBN 978-973-

625-575-5, Vol III, Editura Politehnica, Timișoara, 2008.

66. [ȚDE 96] Țenche, P., Dan C., Epure X., Materiale pentru sudare standardizate –

simboluri și corespondențe, Ediția a II-a, revăzută și adăugită, Editura

OIDICM, ISBN 973 – 9187 – 46 – 3, București,1996.

67. [UOY 05] Ueyama T., Ohnawa T., Yamazaki K., Tanaka M., Ushio M., Nakata

K., High-Speed Welding of Steel Sheets by the Tandem Pulsed Gas

Metal Arc Welding System, Transactions of JWRI, Vol. 34 No. 1,

(Osaka University), 2005.

68. [VIȘ 08] Vișan D., Tehnologii de sudare, Universitatea Dunărea de Jos, Galați,

2008.

69. [VOI 06] Voicu, I., S., Încercările tehnologice şi de rezistenţă ale îmbinărilor

sudate sau lipite, Editura Sudura, Timișoara, ISBN 973–8359–38–4,

2006.

70. [VOI 10] Voiculescu, I., Rontescu, C., Dondea, I. L., Metalografia imbinarilor

sudate”, ISBN 978-973-8359-58-1, Ed. Sudura, Timișoara, 2010.

71. [VOI 11] Voicu C., Contribuţii la optimizarea sudării conductelor magistrale,

Teză de doctorat, Universitatea Dunărea de Jos, Galați, 2011.

72. [VRM 11] Voicu C., Rusu C.C., Misdotie L.R., Constantin E.(2011),

Experimental determination multiarc welding submerged pipes for

pipelines, The Annals of Dunărea de Jos University of Galaţi, Fascicle

XII, Welding Equipment and Technology, Year

XXI, ISSN 1221 – 4639, 2011.

Page 77: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

BIBLIOGRAFIE

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 77

73. [VRM 12] Voicu C., Rusu C.C., Mistodie L.R., Comparative studies on

submerged welding steel mono and multiarc X 70, Proceedings of the

European Federation for Welding – EWF EUROJOIN 8 Conference,

24-26 May 2012, Pola-Croatia, pag. 125:132, ISBN 978–953–7518–02

–8, 2012.

74. [ZHW 11] Zhao W., Wamg W., Research on the affect the thermal cycle of

welding simulated microstructure and mechanical properties of the

steel pipe X 90, Materials Science and Engineering, Vol., 528, Issue

24, 15 septembrie 2011, pag. 7417:7422, 2011

75. [ZIR 07] Zgură, Ghe., Iacobescu, G., Rontescu, C., Cicic, D., ”Tehnologia

sudării prin topire”, ISBN 978-973-7838-57-5, Editura Politehnica

Press, București,2007.

76. [WAV 82] Waszink J.H., Van den Heuvel G.J.P.M., Heat generation and heat

flow in the fller metal in GMAwelding, Weld J. 61(8) pag. 269:282s,

1982.

77. [*** 99] SR EN 1043-2/1999, Încercări distructive ale îmbinărilor sudate din

materiale metalice - Partea 2: Încercarea de microduritate a

îmbinărilor sudate”.

78. [*** 99a] API STD 1104 (1999), Welding of pipelines and related facilities,

19th ed, American Petroleum Institute, Ann Arbor, MI.

79. [*** 00] SR EN 1321-2000, Încercari distructive ale imbinarilor sudate din

materiale metalice. Examinarea macroscopica si microscopica a

imbinarilor sudate.

80. [*** 00a] BS 4515-1 (2000), Specification for welding of steel pipelines on land

and offshore. Part 1: Carbon and carbon manganese steel pipelines,

British Standards Institution, London.

81. [*** 01] ***Colecţia de standarde comentate în domeniul sudării şi tehnicilor

conexe, Vol. I – Sudarea prin topire cu arcul electric, Editura Sudura,

Timişoara, ISBN 973 – 8359 – 01 – 5, 2001

82. [*** 03] ***SR EN 970:2003, Examinări nedistructive ale îmbinărilor sudate

prin topire. Examinarea vizuală.

