2.16 Straturi de Protectie

Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE

2.18 Straturi de protecie

M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu M2 1/ 43

2.18.1 ncrcarea prin sudare 2.18.1.1 Consideraii generale Procedeele de ncrcare a pieselor prin sudare se folosesc n scopul depunerii de material pentru funcionalizarea suplimentar a unor materiale, pentru compensarea uzrilor, a recuperrii pieselor cu fisuri, crpturi sau sprturi, pentru mbinarea unor piese rupte sau a elementelor componente ale unor dispozitive sau construcii sudate. Aceste procedee au urmtoarele avantaje: - nu necesit utilaje complexe, costisitoare, complicate; - straturile depuse prin sudare pot avea grosimi variabile; - operaiile pregtitoare ale suprafeelor nu sunt complicate, de cele mai multe ori, reducndu-se la simple splri i degresri - sunt productive, eficiente i au un cost redus, putndu-se mecaniza i automatiza; - pot fi recondiionate piese care nglobeaz o mare valoare de manoper i material. n comparaie cu alte procedee de recondiionare, procedeele prin sudare prezint urmtoarele dezavantaje: - stratul depus este neuniform, cu denivelri crescnd volumul prelucrrilor mecanice ulterioare. - temperaturile ridicate realizate n custuri n timpul sudrii modific structura materialului de baz al piesei, de aceea, dup recondiionare, acestea vor fi supuse unor tratamente termice ceea ce impune noi cheltuieli de energie i for de munc. 2.18.1.2 Diluia i ptrunderea Diluia poate fi definit ca o schimbare a compoziiei chimice MA prin amestecarea cu MB ca urmare a ptrunderii sudurii n MB. Se cunoate c scopul sudurii este de a mbina dou piese printr-o sudur omogen care s difere ct se poate de puin de MB din care sunt realizate piesele. Pentru aceasta sudorul alege un electrod de sudare care asigur un MD cu o compoziie chimic similar sau apropiat de a MB. Pe de alt parte, ncrcarea sau sudarea de ncrcare are ca scop depunerea pe suprafaa unei piese a unui aliaj cu o compoziie chimic i proprieti mult diferite de ale MB din care este realizat piesa. n acest scop sudorul alege un electrod de ncrcare cu o compoziie chimic diferit de a MB. Sudura convenional ideal trebuie s prezinte o diferen foarte mic pe suprafaa transversal ntre MD i MB. n schimb, seciunea transversal a MD n cazul ncrcrii, trebuie s prezinte, n mod ideal, o tranziie bine definit ntre MD i MB. Succesul acestui deziderat depinde de priceperea sudorului n a compensa gradul de topire a rdcinii, necesar unei bune adeziuni, cu nivelul de ptrundere a metalului de baz. La sudare i ncrcare sunt aplicate dou reguli empirice simple: - cu ct este mai mare nivelul de ptrundere al sudurii n MB, cu att este mai mare diluia aliajului depus; - cu ct este mai mare diluia, cu att este mai nefavorabil efectul asupra proprietilor de rezisten la uzare a stratului depus. Diluia este influenat de procedeele de ncrcare prin sudare, tipul materialelor de adaos, tipul nveliului, forma i dimensiunile materialelor de adaos (ex. electrozi cu vergea plin sau cu vergea tubular), diametrul, parametrii de sudare, numrul de straturi i grosimea stratului depus. Dintre parametrii de sudare, care influeneaz ptrunderea, respectiv diluia, cei mai importani sunt: curentul de sudare i viteza de avans a electrodului. Cel din urm poate fi perfecionat prin experiena sudorului, dar primul depinde de dimensiunea i tipul electrodului i aici se pot face mbuntiri considerabile. Acest aspect poate fi pus n eviden fcnd o comparaie ntre sudarea i ncrcarea cu electrozi (convenionali) cu vergea plin i cu electrozi tubulari (cu vergea tubular). Efectul asupra procesului de sudare de mbinare este nesemnificativ, exceptnd faptul c pentru acelai diametru, curenii de sudare sunt semnificativ mai mici n cazul electrozilor cu vergea tubular. Orientativ, n tabelul 1 sunt date valori ale diluiei pentru cele mai importante procedee de ncrcare prin sudare, n funcie de numrul de straturi i grosimea depunerii.




Tabelul 1. Valorile diluiei (%) pentru cele mai importante procedee de ncrcare prin sudare, n funcie de numrul de straturi i grosimea depunerii

2.18.1.3 Particulariti ale suprafeelor obinute prin ncrcare Performanele materialelor sunt determinate de natura, compoziia i dispersia fazelor, de cantitatea i distribuia constituenilor structurali i de mrimea gruntelui cristalin. Suprafaa pieselor este eterogen din punctul de vedere al caracteristicilor fizico-chimice. Pe acest fond se manifest solicitrile din exploatare i tensiunile reziduale. Eterogenitile chimice i structurale asociate cu defectele specifice ce pot aprea la solicitarea procedeului de sudare (fisuri, goluri etc.), cu solicitrile complexe din exploatare i cu tensiunile reziduale, datorit sudurii, genereaz n piesele ncrcate tensiuni complexe triaxiale. Eterogenitatea chimic a pieselor ncrcate este generat n procesul de sudare. Ea este determinat de diferenele care exist ntre compoziiile chimice ale MB i MA, de proprietile termofizice ale acestora, de concepia constructiv, de tipul depunerii i de puterea sursei termice utilizate. Eterogenitatea structural nsoete n mod obinuit pe cea chimic, dar poate s apar i din cauza unor procese deosebite de nclzire-rcire ale anumitor zone ale pieselor ncrcate. Proprietile zonei intermediare de trecere (ZT) sunt determinate de procesele de cristalizare i difuzie ce au loc ntre MA i MB. n timpul acestora exist posibilitatea de apariie dinspre metalul de baz a unor structuri de cristalizare i difuzie care determin prezena n zona de trecere a unor straturi cu proprieti i compoziie chimic diferit de a componentelor respective. Aceste fenomene, care se manifest n zonele caracteristice ale structurii bimetalice, depunerea (MD), zona influenat termic(ZIT), metalul de baz(MB) (fig. 1), n special la nivelul zonei de trecere sau la nivelul suprafeelor de separaie.

Fig.1 Prob de mbinare sudat (a) i prob de ncrcare(b). MD-metal depus: custur(a); strat depus sau depunere(b)

ZIT-zon influenat termic; MB-metal de baz.




Se remarc faptul c structura i proprietile zonei de trecere (ZT) sunt mult diferite fa de cele ale MA i MB, dac acestea sunt din clase structurale distincte i apropiate dac sunt din aceeai clas. Se menioneaz c ele depind de asemenea, de natura materialului n care are loc procesul de difuzie i de natura difuzantului. Amploarea proceselor de difuzie depinde de temperatur i de timpul de meninere, cauz pentru care n anumite condiii de exploatare straturile se dezvolt iar proprietile acestora se modific, astfel nct se poate ajunge la fragilitatea zonei de trecere i implicit la reducerea capacitii portante a acesteia. Eterogenitile structurale apar i se manifest n mod pregnant n zona influenat termic. Fenomenele menionate anterior nu sunt singulare. Ele se asociaz fenomenelor de mbtrnire difereniat a MA i MB i de modificare a strii iniiale a pieselor ncrcate. Din prezentarea aspectelor fenomenologice, de mai sus, rezult faptul c alegerea judicioas a materialelor din componena pieselor ncrcate precum i tehnologia de execuie a acestora au o influen hotrtoare asupra nivelului calitativ i de eficien pe care l putem obine n condiiile realizrii industriale a pieselor ncrcate. 2.18.1.4 Clasificarea materialelor de adaos pentru ncrcare La selectarea unui material sau aliaj pentru un numit tip de uzare trebuie avute n vedere acele caracteristici i proprieti ale aliajelor care sunt dominante n comportamentul lor. Pe aceast baz s-au fcut mai multe criterii de clasificare a aliajelor; cele mai cunoscute sunt: dup destinaie, dup baza de aliere, dup compoziia chimic, dup microstructur i dup forma de realizare i livrare. A) Dup destinaie, se poate face urmtoarea clasificare: -Materiale de adaos pentru realizarea stratului de rezisten la uzare; -Materiale de daos pentru relizarea stratului tampon. B) Dup baza de aliere, materialele de adaos pot avea baza de aliere: Fe, Ni, Co, Cu sau carbur de W. Aceste prime dou moduri de clasificare sunt prezentate sintetic i schematic n fig.2.5.

Fig. 2 Clasificarea materialelor de ncrcare dup destinaie i baza de aliere

C) Dup compoziia chimic a materialului depus, exist mai multe clasificri, care nu difer prea mult ntre ele. Una dintre clasificrile cele mai cunoscute, care n mare parte se regsete i n standardele romneti, este cea conform normelor germane DIN 8555. n aceste norme clasificarea aliajelor se face n funcie de coninutul de Fe al metalului depus i cuprinde trei categorii mari: - Aliaje cu coninut ridicat de Fe; - Aliaje cu coninut redus de Fe; - Aliaje fr coninut de Fe (neferoase). n tabelele 2, 3 i 4 sunt prezentate, detaliat, clasificrile (i descrierile) materialelor de adaos pentru ncrcare, pe grupe de aliere, domeniul pentru compoziia chimic, caracteristicile tehnice i exemple de utilizare.




Tabelul 2. Aliaje pe baz de Fe

Tabelul 3. Aliaje cu coninut redus de Fe




Tabelul 4. Aliaje fr coninut de Fe

D) Dup microstructura metalului depus, aliajele pe baz de Fe (vezi tabelul 2), sunt grupate n 16 microstructuri tipice n care se regsesc cele mai cunoscute aliaje de ncrcare pe baz de Fe i sunt prezentate n tabelul 5.

Tabelul 5. Aliaje pentru ncrcare dur

E) Dup forma de realizare sau livrare, materialele de adaos pentru ncrcare pot fi mprite n 5 grupe mari dup cum urmeaz: vergele (baghete), electrozi nvelii, srme, fluxuri i pulberi. Sub aceste forme de realizare i livrare materialele de adaos se gsesc n majoritatea ofertelor i cataloagelor productorilor i dealerilor din domeniu. n fig. 3 este prezentat sintetic aceast clasificare, cu detaliere pe fiecare grup i procedeele de ncrcare corespunztoare. 2.18.1.5 Descrierea aliajelor pentru ncrcare pe baz de Fe Domeniile de compoziii chimice tipice, microstructura, prelucrabilitatea, duritatea, tratamentul termic post sudare, rezistena la impact, rezistena la uzare metal pe metal, rezistena la abraziune, rezistena la coroziune, tendina la fisurare i aplicaiile tipice sunt prezentate n continuare. I. E-H-Fe-FS Compoziie tipic: pn la 0,3%C i pn 6% elemente de aliere Principalele caracteristici:-duritate 200-400 HB




-MD este prelucrabil prin achiere -rezisten excelent la impact -rezisten bun la uzare metal pe metal -rezisten slab spre moderat la abraziune. Exemplu tipic: 0,25%C, 3%Cr Aplicaii: ncrcare piese solicitate la uzare metal pe metal-role de ghidare, trolii, roi de transmisie, roi dinate.

