Cap 1.6 IWE intro
-
Upload
luciasivali -
Category
Documents
-
view
270 -
download
1
description
Transcript of Cap 1.6 IWE intro
INTRODUCERE ÎN SUDAREA ÎN MEDIU DE GAZ PROTECTOR
Lector
C.F.
Curs
IWE
Cap.
1.6
Pag.
9
9
9
Timişoara
1.6 INTRODUCERE ÎN SUDAREA ÎN MEDIU DE GAZ PROTECTOR
Sudarea în mediu de gaz protector grupează mai multe procedee la care topirea se realizează cu
ajutorul unui arc electric amorsat şi menţinut între capătul unui electrod, care se consumă sau nu şi piesa
care urmează a fi sudată. Metalul topit, atât în timpul transferului de la electrod la piesă, cât şi în baia de
fuziune, este protejat împotriva oxigenului şi azotului din aer cu ajutorul unei perdele de gaz protector ce
se scurge în jurul arcului electric.
Avantaje:
- se aplică atât la sudarea aliajelor feroase cât şi neferoase, prin alegerea judicioasă a gazelor de protecţie
- permite aplicarea variantelor semi-mecanizate, mecanizate şi robotizate- asigură o productivitate ridicată datorită densităţilor mari de curent (150 – 250 A/mm2)- permite deţinerea de îmbinări sudate de calitate- asigură sudarea în poziţii dificile şi introduce tensiuni reduse în îmbinările sudate- asigură o zonă minimă de transformări structurale şi deformaţii relativ scăzute datorită concentrării
energiei arcului electric- prezenţa zgurei în cantităţi scăzute oferă posibilitatea supravegherii permanente a băii metalice şi a
arcului electric- preţ redus în cazul în care se folosesc gaze active (CO2, CO2 + Ar, CO2 + Ar + O2)
În schema din figura 1.6.1. se prezintă clasificarea procedeelor de sudare cu arc electric în mediu de
gaz protector.
WIG – Wolfram Inert Ga S
MIG – Metal Inert Ga S
MAG – Metal Activ Ga S
1.6.1.Fenomene fizice şi principiile procedeelor WIG şi MIG / MAG
În condiţii obişnuite, gazele au o conductivitate nulă, adică sunt izolatoare. Pentru a se produce
descărcarea electrică între electrozi este necesar ca gazele din spaţiul arcului să fie ionizate (să conţină
particule încărcate cu sarcini electrice).
Odată cu amorsarea arcului electric, datorită temperaturii ridicate, se produce ionizarea
termică a gazului de protecţie, formându-se, atât la anod cât şi la catod, electroni şi ioni liberi grupaţi în
zonele anodice şi catodice. Curentul electric este transmis prin coloana de plasmă ( electroni, ioni pozitivi
şi atomi neutri) a arcului între pata catodică şi cea anodică.
În condiţii reale, atmosfera arcului de sudare are mai multe componente. Astfel, în cazul
sudării cu electrod fuzibil, coloana arcului conţine vaporii metalului electrodului. La sudarea cu electrod
nefuzibil cantitatea de vapori este mică şi componenţa plasmei este condiţionată numai de compoziţia
gazului de protecţie.
Cantitatea de căldură se repartizează inegal între anod şi catod. Datorită căderii mari de
tensiune din zona sa, catodul primeşte o cantitate mai mare de energie calorică decât anodul, o parte din
aceasta servind la eliberarea electronilor. Astfel, când se sudează în curent continuu, anodul, fiind supus
în permanenţă bombardamentului electronilor acceleraţi în coloana arcului de câmpul electric, devine
electrodul cel mai cald. Acest fenomen stă la baza alegerii polarităţii electrodului în funcţie de procedeul
de sudare utilizat. Astfel, la sudarea WIG in curent continuu, electrodul nefuzibil este legat întotdeauna la
polul negativ, evitându-se supraîncălzirea şi topirea acestuia. La sudarea MIG / MAG electrodul este
legat, de regulă, la polul pozitiv, fapt ce favorizează topirea metalului de adaos.
Din energia calorică produsă de arcul electric, circa 30% la procedeul WIG şi circa 80% la
MIG / MAG contribuie direct la procesul de sudare, adică la topirea marginilor îmbinării şi a metalului de
INTRODUCERE ÎN SUDAREA ÎN MEDIU DE GAZ PROTECTOR
Lector
C.F.
Curs
IWE
Cap.
1.6
Pag.
9
9
9
Timişoara
adaos, restul se pierde prin conducţie în masa piesei, prin radiaţie şi prin convecţie.