83. [*** 04] EN ISO 15614-1:2004, Specification and qualification of welding

procedures for metallic materials - Welding procedure test - Part 1:

Arc and gas welding of steels and arc welding of nickel and nickel

alloys.

84. [*** 05] ISO 6507-1, Metallic materials -- Vickers hardness test -- Part 1: Test

method, 2005.

85. [*** 07a] API SPEC 5L – 2007, Specification for Line Pipe, API Standard, Oct.

2004 and 44th ed., October 1, 2007

86. [*** 08] ***SR EN 14163:2008, Industriile petrolului şi gazelor naturale.

Sisteme de transport prin conducte. Sudarea conductelor, ASRO,

Ediţia 1, 2011.

87. [*** 10] SR EN ISO 5173:2010, Încercări distructive ale sudurilor din

materiale metalice. Încercări la îndoire.

88. [*** 10a] NSRP Subcontract Agreement No. 2010-305, Contractor: Todd Pacific

Shipyard, comparison of SAW and tandem electrode gas shielded

Page 78: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

BIBLIOGRAFIE

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 78

processes for productivity, and distortion in thin panel butt joints for

thin panel structures, August 17, 2010 Idaho Falls, Idaho, 2010.

89. [*** 11] SR EN ISO 5178:2011, Încercări distructive ale îmbinărilor sudate

din materiale metalice. Încercarea la tracţiune longitudinală a

metalului depus din îmbinările sudate prin topire.

90. [*** 11a] SR EN ISO 9015-1:2011, Încercări distructive ale îmbinărilor sudate

din materiale metalice. Încercarea de duritate. Partea 1: Încercarea

de duritate a îmbinărilor sudate cu arc electric

91. [*** 11b] SR EN ISO 9016:2011, Încercări distructive ale îmbinărilor sudate

din materiale metalice. Încercarea la încovoiere prin şoc. Poziţia

epruvetei, orientarea crestăturii şi examinare.

92. [*** 11c] NSRP SP7 Panel Project, ATI Project No: 2010-305, Comparison of

saw and tandem electrode gas shielded processes for productivity, and

distortion in butt joints for thin panel structures, April 13, 2011 at Ann

Arbor, Michigan, USA, 2011

93. [*** 12] ISO 3183, "Petroleum and natural gas industries – Steel pipe for

pipeline transportation systems", ISO, 2012

94. [*** 13] SR EN ISO 4136:2013, Încercări distructive ale sudurilor din

materiale metalice. Încercarea la tracţiune transversală.

95. [*** ARC] http://galati.arcelormittal.com/

96. [*** CMR] http://www.cmrs.ugal.ro/gazoduct/

Proiect PN-II-PT-PCCA-2011-3.1-1057 Contract nr. 27/2012,

Creşterea securităţii în alimentarea cu gaz la magistralele

transeuropene.

97. [*** JUS] http://www.justools.ro/ductil/sudare-mig.pdf

98. [*** KOB] http://www.kobelco.co.jp/english/welding/index.html

KOBELKO, Welding robot, ARCMANTM

, Welding Systems Lineup

99. [*** LIN] http://www.lincolnelectric.com

GMAWWelding Guide.

100. [*** LINa] http://www.lincolnelectric.com/assets/global/Products/Consumable_M

IGGMAWWires-SuperArc-SuperArcL-50/c4200.pdf

101. [*** PAP] http://www.paper.edu.cn/index.php

Quasnen L., Huan, L., Dan, Qu., Ying, G., Finite element simulation

for the weld temperature field of tandem pulsed MIG welding,

Chinese scientific papers online / default/releasepaper/content/200705-

435.

102. [*** SAF] www.saf-fro.com

103. [*** TRA] www.transgaz.ro, SC TRANGAZ SA, „Norme tehnice pentru

proiectarea,executarea si exploatarea sistemelor de alimentare cu

gaze naturale NTPEE – 2008.