Fig. 3 Clasificarea materialelor de adaos dup forma de realizare sau livrare. II. E-H-Fe-M1 Compoziie tipic: 0,3-0,8%C i pn la 6% elemente de aliere Principalele caracteristici: -duritate:450-600 HB; -MD prelucrabil numai prin polizare; -Rezisten bun la impact; -Rezisten excelent la uzare metal pe metal. Exemplu tipic: 0,5%C, 5% Cr, 0,5%Mo Aplicii: ncrcare piese solicitate la uzare metal pe metal- ghidaje i role. III. E-H-Fe-M2 Compoziie tipic: 0,2-1,5%C i 7-20% elemente de aliere:Mo, W, Cr. Principalele caracteristici: -duritate: 45-60 HRC; -MD prelucrabil numai prin polizare; -Rezisten la impact uor; -Rezisten bun la abraziune; -Duritatea se menine i dup tratament termic pn la temperatura de 5500C sau mai ridicat.




Exemplu tipic: 0,7%C, 5%Cr, 1,5%Mo, 1,5%W Aplicaii: ncrcare scule pentru debitare la cald- foarfece, tane, matrie etc. IV. E-H-Fe-M3 Compoziie tipic:0,05-0,6%C i 10-20% elemente de aliere, n principal Cr; Caracteristici principale: -duritate: 30-55 HRC; -MD cu carbon sczut sunt prelucrabile; -rezisten la impact satisfctor spre bun; -rezisten bun la coroziune. Exemplu tipic:- aliaje 410, 410 NiMo, 420; Aplicaii: ncrcare role la oelrii cu turnare continu. V. E-H-Fe-MA Compoziie tipic: 0,8-1,5%C i 5-15% elemente de aliere: Mn,Cr, Si. Caracteristici principale: -duritate: 45-60 HRC; -MD neprelucrabil n stare sudat; -Rezisten bun la impact; -Rezisten la uzare metal pe metal: satisfctoare; -Rezisten la abraziune: satisfctoare spre bun. Exemplu tipic: 1%C, 9%Cr, 3%Si Aplicaii: ncrcare piese de maini agricole pentru prelucrare soluri moi. VI. E-H-Fe-MK Compoziie tipic: 1-2% C i pn la 13% elemente de aliere eseniale: Cr, Mo,W i carburi primare de Ti, Nb. Caracteristici principale: -duritate: 50-55 HRC; -MD neprelucrabil n stare sudat; -Rezisten bun la impact; -Rezisten bun la abraziune. Exemplu tipic: 1,8%C, 5%Cr, 1%Mo, 6% Ti Aplicaii: ncrcare piese solicitate la uzare metal pe metal i abraziune. VII. E-H-Fe-MEK Compoziie tipic: 2-3%C i 6-15% elemente de aliere, n principal Cr i Mn Caracteristici principale: -duritate: 45-60 HRC; -MD neprelucrabil n stare sudat; -Rezisten bun la uzare metal pe metal; -Rezisten la impact satisfctoare; -Rezisten moderat la abraziune. Exemplu tipic: 2,2%C, 7% Cr Aplicaii: ncrcare ciocane pentru mori, ghidaje pentru transfer metal. VIII. E-H-Fe-A Compoziie tipic: 0,2-0,15%C i pn la 40% elemente de aliere, eseniale Cr, Ni, Mo Caracteristici principale: -duritate: 180-250 HB; -MD prelucrabil prin achiere; -Rezisten nalt la impact i foarte ductil; -Rezisten excelent la coroziune; -Rezisten la uzare metal pe metal satisfctoare; -Rezisten slab la uzare. Exemplu tipic: oeluri inoxidabile de tip 307, 309(L), 309 Lmo Aplicaii: straturi i mbinri table din oeluri austenitice manganoase.




IX. E-H-Fe-AF Compoziie chimic: 0,05-0,15%C i pn la 40% elemente de aliere eseniale Cr, Ni. Caracteristici principale: -duritate: 200-280 HB; -MD prelucrabil prin achiere; -Rezisten nalt la impact i foarte ductil; -Rezisten excelent la coroziune; -Rezisten la uzare metal pe metal: satisfctoare. Exemplu tipic: oeluri inoxidabile de tip 312 Aplicaii: realizare straturi tampon, mbinri table din oeluri austenitice manganoase, reparaii, reparaii scule i piese din oeluri martensitice. X. E-H-Fe-AM Compoziie tipic: 0,5-1,2% C i pn la 30% elemente de aliere, eseniale C, Mn, uneori pn la 8%Cr, Ni; Mo. Caracteristici principale: -duritate: cca 300HB n stare sudat i pn la 550 HB dup ecruisare; -MD prelucrabil greu; -Rezisten la impact puternic; -Rezisten excelent la uzare metal pe metal; -Rezisten bun la abraziune (prin ecruisare). Exemplu tipic: 1%C, 14%Mn Aplicaii: ncrcare concasoare de piatr, ciocane pentru mori, inimi de ncruciare/ macaze de cale ferat XI. E-H-Fe-AMC Compoziie tipic: 0,3-0,5% C i 25-40% elemente de aliere, eseniale Mn i Cr, n cantiti aproximativ egale. Caracteristici principale: -duritate: cca 300 HB n stare sudat i pn la 550 HB dup ecruisare; -MD prelucrabil greu; -Rezisten la impact puternic; -Rezisten excelent la uzare metal pe metal; -Rezistena bun la abraziune (prin ecruisare). Exemplu tipic: 0,4%C, 15%Mn, 15%Cr Aplicii: ncrcare concasoare de piatr, inimi de ncruciare i macaze. XII. E-H-Fe-AK Compoziie tipic: 1-2%C i 15-25% elemente de aliere, n principal Mn cu carburi primare de Ti sau Nb Caracteristici principale: -duritate: 30-40 HRC n stare sudat; -MD neprelucrabil n stare sudat; -Rezisten excelent la impact; -Rezisten foarte bun la abraziune; -Rezisten bun la uzare metal pe metal. Exemplu tipic: 1,5%C, 14% Mn, 2%Ti Aplicaii: piese solicitate la impact sever cu abraziune. XIII. E-H-Fe-PAE Compoziie tipic: 2-3%C i 15-35% elemente de aliere, n principal Cr, Mo Caracteristici principale: -duritate: 40-55 HRC n stare sudat; -MD prelucrabil numai prin polizare; -Rezisten satisfctoare la impact; -Rezisten bun la abraziune; -La ncrcare multistrat apar fisuri la intervale de 20-30mm.




Exemplu tipic: 3,5%C, 25%Cr Aplicaii: ncrcare piese solicitate la abraziune cu impact semnificativ, ex.: ciocane pentru mori, dini de cupe pentru excavator etc. XIV. E-H-Fe- NE Compoziie tipic : 3-4%C i 20-35% elemente de aliere, n principal Cr, Mo Caracteristici principale: -duritate: 53-58 HRC n stare sudat; -MD prelucrabil numai prin polizare; -Rezisten satisfctoare la impact; -Rezisten bun la abraziune; -La ncrcare multistrat apar fisuri la intervale de 20-30mm. Exemplu tipic: 3,5%C, 25%Cr Aplicaii: ncrcarea pieselor solicitate la abraziune cu impact moderat- buze i dini de cupe pentru dragline, lame de buldozer etc. XV. E-H-Fe-PKE Compoziie tipic: peste 4%C i 20-35% elemente de aliere, n principal Cr Caracteristici principale: -duritate: 58-65 HRC; -MD prelucrabil numai prin polizare; -rezisten excelent la abraziune la temperaturi pn la 6500C; -rezisten slab la impact; -la ncrcare multistrat apar fisuri n coordonatele de sudur la intervale de 5-15 mm. Exemplu tipic: 5,5%C, 20%Cr, 6%Mo, 6%Nb Aplicaii: ncrcarea pieselor solicitate la abraziune sever i temperaturi ridicate, ex. concasoare n industria cimentului (clincher). XVI. E-H-Fe-KKA Compoziia tipic: peste 5%C i 25-40% elemente de aliere, n principal Cr dar i cel puin 5% carburi primare de TiNb sau V. Caracteristici principale: -duritate: 58-70 HRC; -MD prelucrabil numai prin polizare; -rezisten excelent la abraziune la temperaturi pn la 6500C; -rezisten slab la impact; -la ncrcare multistrat apar fisuri n cordoanele de sudur la intervale de 5-15 mm; Exemplu tipic: 5,5%C; 20%Cr; 6%Mo; 6%Nb. Aplicaii: ncrcare piese solicitate la abraziune sever i temperaturi ridicate-concasoare n industria cimentului (clincher). 2.18.1.6 Corelare ntre compoziia chimic i microstructur Pentru corelarea compoziiei chimice cu microstructura aliajelor de ncrcare pe baz de Fe, a fost elaborat la I.I.S o diagram care este prezentat n fig. 4. Pe ordonat, n procente, este reprezentat coninutul de carbon-C (%) pe scar logaritmic, iar pe abscis, n procente, este reprezentat suma total a elementelor de aliere: Cr Mn Si Mo Ni Nb V W Ti.




Fig. 4 Digrama de corelare a compoziiei chimice a aliajelor de ncrcare cu microstructura

2.18.1.7 Influena elementelor chimice asupra metalului depus Principalele elemente chimice care sunt precizate, cantitativ sau calitativ, de productori n compoziia chimic a aliajelor (metal depus) sunt C, Cr, Mn, Si, Mo, Ni, Co, Nb, B, W, V, Ti, Cu i Al. Rolul i influena acestora, considerate individual, asupra proprietilor MD depind de proporiile n care se introduc sau se gsesc MA sau MB. Efectele sinergice ale elementelor prezentate mai sus difer de asemenea i n funcie de modul de existen a lor n MD. Influena elementelor de aliere se deosebete dup cele dou tendine ale lor i anume: trecerea n masa de baz i formarea de carburi. n ansamblu elementele chimice, adugate separat sau n diferite combinaii, acioneaz n urmtoarele direcii principale: -durificarea masei de baz; -finisarea granulaiei; -duricarea prin precipitare; -mrirea clibilitii. Pe aceast baz se dezvolt preocuprile principale privind conferirea unor nsuiri speciale aliajelor- rezistena la uzur, rezistena la coroziune, rezistena la impact, rezistena la oboseal, duritate, comportare la sudare. 2.18.1.8 Alegerea materialelor pentru ncrcarea prin sudare Reguli generale n practica ncrcrii prin sudare, alegerea materialelor de adaos este o problem la care trebuie avute n vedere dou aspecte importante i anume: -aspectul tehnologic, care se refer la compatibilitatea la sudare a MB cu MA; -aspectul economic, prin care se are n vedere eficiena ncrcrii. n domeniul fabricrii pieselor noi i recondiionarea pieselor uzate prin ncrcare, una din condiiile de baz care trebuie analizate este cea a utilizrii unor tehnologii i materile de adaos alese pe criterii raionale, n care de cele mai multe ori trebuie inut sema i de aspectele economice. n general pentru alegerea corect a materialelor pentru ncrcare trebuie parcurse urmtoarele etape:




