MIRCEA BURC STELIAN NEGOIESCU

SUDAREA MIG/MAGEdiia a II-a

EDITURA SUDURA TIMIOARA 2004

Refereni tiinifici: Prof.dr.ing. Voicu Safta Prof.dr.ing. Livius Milo

Descrierea CIP a Bibliotecii Naionale BURC, MIRCEA Sudarea MIG/MAG / Mircea Burc, Stelian Negoiescu Ed. a 2-a, rev. Timioara: Sudura, 2004 Bibliogr. ISBN 973-8359-22-8 I. Negoiescu, Stelian 621.791.5

Copyright Editura Sudura 2004 Toate drepturile rezervate editurii. Nici o parte din aceast lucrare nu poate fi reprodus, stocat sau transmis prin indiferent ce form, fr acordul prealabil scris al Editurii Sudura.

ISBN 973-8359-22-8 EDITURA SUDURA Timioara Bd. Mihai Viteazu nr. 30; tel./fax: 0256-228076 Consilier editorial ing. Takcs Rudolf

Cuvnt nainte la ediia a II-a Prima ediie a lucrrii Sudarea MIG/MAGa fost lansat la finele anului 2002 i este epuizat n momentul de fa. Actualmente exist numeroase solicitri pentru alte exemplare, ceea ce a determinat Editura Sudura s propun autorilor reeditarea acestei lucrri care se bucur de un interes deosebit n rndul specialitilor, dar nu numai. Aceasta reflect actualitatea temei abordate i preocuparea factorilor de decizie din industrie n implementarea sudrii MIG/MAG n producia de structuri sudate din Romnia. Fa de prima ediie, autorii au revizuit i actualizat informaiile cu privire la aspectele teoretice i de ordin tehnologic ale procedeului, respectiv aspectele privitoare la echipamentul de sudare MIG/MAG. Se distinge n mod deosebit completarea cu un capitol nou dedicat sudrii cu srm tubular. Sunt analizate aspectele teoretice i particularitile specifice procedeului, fiind evideniate avantajele de ordin tehnologic comparativ cu sudarea MIG/MAG clasic, n principal creterea productivitii i calitii la sudare. Sudarea cu srm tubular ST, n cele dou variante cu protecie suplimentar respectiv cu autoprotecie, reprezint o tehnic utilizat pe larg n ri dezvoltate precum SUA i JAPONIA. Interesul tot mai crescut din ultima vreme din partea executanilor de structuri sudate pentru exploatarea avantajelor srmei tubulare va determina i n Romnia o cretere i extindere a procedeului, n detrimentul acelui aparent dezavantaj (mult vehiculat la noi) legat de costul mai ridicat al srmei tubulare comparativ cu srma plin, ceea ce justific pe deplin abordarea acestui capitol de ctre autorii lucrrii. n scurtul interval de timp care a trecut de la prima ediie, ponderea de utilizare i de aplicare a sudrii MIG/MAG a crescut sensibil, att pe plan mondial, n Europa, ct mai ales n ara noastr care are de recuperat o important rmnere n urm n domeniul sudrii n mediu de gaze protectoare MIG/MAG, depind previziunile fcute n ultima decad a secolului trecut privind perspectiva procedeului la nceput de mileniu. Cu ocazia celei de a 56-a Adunri Anuale a Institutului Internaional de Sudur (IIS/IIW) care a avut loc la Bucureti n iulie 2003, s-a artat c n Europa sudarea manual cu arc electric scade cu cca. 5-8% anual, cea sub strat de flux cu cca. 2-3% pe an, iar procedeul MIG/MAG compenseaz din plin scderile amintite. ndeosebi Romnia are o imperioas nevoie de substituire a procedeului de sudare manual cu electrozi nvelii (nc aplicat pe scar larg) prin aceast procedeu modern, iar lucrarea celor doi dascli, specialiti recunoscui i apreciai ai Politehnicii Timiorene, reprezint un argument important i un suport de referin solid, n dezvoltarea i edificarea unei industrii romneti moderne i competitive. Timioara, la 25 iunie 2004 Dr. Ing. NICOLAE JONI

Prefa la ediia I-a Dezvoltarea sudrii, ca proces tehnologic de mbinare a materialelor metalice, din ultimii 10-15 ani este indisolubil legat de dezvoltarea sudrii n mediu de gaze protectoare n general i de sudarea MIG/MAG i cu srm tubular n special. Se apreciaz c ponderea de aplicare a sudrii MIG/MAG pe plan mondial se ridic la acest nceput de mileniu la un procent de 60-70% din totalul produciei de structuri sudate. La baza acestei dezvoltri dinamice stau avantajele incontestabile ale sudrii MIG/MAG i anume productivitatea ridicat, respectiv uurina cu care procedeul se preteaz la mecanizare, automatizare sau robotizare. La acestea se mai adaug n mod special, dezvoltarea i perfecionarea echipamentelor i instalaiilor de sudare MIG/MAG. Din 1956, cnd Carl Cloos a inventat primul echipament de sudare MIG/MAG i pn n prezent - prin implementarea i tehnologia electronicii de putere, a invertorului i a microprocesorului n construcia acestora, performanele tehnologice i de ansamblu ale procedeului au crescut nencetat. Cartea Sudarea MIG/MAG se nscrie n contextul n care implementarea sudrii MIG/MAG n Romnia cunoate aceeai tendin ascendent existent pe plan mondial, dar cu o ntrziere de 20 de ani i cu recuperarea unei perioade de aproape 50 de ani. Pe de alt parte apariia unei lucrri de referin n domeniul sudrii n mediu de gaze protectoare se impunea cu necesitate avnd n vedere numrul redus de referine bibliografice n acest domeniu, dar i evoluia procedeului i a echipamentului din ultimul timp, cu att mai mult cu ct interesul pentru acest procedeu n rndul specialitilor, dar nu numai este tot mai mare. Lucrarea este structurat n principal pe dou problematici i anume aspectele de ordin tehnologic ale procedeului, respectiv aspectele legate de echipamentul de sudare. Sistematizarea i analiza unitar a problemelor tehnologice specifice sudrii n mediu de gaze protectoare MIG/MAG precum, materialele de sudare, definirea forelor dezvoltate n arcul electric i aciunea lor n procesul de transfer, descrierea tipurilor de transfer al picturii de metal topit i caracterizarea acestora, parametrii tehnologici de sudare i aciunea lor asupra procesului de sudare sau asupra custurii sudate, modul de elaborare a tehnologiei de sudare i particularitile acesteia, etc., permit5

