Sudarea cu plasma (SP)

C.13. Sudarea cu plasma (SP)

Sudarea cu plasma face parte din categoria procedeelor de sudare cu arc electric, cu surs concentrat de energie rezultat ca urmare a constrngerii (strangulrii) arcului electric s treac printr-un ajutaj cu diametru mic, rcit cu ap, care determin creterea temperaturii AE la valori de peste l0.000C. Concomitent prin ajutaj trece i un curent de gaz care sub aciunea temperaturii ridicate a arcului se ionizeaz (divizarea atomilor n electroni i ioni pozitivi) transformndu-se n plasm i dezvoltnd temperaturi de 10.000-50.000C. A.E. constrns poart denumirea de arc de plasm. Constrngerea AE se face att printr-o strangulare mecanic (trecerea prin ajutajul cu diametru mic) ct i printr-o strangulare electromagnetic i un efect termodinamic. Generarea plasmei se face cu ajutorul generatoarelor de plasm care pot fi n principiu de dou tipuri, fig.l:

- "generatoare cu arc de plasm (cu arc direct), fig. l.a, la care arcul de plasm (4) se amorseaz ntre electrodul de wolfram (1) i componentele (2), fiind constrns s treac prin ajutajul (duza) rcit cu ap (3) prin care trece simultan i gazul plasmagen, Ar. Alimentarea arcului se face de la sursa de curent continuu (5), folosind polaritatea direct CC-. Pentru amorsarea arcului se folosete oscilatorul de nalt frecven OIF (6); - generatoare cu jet de plasm (arc indirect), fig.l.b, la care arcul de plasma (4) se amorseaz ntre electrodul de wolfram (1) i ajutajul (3) conectate la sursa de curent continuu (5). Jetul de plasma (4) este mpins nspre componentele de sudat (2) sub aciunea gazului plasmagen, Ar.In practic se utilizeaz generatoarele de plasma cu arc dublu, cu arc transferat sau cu arc pilot.Sudarea SP se poate face manual, mecanizat sau automatizat.Utilizare. Sudarea SP are un mare grad de universalitate fiind utilizat cu precdere la sudarea tablelor subiri (s < 3 mm) din oeluri aliate, a metalelor i aliajelor neferoase Cu, Al etc., a metalelor active i refractare, a fontelor. Din motive economice nu se recomand la sudarea oelurilor nealiate i slab aliate dect n cazul produciei de serie mare i cnd se reclam o bun calitate a mbinrii sudate.Avantajele procedeului: productivitate mare la sudare (viteze de sudare mari i ptrundere mare), stabilitate foarte bun a arcului electric putnd suda cu cureni foarte mici (Is < 1 A), insensibil la fluctuaii ale distanei dintre duza de gaz i componente (arcul are form columnar), ZIT cu dimensiuni reduse, calitate foarte bun a mbinrii sudate, se pot suda grosimi foarte mici (s = 0,05 mm).Dezavantajele procedeului: generatoarele de plasm sunt complicate i mai grele, se necesita rcirea cu ap a generatoarelor de plasm (I < 5o A), echipamentele de sudare sunt mai scumpe cu ntreinere mai pretenioas; de asemenea procedeul se limiteaz n mod obinuit la sudarea tablelor subiri.2.2. Materiale de sudare. Sunt electrodul nefuzibil, gazul plasmagen, gazul de protecie, materialul de adaos.2.2.l. Electrodul nefuzibil. In general se folosete electrod din wolfram aliat cu 1...2% Th.2.2.2. Gazul plasmagen. Este un gaz inert sau amestecuri de gaze. Are rolul de mediu plasmagen, de protecie a electrodului i a ajutajului generatorului de plasma. Cel mai utilizat gaz plasmagen este argonul. Pentru oeluri inoxidabile austenitice se folosesc amestecuri de Ar i H2 mbuntindu-se transferul de cldur spre componente. Amestecul de Ar i He mrete puterea arcului electric. Utilizarea He pur este limitat de protecia deficitar i de costul acestuia.2.2.3. Gazul de protecie. Asigur protecia bii de metal topit i a mbinrii sudate. In general se folosete acelai gaz ca i gazul plasmagen. La sudarea oelurilor carbon drept gaz de protecie se poate utiliza i CO2.2.2.4. Materialul de adaos. Are compoziie chimica apropiat de a metalului de baza, (vezi sudarea WIG).2.3. Tehnici de sudare SP. In funcie de grosimea componentelor i curentul de sudare se disting dou tehnici de sudare.2.3.1. Sudarea prin topire progresiv melt-in plasma welding". Utilizat la sudarea tablelor subiri (s < 3 mm). Custura se obine prin avansul progresiv al bii de metal topit pe grosimea piesei. Intensitatea curentului de sudare i debitul de gaz au valori reduse. Transmisia cldurii n material se face prin conducie.2.3.2. Sudarea cu jet penetrant sau n gaur de cheie keyhole welding". Utilizat la sudarea tablelor cu grosimi peste 3 mm (pn la 10...15 mm). Jetul de plasm realizeaz o ptrundere complet pe grosimea piesei producnd un orificiu nconjurat de o baie inelar de metal topit care se mic mpreun cu arcul n direcia sudrii. In spatele arcului metalul topit se solidific rezultnd custura sudat. Intensitatea curentului i debitul de gaz sunt mai mari pentru a crea un jet de plasm care s strpung piesa. Transmisia cldurii in acest caz se face prin radiaie i convecie de la coloana arcului de plasm spre peretele interior al cilindrului de metal lichid.2.4. Parametri de sudare SP2.4.l. Curentul de sudare Is. Depinde de tehnica de sudare utilizat, de natura i grosimea materialului de baz. Poate lua valori cuprinse ntre 0,l A i 400 A. Pentru valori mici, Is < 40 A procedeul poart denumirea de microplasm. Peste 400 A fluxul termic este mai intens la procedeul MIG/MAG si prin urmare nu este raional utilizarea plasmei. n plus, la valori peste 400 A apre arcul escundar intre pies i duza gazului plasmagen care duce la deteriorarea (topirea) duzei.2.4.2. Tensiunea arcului U. Depinde de tehnica de sudare, curentul de sudare, gazul plasmagen. Ia valori cuprinse n intervalul 10 - 40 V.2.4.3. Viteza de sudare. Este mai mare dect la celelalte procedee de sudare cu arc electric lund valori de 0,2 - 1,5 m/min funcie de tehnica de sudare, natura i grosimea materialului, etc.2.4.4. Debitul de gaz plasmogen. Are valori reduse 0,l-3 l/min pentru a nu produce turbulene, perturbarea stabilitii arcului, suflarea metalului topit. Nu poate asigura protecia metalului topit datorit debitului mic.2.4.5. Debitul gazului de protecie. Folosit pentru protecia metalului topit i a custurii i poate lua valori de 3-7 l/min la sudarea cu microplasm, respectiv 4 20 l/min la sudarea cu plasm.2.4.6. Natura i polaritatea curentului. Sudarea SP se face n curent continuu, folosind polaritatea direct CC-. Excepie face sudarea aluminiului unde se folosete curentul alternativ.Obs.l La sudarea SP se folosesc surse de sudare cu caracteristic brusc cobortoare.Obs.2 Diametrul ajutajului trebuie s respecte relaia d > 10-2x Is pentru evitareaapariiei arcului secundar ntre electrod i ajutaj.Sudarea n baie de zgur SBZ