-stabilirea tipului de uzare i solicitrile la care este supus piesa; -stabilirea condiiilor tehnice de calitate minime impuse piesei; -proiectarea constructiv a ncrcrii prin sudare; -stabilirea caracteristicilor pentru MB i MA; -verificarea compatibilitii la sudare a MB cu MA; -verificarea comportrii n exploatare a piesei ncrcate; -analiza aspectelor economice. n cazul recondiionrilor de piese (uzate), MB este cunoscut i proiectantul alege MA adecvat din punct de vedere al compatibilitii la sudare i al comportrii la tipurile de uzare i solicitri impuse. n cazul pieselor noi este necesar elaborarea unui cuplu MB-MA n aa fel nct n final, pe ansamblul rezultat s se obin caracteristicile de rezisten la solicitri mecanice i de uzare optime. La alegerea MB se au n vedere caracteristicile de rezisten mecanice, iar la alegerea MA se au n vedere comportarea (rezistena) uzarea i justificarea din punct de vedere economic. Procesul de ncrcare cu materiale de adaos cu proprieti speciale i rezultatul acestuia este influenat n mare msur de cunoaterea n detaliu a cerinelor de exploatare i a caracteristicilor fizico-chimice, tehnologice i economice ale materialelor implicate. Marea majoritate a productorilor ofer date tehnice suficiente despre materialele utilizate la ncrcare i indicaii/ recomandri de utilizare pentru dierite tipuri specifice. Criterii de alegere a materialelor pentru ncrcare Cele mai uzuale criterii pentru alegerea materialelor de ncrcare sunt corelate cu criteriile de clasificare a materialelor de ncrcare i sunt prezentate, succint, dup cum urmeaz: Pe baza grupelor de aliere: acest criteriu este larg utilizat i are n vedere faptul c pentru fiecare grup de aliere i marc de material de adaos sunt indicate domeniile de utilizare specifice, pe tipuri de solicitri i cu exemple concrete de aplicaii; pe baza acestora se poate alege materialul de adaos cel mai potrivit pentru o reacie dat; Pe baza microstructurii metalului depus: acest criteriu este de dat mai recent, i ine seama de faptul c performanele materialului depus sunt influenate de natura, cantitatea i distribuia constituenilor structurali; productorii de materiale, din rile industrializate, ofer date despre microstructura metalului depus i chiar a distribuiei constituenilor structurali, cu aplicaiile tipice recomandate pe baza testrilor n condiii reale de exploatare; acest criteriu este larg aplicat n special pentru domeniul de uzare prin abraziune. Pe baza domeniului de uztilizare: acest criteriu are la baz domeniile specifice de utilizare, frecvent ntlnite n procesele de producie din industrie i agricultur; astfel pentru rile din CSI au fost stabilite un numr de 42 de domenii specifice de utilizare, i pe baz de experimentri au fost clasificate materialele de adaos n funcie de comportarea cea mai bun la diferite tipuri de solicitri; n rile UE exist ntocmite atlase cu componentele (piesele) afectate de uzare pentru fiecare proces de producie din industriile de baz i agricultur i bnci de date cu tehnologiile i materialele de ncrcare stabilite i verificate experimental pentru fiecare pies; alegerea materialului de adaos se poate face att pe baza celei mai bune comportri la uzare ct i innd cont de aspectele economice; Pe baza comportrii la diferite solicitri: acest criteriu a fost promovat de firme cu tradiie n producerea i utilizarea materialelor de ncrcare (Castolin Eutectic, Smitweld etc.) i are la baz determinri experimentale pe baza crora s-au ntocmit histograme, specifice fiecrei mrci de materiale de ncrcare, n care sunt reprezentate, n procente, caracteristicile de rezisten la abraziune, coroziune, temperaturi ridicate i solicitri prin oc. Alegerea materialului de adaos se face pe baza caracteristicilor de rezisten dominante pentru o anumit solicitare sau pentru diferite tipuri de solicitri; Pe baza factorilor tehnico-economici: acest criteriu se aplic atunci cnd cerinele de eficien economic sunt prioritare; n acest caz se au n vedere durabilitatea n exploatare a pieselor ncrcate, compatibilitatea la sudare a pieselor ncrcate i costurile pentru fiecare variant de material de adaos luat n considerare; n final se face o analiz a efectelor economice obinute prin ncrcare att n producie ct i n exploatare i se alege materialul de adaos optim dpdv al factorilor tehnicoeconomici.




2.18.1.9 Tehnologii pentru ncrcare prin sudare cu arc electric cu electrozi nvelii. Cunotinele acumulate pn n prezent, n domeniul ncrcrii prin sudare permite abordarea sistemic a modului de elaborare a tehnologiei de ncrcare. Aceast modalitate de rezolvare a problemei implic cercetarea de ansamblu a fenomenelor de uzare n corelaie cu posibilitile de combatere eficient a acestora prin protejarea suprafeelor de contact ale pieselor cu materiale cu proprieti adecvate scopului urmrit. Se cunoate c ntre caracteristicile metalului depus prin sudare i structura acestuia exist o legtur direct, n baza creia pentru un anumit domeniu concret se poate stabili aliajul care asigur performanele maxime. La conducerea proceselor de ncrcare se urmrete ca n final depunerea s conin constituenii dorii iar acetia s prezinte un raport optim, ntre cantitile lor i o distribuie a acestora care s conduc la obinerea performanelor proiectate. Elaborarea tehnologiilor de ncrcare se face succesiv n trei etape distincte i anume: - proiectarea tehnologiei de ncrcare prin sudare; - verificarea experimental i omogenitatea tehnologiei elaborate; - verificarea lotului prototip i urmrirea acestuia n condiii concrete de execuie. Fiecare etap tehnologic este alctuit dintr-o succesiune de secvene (figura 5).

Fig. 5 Schema bloc de elaborare a tehnologiilor de ncrcare




Detalierea procesului de elaborare a tehnologiilor de ncrcare prezint importan teoretic deoarece permite acordarea ateniei cuvenite fiecrui element n parte, ncepnd cu stabilirea condiiilor de solicitare i terminnd cu efectuarea modificrilor ce se impun n urma experimentrilor efectuate pe lotul prototip. Acest fapt conduce la o cunoatere amnunit i de ansamblu a posibilitilor de combatere a uzrii a modului de rezolvare optim a acestei probleme. 2.18.1.10 Particulariti conceptuale ale realizrii pieselor prin ncrcare cu sudur. Fabricarea pieselor prin ncrcare cu sudur, care s permit obinerea unor structuri cu caracteristici de rezisten optime i adecvate condiiilor concrete de solicitare a fiecrui tribosistem n parte, este condiionat de ndeplinirea nc din faza de proiectare a urmtoarelor cerine: -asigurarea proteciei i consolidarea suprafeelor active ale pieselor ncrcate; -utilizarea unor materiale i a unor tehnologii de ncrcare care s conduc la obinerea unor cupluri, metal de baz metal depus, capabile s asigure o bun rezisten la solicitrile specifice condiiilor concrete de exploatare; -stabilirea unor reglementri de ntreinere i exploatare care s asigure meninerea n timp a performanelor iniiale ale pieselor ncrcate; -elaborarea unor tehnologii simple i eficiente de remaniere a defectelor accidentale. Pentru a veni n ntmpinarea cerinelor, proiectantul trebuie s considere c, n realitate, are de realizat un sistem eterogen, caracterizat prin modul de conlucrare a dou sau a mai multor materiale, distincte, ntre care exist o legtur rigid la nivelul suprafeelor de separaie dintre metalul depus i cel de baz i defecte specifice proceselor de ncrcare prin sudare asociate cu tensiuni reziduale. A) Proiectarea constructiv a piesei ncrcate Prin proiectarea constructiv, urmrindu-se protecia i consolidarea suprafeelor active ale pieselor ncrcate, se parcurg dou etape i anume: - proiectarea configuraiei geometrice a depunerii; -stabilirea modului de pregtire a piesei n vederea ncrcrii. La proiectarea configuraiei geometrice a depunerii se au n vedere principalele particulariti ale aliajelor dure i anume o bun rezisten la compresiune i o comportare necorespunztoare la traciune i forfecare. De aceea aliajele pentru ncrcare trebuie aplicate n locuri solicitate la compresiune iar materialul de baz trebuie s preia solicitrile de traciune i ncovoiere. Pentru cazul n care anumite zone ale metalului de baz sunt supuse la solicitri care depesc limita de curgere a acestuia se poate proceda la consolidarea zonelor respective prin armare cu materiale cu proprieti adecvate. Prin pregtirea suprafeelor n vederea ncrcrii se urmrete curirea acestora de impuritile provenite din mediul nconjurtor i profilarea lor n aa fel nct s devin un bun suport al metalului depus prin sudare i un element de preluare a solicitrilor din exploatare. Unghiurile i adnciturile suprafeelor de ncrcat se vor racorda la vrf, n aa fel, nct la sudare s nu genereze concentrri de cldur care produc topirea unor cantiti suplimentare din materialul de baz, deoarece acest fenomen poate s conduc la neomogeniti chimice i structurale n depunere i la introducerea unor concentratori de tensiune. Proiectarea constructiv se face pe baza solicitrilor la care este supus piesa, a modului de distribuire a acestora, a defectelor specifice nregistrate n condiii reale de exploatare i a procedeului de ncrcare utilizat. Ea trebuie adaptat fiecrei piese n parte i fiecrui mod de solicitare. Din acest punct de vedere se disting piese ale cror suprafee active se pot considera uniform solicitate i piese la care solicitarea suprafeelor este difereniat pe zone bine determinate. 2.18.1.11 Criterii pentru alegerea eficient a procedeelor i a materialelor de ncrcare prin sudare. Alegerea procedeelor i a materialelor de ncrcare prin sudare este o problem de importan major. n aceast etap trebuie s se asigure posibilitatea de obinere a unor piese ncrcate cu o eficien ct mai ridicat din punctul de vedere al execuiei, al siguranei n exploatare, al consumurilor specifice i al costurilor.