nelegerea profund i facil a fenomenelor care guverneaz sudarea MIG/MAG. Alctuirea i analizarea distinct a prilor componente ale echipamentului de sudare MIG/MAG ca, sursa de sudare, dispozitivul de avans al srmei electrod, pupitrul de comand, pistoletul de sudare, etc, constituie un capitol important al crii, util celor interesai de exploatarea i ntreinerea acestor echipamente. Se remarc prezentarea inedit a surselor de sudare sinergic pentru sudarea n curent pulsat. Tehnologiile cadru de sudare MIG/MAG prezentate n anexe i propun s uureze munca tehnologului n elaborarea tehnologiilor de sudare, putnd contribui la importante economii de timp, manoper, energie, materiale. La baza crii stau experiena teoretic i practic a autorilor ei, dascli ai renumitei coli politehnice timiorene, specialiti cunoscui i apreciai n domeniu pentru bogata activitate didactic i tiinific desfurat la catedr sau n cadrul contractelor de cercetare. Lucrarea se adreseaz n primul rnd specialitilor care lucreaz n domeniul sudrii n general i al sudrii MIG/MAG n special, pentru creterea nivelului de pregtire teoretic i practic, studenilor de la seciile de specialitate care doresc s-i dezvolte i s aprofundeze cunotinele acumulate la cursuri, persoanelor din intreprinderi sau firme private care doresc s se documenteze i s implementeze sudarea n mediu de gaze protectoare MIG/MAG, tuturor acelora care sunt interesai sau au tangen cu acest procedeu de sudare deosebit de actual. Prezentarea logic, simplitatea i claritatea expunerilor fac cartea accesibil, iar lectura plcut i util. Apariia unei lucrri de nalt nivel tiinific, ntr-o perioad caracterizat mai degrab printr-un pragmatism excesiv, a fost posibil prin sprijinul acordat de Societatea Carl Cloos GmbH din Germania prin reprezentantul su timiorean, RobconTM. Dr.ing. Alexandru Va

6

Introduceren decursul secolului al XX-lea sudarea s-a impus ca unul din cele mai universale procese tehnologice aplicate n producia industrial i de bunuri materiale. Exist puine procese care s fi cunoscut o dezvoltare att de important i care s poat fi comparate prin diversitate i volum de aplicare ca sudarea. Soluionarea multor probleme de importan major, revoluionar, este indisolubil legat de realizarea unor mbinri capabile s opereze n condiii dintre cele mai diverse, complexe i extreme. Prin urmare exist motive ntemeiate s se cread c sudarea va continua s se dezvolte i s progreseze cu aceeai intensitate i n secolul al XXI-lea, care va aduce n faa omenirii noi provocri dintre cele mai ispititoare, n toate domeniile de activitate, terestru, acvatic sau spaial, att la nivel micro ct i macrocosmic i la care sudarea va avea un rol decisiv. Studiile intreprinse n rile puternic industrializate ale lumii, ca S.U.A., Japonia sau Comunitatea European, privind dinamica de dezvoltare a procedeelor de sudare prin topire n ultimii 25 de ani i ponderea acestor procedee la sfritul secolului al XX-lea i nceputul mileniului al III-lea arat fr echivoc c sudarea n mediu de gaze protectoare cu electrod fuzibil MIG/MAG este procedeul cu cea mai spectaculoas dinamic, respectiv cu cel mare mare volum de aplicare la ora actual. Analiza cuprinde perioada anilor 1975 1992, fiind luate n considerare urmtoarele procedee de sudare prin topire: sudarea manual cu electrod nvelit (SE), sudarea n mediu de gaze protectoare MIG/MAG, sudarea cu srm tubular (ST), respectiv sudarea sub strat de flux (SF). n figura 1, se prezint evoluia ponderii acestor procedee n perioada analizat, iar n tabelul 1, se prezint n sintez aceste date la nceputul perioadei considerate, anul 1975, respectiv la sfritul acesteia, anul 1992. Analiza efectuat s-a fcut pe baza criteriului consumului de materiale de sudare. Se apreciaz c situaia existent la nivelul anului 1992 nu va suferi modificri eseniale n perioada urmtoare putnd fi considerat reprezentativ pentru nceputul de mileniu III. Estimarea fcut la nceputul anilor 90 este confirmat de analiza cea mai recent efectuat n aceast direcie care cuprinde i perioada 1990 1999, ceea ce confirm justeea previziunilor fcute n urm cu un deceniu, respectiv previziunile pentru perioada imediat urmtoare. n figura 2 este prezentat, de aceast dat schematizat, graficul dinamicii procedeelor de sudare din ultimul sfert de veac n cele mai dezvoltate ri din lume, Comunitatea European, S.U.A. respectiv Japonia, prin raportarea la consumul de materiale de sudare.

Figura 1. Evoluia procedeelor de sudare prin topire 1975 1992

Figura 2. Schematizarea evoluiei procedeelor de sudare n perioada 1975 2000

Tabelul 1. Ponderea procedeelor de sudare prin topire pe plan mondial ara Comunitatea European (CE) S.U.A. Japonia SE (%) 58 20 51 33 70 18 Procedeul de sudare MIG/MAG (%) Srm Srm plin tubular 28 4 65 6 23 17 42 19 16 2 54 20 SF (%) 10 9 9 6 12 8 Total (%) 100 100 100 Anul 1975 1992 1975 1992 1975 1992