Datorită temperaturilor ridicate ce rezultă în arc se produc vaporizări parţiale bruşte ale
metalului, care are ca efect împroşcarea de picături.
Energiile calorice ce se dezvoltă, tensiunile arcului şi efectele metalurgice variază în funcţie de:
- felul curentului (continuu, alternativ sau pulsat)- polaritate- densitatea curentului- lungimea arcului- tipul gazului de protecţie- diametrul şi compoziţia sârmelor electrod
În figura 1.6.2 se prezintă principiul la sudarea WIG.
Figura 1.6.2
Caracteristici ale procedeului WIG:
- electrod nefuzibil- sursa de curent – cu caracteristica căzătoare- sudare în curent continuu sau alternativ- aplicare în variantele: manuală, semi-mecanizată, mecanizată, automatizată- grad înalt de universalitate – aplicabil practic pentru orice metal de bază- poziţii de sudare – toate- grosime minimă sudabilă – 0,1mm- grosime maximă sudabilă – limitată din considerente economice- calitatea foarte bună a sudurii- rată de depunere scăzută
Valori uzuale ale parametrilor la sudarea WIG, tabelul 1.6.1
Parametrii Domeniul valorilor
Diametrul electrodului nefuzibil 0,5 – 6,3 mm
Curentul de sudare 10 – 300 A
Tensiunea arcului electric 10 – 30 V
Debitul gazului (argon) 5 – 15 l/min
Viteza de sudare 10 – 30 (80) cm/min
Diametrul materialului de adaos 2 – 5 mm
Rata depunerii 1,8 – 5,4 kg/h
Domenii de aplicare:
- sudarea tablelor subţiri- sudarea oţelurilor aliate, a metalelor neferoase sau reactive- sudarea straturilor de rădăcină la sudarea în mai multe treceri – dacă există acces dintr-o singură parte
(ţevi).
INTRODUCERE ÎN SUDAREA ÎN MEDIU DE GAZ PROTECTOR
Lector
C.F.
Curs
IWE
Cap.
1.6
Pag.
9
9
9
Timişoara
În figura 1.6.3 se prezintă principiul la sudarea MIG/MAG cu sârmă plină şi / sau tubulară.
Fig.1.6.3
Caracteristici ale procedeului MIG/MAG
- electrod fuzibil material de adaos- sursă de sudare – caracteristică rigidă (permite autoreglarea arcului electric)- sudare în curent continuu- aplicare în variantele: semi-mecanizată, mecanizată, automatizată, robotizată- grad înalt de universalitate – în varianta MIG aplicabil la majoritatea metalelor- poziţie de sudare – toate- rată a depunerii mare (figura 1.6.4)
Fig. 1.6.4
- grosime sudabilă – minim 1mm, maxim limitat din considerente economice- calitate bună a sudurii- grad înalt de utilizare a materialului de utilizare- dificultăţi la sudarea în aer liber (curenţi de aer)
Valori uzuale ale parametrilor la sudarea MIG/MAG – tabelul 1.6.2
Tabelul 1.6.2
Parametri Domeniul de valori
Diametrul electrodului fuzibil 0,8 – 2,4 mm
Curentul de sudare 60 – 500 A
Tensiunea arcului electric 20 – 30 V
Viteza de sudare 20 – 150 cm/min
Debitul gazului de protecţie 8 – 20 l/min
Rata depunerii 1 – 10 Kg/h
INTRODUCERE ÎN SUDAREA ÎN MEDIU DE GAZ PROTECTOR
Lector
C.F.
Curs
IWE
Cap.
1.6
Pag.
9
9
9
Timişoara
Domenii de aplicare:
- procedeul cu cel mai mare volum de aplicare industrială- tendinţe actuale – sudarea MIG/MAG în locul sudării cu electrozi înveliţi (dar nu în orice situaţie )- sudare MIG – oţeluri aliate, metale neferoase- sudare MAG – oţeluri carbon, oţeluri slab aliate
Utilaje pentru sudare WIG – componenţă în figura 1.6.5
Fig. 1.6.5
Surse de sudare: de c.c sau c.a.
- caracteristică coborâtoare- surse moderne – cu impulsuri
Utilaje pentru sudare MIG/MAG – componenţă în figura 1.6.6
Fig. 1.6.6
- Surse de sudare: c.c. (redresoare): convenţionale
comandate cu tiristoare
comandate cu tranzistoare
INTRODUCERE ÎN SUDAREA ÎN MEDIU DE GAZ PROTECTOR
Lector
C.F.
Curs
IWE
Cap.
1.6
Pag.