Cele dou laturi ale procesului de alegere a procedeelor i de selectare a materialelor de ncrcare se intercondiioneaz i depind de factorii tehnico-economici. Pe plan mondial satisfacerea necesitilor exprimate de beneficiar i corelarea acestora cu posibilitile de fabricaie ale productorilor, cu cel mai nalt grad de flexibilitate, se face dinamic prin elaborarea unor tipuri de utilaje i/sau grupe de materiale specifice anumitor condiii de tip sau grup i adaptarea acestora conform necesitilor concrete din exploatare. Alegerea procedeelor de ncrcare Procesul de alegere a procedeului de ncrcare prin sudare este influenat n principal de trei grupe de factori decizionali, tehnici, economici i umani. Factorii tehnici sunt: a.Volumul depunerilor, apreciat ca: mic -masa depunerii este de max.5% din masa piesei ncrcate; mediu -masa depunerii este cuprins ntre 5% i 10% din masa piesei; mare -masa depunerii este mai mare de 10% din masa piesei ncrcate. b.Configuraia depunerii, apreciat ca: simpl; complex. c.Diluia metalului depus cu cel de baz: limitat i redus- pentru ncrcarea cu materiale sensibile la impurificare cu elemente din MB; fr restricii - deosebite la nivelul de diluare a MD cu MB. d. Poziiile n care se poate face ncrcarea cu procedeul respectiv, pot fi: orizontal; n jgheab; vertical; n corni; pe plafon. e. Condiiile de execuie a ncrcrii, care pot fi: la temperatura specific mediului ambiant la temperaturi de prenclzire i ntre rnduri de min 2500C. f. Metalele i aliajele ce se pot ncrca cu procedeul respectiv. Acest factor are caracter restrictiv, find dependent de materialele de ncrcare din fabricaia curent. Factorii tehnici definesc posibilitile de execuie ale pieselor bimetalice la cerinele calitative impuse prin proiectare. Prin analiza comparativ a procedeelor disponibile, privite prin prisma factorilor tehnici, se stabilesc soluiile aplicabile pentru ncrcarea unor serii de piese date i o ordonare orientativ a acestora n funcie de nivelurile calitative, obinute n producia industrial. Dei, n general, aceti factori prezint o importan major n privina nivelului calitativ al produciei, totui n practic trebuie s se acorde o atenie deosebit diluiei MA cu MB i materialelor utilizabile deoarece acestea sunt dttoare de ton. Factorii economici sunt: a.Productivitatea, exprimat prin calitatea de metal depus n unitatea de timp, depinde de procedeul de sudare i de tehnologia de ncrcare aplicat. Procedeele de ncrcare mecanizat realizeaz productiviti superioare. Printre acestea un loc deosebit ocup cele cu arce multiple i srme groase. b.Investiiile, exprimate prin cheltuieli necesare pentru dotarea cu echipamente i spaii de producie. Aceste cheltuiei sunt minime n cazul ncrcrii prin sudare electric manual i cresc n cazul procedeelor de ncrcare mecanizat, att datorit utilajelor de sudare ct i ale celor auxiliare. c.Cheltuielile de producie, exprimate prin costurile materialelor de sudare, al energiei i al manoperei. Aceste cheltuieli sunt variabile n timp i depind de situaia conjunctural a pieii. Influena factorilor economici trebuie analizat prin prisma tipului de producie. n cazul produciei de unicate i serie mic este recomandabil s fie utilizate acele tehnologii care sunt aplicabile cu dotarea existent n unitatea de producie, fr a fi necesare noi investiii. Pentru producia de serie mare sau pentru fabricaia n condiii grele de munc se recomand utilizarea procedeelor




mecanizate. Pentru a veni n ntmpinarea acestui deziderat se poate proceda la organizarea produciei pe tipuri de produse, realizabile prin aceeai tehnologie de ncrcare prin sudare. Factorii umani Sunt greu de definit cantitativ, sunt variabili n timp i deci mai greu de controlat. Totui, trebuie s li se acorde o atenie deosebit deoarece de acetia depinde nivelul calitativ al produselor. Selecia procedeelor de ncrcare a unei serii de fabricaie date se face n trei etape i anume: - pe baza factorilor tehnici se selecteaz procedeele neutilizabile de cele utilizabile iar cele din urm se ordoneaz n funcie de nivelele calitative ce se pot obine; - procedeele rmase din prima etap se analizeaz din punctul de vedere al preului de cost sau al altor condiii restrictive i se ordoneaz n funcie de eficiena economic de realizare a produciei date la anumite niveluri calitative; -procedeele, ordonate din punct de vedere economic, se analizeaz n privina cerinelor referitoare la nivelul de calificare al forei de munc i al disponibilitilor existente. Aceast etap se va finaliza cu stabilirea procedeului de ncrcare prin sudare. Criterii de alegere a materialelor de ncrcare prin sudare. n perioada actual se impune tot mai mult ideea utilizrii unor tehnologii capabile s conduc la obinerea unor piese ieftine, cu disponibilitate ridicat. n domeniul fabricrii i recondiionrii prin ncrcare cu sudur, una din condiiile de baz care concur la realizarea dezideratului de mai nainte, este cea a utilizrii n procesul de elaborare a tehnologiei de ncrcare a unor materiale optime, din punctul de vedere al scopului urmrit, de cele mai multe ori economic, alese pe baza unor criterii raionale. Pornind de la faptul c procesul de ncrcare cu straturi, cu proprieti speciale, nu este numai un mijloc de fabricare a pieselor ci i un proces de sudare dintre cel puin dou materiale, care de cele mai multe ori sunt diferite i greu sudabile, se poate aprecia c alegerea materialelor de ncrcare prin sudare prezint cel puin dou aspecte care se intercondiioneaz reciproc i anume: -aspectul tehnologic, care se refer la compatibilitatea metalului de baz cu cel de adaos i la influena parametrilor de ncrcare asupra caracteristicilor piesei obinute; -aspectul economic, prin care se apreciaz efectele obinute prin ncrcare. n general, un studiu de fundamentare a alegerii materialelor de ncrcare trebuie s urmreasc succesiunea din fig.2.13. Procesul de ncrcare cu materiale cu proprieti speciale i rezultatul acestuia este influenat n mare msur de caracteristicile i specificul materialelor introduse n lucru. Din aceast cauz, pentru o selectare raional a materialelor de adaos este necesar cunoaterea n detaliu att a cerinelor de exploatare ct i a caracteristicilor fizico-chimice, tehnologice i economice ale materialelor utilizabile i a corelailor dintre ele. Studierea elementelor menionate trebuie ns corelat i particularizat cu cele dou direcii practice de desfurare a activitii de ncrcare prin sudare i anume: -remanierea defectelor de fabricaie sau de exploatare ale pieselor; -execuia unor piese noi, ncrcate prin sudare. n primul caz, anume cel al remanierii, materialul de baz este cunoscut att din punctul de vedere al caracteristicilor fizico-chimice ct i al nivelului i al strii de degradare a acestuia, cerndu-se proiectantului numai alegerea materialelor de ncrcare. n cazul al doilea, de execuie a pieselor noi, este necesar elaborarea cuplului metal de baz-metal de adaos, n aa fel nct n final, pe ansamblul rezultat, s se obin, de cele mai multe ori caracteristici de rezisten la uzare egale fa de solicitrile concrete din exploatare. n scopul atingerii obiectivului menionat pe plan mondial se utilizez diverse criterii de alegere a materialelor de ncrcare. 2.18.1.12 Conducerea judicioas a proceselor de ncrcare. Caracteristicile obinute pe un cuplu dat, ansamblul metal de baz-metal de adaos, sunt dependente de modul de desfurare a procesului de ncrcare prin sudare utilizat.




Compoziia chimic i structura depunerilor este influenat de factorii fizici (temperatura i volumul bii topite, natura reaciilor din arcul electric, viteza de topire i rcire a metalului de baz i de adaos etc.) iar acetia la rndul lor sunt dependeni de parametrii tehnologici de ncrcare (tipul, natura i diametrul materialelor de ncrcare, curentul de sudare, tensiunea arcului, viteza de sudare, parametrii operaionali, temperatura de prenclzire i ntre rnduri etc.). Din aceast cauz, n prima faz a procesului de elaborare a tehnologiei de ncrcare prin sudare se urmrete stabilirea obiectivelor i n corelaie cu aceasta, elaborarea principiului de realizare a depunerii. Astfel, se va stabili structura necesar n exploatare, nivelul de fisurare acceptabil, cerinele privind stabilitatea dimensional a ansamblului pies ncrcat, cerinele privind modul de variaie a caracteristicilor pe straturi, procedeele disponibile pentru prelucrare la cot final etc. Structura ce se poate obine pe depunerile reale, diluate, este dependent n principal de nivelul de aliere, de viteza de rcire i de tratamentul termo-mecanic aplicat post-sudare. Nivelul de aliere este influenat de diluia metalului depus cu metalul de baz iar aceasta la rndul su este determinat de procedeul de sudare utilizat, de tipul i natura materialelor de ncrcare i de parametrii tehnologici folosii. Viteza de rcire depinde de temperatura i volumul piesei ncrcate, de temperatura i volumul bii topite, de temperatura de prenclzire i ntre rnduri i de natura i caracteristicile mediului de protecie i ambiant. Nivelul de fisurare acceptat se stabilete prin proiectare. n unele cazuri fisurile sunt considerate defecte ale pieselor ncrcate i pot provoca diminuarea rezistenei la uzare sau nesatisfacerea unor cerine funcionale, ca de exemplu la suprafeele de etanare. Stabilitatea dimensional a ansamblului bimetal este influenat n principal de nivelul tensiunilor reziduale i de modul de variaie a acestora n timpul exploatrii. Tensiunile reziduale sunt funcie de concepia constructiv a ansamblului pies ncrcat, de rigiditatea acesteia i de parametrii tehnologici de ncrcare. Nivelul i distribuia tensiunilor reziduale se poate modifica prin aplicarea unor tratamente termo-mecanice. Cunoaterea modului de variaie a caracteristicilor, cu numrul de straturi i a posibilitilor de dirijare controlat a acestora are importan deosebit pentru situaiile n care performanele ansamblului sunt afectate semnificativ. Pentru unele materiale, dirijarea caracteristicilor se poate face prin parametrii tehnologici de ncrcare. Studierea posibilitilor de prelucrare, la cota finit, n corelaie cu mijloacele disponibile urmrete n mod deosebit trei aspecte distincte dar conjugate n cadrul ansamblului ncrcat i anume: -prelucrabilitatea metalului depus prin sudare; -prelucrabilitatea zonei influenate termic i a zonelor constituite din metal diluat; -prelucrabilitatea metalului de baz. Obinerea unor structuri prelucrabile prin procedeele de productivitate ridicat este determinat de natura materialelor utilizate, de parametrii tehnologici de ncrcare i de tratamentele post sudare aplicate. Analiza celor prezentate evideniaz faptul c pentru atingerea scopului propus prin proiectare este necesar o alegere judicioas a parametrilor tehnologici de ncrcare. 2.18.1.13 Alegerea parametrilor tehnologici de ncrcare Parametrii tehnologici de ncrcare sunt: tipul, natura i diametrul materialelor de ncrcare; curentul de sudare Is; tensiunea arcului, Ua ; viteza de sudare vs; temperatura de prenclzire Tpi; temperatura ntre rnduri; parametrii operaionali. Parametrii tehnologici Tipul,natura i diametrul materialelor de ncrcare, Is i Ua. n cazul selectrii procedeelor i a materialelor de ncrcare se opteaz pentru utilizarea unui anumit tip de aliaj depus printr-un procedeu de ncrcare, atabilit n mod judicios. Acestui aliaj i corespunde un material de ncrcare bine determinat (electrod, cuplu flux-srm sau srm-gaz etc.) caracterizat prin natura proteciei i tipul i natura reaciilor din arc. Aceste caracteristici influeneaz att performaele depunerilor ct i productivitatea la ncrcare.