Analiza graficelor din figurile 1 i 2 permite desprinderea unor concluzii interesante: Volumul de aplicarea a sudrii manuale cu electrod nvelit a cunoscut o scdere substanial n toate rile analizate. Se observ ns diferenieri clare de la o ar la alta. Cea mai mare scdere se constat n Japonia i anume de la aprox. 70% n 1975 la mai puin de 20% n 1992, iar cea mai mic scdere n S.U.A., de la 51% la 33%, n timp ce n Comunitatea European a sczut de la 58% la 20% n aceeai perioad. Locul sudrii manuale cu electrod nvelit a fost luat n exclusivitate de ctre sudarea n mediu de gaze protectoare MIG/MAG cu srm plin i cu srm tubular, ponderea cumulat a acestora fiind la nivelul anului 1992 de aprox. 60% n S.U.A., respectiv de peste 70% n Comunitatea European i Japonia. Ponderea de utilizare a srmei tubulare difer mult de la o ar la alta, respectiv de la o perioad la alta. n S.U.A. sudarea cu srm tubular a fost larg rspndit de muli ani meninndu-se la un procent de aprox. 18% n toat perioada analizat. n Japonia utilizarea timid a srmei tubulare la sfritul anilor 70 i nceputul anilor 80, a cunoscut o dezvoltare exploziv din a doua jumtate a anilor 80 atingnd un procent de 20% dup anii 90. n Comunitatea European ponderea utilizrii srmei tubulare s-a meninut la un nivel sczut n aceast perioad de sub 5%. n ultimii ani se manifest ns i aici o cretere rapid asemntoare cu cea din Japonia, dar cu o ntrziere de aprox. 10 ani. Sudarea MIG/MAG cu srm plin i srm tubular se va diversifica n direcii ca: utilizarea amestecurilor de gaze, lrgirea gamei de srme tubulare cu miez rutilic, bazic sau cu pulbere de fier, extinderea gamei de srme tubulare cu protecie de CO2 (estimat la un procent de

aprox. 50% n Europa i chiar mai mult n S.U.A. i Japonia) i a srmei tubulare cu autoprotecie. Sudarea manual cu electrod nvelit se va stabiliza la nceputul mileniului III la valori de 20-30%, ca efect a principalelor avantaje conferite de procedeu i anume calitatea deosebit a mbinrii sudate, respectiv flexibilitatea ridicat. n acest context un pericol real l-ar putea prezenta doar srma tubular cu autoprotecie. Sudarea sub strat de flux SF s-a meninut constant pe toat perioada analizat cu o pondere de 8-10%, cu mici fluctuaii de la o ar la alta i se estimeaz c nici pe viitor nu va cunoate modificri eseniale rmnnd n jurul valorii de 10%. n tabelul 2 este prezentat dinamica principalelor procedee de sudare prin topire din rile puternic industrializate, estimat pentru urmtorii ani, pe baza consumului de materiale de sudare, prin raportarea la evoluia acestora n ultimii 25 de ani (perioada 1975 1999). Se observ aceleai tendine dar ntr-un ritm mult mult mai sczut.Tabelul 2. Perspectiva de dezvoltare raportat la evoluia din ultimii 25 de ani Consum de materiale de adaos/procedeu SE (MMA) MIG/MAG ST (FCW) SF (SAW) Comunitatea European -5,56 3,37 4,51 -1,00 S.U.A. (%/an) -4,29 3,80 1,20 -1,96 Japonia -5,45 5,27 12,74 -1,59

Dezvoltarea obiectiv a volumului de aplicare a sudrii MIG/MAG n detrimentul sudrii SE are la baz principalele avantaje ale sudrii n mediu de gaze protectoare: Productivitatea ridicat a procedeului determinat de rata mare a depunerii (AD = 2-4g/s), ptrunderea ridicat (j = 150-250 A/mm2), respectiv posibilitatea sudrii cu viteze de sudare mari (vs = 30-100 cm/min); Posibilitatea mecanizrii, automatizrii sau robotizrii cu uurin a procedeului cu profunde implicaii economice i de calitate privind mbinarea sudat. n plus la aceast dezvoltate dinamic a procedeului au contribuit indiscutabil i urmtorii factori: Dezvoltarea echipamentelor de sudare, care a cunoscut o adevrat revoluie la sfritul anilor 90. Dezvoltarea electronicii de putere i n

principal a tranzistoarelor de mare putere (n primul rnd IGBT-urile), utilizarea (i perfecionarea) invertoarelor n construcia echipamentelor de sudare a condus la creterea vitezei de rspuns a sursei la apariia factorilor perturbatori, la posibilitatea modelrii dup dorin a parametrilor tehnologici de sudare, respectiv la reducerea gabaritului i chiar miniaturizarea surselor de sudare cu profunde implicaii asupra calitii, respectiv preului de cost, ntr-un cuvnt la creterea performanelor echipamentelor de sudare MIG/MAG. Perfecionarea tehnicilor de filmare rapid a arcului electric i a transferului de metal topit. Lrgirea gamei (mrcilor) de srm electrod ceea ce a condus la lrgirea domeniului de utilizare la un numr tot mai mare de materiale metalice. Dezvoltarea produciei de srm tubular i diversificarea tot mai mare a acesteia din punct de vedere al destinaiei, (oeluri nealiate, slab aliate sau nalt aliate), al caracterului miezului, (rutilic, bazic i mai nou cu pulberi metalice), a asigurrii proteciei (cu amestecuri de gaze, cu bioxid de carbon, cu autoprotecie). Se lrgete astfel domeniul de aplicare al sudrii n mediu de gaze protectoare cu electrod fuzibil att din punct de vedere al materialului de baz ct mai ales al temperaturii de exploatare a mbinrii sudate (i la temperaturi negative), mbuntindu-se totodat caracteristicile mecanice i de calitatea ale acesteia. Dezvoltarea sudrii n amestecuri de gaze. Dezvoltarea tehnologiilor de sudare n curent pulsat. Dezvoltarea thenologiilor de sudare cu puteri mari (cureni nali). Perfecionarea continu i permanent de care a avut parte procedeul de sudare MAG/MAG n ultimele dou decenii ca de exemplu: perfecionarea echipamentelor i a tehnologiilor de sudare prin utilizarea microprocesoarelor n elaborarea i conducerea procesului tehnologic de sudare, lrgirea gamei materialelor de sudare (srm electrod - gaze de protecie), dezvoltarea unui numr mare de variante noi de sudare desprinse din acest procedeu; este interesant de observat c acest lucru este valabil i n viitor, posibilitile de perfecionare ale procedeului fiind practic inepuizabile. n ceea ce privete ara noastr o analiz similar arat, la nivelul anului de referin 1989, o situaie diametral opus. n tabelul 3 se prezint producia de materiale de sudare prin topire n Romnia la nivelul anului 1989. Se constat fr echivoc c sudarea manual cu electrod nvelit deinea la acea vreme de departe ponderea cea mai mare de aplicare dintre procedeele de sudare luate n considerare cu un procent de aprox. 85%. n ceea ce privete sudarea n mediu de gaze protectoare MIG/MAG