9
9
9
Timişoara
1.6.2. Gaze de protecţie
Pentru protejarea metalului topit, la sudarea în mediu de gaz protector se utilizează două tipuri de
gaze:
- gaze de protecţie inerte (argon, heliu)- gaze de protecţie active: hidrogen (reducător ), oxigen, bioxid de carbon şi amestecuri ale acestora cu
argon sau heliu (oxidante)Între unităţile de măsură folosite la exprimarea cantităţii pentru Ar, CO2 şi O2 există interdependenţa
prezentată în tabelul 1.6.3
Unitate de
măsură
Ar CO2 O2
l 1 0,710 1,273 1 0,85 1,667 1 0,88 1,252
Kg 1,4 1 1,784 1,178 1 1,977 1,14 1 1,429
m3 0,79 0,56 1 0,6 0,51 1 0,8 0,7 1
Procesul de sudare poate fi influenţat şi optimizat prin numeroase metode pentru fiecare
aplicaţie în parte prin intermediul gazului protector.
În acest scop, tipul gazului, respectiv compoziţia amestecului de gaze trebuie alese
corespunzător efectului care se doreşte a fi obţinut.
Posibilităţile de optimizare se extind asupra tuturor factorilor de influenţă relevanţi la sudare
1.6.2.1 Proprietăţile fizice ale gazelor
Proprietăţile fizice ale gazelor de protecţie influenţează:
- tipul transferului de material- capacitatea de umectare- pătrunderea şi profilul ei- viteza de sudare- uşurinţa amorsării arcului şi stabilitatea lui
Gazele cu potenţial de ionizare redus, ca argonul, uşurează amorsarea arcului şi îmbunătăţeşte
stabilitatea lui, faţă de gazele cu potenţial de ionizare mai ridicat, ca heliul.
În tabelul 1.6.4. se prezintă proprietăţile fizice pentru gazele de protecţie (energia de ionizare şi
energia de disociere a componentelor multiatomice)
Tabelul 1.6.4
Gaz Energia de
disociere ev/moleculă
Energia de
ionizare ev/moleculă
H2 4,5 13,6
O2 5,1 13,6
CO2 4,3 14,4
N2 9,8 14,5
He 24,6
Ar 15,8
Kr 14,0
Energia de disociere a componentelor multiatomice din amestecuri care se eliberează la
recombinarea lor măreşte transferul de căldură înspre metalul de bază.
INTRODUCERE ÎN SUDAREA ÎN MEDIU DE GAZ PROTECTOR
Lector
C.F.
Curs
IWE
Cap.
1.6
Pag.
9
9
9
Timişoara
1.6.2. Conductivitatea termică
Influenţează:
- formarea cusăturii- temperatura şi capacitatea de degajare a băii metalice- viteza de sudare
La sudarea MIG sau WIG a aluminiului adaosul de heliu, iar la sudarea WIG a unor oţeluri
inoxidabile adaosul de hidrogen, permit mărirea pătrunderii şi a vitezei de sudare
În fig. 1.6.7 se prezintă variaţia conductivităţii termice în funcţie de temperaturi pentru gazele
de protecţie
Fig. 1.6.7
1.6.2.3 Proprietăţi chimice
Influenţează:
- comportarea metalurgică- aspectul suprafeţei metalului depus prin sudare
Oxigenul – pierderi de elemente de aliere
- măreşte fluiditatea băii metalice
Dioxidul de carbon – îmbogăţirea în carbon a materialelor aliate
Argonul şi heliul – inerte din punct de vedere metalurgic
Hidrogenul – efect reducător
Azotul – permite controlul şi modificarea raportului austenită/ferită
1.6.2.4. Gaze utilizate la sudare
Gaze folosite la sudarea WIG:
- Argon (Ar) – la sudarea oricăror metale de bază- Heliu (He) amestecuri Ar + He (He 75%) aluminiu, cupru- Ar + H2 (H2 1 10%) – de oţeluri inoxidabile austenitice,
- la aliaje de nichel
- adausul de H2 duce la mărirea tensiunii arcului mărirea
căldurii generate în arc
INTRODUCERE ÎN SUDAREA ÎN MEDIU DE GAZ PROTECTOR
Lector
C.F.
Curs
IWE
Cap.
1.6
Pag.
9
9
9
Timişoara
Gaze folosite la sudarea MIG/MAG
- Argon (Ar) – toate materialele metalice, fără oţeluri- Heliu (He) – aluminiu, cupru- Ar + He (He 25 75%) – idem He- CO2 – oţeluri carbon şi slab aliate- amestecuri de tip Ar + O2, Ar + CO2, Ar + CO2 + O2
În tabelul 1.6.5 se prezintă domeniile de utilizare a gazelor de protecţie la sudarea MIG/MAG.