Diametrul electrodului se stabilete n funcie de scopul urmrit, grosimea depunerii i de accesibilitatea n zona de ncrcat. Pentru depuneri de grosimi reduse se recomand utilizarea unor electrozi cu diametrul mic, care s permit obinerea dimensiunilor prescrise la o singur trecere. n cazul realizrii unor depuneri cu grosime mare este preferabil folosirea electrozilor groi, deoarece sunt mai ieftini i asigur o productivitate mai mare. Diametrul electrozilor este funcie de procedeul utilizat. Electrozii nvelii se fabric n mod industrial cu urmtoarele diametre: 1,6-2,0-2,5-3,25-4,0-5,0-6,0 mm. Srmele pentru ncrcare prin sudare se produc cu urmtoarele diametre: 0,5-0,6-0,8-1,2-1,25-1,6-1,8 mm. Diametrul srmelor tubulare este cuprins n general ntre 0,8 i 2,5 mm. Curentul de sudare (Is) are influen direct asupra cantitii de cldur furnizat de arc i ca urmare influeneaz volumul de metal topit. Pentru condiii identice de ncrcare, la creterea curentului de sudare crete adncimea de ptrundere, crete diluia i se reduce limea rndului. Din considerente economice este de preferat s se lucreze cu cureni mari, care permit obinerea unor produciviti ridicate. Curentul de sudare i mai ales densitatea acestuia influeneaz de asemenea coeficienii de trecere prin arc a elementelor de aliere. O parte dintre acestea se pot vaporiza la o temperatur prea ridicat. n unele cazuri valoarea lui Is este limitat n aa fel nct s conduc la obinerea diluiei proiectate. Curenii utilizai depind n mare msur de materialele folosite pentru ncrcare, iar valorile acestora trebuie s se ncadreze n cele recomandate de productorii materialelor de ncrcare. Tensiunea arcului este proporional cu lungimea acestuia, fiind dependent de natura materialelor utilizate. Tensiunea mic caracterizeaz un arc scurt deci ptrundere mare i lime mic. n aceleai condiii de ncrcare, cu creterea tensiunii crete limea sudurii i scade adncimea de ptrundere. Temperatura de prenclzire. Piesele ncrcate sunt un ansamblu n care particip de cele mai multe ori dou componente distincte din punctul de vedere al compoziiei chimice i anume depunerea i materialul de baz. Acest fapt are repercursiuni asupra coeficientului de dilatare i a punctelor critice de transformare, care pot s difere esenial n timpul proceselor de nclzire-rcire i s genereze, la nivelul ansamblului bimetalic, tensiuni tranzitorii sau remanente, care ating uneori valori periculoase ce pot produce fisurarea la rece sau chiar exfolierea depunerilor. Una din metodele frecvente de reducere a susceptibilitii la fisurare a structurilor ncrcate este prenclzirea componentelor. Nivelul i modul de aplicare ale prenclzirii este influenat printre altele de numrul, lungimea, natura i distribuia fisurilor acceptate. Nivelul de fisurare acceptat este una din condiiile tehnice de calitate ale pieselor ncrcate, fiind stabilit la proiectare. Temperatura minim de prenclzire (Tpi) se alege n aa fel nct susceptibilitatea la fisurare a piesei ncrcate s fie mai mic sau cel mult egal cu cea admis prin proiectare. Stabilirea temperaturii de prenclzire este o problem complex, dependent de mai muli factori. n general, Tpi se stabilete experimental pe piese reale, prin tatonri succesive. n unele cazuri particulare temperatura de prenclzire a fiecrui material coninut de piesa ncrcat (Tpi) se poate determina analitic printr-o metod specific, urmnd a se alege ca Tpi a ansamblului, valoarea maxim obinut pentru componentele ansamblului. Efectele prenclzirii se manifest prin: -scderea vitezei de rcire a zonelor caracteristice. Aceasta face ca transformrile structurale care au loc la nivelul MD i ZIT s fie mai lente i mai apropiate de echilibru, fapt ce creeaz posibilitatea reducerii cantitative a constituenilor fragili i a coninutului de gaze ale zonelor respective; -uniformizarea relativ a cmpului termic al ansamblului bimetalic care face ca tensiunile tranzitorii s scad. Aceast scdere este lent dac temperatura de prenclzire este inferioar temperaturilor de variaie n salturi a coeficienilor de dilatare a componentelor participante n cadrul bimetalului i semnificativ n caz contrar; -mrirea temperaturilor maxime ale ciclurilor termice din ZIT. Fenomenul menionat poate duce la creterea grunilor cristalini i la diminuarea caracteristicilor ZIT, fiind ntlnit de exemplu n variant




bimetal, a tanelor pentru prelucrarea la rece, unde, pentru a evita limea fiei de supranclzire s-a utilizat un material de baz cu granulaie fin; -diminuarea coninutului de hidrogen difuzibil din depunere; -transformri de revenire n metalul de baz, dac acesta este n stare clit i /sau fenomene de mbtrnire; -creterea cheltuielilor de producie i scderea productivitii muncii. Temperatura ntre rnduri este dat de temperatura depunerii sau a metalului de baz din zona adiacent la care se poate depune urmtorul strat. Prescrierea acestui parametru se impune numai n cazul n care ncrcarea se face prin mai multe treceri i este necesar controlul vitezei de rcire, a fiecrui rnd n parte sau prevenirea nclzirii excesive a regimului de ncrcat. Prin controlul vitezei de rcire a fiecrui rnd se urmrete obinerea unor depuneri omogene din punct de vedere structural. Pentru prevenirea nclzirii excesive se recomand ca temperatura ntre rnduri s nu depeasc temperatura de apariie a martensitei sau a unor constitueni fragili n metalul de ncrcat. Parametrii operaionali Depunerile sunt constituite, n general, din mai multe rnduri i uneori din mai multe straturi. Modul de aezare al acestora n cadrul depunerii influeneaz nivelul calitativ al suprafeelor ncrcate. Aceasta influen se manifest n mod deosebit asupra diluiei, a omogenitii depunerii i a nivelului tensiunilor reziduale. n scopul obinerii unor suprafee omogene se recomand ca rndul ulterior s topeasc pe cel precedent pe 1/3....1/2 din limea acestuia. n mod obinuit, ptrunderea la sudare este de cca 1/3 din limea b a rndului de sudur. Aceast valoare asigur o legtur intim ntre cele dou elemente i o diluie a metalului depus de 10...40%, n funcie de procedeul utilizat i de densitatea de curent folosit la sudare. n cazul n care ncrcarea se face cu pendulare este indicat ca aceasta s nu depeasc de trei ori diametrul electrodului. Ordinea de sudare se stabilete n aa fel nct s conduc, n piesa ncrcat, tensiuni i deformaii minime, pe ct posibil echilibrate. 2.18.1.14 Tratamente termice dup sudarea de ncrcare Tratamentele termice dup sudare se aplic n principal, n scopul obinerii unor caracteristici cerute n exploatare sau al unor faciliti n procesul de fabricaie a pieselor ncrcate. Dintre acestea se menioneaz: mrirea siguranei n exploatare, creterea stabilitii dimensionale, reducerea sensibilitii la fisurare, mbuntirea prelucrabilitii prin achiere etc. Prametrii tehnologici prescrii tratamentelor dup sudare trebuie s asigure, frecvent, un compromis ntre cei recomandai pentru materialele ce concur la realizarea ansamblului pies ncrcat. Acestea sunt de cele mai multe ori diferite din punctul de vedere al compoziiei chimice, al structurii i al procedeului de obinere, fapt ce poate duce la manifestri de incompatibilitate la anumite tratamente a pieselor ncrcate. Dup scopul urmrit tratamentele termice dup sudare se clasific n: -tratamente de dehidrogenare; -tratamente de recoacere; -tratamente de mbuntire a caracteristicilor mecanice prin clire-revenire; -tratamente de precipitare; -tratamente speciale sau combinaii ale acestora. Dehidrogenarea are ca obiectiv reducerea nivelului de hidrogen difuzibil din ansamblul pies ncrcat pn la o valoare acceptabil. Ea const din nclzirea la o temperatur de cca 250...3500C i meninerea la aceast temperatur o durat de cteve ore pn la cteva zile. Acest tratament permite eliminarea hidrogenului prin difuzie, pentru evitarea fisurii ntrziate. n scopul obinerii unor rezultate superioare se recomand ca tratamentul termic de dehidrogenare s fie aplicat imediat dup sudare, pe piesa cald. Recoacerea pieselor ncrcate se face, n general, pentru: a) mbuntirea prelucrabilitii prin achiere; b) detensionare;




c) recristalizare dup deformare plastic la rece. Prelucrabilitatea unui material este determinat printre altele de structura sa. Aceasta poate fi modificat prin tratament termic. Prelucrabilitatea oelurilor carbon sau slab aliate cu structur preponderent feritic este determinat de faptul c acest constituent ader la muchia sculei achietoare. Pentru mbuntirea prelucrabilitii acestor oeluri se urmrete diminuarea aderenelor de ferit. Modalitile de realizare a acestui obiectiv sunt: creterea granulaiei austenitice, reducerea cantitii de ferit i creterea corespunztoare a proporiei de perlit; dispersarea feritei n toat masa structural; modificarea formei feritei, de la poliedric spre acicular. Oelurile de mbuntire au n stare recoapt structuri ferito-perlitice, cu prelucrabilitate satisfctoare. n cazul n care se dorete creterea productivitii la achiere se va proceda la distrugerea eventualelor structuri de benzi sau la globulizarea perlitei. Pentru oelurile carbon sau aliate eutectoide sau hipereutectoide efectul abraziv al lamelelor de cementit i eventual al carburilor aciculare se poate diminua prin globulizarea acestora. Muchia tietoare a sculei va aluneca pe paticulele globulare, ptrunznd uor n masa feritic i smulgnd achii ce vor conine i globule de cementit sau carburi. n cazul oelurilor autoclibile, mbuntirea prelucrabilitii prin achiere se poate realiza n funcie de coninutul elementelor de aliere prin recoacere complet, prin recoacere izoterm sau prin normalizare. Avnd n vedere diversiatatea materialelor de prelucrat, alegerea regimului optim de mbuntire a prelucrabilitii prin achiere trebuie s se fac pentru fiecare caz n parte, urmrindu-se totodat i influena acestui tratament asupra factorilor tehnico-economici. Detensionarea se aplic pieselor ncrcate n scopul reducerii tensiunilor interne i al mririi stabilitii dimensionale a acestora. Totodat influeneaz caracteristicile mecanice ale ansamblului realizat, susceptibilitatea spre fisurare la rece i prelucrabilitatea acestora. Eliminarea tensiunilor interne, la oeluri, ncepe de la cca 4500C, detensionarea aproape complet realizndu-se la 600-7000C. Detensionarea la temperaturi coborte, de 150...2000C este utilizat mai rar i se aplic oelurilor clite. n cazul fontelor eliminarea tensiunilor interne se produce rapid, ncepnd de la cca 4000C. n toate situaiile, nclzirea i rcirea trebuie s fie lent, pentru a evita cumularea tensiunilor termice cu cele iniiale (la nclzire) sau producerea celor termice de rcire n materialul deja detensionat. Cea mai mare parte din tensiuni se elimin n primele 1-2 ore de meninere la temperatura de detensionare. Din cele prezentate rezult c pentru o detensionare ct mai avansat temperatura trebuie s fie situat ct mai aproape de 6000C, iar durata de meninere nu trebuie s depeasc 3-4 ore din momentul egalizrii temperaturii. De asemenea se recomand c detensionarea s fie aplicat imediat dup sudare, pe piesa cald. Recoacerea de recristalizare are drept obiectiv eliminarea parial sau total a ecriusajului, urmrind fie scopuri tehnologice, fie obinerea unei anumite asociaii ntre proprietile de rezisten i cele de plasticitate. Pentru readucerea spre starea de echilibru, materialele ecruisate se supun nclzirii. Temperatura de recristalizare este caracteristic fiecrui material n parte, fiind cuprins ntre 35% i 55% din temperatura de topire. La alegerea parametrilor de recristalizare trebuie avut n vedere un factor extrem de important i anume mrirea gruntelui cristalizat. Aceasta crete excesiv dac durata de meninere depete durata recristalizrii propriu-zise. Tratamente de clire-revenire se aplic uzual pieselor recoapte n scopul durificrii acestora. Parametrii tehnologici de clire-revenire sunt specifici fiecrui ansamblu MD MB. Acetia se determin experimental, n funcie de parametrii recomandai pt materialele utilizate. Fenomenele de precipitare, de carburi sau compui intermetalici, se pot manifesta la unele aliaje de ncrcare att n condiii de exploatare (temperaturi ridicate) ct i prin aplicarea unor tratamente adecvate acestui scop. Natura proceselor i factorii de influen a acestora depind de aliaj. n cele ce urmeaz se prezint trei exemple de folosire eficient a proceselor de precipitare:




a. Aliajul de tipul 0,35%C-1%Mn-1,5%Cr-8%W-2%Co-87%Fe, utilizat la ncrcarea muchiilor tietoare ale tanelor. Duritatea depunerilor, n stare sudat, este de cca 45 HRC. Tratamentul de precipitare (550+200C/0,1h/cuptor) duce la creterea duritii pn la cca 55 HRC. n stare sudat depunerile sunt prelucrabile prin procedee speciale de achiere. Tratamentul de precipitare la 5500C permite realizarea unor scule cu o rezisten bun la uzare de abraziune i o stabilitate dimensional satsfctoare. Aceste rezultate apar ca urmare a suprapunerii tratamentului de precipitare n depunere a compuilor intermetalici pe baz de Co i a carburilor de W, peste cel de detensionare, recomandat suportului (MB) care este n mod obinuit un oel carbon sau slab aliat. b. Aliajul de tipul 0,03%C-18%Ni-4,5%Mo-11%Co-0,2%Ti-0,01%N2-66,5%Fe, recomandat pentru ncrcarea matrielor.Depunerile acestuia n stare sudat au o duritate de cca 30 HRC i o structur de turnare constituit din martensit moale, datorit att coninutului redus de carbon, de max. 0,05% ct i unor adaosuri de Ni, Co,Mo, Ti, Al judicios dozate. Un tratament termic efectuat ntre 3 i 7 h la 4800C provoac precipitarea compuilor intermetalici pe baz de nichel i molibden i de nichel i titan. Acetia sunt repartizai foarte fin n toat masa metalic i conduc la o cretere foarte mare a duritii, de pn la 55HRC dar i nc o excelent alungire. Utilizarea acestui aliaj n condiiile de tratament menionate mai nainte pernite fabricarea prin ncrcare a unor scule uor prelucrabile prin achiere, cu o bun rezisten la uzare i o bun stabilitate dimensional. c. Aliajul de tipul 1,25%C,-17%Cr-4,5%W-2,5%Mo-1%Ni, destinat ncrcrii suprafeelor active ale cuitelor pentru debitat bare la cald. Duritatea depunerilor, n stare sudat, este de cca 40HRC. Tratamentul termic de precipitare (930100C/10,5 h/aer) are ca rezultat o cretere a duritii cu cca 25%. Pe baza acestor date se poate trece la utilizarea raional a aliajului menionat. Astfel, n cazul ncrcrii unor cuite supuse la abraziune sub presiune medie sau ridicat temperatura de exploatare a acestora nu o poate depi pe cea de precipitare deoarece n aceast situaie se favorizeaz fragilizarea i degradarea materialului. Dimpotriv, cnd cuitele sunt supuse la abraziune sub presiune sczut, se recomand aplicarea unui tratament de precipitare care duce la creterea duritii depunerii i deci la durabiliti n exploatare. Tratamentele speciale cuprind o serie de procedee care concur la obinerea unor performane superioare celor realizate pe depunerile prelucrate clasic. Un astfel de exemplu este cel de nitrurare, aplicat aliajului de tipul 0,03%C-18%Ni-4,5%Mo-11%Co-0,2%Ti-0,01%N2-66,5%Fe, n stare precipitat, care datorit adaosurilor de Al permite creterea duritii acestuia pn la cca 61 HRC. 2.18.2 ncrcarea pieselor prin sudare cu electrod nvelit Recondiionarea pieselor uzate prin sudare electric este un procedeu aplicat larg i pe scar industrial n ntreprinderile, seciile i atelierele de reparaii. Acest procedeu de recondiionare are o mare productivitate, iar zona de influen termic este mult mai mic (cu grosimea de numai 2-6 mm), ceea ce face ca att materialul de adaos, ct i piesa s aib proprieti mecanice superioare. nainte de recondiionare, piesa se cur prin splare-degresare, i se ndeprteaz oxizii sau vopseaua de pe suprafaa care urmeaz a fi ncrcat. Sudarea electric se poate efectua la rece sau la cald. Dac sudarea se face la cald atunci piesa se prenclzete la temperaturi diferite, n funcie de materialul din care a fost fabricat (tabelul 6). Temperatura de prenclzire, n 0C.

Tabelul 6. Temperatura de prenclzire

Materialul de fabricaie Temperatura de prenclzire, 0C Oeluri nealiate (grosimi mai mari de 30 mm) 100-150 Oeluri aliate i cu coninut mare de carbon 150-350

La executarea acestei operaii se folosesc electrozi care au un nveli special de flux, pentru a putea proteja metalul topit mpotriva aciunii oxigenului i a azotului din aer. Electrozii cu nveli subire (0,15-0,55 mm) se utilizeaz pentru sudarea pieselor mai puin solicitate, supuse la sarcini statice. Cel cu nveli gros (care reprezint 25-30% din diametrul total al electrodului) se ntrebuineaz la sudarea pieselor importante din oel carbon i oeluri aliate care sunt supuse unor




regimuri grele de lucru, la sarcini dinamice, la frecri intense etc. nveliul conine substane care formeaz gaze (amidon, fin comestibil, rumegu de lemn, celuloz etc.), zgur (feldspat, nisip cuaros, marmur etc.) cu proprieti dezoxidante (feromangan, ferosiliciu etc.), toate legate printr-un liant (sticl solubil, clei organic, dextrin etc.). Substanele din prima categorie realizeaz un strat gazos care protejeaz metalul topit contra aciunii aerului, iar stratul de zgur ncetinete rcirea i permite compactizarea sudurii. Pentru sudarea oelurilor aliate, n stratul de flux se introduc elemente de aliere (crom, molibden, mangan etc.). Regimul de sudare pentru diferite categorii de electrozi ntrebuinai la sudarea electric este dat n tabelul 7.

Tabelul 7. Electrozi i regimuri pentru sudarea oelurilor

Tipul electrodului

pentru sudarea oelurilor

Diame-trul, mm

Intensitatea

curentului, A

Regimul de sudare pentru piese din oel

Indicaii de utilizare

EL-38A EL-42A

2 2,5 3,25 4 5 6

50-70 80-100 120-150 160-190 200-240 250-290

Curent continuu cu polul negativ la electrod sau curent alternativ de min. 50 V

Sudarea oelurilor carbon necalmate

EL-38 T EL-44 T EL-46 T

2 2,5 3,25 4 5 6

50-70 80-100 110-140 150-180 200-230 240-280

Curent continuu cu polul negativ la electrod sau curent alternativ de min. 50 V

Sudarea oelurilor carbon calmate i necalmate

EL-44 C 2,5 3,25 4 5

70-90 100-120 130-150 160-180

Curent continuu cu polul pozitiv la electrod sau curent alternativ de min. 50 V

Pentru sudare n poziii speciale

EL-42 B EL-46 B

2,5 3,25 4 5

70-90 110-130 140-170 180-210

Curent continuu cu polul pozitiv la electrod sau curent alternativ de min. 50 V.

Pentru sudarea oelurilor calmate i slab aliate cu Mn i Mn+Si

El-50 B EL-55 B

2,5 3,25 4 5

70-90 110-130 140-170 180-210

Curent continuu cu polul pozitiv la electrod. Nu se recomand curent alternativ. Oelurile clite se prenclzesc

Pentru sudarea oelurilor carbon calmate i slab aliate cu Mn i Mn+Si

EL-Mo B EL-Mo-Cr B

2,5 3,25 4 5

70-90 110-130 140-170 180-210

Curent continuu cu polul pozitiv la electrod . Nu se recomand curent alternativ. Piesele groase i cele din oeluri greu sudabile se prenclzesc la 200-300C

Pentru sudarea oelurilor termorezistente. Electrozii sunt aliai cu Mo i Cr-Mo

intensitatea curentului, I; coeficientul de depunere, Cd; greutatea materialului depus, Gd; cantitatea de electrozi consumat, Gel; viteza de depunere a metalului, Vd; viteza de naintare a electrodului, Vel; turaia piesei de recondiionat, np; timpul de depunere, td; consumul de energie electric, W.




2.18.3 ncrcarea prin sudare sub strat de flux Principiul de lucru este urmtorul: electrodul i metalul de baz topit formeaz o baie de metal topit care se deplaseaz n sens invers direciei sudrii, deplasare sub aciunea jetului de gaze emanate de arcul electric. Fluxul topit izoleaz de aer zona de sudur i coloana arcului. Electrodul se deplaseaz n sensul sgeii (spre stnga) timp n care se umple cavitatea creat de arcul electric (fig. 6). Fluxul care acoper partea superioar a piesei ncetinete rcirea metalului supranclzit, influennd asupra structurii zonei sudate.

Fig. 6. Schema procesului de ncrcare sub strat de flux: 1-metalul topit; 2-zgur lichid; 3-zgur solid; 4-metalul solidificat al custurii,5-flux sub form de pulbere; 6-metalul de baz; 7-electrod

Sudarea sub strat de flux se poate efectua semiautomat i automat, putndu-se ncrca fusurile pentru rulmeni, semiarbori planetari, arbori canelai etc. Se pot ncrca piese cu diametrul minim de 35 mm. Mai avantajos datorit scurgerii metalului topit se poate aplica la piese cu diametrul mai mare de 50 mm. Instalaia folosit n uzinele de reparaii se compune din urmtoarele: - grup de sudare electric; - strung paralel; - aparatul de ncrcare montat pe cruciorul strungului. Aparatul de ncrcare folosete o srm electrod care trece prin dou role de tragere i printr-un ghidaj, de la care primete curentul electric. Fluxul se afl ntr-un buncr, care ajunge la pies prin acelai ghidaj cu srma (fig. 7).