se poate afirma c pn la finele anilor 80 aceasta a cunoscut cu mici excepii (doar n cteva intreprinderi) o slab dezvoltare, putndu-se afirma fr teama de a grei c se gsea nc ntr-o faz de experimentare, de tatonare, cu un procent n jurul a 7%, iar sudarea cu srm tubular era ca i inexistent cu un procent sub 1% (n special pentru operaii de ncrcare). Sudarea sub strat de flux deinea de asemenea o pondere n jurul valorii de 8%. Calculele fcute pot fi considerate corecte avnd n vedere c la acea perioad importurile de materiale de sudare erau neglijabile.Tabelul 3. Producia de materiale de sudare n Romnia, anul 1989 Nr. crt. 1. 2. 3. 4. Sortimentul M.A. Electrozi nvelii Srme SF Srme MIG/MAG Srme tubulare TOTAL Cantitatea (to/an) 110000 10000 9000 900 129900 Ponderea (%) 84,7 7,7 6,9 4000C): CO2 = CO + O

reaciile de oxidare i reducere: Fe + O = FeO FeO + Mn = MnO + Fe Si + 2O = SiO2 2FeO + Si = SiO2 + 2Fe Mn + O = MnO 2FeO + Ti = TiO2 + 2Fe Ti + 2O = TiO2 FeO + C = CO + Fe Se constat c prezena oxigenului n coloana arcului determin oxidarea sau arderea unor elemente de aliere. Aceasta conduce la pericolul formrii oxizilor de fier n custur cu efecte nefavorabile asupra reducerii caracteristicilor mecanice i de rezilien. Diminuarea fenomenului se face prin alierea srmei electrod cu elemente dezoxidante ca Mn, Si, Ti care au aviditate mai mare fa de oxigen dect fierul, reducnd pericolul de oxidare a acestuia. Cel mai puternic dezoxidant este titanul. Oxizii de mangan, siliciu, titan formai, fiind insolubili n metalul topit ies la suprafaa bii i se regsesc pe custur sub form de mici insule de zgur de culoare brun cu aspect sticlos. Reaciile chimice la nivelul bii de metal topit pot conduce de asemenea la pericolul formrii gazelor n baia metalic, ca de exemplu oxidul de carbon, avnd drept consecin pericolul apariiei porilor n custura sudat. Evitarea apariiei porilor n custur se poate realiza prin alegerea corect a cuplului sm-gaz de protecie, corelat i cu alegerea optim a parametrilor tehnologici de sudare, n special tensiunea arcului Prezena oxigenului n coloana arcului conduce la oxidarea suprafeei picturilor de metal formate la captul srmei electrod i prin urmare la micorarea tensiunilor superficiale ce acioneaz asupra picturii. Prin urmare desprinderea picturii din vrful srmei electrod se face mult mai uor i mai rapid. Efectul benefic este finisarea transferului picturilor de metal, mbuntirea stabilitii arcului i reducerea mprocrilor de metal prin stropi. Se remarc n acest sens utilizarea oxigenului n proporie de 1...3 % sau a dioxidului de carbor n proporie de 2...5 % n amestec cu argonul la sudarea oelurilor inoxidabile. Procente mai mari de gaz oxidant nu sunt recomandate deoarece se produce o oxidare nepermis a metalului custurii, respectiv la utilizarea dioxidului de carbon, n plus pericolul alierii cu carbon i prin urmare pericolul fragilizrii custurii ca urmare a formrii carburilor de crom. Reaciile de oxidare la nivelul bii de metal topit, fiind reacii exoterme, conduc la creterea temperaturii bii (de la 1800C la 2200C) cu consecine asupra creterii fluiditii acesteia, creterii ptrunderii sau posibilitii mririi vitezei de sudare. Corelat cu reducerea tensiunilor superficiale la interfaa baie topit metal solid, determin mbuntirea procesului de umectare cu efecte favorabile asupra lirii, respectiv reducerii supranlrii custurii sudate.

Tot din punctul de vedere al activitii chimice remarcm utilizarea hidrogenului ca i gaz reductor n amestecurile gazelor de protecie, de formare, folosite la protecia rdcinii pe partea opus sudrii, la sudarea oelurilor aliate Inox i nu numai. Amestecul cel mai frecvent utilizat este format din azot plus 510% hidrogen. Hidrogenul reduce eventualele urme de oxigen rmase n zona rdcinii evitnd astfel oxidarea acesteia cu consecine asupra scderii rezistenei la coroziune. Utilizarea hidrogenului trebuie fcut cu grij avnd n vedere pericolul de explozie pentru anumite concentraii n aer. Puritatea. Gazele utilizate la sudare trebuie s aib o puritate foarte nalt. n tabelul 11 se prezint cerinele privind puritatea gazelor i amestecurilor de gaze utilizate la sudare.Tabelul 11. Puritile i punctele de rou ale gazelor i amestecurilor de gaze (conform SR EN 439/96)Grupa R I M1 M2 M3 C F Oxigen Hidrogen Puritate minim (%) n volum 99,95 99,99 99,70 99,70 99,70 99,70 99,50 99,50 99,50 Punct de rou maxim la 1,013 barr (C) -50 -50 -50 -44 -40 -35 -50 -35 -50 Umiditate maxim (ppm) 40 40 40 80 120 200 40 200 40

Lipsa de puritate a gazelor determin pericolul producerii defectelor n mbinarea sudat, n special a porilor, creterea stropirilor i a pierderilor de material de adaos prin stropi, pericolul fisurrii la rece, instabilitatea arcului electric etc.. Prezena apei n gazul de protecie produce pori, stropiri intense sau chiar pericolul ngherii reductorului de presiune cu formarea unui dop de ghea pe canalul fin al acestuia cu consecine asupra obturrii ieirii gazului din butelie i a asigurrii proteciei necesare la sudare. Evitarea unor astfel de fenomene neplcute se poate face prin purjarea buteliei nainte de utilizare, prin montarea unui deshidrator de gaz pe butelie care conine o substan higroscopic (silicagel) care absoarbe umiditatea, respectiv prin montarea pe butelie a unui prenclzitor alimentat la o tensiune de 24 V de la sursa de sudare. Ca regul general ns nu este recomandat utilizarea la sudare a unor gaze care nu satisfac condiiile de calitate impuse de norme. n cazul principalelor gaze utilizate la sudare condiiile tehnice de calitate sunt cuprinse n STAS 2962-86 pentru dioxid de carbon, respectiv STAS 7956-85 pentru argon.