Tabel 1.6.5
Procedeu Comportare
chimică
Gaz de protecţie Material de bază
MIG inertă
Ar toate materialele, fără oţeluri
He aluminiu, cupru
Ar + He (25 – 75 %) aluminiu, cupru
MAG oxidantă
Ar + O2 (1 – 3 %) oţeluri inoxidabile
Ar + CO2 (2 – 5 %) oţeluri inoxidabile
Ar + CO2 (6 – 25 %) oţeluri carbon şi aliate
Ar + CO2 (5 –15 %) + O2
(1 –3 %)
oţeluri carbon şi aliate
Ar + O2 (4 –9 %) oţeluri carbon şi aliate
Ar + CO2 (26- 40 %) oţeluri carbon şi aliate
Ar + CO2 (5 – 20%) + O2
(1 –3 %)
oţeluri carbon şi aliate
Ar + O2 (9 – 10 %) oţeluri carbon şi aliate
CO2 oţeluri carbon
În figura 1.6.8 se face o comparaţie între Ar şi He
Fig. 1.6.8
- datorită energiei de ionizare mai mici la Ar, amorsarea, când se utilizează acest gaz, este mai uşoară - datorită energiei de ionizare mai mari la He, şi tensiunea arcului este mai mare (comparativ cu Ar),
rezultând puteri ale arcului mai mari.
1.6.3. Manipularea şi depozitarea gazelor
Gazele de protecţie se livrează atât în stare gazoasă cât şi în stare lichidă, atât sub formă de gaz
cu o singură componentă cât şi sub formă de amestec de gaze.
În cazurile în care amestecurile de gaze se realizează la locurile de utilizare, din gaze
individuale, amestecătorul de gaze trebuie să satisfacă următoarele cerinţe.
INTRODUCERE ÎN SUDAREA ÎN MEDIU DE GAZ PROTECTOR
Lector
C.F.
Curs
IWE
Cap.
1.6
Pag.
9
9
9
Timişoara
- pentru concentraţii ale componentelor cu o valoare de până la 5 % de volum, abaterea admisă este de cel mult 0,5 % de volum faţă de valoarea specificată
- pentru concentraţii ale componentelor cu o valoare cuprinsă între 5 % de volum şi 50 % de volum, concentraţia nu trebuie să aibă o abatere mai mare de 10 % din valoarea specificată.
- purităţile şi punctele de rouă maxime pentru gaze livrate în butelii sau în rezervoare izolate trebuie să satisfacă cerinţele standardelor de produs.
- purităţile şi punctele de rouă pentru amestecuri de gaze trebuie să corespundă gazelor de bază sau amestecurilor de gaze conform standardelor de produs.
- pentru unele materiale – titan, tantal – pot fi cerute gaze cu puritate mai mare, iar specificaţiile se pot stabili prin acord între utilizator şi furnizor
- sistemul de distribuţie a gazelor aflate la utilizator trebuie proiectat şi întreţinut astfel încât puritatea livrată să fie menţionată până la locul de utilizare.
1.6.3.1 Butelii de gaze
Toate gazele şi amestecurile de gaze utilizate la sudarea în mediu de gaz protector se află în
stare gazoasă în cazul în care se livrează în butelii de gaz cu excepţia dioxidului de carbon care este în
stare lichidă
Buteliile de gaze sunt umplute la volumul şi presiunea specificată de furnizor. Presiunea reală
se modifică în funcţie de temperatura ambiantă.
Înainte de utilizare trebuie racordate pe butelii reductoare de presiune adecvate.
1.6.3.2. Lichid
Gazele lichefiate se livrează în stare lichidă, la temperatură scăzută, în rezervoare izolate sau,
în cazul dioxidului de carbon, în stare lichidă la temperatura ambiantă în butelii de gaze. Înainte de
utilizare, gazele lichefiate furnizate trebuie să fie transformate în stare gazoasă.
Pentru a forma amestecuri de gaze din gaze lichefiate, lichidul trebuie să fie transformat în
stare gazoasă înainte de amestecare. Amestecurile Ar – O2 pot fi stocate şi ca pre-amestecuri în stare
lichidă, fără utilizarea unui amestecător pentru furnizare.
Transportarea şi stocarea în fază gazoasă în butelii sub presiune a gazelor are avantajul unei mai
mari manevrabilităţi, facilitând utilizarea la posturile de sudură. Buteliile se pot grupa în butelii, acestea
putând fi utilizate la alimentarea mai multor posturi de sudare.