Fig. 7. Aparat de ncrcare prin sudare sub strat de flux: 1-bobin pentru srm; 2-electromotor; 3-roi dinate;4-angrenaje melcate; 5-role pentru avansul srmei; 6-conduct cu ajutaj;

7-buncr pentru flux; 8- diuz

Procesul tehnologic de ncrcare automat prin sudare sub strat de flux, care se folosete la recondiionarea semiaxelor de transmisie n uzinele de reparaii este:

o degresarea i splarea pieselor; o montarea pieselor n dispozitive; o reglarea distanei electrodului (15-20 mm);




o reglarea nlimii dozatorului de flux (5-8 mm) fa de pies; o pornirea grupului de sudur i reglarea curentului; o pornirea strungului; o punerea n funciune a automatului de sudur prin cuplarea cruciorului, pornirea

electromotorului i deschiderea dozatorului de flux; o oprirea procesului dup efectuarea sudurii (se face dup ntreruperea srmei electrod

i apoi oprirea fluxului). Srma electrod trebuie s fie tras i curat (s nu prezinte ulei, coroziuni). Fluxul rezultat dup folosire (zgura) se macin i se refolosete cu flux nou n proporie de 50%. 2.18.4 Sudarea electric cu arc vibrator (acoperirea prin vibrocontact) Acest procedeu de ncrcare se caracterizeaz prin faptul c electrodul vibreaz n timpul procesului de ncrcare. Pentru rcirea piesei care se sudeaz, pentru clirea stratului de metal depus, ct i pentru protejarea acestuia mpotriva aciunii oxidante a mediului nconjurtor se ntrebuineaz o emulsie de rcire. Procedeul se aplic pentru recondiionarea pieselor importante, fabricate din oeluri aliate cu diametru mic, avnd n vedere urmtoarele avantaje: stratul depus cu grosimea de 1,5-3 mm are proprieti antifriciune superioare, o mare rezisten la

uzur i o bun aderen la piesa de baz; piesa de recondiionat se nclzete puin (sub 100oC) n timpul lucrului, ceea ce face s nu mai

apar tensiuni interne (deformri) i nici modificri n structura metalografic (zona de influen termic este de numai 0,5 pn la 1,5 mm);

electrozii folosii pot avea un bogat coninut n carbon sau aliaje, ceea ce permite obinerea unor straturi dure care nu mai fac necesar ulterior tratamentul termic al piesei;

productivitatea procesului de acoperire este mare; procedeul nu impune o pregtire special a piesei de recondiionat. Instalaiile de sudare cu arc vibrator sunt alimentate de generatoare de curent continuu cu o tensiune de 15-25 V. Nu se ntrebuineaz tensiuni mai mari pentru c la tensiuni mari arderea elementelor de aliere este intens i conduce la scderea duritii stratului depus, la creterea pierderilor de metal, oxidarea puternic a materialului, supranclzirea piesei etc. Sudarea la tensiuni mai mici de 15-25 V scade substanial productivitatea i se nrutesc calitile mecanice ale stratului depus. Intensitatea curentului variaz ntre 100 i 180 A. Se folosete polaritatea invers: piesa de prelucrat este polul negativ, catodul, iar electrodul pentru adaos, polul pozitiv, anodul. Sudarea electric prin vibrocontact folosete vibratoare (electromagnetice sau mecanice) pentru electrozi care realizeaz o frecven de 50-100 Hz i o amplitudine aproximativ egal cu grosimea stratului depus (1-3 mm). Dispozitivul de sudare se monteaz pe un strung. Regimul de sudare recomandat este urmtorul:

- viteza de depunere (viteza periferic a piesei) trebuie s fie de 20-60 m/h (valori mari pentru straturi de acoperire subiri i invers);

- diametrul srmei de acoperire de 1,5 2 mm; - avansul longitudinal al capului vibrator este de 1,5-2,2 mm/rot (avansurile mari sporesc

productivitatea, dar diminueaz calitatea depunerii); - lichidul de rcire const fie dintr-o soluie 4-6% sod calcinat n ap, fie dintr-o soluie de

glicerin tehnic (15-20%) n ap. Dac nainte de acoperire btaia piesei de recondiionat este mai mare de 0,5 mm, pentru a asigura arcului electric stabilitatea necesar, se recomand strunjirea sau rectificarea ei. Stabilitatea arcului electric, precum i grosimea i calitatea stratului depus depind direct de viteza de rotaie a piesei de recondiionat.




2.18.5 ncrcarea pieselor prin sudare cu plasm Sub form de plasm, materia se caracterizeaz nu numai prin temperaturile nalte dar i printr-o mare densitate de energie, putnd fi folosit, cu succes, n procesul de prelucrare a aliajelor metalice care, fie c se prelucreaz greu, fie c nu pot fi prelucrate prin alte procedee. Plasma rece se poate obine n practic prin urmtoarele procedee: -cu ajutorul arcului electric, avnd temperaturi de 6000-15000oK i presiuni de ordinul celei atmosferice; arcul electric se poate obine n curent continuu (pentru puteri pn la 100 kW) sau n curent alternativ (pentru puteri mai mari de 100 kW; -cu ajutorul curentului de nalt frecven, la temperaturi de 6000oK i presiuni inferioare celei atmosferice; acest procedeu este mai economic, puterea maxim a generatorului fiind pn la civa kilowai.

Fig. 8. Generarea plasmei cu ajutorul arcului

electric de curent continuu: 1-electrod de wolfram; 2-ajutaj din cupru; 3-gaz plasmogen sub presiune: 4-arc electric; 5-ap de rcire;

6-jetul de plasm; G - generatorul electric

Fig. 9. Generarea plasmei cu ajutorul arcului electric de curent alternativ: 1-electrozi din wolfram; 2-gaz plasmogen sub presiune;

3- ajutaj din cupru, 4-arc electric; 5-ap de rcire; 6-jetul de plasm

Exist unele deosebiri ntre procedeul de recondiionare prin sudare cu arc electric i cel de recondiionare cu jet de plasm. Astfel, la arcul electric mediul ionizat l constituie aerul, pe cnd plasma se dezvolt ntr-un format dintr-un gaz (numit plasmogen) care se injecteaz din spatele electrodului. Aerul ionizat, precum i gazele dezvoltate ale arcului electric de sudur se gsesc la presiunea atmosferic, n timp ce la plasm gazul plasmogen se introduce sub presiune, ceea ce determin viteze mari de curgere, Coloana arcului electric de sudur se dezvolt liber, pe ct vreme jetul de plasm este puternic trangulat att mecanic prin existena unei diuze la ajutaj ct i termic din cauza unei mari diferene de temperaturi ntre plasm i pereii diuzei ajutajului care sunt rcii cu ap, dar i electromagnetic, ca urmare a atraciei dintre curenii electrici paraleli. Avnd n vedere forma coloanei, la arcul electric de sudare aceasta este tronconic iar la jetul de plasm este cilindric. n sfrit, temperatura arcului electric de sudare este considerabil mai mic dect cea a plasmei. Att cercetrile ct i practica au demonstrat c electrozii trebuie fabricai din wolfram aliat, pentru a asigura o ardere stabil a plasmei, precum i pentru o intensificare a emisiunii termolectrice. De asemenea, tot n practic se demonstreaz c uzura electrodului pentru generarea plasmei depinde nu numai de materialul din care este confecionat ci i de: gazul plasmogen folosit, temperatura electrodului, regimul de lucru etc. Debitul gazului plasmogen are o mare importan n realizarea recondiionrii pieselor prin sudare cu plasm. Astfel, cnd acesta este prea mare atunci este ndeprtat baia de metal topit care se formeaz. Cnd, dimpotriv, debitul gazului plasmogen se micoreaz, atunci apare un fenomen nedorit, respectiv arcul electric secundar, care deterioreaz att ajutajul ct i dispozitivul portelectrod. Arcul electric secundar, se anihileaz prin aplicarea unui cmp magnetic exterior i prin folosirea unui gaz de focalizare. Din practic, s-au determinat valorile optime ale parametrilor generatorului de plasm pentru




sudare, respectiv: debitul gazului plasmogen de 600 l/or, curentul de sudare de 80-140 A, iar pentru focalizare folosirea hidrogenului. Sudarea cu plasm este un procedeu modern care ofer certe avantaje n comparaie cu alte procedee. Durata efecturii sudrii este mult mai mic (de circa 4-5 ori) din cauza vitezelor sporite de sudare care se pot obine. De asemenea, scade i durata ciclului de sudare de aproape dou ori (timpul scurs de la prima operaie pregtitoare i pn la ultima operaie final). Prin acest procedeu se realizeaz importante reduceri de consumuri de gaze (aproape de dou ori), de material de adaos (de dou ori i jumtate), precum i de personal pentru deservire (de peste trei ori). Principalele caracteristici tehnice ale instalaiei I.T.S.P. 15 sunt: tensiunea circuitelor de comand de 24 V n curent continuu; puterea generatoarelor de plasm de 55 kW (regim automat) i 45 kW (regim manual); tensiunea de mers n gol a generatoarelor de 260 V; diametrul electrodului de wolfram are 6 mm, tensiunea gazelor plasmogene este de 60 V pentru argon, 180 V pentru azot i 100 V pentru amestec argon + azot, curentul de lucru este de 350 A pentru regim automat i 260 A pentru regim manual; presiunea gazelor la amorsare: 0,5 1,2 MPa pentru azot, 1,5-4,5 MPa pentru argon i 1,2-3,5 MPa pentru amestec de argon - azot; presiunea gazelor la sudare: 4,5 5,2 MPa pentru azot, 3,2 MPa pentru argon i 3,5 4,5 MPa pentru amestec argon + azot; focalizarea jetului se poate realiza cu aer la presiunea de 1,8 3 MPa sau cu amestec de azot i hidrogen la presiunea de 2 3,5 MPa. ncrcarea prin sudare cu plasm a pieselor de recondiionat const n acoperirea suprafeelor uzate cu metale sau aliaje de adaos, care au performane suplimentare metalului de baz. Jetul de plasm topete rapid i concomitent att metalul de adaos ct i un strat din cel de baz, fenomenul putnd fi condus, reglat i controlat cu uurin. Zona de metal topit (baia de metal constituit din metalul de adaos i cel de baz) se numete zon de aliere. Aceasta trebuie s fie de o grosime ct mai mic dar s asigure o bun legtur ntre cele dou metale de adaos i de baz), astfel cnd piesa recondiionat va fi supus unor solicitri mari (ocuri mecanice i termice, frecri intense etc.) stratul depus s nu se desprind.

Fig. 10 Schema de principiu a ncrcrii prin sudare cu plasm

Pentru o ncrcare de calitate superioar trebuie ca stratul depus s fie compact i ct mai uniform (obinut dintr-o singur trecere), iar metalul de baz s fie ct mai puin afectat termic n adncime (zona de influen termic s fie minim). presiunea jetului de plasm va fi astfel aleas nct s evite tendinele de mprocare a metalului de baz, precum i pierderile de metal topit. n sfrit, o ultim condiie impus unei ncrcri corespunztoare prin sudarea cu jet de plasm este realizarea unei bune protecii cu gaze neutre a bii de metal topit pentru a evita oxidrile. Temperaturile ridicate ale acestuia permit folosirea unei largi game de metal i aliaje pentru ncrcare obinndu-se, n final, suprafee cu proprieti mecanice superioare ale unor piese de recondiionat deosebit de pretenioase i care lucreaz la intense solicitri mecanice i termice (arbori, supape, boluri, segmeni, came etc.). 2.18.6 Procedee termice de acoperire prin pulverizare 2.18.6.1 Generaliti Aceste procedee s-au dezvoltat i const n nclzirea pn la topire a unor particule din materialul de depus i apoi proiectarea ctre un substrat ce are suprafaa relativ rece (temperatura




procedeelor de depunere termic este dat n Fig. 11.

material de depus (fir metalic sau

pulbere)

depunere final(strat

depus+substrat)

topirea materialului de depus (picturi)

picaturile la impactul cu suprafaa

substratului se aplatizeaz

picturile se deplaseaz cu vitez

mare

v

suprafaa iniial rugoas i curat

incluziuni de oxizi pe limite

Fig. 11. Schema de principiu de procedeelor termice de depunere

n acest categorie de procede intr:

pulverizarea cu flacr pulverizarea cu plasm la presiunea atmosferic pulverizarea cu plasm n vid HVOF (High Velocity Oxy Fuel) flacr oxidant de mare vitez D-gun (Detonation Gun Spraying) pulverizare prin explozie

La o analiz general a aacestei categorii de procedee se remarc urmtoarele avantaje/dezavantaje: Avantaje:

majoritatea metalelor, materialelor ceramice i unii polimeri pot fi depui prin pulverizare; un domeniu larg de materiale metalice pot fi folosite ca substrat; posibilitatea de a face tratamente locale.