Clasificarea gazelor de protecie utilizate la sudarea n mediu de gaze protectoare n conformitate cu caracteristicile chimice ale acestora i care constituie o baz pentru alegerea combinaiilor srm electrod gaz de protecie la sudarea diferitelor materiale metalice este prezentat n standardul SR EN 439/96. n tabelul 12 este prezentat clasificarea gazelor de protecie pentru sudarea cu arcul electric, n funcie de activitatea chimic, respectiv compoziia gazului. n tabelul 13 sunt prezentate recomandrile generale privind utilizarea gazelor de protecie n funcie de metalul de baz. n tabelul 14 se prezint principalele gaze de protecie produse la firma S.C. LINDE - Romania SRL utilizate la sudarea n mediu de gaze protectoare. Proprietile termofizice ale gazelor de protecie acioneaz asupra procesului de sudare de o manier complex, n funcie de tipul gazului, respectiv de concentraia gazelor n amestec. n cele ce urmeaz se face o prezentare succint a efectelor produse la sudare de principalele gaze de protecie utilizate. Efectele principalelor gaze de protecie asupra caracteristicilor pe ansamblu la sudarea MIG/MAG sunt prezentate sintetic n tabelul 15. 1.3.3 Caracterizarea succint a gazelor de protecie Prezentarea succint a gazelor de protecie utilizate la sudarea MIG/MAG din punctul de vedere al activitii chimice i al proprietilor termo-fizice permite nelegerea facil a aciunilor i efectelor pe care acestea le au n procesul de sudare. Cele mai utilizate gaze de protecie la sudarea MIG/MAG sunt: argonul, heliul, dioxidul de carbon, oxigenul, hidrogenul, azotul. Argonul (Ar): gaz inert nu reacioneaz cu materialul; mai greu ca aerul protecie bun a bii de metal; potenial de ionizare sczut amorsare uoar a arcului; produce microsablarea suprafeelor; Heliul (He): gaz inert, respectiv nu reacioneaz cu hidrogenul; mai uor ca aerul necesit debite de gaz mai ridicate pentru protecia bii metalice; potenial de ionizare ridicat amorsare dificil a arcului, tensiune mai mare a arcului, aport de cldur mai mare; conductibilitate termic mare aport de cldur mai ridicat; aport de cldur ridicat - umectare mai bun, ptrundere adnc i lat, suprafa mai neted, vitez de sudare mrit;

Tabelul 12. Clasificarea gazelor de protecie pentru sudare i tiereConstitueni, procente de volum Inert Ar Rest 2) Rest 100 Rest Rest 2) Rest 2) Rest 2) Rest2) 2) 2) 2)

Notare Reductor He H2 0-15 15-35 N2 WIG, sudaria cu plasm, tiere cu plasm, protecie la rdcin MIG, WIG, sudare cuplasm, protecie la rdcin Nereactiv Aplicaii tipice

1)

Observaii

Grupa O2

Nr. de identificare

Oxidant

CO2

R

1 2

Reductor

I 100 0-95

1 2 3

Inert

M1 0-3 0-3

0-5 0-5

Mai puin oxidant

1 2 3 4

0-5

0-5 -

M2 3-10 3-10 0-8 Rest 2) Rest 2) Rest2)

5-25

1 2 3 4

0-5 5-25

Rest 2) Rest 2) Rest 2) Rest

MAG

M3 10-15 8-15

25-50

1 2 3

5-50

C 0-30

1 2

100 Rest

F

1 2

0-50

100 Rest

Tiere cu plasm, Protecie la rdcin

Nereactiv reductor

1) 2)

n cazul n care se adaug componente care nu sunt cuprinse n table, amestecul de gaze se noteaz ca un amestec de gaze special i poart prefixul S Argonul poate fi nlocuit cu heliu pn n proporie de 95%

Tabelul 13. Destinaia i caracterizarea amestecurilor de gaze cu componente activeActivitatea chimic Destinaie: sudaria oelurilor carbon nealiate i slab aliate Oxidant CO2 O2 Caracterizare: (%) 0-5 0-5 5-25 Rest 0-3 0-3 Ar Inert

Notare

Grupa

Nr. de identificare

2

M1

3

Cea mai sczut proporie de elemente active, formare redus de stropi i zgur, solicitare termic ridicat a pistoletului, sensibil la rugin, under, grsimi, sensibil la formarea porilor, adecvat pentru toate tipurile de transfer, ideale la sudarea tablelor decapate subiri.

4

1

M2

Proporie ridicat de componente active, formare intens de zgur, stroire mai puternic (mai puin M22), insensibile la rugin, under, grsimi (mai puin M22), solicitare termic puternic a pistoletului la M22, pentru sudarea n curent pulsat proporia de CO2 < 20%, M22 sensibil la defecte de legtur la tablele de grosime medie i mare.

2 0-5 5-25 25-50 5-50 100 10-15 8-15 rest 0-30 0-8 3-10

-

3-10

3

4

1

M3

2

Proporie foarte ridicat de componente active, formare intens de zgur i stropi (mai puin M32, insensibile la rugin, under, grsimi (mai puin M32), M32 sensibil la defecte de legtur, doar M32 adecvat sudrii n curent pulsat.

3

1

C

2

Cea mai ridicat proporie de componente active, formare intens de zgur i stropi, insensibile la rugin i under, sensibilitatea cea mai sczut la formarea porilor i a defectelor de legtur, neadecvate sudrii cu arc spray i n curent pulsat.