În cazul unor consumuri importante este avantajos ca gazele să se utilizeze în stare lichidă. În
acest caz livrarea şi stocarea se face în rezervoare izolate termic, la presiune scăzută. Rezervoarele de
stocare sunt legate prin intermediul unor vaporizatoare la reţeaua de distribuţie ce deserveşte un atelier
sau o secţie.
Transportul gazelor car se stochează în rezervoare se face cu ajutorul unor cisterne destinate
acestui scop.
Alimentarea cu gaze de protecţie a posturilor de sudare se poate realiza:
- prin alimentare individuală de la butelie- prin alimentare de la o reţea de distribuţie prin intermediul unei staţii central – în special în cazul unui
număr mare de posturi de sudare.
1.6.4. Materiale pentru sudare
1.6.4.1. Electrozi nefuzibili (Sudare WIG)
Cerinţe:
- capacitate de emisie termoelectronică importantă- temperatură de topire ridicată- rezistenţă la uzură
Aceste cerinţe sunt satisfăcute de wolfram şi aliajele acestuia cu thoriu, cesiu, lantan, zirconiu
INTRODUCERE ÎN SUDAREA ÎN MEDIU DE GAZ PROTECTOR
Lector
C.F.
Curs
IWE
Cap.
1.6
Pag.
9
9
9
Timişoara
Domeniile utilizare ale electrozilor nefuzibili din wolfram sunt redate tabelul 1.6.5
Tabelul 1.6.5
Electrod nefuzibil Domenii de utilizare
Wolfram prin (W 99,5 %) Sudare în c. a. aluminiu şi magneziu
W + oxid de thoriu Sudare în c.c.
W + oxid de cesiu Sudare în c.c. şi c.a.
W + oxid de lantan Sudare în c.c., aplicaţii în domeniul nuclear
Anumite elemente adăugate wolframului în procesul de elaborare a electrozilor, intensifică
emisia electronică. Elementele utilizate cel mai frecvent sunt oxizii de thoriu (ThO2), de zirconiu (ZrO2),
de lantan (LaO2) şi de cesiu (CeO2), cantităţile adăugate variind în funcţie de element între 0,3 şi 4 %.
Adăugarea acestor activanţi ai emisiei facilitează amorsarea arcului electric, ameliorându-i
stabilitatea, creşte durata de viaţă a electrozilor şi reduce riscul de contaminare a sudurilor cu incluziuni
de wolfram.
La diametru egal, electrozii care conţin adaosuri de oxizi pot rezista la un curent de sudare mai
mare decât cei din wolfram pur, deci este posibilă utilizarea unor electrozi de diametru mai mic, în
condiţii date ale curentului electric.
Efectul adaosului de oxizi este mai pronunţat în cazul electrozilor cu diametre mari, datorită
creşterii suprafeţei active acoperite cu un strat de substanţă emitivă.
1.6.4.2. Sârme de sudare
Sudare WIG – Sârme şi/sau vergele
- compoziţie chimică apropiată de cea a metalului de bază
- diametrul – funcţie de grosimea ce se sudează
Sudare MIG/MAG – sârme
- compoziţia chimică: - apropiată de cea a metalului de bază mai ales la sudarea MIG- cu elemente dezoxidante - la sudarea MAG
- diametre: 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,6; 2,0; 2,4; - suprafaţa cuprată (la MAG pentru oţeluri carbon şi slab aliate)
1.6.5. Standarde pentru gaze de protecţie şi materiale pentru sudare
SREN 759 – Materiale pentru sudare. Condiţii tehnice de livrare a metalelor de adaos pentru sudare.
Tipul produsului, dimensiuni, toleranţe şi marcare.
SREN 26848 – Electroni de wolfram pentru sudare cu arc electric de gaz inert şi pentru sudare şi tăiere cu
plasmă.
STAS 1126 – 83 – Sudarea metalelor. Sârmă plină din oţel pentru sudare
SREN 1668 – Materiale pentru sudare. Vergele, sârme şi depuneri prin sudare pentru sudarea WIG a
oţelurilor nealiate şi a oţelurilor cu granulaţie fină.
SREN 440 – Materiale pentru sudare consumabile. Sârme electrod şi depuneri prin sudare pentru sudarea
cu arc electric în mediu de gaz protector cu electrod fuzibil a oţelurilor nealiate şi cu granulaţie fină.
SREN 758 – Materiale pentru sudare. Sârme tubulare pentru sudare cu arc electric cu sau fără gaz
protector a oţelurilor nealiate şi cu granulaţie fină.
STAS 10 019-85 – Sudarea metalelor. Sârma din aluminiu şi aliaje de aluminiu pentru sudare.