Dezavantaje:

majoritatea acoperirilor prin pulverizare sunt poroase; aderena pe suport este mai mic comparativ cu alte procedee; calitatea i fiabilitatea acoperirii depinde de controlul riguros al puterii sursei i de parametrii

pulverizrii dificulti de a realiza o calitate ridicat la repararea straturilor depuse anterior

2.18.6.2 Pulerizarea termic a srmelor Materialul de pulverizat se prezint sub forma de srm care iniial este introdus ntr-o camer unde este topit i apoi este atomizat de un gaz balast (de obicei aer comprimat).

Fig. 12 Metalizarea cu srm: a-pistol de metalizare; b- instalaie de metalizare




aer+gaz

strat depus substrat

srm

flux de picturi i

gazeghidaj

zon de topire a srmei

arztor

Fig. 13. Schema de principiu a depunerii metalice prin topirea a srmelor

topirea se face cu o glacr sau cu un arc electric; se folosesc numai srme metalice; cantitate mare de oxizi inclui n depunere; procedeu recomandat pentru ncrcarea i remanierea elementelor cu defecte n construcie de

maini; utilizarea arcului electric este limitat datorit creterii zgomotul produs i a cantitii mari de

gaze i volatile transportate n stratul de pus chiar dac productivitatea crete.

2.18.6.3 Pulverizare cu flacr Acoperirea prin acest procedeu se face prin introducerea ntr-o flacr a unei pulberi din materialul ce trebuie depus i apoi dirijarea flcriictre suprafaa ce trebuie acoperit.

aer (oxigen)+

gaz

strat depus substratarztor

flux de picturi i

gaze

duz zon de topire a srmei

alimentare cu pulbere

Fig. 14. Schema de principiu a depunerii metalice prin pulverizare cu flacr

procedeu simplu i ieftin; varietate mare de pulberi metalice i pulberi de oxizi ce pot fi pulverizate i depuse; viteza mic a particulelor conduce la un strat cu proprieti reduse; proprietile straturilor pot fi imbuntite folosind alieje speciale aa cum este aliajul Ni-Cr-B-Si.

Instalaia de metalizare cu pulberi metalice este de tipul cu flacr (gaze) i se compune din: - aparatura de metalizare, alctuit din: pistol de metalizare, set diuze arztor, set complet de pulberi metalice (cu duriti ntre 20 65 HRC), reductoare de presiune, past izolant; - sursa de combustie, format din recipiente de acetilen i oxigen; - sursa de aer comprimat pentru pulverizare; - instalaiile auxiliare (de rcire, de control etc.). Presiunea de lucru a gazelor de combustie este de 0,4 0,5 MPa cnd se folosete oxigen i de 2 MPa cnd se utilizeaz acetilen. Pulberile metalice folosite ca materiale de adaos sunt amestecuri de metale nichel, cobalt, fier, crom, cupru, aluminiu, molibden etc. cu fondani n proporie riguros stabilit pe cale experimental.




n tabelul 8 se arat compoziia chimic a unor pulberi metalice ntrebuinate la Institutul de studii i cercetri n transporturi.

Fig. 11 Instalaie de metalizare cu pulberi:

a instalaia n ansamblu; b-pistol de metalizat

Tabelul 8. Pulberi pentru metalizare

2.18.6.4 Pulverizare prin topire cu arc electric Diferena fa de procedeul anterior este dat de felul n care se face topirea materialului de depus prin folosirea arcului electric. Materialul de depus este metalic i se prezint sub forma a dou fire izolate ntre ele. Arcul electric se produce ntre aceste fire iar picturile formate sunt antrenate de un jet de aer comprimat ctre substrat.

aer comprimat

strat depus substratcontacte electrice

flux de picturi i

gaze

duz arc electricsrme

electrod

Fig. 15. Schema de principiu a depunerii metalice prin pulverizare cu flacr

2.18.6.5 Pulverizare cu flacr de mare vitez (HVOF) Procedeul folosete arderea ntr-un ajutaj a unui amestec controlat combustibil/aer combustie cu presiune mare. Pulberea care se dorete a se depune se introduce n curentul de gaze care datorit presiunilor ridicate de lucru conduc la viteze mari de ieire i deci la viteze mari de depunere. Acest procedeu a fost dezvoltat pentru a realiza depuneri cu cermei (WC/Co) n vederea mririi

Tipul pulberii metalice

Carburi de Wo i Co Oel Ni Cr Ca Si Bo Cu Mo Co

12C 14E-k4F

- -

2,5 4

77,5 74

- 10

15 6

2,5 3,5

2,5 2,5

- -

- -

- -

15E-15F - 4 73,5 14 1 4 3,5 - - - 16C - 2,5 61,5 17 5 4 4 3 3 - 18C - 2,5 27 16 2 3,5 3 - 6 40 31C 35 2,5 34,5 18 5 2,5 2,5 - - - 32C 50 8 14 11 1 8 8 - - - 34F-34F8 50 3,5 34 3,5 5 2 2 - - -




rezistenei la uzur a pieselor. Exemplu: Sistemul Jet III al firmei A-flame Error! Reference source not found. care este destinat pentru depuneri dure din carburi. Caracteristici

alimentare cu combustibil lichid i oxigen la presiune mare; arderea are loc n camera de ardere i rezult gaze fierbini cu presiune mare; gazele ies printr-un ajutaj Laval cu 1500m/s; pulberea este uor absorbit n jet; flacr de veghe cu hidrogen; senzori i sistem computerizat pentru controlul procesului.

Fig. 18. Instalaia HVOF tip Jet III n timpul procesului de depunere a unei pulberi pe o pies

2.18.6.6 Acoperire prin explozie (D-GUN) Compactitatea straturilor realizate prin pulverizare crete cu creterea vitezei pulberii transportate ctre suport. Acest procedeu folosete modelul unei arme de vntoare cu deosebirea ca explozie necesar pentru a crete viteza se obine din presiunea creat de arderea unui amestec gaz combustibil i aer. Explozia este amorsat de o scnteie dat de o bujie. Reacia de ardere se desfoar cu viteze foarte mari ctre ieire astfel c pulberea de depus este nclzit i apoi antrenat de unda de oc format, de mare vitez.

temperatura este limitat la 3500K; procedeul este foarte zgomotos; detonarea se face cu frecvena de 4...8Hz; se folosete pentru a realiza depuneri cu cermei (WC/Co).care mresc rezistena la uzur.

Exemplu: Sistemul D-gun al firmei A-Flame, care are urmtoarele caracteristici:

gaze folosite: metan, propan, gaze naturale; materiale depuse pot fi;

Fig. 16. Imagine de ansamblu a instalaiei HVOF tip Jet III

Fig. 17. Camera, tunul, duza i sistemele de aliemntate ale instalaia HVOF tip Jet III




metale: Al, Zn, Cu, Fe, Ti, V, Co, Ni, etc.; oxizi (Al2O3, Cr2O3, MgAI2O4, TiO2, etc.); carburi: (WC, Cr3C2, 91WC-9Co, 85Cr3C2 - 15[Ni-Cr], etc.); aliaje (2OCr-8ONi, 30Al-O.2Fe-69, 8NI, 53Nb-47Ti, etc.); compui: (lOONi [B, A], etc.).

stratul poate fie: metal, sticl, ceramic, plastic; porozitate obinut:




strat depus substrat

contacte electrice

flux de picturi i

gaze

duz electrod rcit cu

ap

electrod

argonpulbere

arc electric deformat

Fig. 21. Schema de principiu a depunerii metalice prin pulverizare cu plasm

Avantaje: straturi cu caracteristici foarte bune temperatura poate fi foarte mare (10.000K) transferul de cldur este foarte eficient, n special la gazele biatomice; este posibil acoperirea materialelor ceramice, metalele i polimeri; procedeul se poate realiza i n vid reducnd frecarea atmosferei i oxidarea.

Dezvantaje: generatorul plasmogen are costuri ridicate

Tabel 9. Comparaie ntre diferite procedee de depunere termic

Type of System

Flame or Plasma Exit Temperature

Heat Transfer to Substrate

Particle Impact Velocity

Oxide Content

PorosityAdhesion

(Bond Strength)

m.u. ( C) ( C ) (m/s) ( % ) ( % ) -Detonation

Gun3000 20...150 max 800-1000 0.1 0,1...1 Extremely high

Plasma Jet (HVOF)

2500...3100 500...700 500-800 0.2 1...10 Very High

Plasma Spraying

5500...8300 700...1000 200-600 0,1...1 1...10 Very High

Wire Arc 4000...6000 500...800 240 0,5...3 10...20 HighFlame

Spraying2500...3000 500...700 30...180 4...6 10...30 Low

2.18.6.8 Acoperiri cu ceramic Ceramica poate fi aplicat cu adezivi, cementuri sau lipire. Se recomand oelurilor manganoase (13% Mn), font nalt aliat cu Cr i oelurilor de cementare. Avantaje:

se realizeaz orice grosime de strat; nu afecteaz proprietile materialului de baz; poate fi nlocuit (acoperirea); pentru obinerea unor performane optime se folosesc diferite tipuri de ceramic n diferite zone.

Dezavantaje: nu se aplic produselor de geometrice complicate; domeniu limitat de aplicare din punt de vedere al materialelor; manoper scump (timp ndelungat de realizare); procedeu scump.

Exemplu Izolarea eficient cu material ceramic a conductelor pentru transportul aerului cald cu materiale ceramice. Procedeul are avantaje evidente in creterea duratei de via a conductei, n simplificarea procedurii de ntrinerea, n creterea eficienei




Exemplu Izolarea cu materiale ceramic a navetei spaiale funcie de temperatura generat n n urma frecrii cu atmosfera n timpul reintrrii cu vitez mare n atmosfera terestr. Industria aerospaial constituie domeniul n care au avut loc mbuntiri dramatice ale performanelor materialelor. Capabil la 100 misiuni proiectate, Naveta Spaial este unul din cele mai performante realizri tiinifice i inginereti. Un astfel de exemplu este sistemul termic de protecie (scutul termic) realizat din materiale de nalt performan. Cerinele acestor materiale:

greutate mic; dilataie termic redus; temperatura de lucru gradual pn la 1650C; fixare simpl i sigur.

Pentru a proteja structura metalic, materialele izolatoare se prezint sub form de placue care se fixeaz de corp prin lipire n funcie de temperaturile maxim

2.16 Straturi de Protectie

Documents

Transcript of 2.16 Straturi de Protectie