Page 79: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 78

Contribuții la realizarea conductelor magistrale prin sudare multiarc pe generatoare

Conducător ştiinţific,

Prof. Dr. Ing. Radu IOVĂNAȘ

Doctorand,

Ing. Cosmin TOMA

Cuvinte cheie: conducte magistrale, sudare MIG / MAG - Tandem, îmbinări cap la cap table

oțel X52 MS, celula robotizată.

Rezumat:

Ținând cont de preocupările actuale din domeniu, prezenta teză de doctorat a încercat

să aducă o contribuție privind elaborarea unor tehnologii alternative de fabricare a

conductelor magistrale prin sudare pe generatoare, utilizând procedee de sudare multiarc de

mare productivitate, cu consumuri energetice reduse, dezvoltându-se în acest sens procedeul

de sudare MIG / MAG Tandem, în varianta mecanizată sau robotizată.

Procedeul MAG Tandem s-a experimentat pe table din oțel X52 MS de dimensiuni

400x150x12 mm, în două variante: unilateral din exterior cu rosturi în Y (cu 3 și 2 cordoane),

cu suport pe pat de flux și bilateral din exterior și interior, cu rosturi în X (2 cordoane).

Au fost efectuate analizele câmpurilor termice, pentru tehnologia clasică aplicată

precum și pentru fiecare din variantele experimentate, pe baza modelarii cu elemente finite a

proceselor de sudare, având la bază valorile concrete ale tuturor parametrilor reali utilizați,

determinându-se distribuția și variația tensiunilor Von Mises în fiecare cordon de sudură din

îmbinări. Prin rezultatele obținute, procedeele experimentate pot fi aplicate la sudarea pe

generatoare a conductelor magistrale, conducând la: reducerea consumului de energie,

îmbunătățirea productivității, costuri mai reduse privind materialele consumabile și

echipamentele auxiliare, automatizarea și robotizarea proceselor de fabricație.

Contributions to the manufacture of pipelines by multi-arc welding with generators

Scientific coordinator,

Prof. Dr. Ing. Radu IOVĂNAȘ

PhD student,

Eng. Cosmin TOMA

Keywords: pipelines, MIG / MAG tandem welding, butt welding, X52 MS steel plates,

robotised cell.

Abstract:

Given the current trends, the present paper seeks to contribute to the elaboration of

alternative technologies for the manufacture of pipelines by welding with generators, using

high productivity multi-arc welding procedures which use less energy, developing to that end

the mechanised or robotised MIG / MAG tandem welding procedure.

The MAG tandem procedure was experimented on 400x150x12 mm X52 MS steel

plates in two variants: unilateral from the outside with Y-joints (with 3 and 2 beads), with flux

bed support and bilateral from the outside and from the inside, with X-joints (2 beads).

There have been analysed the thermal fields for the applied classical technology and

for each of the experimented variants, based on the finite element method of the welding

processes, founded on the actual values of all the used real parameters, determining the

distribution and variation of the Von Mises stress in each bead of the joints. Given the

obtained results, the experimented procedures could be applied to the welding of pipelines

using generators, leading to: decrease of energy consumption, productivity improvement,

lower costs for consumables and auxiliary equipment, automatisation and robotisation of the

manufacturing processes.

Page 80: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 79

Curriculum vitae

Informaţii personale

Nume / Prenume Toma Cosmin

Adresă(e) Stradas Ghe.ASACHI , no 10 ; Bloc C7 ;ap. 8; Galati ;Jud Galati

Telefon(oane) - Mobil: +40 732 520 572

E-mail(uri) [email protected]