Prezentarea lucrrii.1. Definirea procedeului. Sudarea n baie de zgura este un procedeu de sudare la care temperatura necesar topirii componentelor i a materialului de adaos este dat de cldura degajat prin efect Joule-Lenz la trecerea curentului de sudare Is prin zgura lichid cu rezisten electric relativ mic R.

Schema de principiu a procedeului de sudare SBZ este prezentat n fig.l.

Procesul de sudare SBZ se desfoar ntr-un spaiu nchis format de marginile componentelor de sudat (2) i de patinele de cupru rcite cu ap (6). Srma electrod (1) antrenat de sistemul (10) este introdus prin tubul de ghidare (3) n baia de zgur topit (4) unde se topete formnd baia de metal (5) care prin solidificare formeaz custura sudat (7). Pornirea procesului SBZ se face prin amorsarea unui arc electric ntre srma electrod i piesa de pornire (8). Sub aciunea cldurii dezvoltate de arcul electric fluxul introdus n acest spaiu se topete formnd baia de zgur topit. Dup topirea fluxului baia de zgur neac arcul electric l acesta se stinge. Curentul de sudare IS continu s treac prin baia de zgur topit i, prin cldura degajat prin efect Joule-Lenz produce topirea marginilor componentelor i a srmei electrod. Patinele de cupru prentmpin scurgerea de metal topit i zgur lichid i se deplaseaz pe suprafaa componentelor cu viteza de sudare pe msura solidificrii bii de metal i formarea custurii. Oprirea sudrii se face pe placa terminala (11). Pentru a preveni nchiderea rostului n timpul sudrii piesele se rigidizeaz ntre ele cu scoabele (9), amplasate pe partea opus deplasrii aparatului (tractorului) de sudare. Sudarea se desfoar pe vertical de jos n sus, procesul de sudare decurgnd mecanizat. Sudarea SBZ poate fi: cu electrozi srm, cu electrozi plac i cu ajutaje fuzibile.

2. Materialele de sudare sunt: srma electrod i fluxul.2.l. Srma electrod. La sudarea SBZ se folosesc aceleai mrci de srm ca i cele utilizate la sudarea sub flux SF. Se folosesc n general doar diametrele 2,5 i 3,25 mm care asigur un coeficient, vitez, de topire mare (avantaj specific electrozilor subiri). Srma electrod mai subire, datorit rigiditii sczute, nu-i pstreaz poziia n rost putnd duce la defecte n mbinarea sudat, iar srmele mai groase nu asigur o topire corespunztoare n baia de zgur (vezi stabilitatea autoreglrii in baie de zgur, curs EPS).2.2. Fluxurile pentru sudarea SBZ pot fi fluxuri speciale sau chiar fluxurile folosite la sudarea SF, Fluxurile folosite ns, trebuie s satisfac urmtoarele condiii: s aib o rezisten electric mic n stare topitpentru dezvoltarea cldurii necesare; n acest scop se recomand introducerea n compoziia fluxului a fluoritei CaF2 i dioxidului de titan TiO2; densitatea s fie considerabil mai mic dect a metalului de baz pentru a evita amestecul cu baia de metal topit; s conin cantiti reduse de substane care ar favoriza amorsarea arcului electric n timpul sudrii (N2O + K2O < 23);Consumul de flux la sudarea SBZ reprezint 5...lo% din consumul de srm.Avantajele procedeului: productivitatea cea mai mare la sudare dintre toate procedeele de sudare prin topire, se sudeaz orice grosimi de material s 2o mm dintr-o singur trecere ceea ce determin timp minim de sudare, nu necesit rosturi complicate i precise (se folosete n exclusivitate rostul I), custura lipsit de pori i incluziuni de zgur, nu necesit manipularea pieselor grele (echipamentul se poate aduce la ele), procedeul este mecanizat etc.Dezavantajele procedeului: nu se aplic la sudarea tablelor cu s