Tabelul 14. Gazele de protecie produse la S.C. LINDE Romania SRL (Timioara)Conform SR EN 439 I1 I2 C1 M 23 M 24 M 21 M 21 M 21 M 21 M 21 M 22 M 22 M 24(1) M 21(1) M 12 M 12(2) M 12(1) M 11(1) M 12(2) M 13 M 13 M 13 I3 I3 I3 M 13(1) R1 R1 R1 R1 R1 R2 F1 F2 F2 F2 F2

Gaz de protecie Ar He CO2 CORGON 1 CORGON 2 CORGON 10 CORGON 15 CORGON 18 CORGON 20 CORGON 25 CORGON S 5 CORGON S 8 T.I.M.E. CORGON He 30 CRONIGON 2 CRONIGON He 50 CRONIGON He 20 CRONIGON He 30 S CRONIGON He 50 S CRONIGON S 1 CRONIGON S 3 VARIGON S VARIGON He 30 VARIGON He 50 VARIGON He 70 VARIGON He 30 S VARIGON H 2 VARIGON H 5 VARIGON H 6 VARIGON H 10 VARIGON H 15 VARIGON H 20 N2 Gaz de formare 95/5 Gaz de formare 90/10 Gaz de formare 85/15 Gaz de formare 80/20

Ar

O2

CO2 (%)

He

N2

H2

100 100 91 83 90 85 82 80 75 95 92 65 60 97,5 48 78 Rest Rest 99 97 Rest 70 50 30 Rest 98 95 93,5 90 85 80 100 5 13 10 15 18 20 25 4 4

8 10 2,5 2 2 0,05 0,05

5 8 0,5

26,5 30 50 20 30 50

1 3 0,03 30 50 70 30 2 5 6,5 10 15 20 100 95 90 85 80 5 10 15 20

0,03

Tabelul 15. Efectele principalelor gaze de protecie asupra unor caracteristici la sudareGazul de protecie Ar + CO2 bun mai sigur o dat cu creterea proporiei de CO2 cea mai ridicat ridicat (n special la amestecurile cu 8% O2) cel mai sensibil cea mai redus ridicat cea mai redus bun poate deveni critic datorit curgerii bii n faa arcului bun cea mai bun Ar + CO2 CO2

Caracteristica

Ptrunderea: poziie normal poziii dificile

Solicitarea termic a pistoletului

scade cu creterea proporiei de CO2

Grad de oxidare (cantitaea de zgur)

crete cu creterea proporiei de CO2

Pporozitatea

scade cu creterea proporiei de CO2

cel mai puin sensibil cea mai ridicat (crete o dat cu creterea puterii arcului)

Stropirea

crete cu creterea proporiei de CO2

Aportul termic

crete cu creterea proporiei de CO2, cel mai mic, viteza de rciremare, ridicat, vitez de rcire sczut, viteza de rcire mai sczut, pericol pericol de fisurare pericol de fisurare mic de fisurare mai redus medii mai redus dect la amestecuri mai ngust, supranlat, cu solzi grobi; zgur mult, puternic aderent; prin scurtcircuit intermediar prin pulverizare pulsat sinergic arc rotitor prin scurtcircuit intermediar globular (arc lung)

Caracteristici mecanice i tehnologice

bune, respective medii la coninuturi bune, respective sczute la coninuturi mari de O2 (12%) mari de CO2 (30%) cea mai bun

Umplerea rostului

scade cu creterea proporiei de CO2

Aspectul custurii

mai lat i mai plan; zgur mai puin la viteze de sudare ridicate ngust i supranlat, cu solzi dar cu insule mai mari; fini; prin scurtcircuit intermediar prin pulverizare (CO2 80% Ar; transferul este condiionat de polaritatea curentului: numai n curent continuu, polaritate invers cc+ (plus pe srm); stropiri foarte reduse (cnd se produc, acestea sunt accidentale) sau chiar fr stropiri; avantaje: eliminarea pierderilor de material de adaos prin stropi, eliminarea operaiei auxiliare de curire a stropilor, evitarea pericolului de coroziune (la oel inox); stabilitate mare a arcului electric; nu necesit prezena unei inductane n circuitul de sudare (inductana este inoperant) deoarece lipsesc scurtcircuitele; utilizare: sudarea tablelor groase: sudarea n poziie orizontal sau n jgheab; Dac coninutul de argon scade sub 80% conductibilitatea termic a amestecului de gaze crete reducnd fenomenul de autoascuire a srmei cel care favorizeaz transferul fin i astfel dimensiunile picturilor cresc. Creterea ponderii gazelor active, ca de exemplu dioxidul de carbon la valori peste 20%, va genera apariia forei de reacie anodic Fan cea care se opune desprinderii picturii din vrful srmei. n cazul gazelor de protecie bogate n argon valoarea forei de reacie anodic este foarte mic, iar manifestarea ei nu este perceptibil. Cu ct cantitatea de CO2 n amestec este mai mare cu att ponderea forei de reacie anodic este mai mare, ajungnd maxim la sudarea n CO2 100%, respectiv efectul ei nefavorabil crete. Cele dou fenomene determin creterea dimensiunilor picturii i prin urmare modificarea modului de transfer. Din acest motiv transferul prin pulverizare nu este posibil n CO2 100% sau amestecuri bogate n CO2. Aspectul transferului prin pulverizare este prezentat n figura 26.

Se observ fenomenul de autoascuire a vrfului srmei, vna de metal topit (iragul de mrgele), forma inconfundabil de clopot cu concentrarea foarte puternic a arcului electric. Transferul prin pulverizare este nsoit de cldur i lumin puternice, nivel ridicat de radiaii (n special ultraviolete), ceea ce impune luarea unor msuri speciale de protecie a operatorului sudor i a personalului auxiliar, eventual mecanizarea sau automatizarea procesului de sudare. n schimb nivelul de zgomot este mai sczut (variaiile de Figura 26 - Aspectul transferului presiune din coloana arcului redupicturii prin pulverizare se). 1.5.3 Transferul globular, cu arc lung sau long arc se caracterizeaz prin trecerea metalului topit din vrful srmei electrod spre baia metalic sub forma unor picturi mari de metal numite globule fr scurtcircuitarea arcului electric. De aici i denumirea de transfer globular. Cnd pictura de metal crete foarte mult pot avea loc scurtcircuite accidentale nsoite de stropiri intense. Deoarece transferul picturii se realizeaz exclusiv sub aciunea forei gravitaionale, care are ponderea cea mai mare, mai este ntlnit i sub denumirea de transfer gravitaional. Acest mod de transfer este specific sudrii n dioxid de carbon 100% sau n amestecuri de gaze bogate n dioxid de carbon, cu mai mult de 20% CO2. Cu ct ponderea dioxidului de carbon este mai mare cu att transferul picturii se face n globule mai mari. Din punct de vedere al parametrilor tehnologici primari de sudare curent tensiune, respectiv a domeniului de lucru, transFigura 27 - Etapele transferului globular al ferul globular se situeaz n picturii de metal aceeai zon cu transferul prin pulverizare, vezi figura 17. Din acest punct de vedere cele dou moduri de transfer pot fi considerate echivalente, diferena fcndu o gazul de protecie utilizat i anume dioxid de carbon sau amestecuri bogate n dioxid de carbon la transferul globular, respectiv argon sau amestecuri bogate n argon cu mai mult de 80% Ar la transferul prin pulverizare.