Data naşterii 15.05.1968

Educaţie şi formare

10.2011 - prezent Doctorand fara frecvenţă, în cadrul Contractului de Studii Doctorale

cu Taxa ; no. 2.T.M.M48, domeniul Inginerie Industrială, Fac. SIM,

DEP. IMS , Universitatea TRANSILVANIA din Braşov

02.2013 Diploma -International Welding Inspector (IIW) ;ISIM Timisoara;

07.2012 Diploma - European Welding Engineer (EWE) ;ISIM Timisoara;

Diploma – International Welding Engineer (IWE);ISIM Timisoara

05.2009 Certificat – Manager Resurse Umane ; Scoala Romaneasca de Afaceri;

1999 Diploma De Licenta – Universitatea Dunarea de Jos Galati – inginer ;

Utilajul si Tehnologia Sudarii;

1986 Diploma de Bacalaureat ; Liceul Industrial no 1 Hunedoara; Profil

Mecanic

Experienţă

profesională

09.2009 - Prezent

Director General la Arcelormittal Tubular Product Galati

08.2005-09.2009 Director de Productie la Arcelormittal Tubular Product Galati

04.2003 – 08.2005 Sef de Schimb la Arcelormittal Tubular Product Galati

02.2000-04.2003 Mecanic Sef la Arcelormittal Tubular Product Galati

1999 Inginer Mecanic la Arcelormittal Tubular Product

1987 Angajat la Arcelormittal Tubular Product Galati

Aptitudini şi

competenţe personale

Inginerie ; Proiecte de imbunatatire continua ; Operatiuni ;

Optimizarea procesului de productie , WCM;

Limba(i) maternă(e) Română

Limba(i) străină(e)

cunoscută(e) Engleza

Competenţe şi aptitudini

tehnice

Reprezinta Societatea in relatiile comerciale, financiare cu alte

companii nationale si internationale ; Responsabil pentru pierdere si

profit;

Competenţe şi aptitudini

de utilizare a

calculatorului

- Ms Office,

Permis(e) de conducere Categoria B (2000)

Page 81: Universitatea din Craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat/Rezumate2015/TomaCosmin.pdf · Cuprins C. TOMA - Teză de doctorat Pag. 4 2.3 Tehnologia cadru

C. TOMA - PhD thesis Pag. 80

Curriculum vitae

Personal data

First name / surname Cosmin Toma

Address(es) 10 Ghe. ASACHI Street; building C7; ap. 8; Galati; Galati County

Telephone(s) - Mobile: +40 732 520 572

E-mail(s) [email protected]

Date of birth 15.05.1968

Education and training

10.2011 - to date PhD candidate - distance learning, self-funded PhD Contract no.

2.T.M.M48, Industrial Engineering, Faculty of Materials Science and

Engineering, DEP. IMS, TRANSILVANIA University of Braşov

02.2013 Diploma - International Welding Inspector (IIW); ISIM Timisoara;

07.2012 Diploma - European Welding Engineer (EWE); ISIM Timisoara;

Diploma - International Welding Engineer (IWE); ISIM Timisoara;

05.2009 Certificate – Human Resources Manager; Romanian Business School;

1999 Bachelor’s Degree - Dunarea de Jos University of Galati - Engineer;

Welding Equipment and Technology;

1986 Baccalaureate Diploma; Industrial High School no. 1 Hunedoara;

Work experience

09.2009 - to date

CEO at Arcelormittal Tubular Products Galati

08.2005 - 09.2009 Production Manager at Arcelormittal Tubular Products Galati

04.2003 - 08.2005 Shift leader at Arcelormittal Tubular Products Galati

02.2000 - 04.2003 Chief Mechanic at Arcelormittal Tubular Products Galati

1999 Mechanical Engineer Arcelormittal Tubular Product

1987 Employee at Arcelormittal Tubular Product Galati

Personal skills and

competences

Engineering; Continual improvement projects; Operations;

Optimisation of the production process, WCM

Mother tongue(s) Romanian

Other language(s) English

Technical skills and

competences

Representing the company in its commercial and financial

relationships with national and international companies; Accountable

for profit and loss

Computer skills and

competences - Ms Office,

Driving license B (2000)