Modul de desfurare a procesului de transfer a picturii este prezentat n figura 27. Puterea mare de topire a arcului electric determin acumularea rapid sub aciunea tensiunilor superficiale a unui volum mare de metal topit n vrful srmei, faza a. Creterea dimensiunilor picturii fr scurtcircuitarea arcului electric se datoreaz lungimii relativ mari a acestuia (tensiune de arc mare), respectiv forei de reacie anodic Fan de valori ridicate care mpinge pictura n sus i lateral, dezaxnduo din axa srmei electrod, favoriznd prin aceasta i mai mult acumularea de metal topit, faza b. Sub aciunea forelor pinch de valori ridicate (curent de sudare mare) se produce strangularea picturii de metal topit nsoit de formarea unei puni de metal, faza c. Fora gravitaional de valoare ridicat (pictur mare) nvinge forele de tensiune superficiale care in pictura la vrful srmei (prin intermediul punii) i fora de reacie anodic, producnd desprinderea picturii, care sub aciunea greutii proprii ajunge n baia metalic, faza d, fr scurtcircuitarea arcului. Ruperea punii de metal de aceast dat se face sub aciunea forei gravitaionale nainte ca dimensiunile acesteia s scad la valori att de mici nct s expulzeze puntea prin vaporizare ca efect a creterii densitii de curent aa cum se ntmpl n cazul transferului prin pulverizare. Cu alte cuvinte gradul de vaporizare a punii de metal este mai sczut i prin urmare aciunea forei electrodinamice nu este hotrtoare pentru desprinderea picturii. Dac dezaxarea picturilor este foarte mare este posibil aruncarea ei n afara bii pe suprafaa tablei sub forma unor stopi foarte mari i deosebit de adereni. De asemenea dac volumul picturilor crete exagerat de mult se produc scurtcircuitri puternice nsoite de stropiri mari de material din baie, figura 28. Cele dou fenomene conduc la pierderi nsemnate de material de adaos, respectiv la operaii cosFigura 28 - Producerea scurtcircuitelor nsoite tisitoare de ndeprtare a strode stropiri la sudarea n CO2 pilor de pe componentele de sudat. Caracterizarea transferului globular: specific puterilor mari ale arcului electric: cureni de sudare mari, tensiuni de arc ridicate (lungime mare de arc): Is > Is cr g (17)

productivitate ridicat la sudare determinat de puterea de topire mare a arcului electric; rezult: rat de depunere mare, ptrundere mare, viteze de sudare mari; energie liniar mare introdus n componente (pericol de tensiuni i deformaii la sudare); fore dominante n arc: fora gravitaional i fora de reacie anodic; transferul picturii este condiionat de gazul de protecie, dioxidul de carbon sau amestecuri bogate n dioxid de carbon; Se poate obine transfer globular i la sudarea n amestecuri de gaze bogate n argon dac curentul de sudare (viteza de avans a srmei), la un diametru de srm dat, este crescut exagerat i nejustificat de mult, n special la srmele subiri, sub 1,2 mm. Trecerea la transferul globular se poate aprecia prin formarea lateral a picturii (dezaxarea) la vrful srmei i observarea mrimii acesteia i a transferului prin coloana arcului, nsoit de asemenea i de o intensificare a stropirilor. n plus are loc i modificarea formei arcului. Acest aspect este nedorit i trebuie evitat printr-o bun alegere a parametrilor tehnologici de sudare. Din pcate sunt muli care confund transferul globular cu transferul prin pulverizare dei diferenele sunt multe i evidente. pierderi de material prin stropi; stropii sunt de dimensiuni mari (pierderile sunt mai mici ns comparativ cu arcul intermediar); stabilitatea arcului mai mic comparativ cu transferul spray arc; transferul picturii nu este condiionat de polaritatea curentului; totui la polaritate direct stropii sunt mult mai mari, stropirile mai intense, iar reglarea parametrilor tehnologici de sudare pentru obinerea unui regim stabil este foarte dificil i presupune mult dexteritate; prezena inductanei n circuitul de sudare nu este necesar; totui dac scurtcircuitele sunt frecvente ea este benefic prin limitarea curentului de scurtcircuit; utilizare: la sudarea tablelor groase; la sudarea n poziie orizontal sau n jgheab; la sudarea oelurilor nealiate cu puin carbon i a unor oeluri slab aliate; S-a apreciat mai sus c n cazul transferului globular (cu arc lung) nivelul stropirilor este mai sczut dect la sudarea cu arc intermediar. Presiunea dinamic mare a arcului electric (jetul de plasm) determin formarea unui crater adnc n care arde arcul respectiv se formeaz pictura, figura 29. Picturile desprinse din vrful srmei, n drumul lor spre baia metalic vor ntlni pereii craterului i prin urmare un numr redus de picturi vor ajunge n exterior sub form de stropi.

Datorit modului de transfer n picturi mari i a pierderilor de material prin stropiri, care necesit de cele mai multe ori o operaie ulterioar de curire a stropilor, sudarea cu arc lung n CO2 este tot mai rar folosit n prezent, fiind nlocuit de sudarea n amestecuri de gaze bogate n argon, care datorit transferului prin pulverizare pe care l produce elimin dezavantajele transferului globular. Cel mai utilizat amestec la ora actual utilizat pentru sudarea oelurilor carbon este amestecul cu 80%Ar + 20%CO2 (82%Ar +18% CO2 ), denumit industrial CORGON 18, produs de firma Linde Gas Romnia. Figura 29 - Formarea craterului sub Substituirea sudrii n diaciunea presiunii dinamice a arcului electric oxid de carbon cu sudarea n amestecuri de gaze este condiionat de preul de cost al sudrii. n occident diferena de cost a gazului de protecie este compensat de eliminarea operaiei de curire a componentelor i de pierderile de material de adaos prin stropi. La noi n ar diferena mare (de 2,5 ori) dintre preul argonului i cel al dioxidului de carbon determin anumite reineri n utilizarea amestecurilor de gaze la sudare, sudarea cu arc lung n mediu de dioxid de carbon mai putnd fi ntlnit n multe locuri. Aceasta este corelat i cu preul ieftin al forei de munc din ara noastr. Totui ptrunderea firmelor strine productoare de gaz pe piaa romneasc, LINDE GAZ Romnia, au impulsionat, prin gama mare de amestecuri de gaze pe care le ofer, introducerea intensiv a amestecurilor de gaze la sudarea MIG/MAG. La aceasta se adaug creterea numrului de echipamente moderne de sudare care au fost importante n ultimii 10 ani i care ofer o gam foarte larg de programe utiliznd amestecurile de gaze. Avantajele utilizrii amestecurilor de gaze la sudare: modificarea modului de transfer a picturii de metal; lrgirea domeniilor de transfer prin scurtcircuit, respectiv prin pulverizare n detrimentul transferului intermediar; creterea stabilitii arcului electric; reducerea stropirilor i a pierderilor de material prin stropi;

mbuntirea esteticii custurii sudate prin reducerea supranlrii i aspectului suprafeei acesteia (solzi fini i regulai, oxidare redus a suprafeei); reducerea cantitii de zgur (insulele de oxizi de Mn, Si, etc.) de pe suprafaa custurii i simplificarea operaiei de curire; diminuarea sau eliminarea operaiei de curire a stropilor de pe suprafaa componentelor (desprinderea mult mai uoar a stropilor datorit aderenei reduse, stropi fini); condiii de stress mai reduse pentru operatorul sudor datorate stropilor i pericolului de ardere; Rmn ns avantajele incontestabile ale dioxidului de carbon la sudare i anume: cea mai bun geometrie a custurii sudate, caracterizat prin ptrundere mare i sigur; pericol mai sczut de pori n custura sudat dect la sudarea n amestecuri de gaze prin creterea presiunii n coloana arcului ca efect a disocierii dioxidului de carbon la temperaturile ridicate din arc; reducerea pericolului de defecte din mbinarea sudat (lips de topire, lips de ptrunere, etc.); solicitare termic mai redus a capului de sudare, respectiv a operatorului sudor; nivel de radiaii mai sczut; preul de cost cel mai sczut; Aceste particulariti recomand utilizarea dioxidului de carbon i pe viitor n cazul ptrunderilor sigure cerute la sudare ca de exemplu sudarea stratului de rdcin, sudarea mbinrilor de col neptrunse, cnd pericolul porilor din custur nu poate fi evitat, etc. n ceea ce privete modul de transfer se recomand preferenial la sudarea cu transfer prin scurtcircuit i se va evita la sudarea cu puteri mari de arc. Folosirea dioxidului de carbon pe viitor depinde foarte mult de evoluia i performanele echipamentelor de sudare MIG/MAG i de posibilitatea acestora de a reduce nivelul stropirilor la sudare prin controlul riguros a parametrilor tehnologici de sudare i prin implementarea unor funcii noi. Exemple n acest sens exist deja pe plan mondial n Japonia i SUA. (de exemplu controlul vitezei de scdere a curentului de scurtcircuit permite reducerea nivelului de stropiri la sudarea n CO2 100% chiar pentru valori ale curentului de pn la 350A).

1.5.4 Transferul intermediar, cu arc intermediar sau transition arc ocup zona dintre domeniul transferului prin scurtcircuit (cu arc scurt) i domeniul transferului prin pulverizare (respectiv cu arc lung). Se caracterizeaz prin transferarea picturilor de metal topit din vrful srmei electrod prin dou moduri i anume att prin scurtcircuit ct i gravitaional sau globular. Modul de desfurare a procesului de transfer este prezentat n figura 30. Creterea puterii arcului electric prin modificarea valorii parametrilor tehnologici de sudare, curent tensiune, determin creterea puterii de topire a arcului. Creterea tensiunii arcului determin fizic creterea corespunztoare a lungimii arcului. Sub aciunea puterii arcului are Figura 30 - Fazele transferului loc topirea rapid a vrfului intermediar al picturii de metal srmei electrod, faza a. Metalul topit se acumuleaz sub aciunea tensiunilor superficiale la vrful srmei sub forma unei picturi. Datorit lungimii relativ mari a arcului electric volumul picturii de metal topit din vrful srmei va crete la dimensiuni mari, depind diametrul srmei (dp>ds) fr s se produc scurtcircuitarea arcului electric, faza b. Sub aciunea forelor pinch are loc gtuirea (strangularea) picturii. Valoarea sczut ns a acestor fore (curentul de sudare sub valoarea critic a curentului de pulverizare Is cr spa) face ca gtuirea picturii s se produc relativ ncet ceea ce favorizeaz creterea picturii de metal, faza c. Reducerea dimensiunii punii de metal sub efectul tot mai intens a forelor pinch determin la un moment dat vaporizarea instantanee a acesteia ca urmare a creterii densitii de curent i desprinderea picturii din vrful srmei, faza d. Sub aciunea vaporilor de metal (fora electrodinamic), dar i a greuttii proprii, pictura mare de metal topit plonjeaz n baia metalic cu vitez foarte mare. Ineria mare a picturii globulei determin la atingerea suprafeei bii mprocri intense de metal topit din baie. Fenomenul poate fi comparat cu efectul aruncrii unei pietre ntr-o balt cu ap. Cu ct piatra este mai mare cu att stropii sunt mai mari, iar stropirile mai intense. Datorit dimensiunilor mari ale picturilor au loc scurtcircuitri neregulate ale arcului electric, dar cu frecven mult mai sczut dect n cazul transferului prin scurtcircuit (frecvena picturilor n acest mod de transfer este sub 25 Hz). Aceste scurtcircuitri puternice determin la rndul lor, cum era de ateptat, de asemenea stropiri intense din baia de sudur, dar i din vrful srmei. Aceast intensificare a stropirilor este rezultatul unui

curent de scurtcircuit foarte mare care produce o vaporizare mult mai intens a punii metalice (crete mult valoarea forei electodinamice). Nivelul stropirilor depinde de gazul de protecie utilizat. n cazul argonului i amestecurilor de gaze bogate n argon (> 80% Ar) nivelul stropirilor este mai redus, pe de o parte datorit picturilor mai mici de metal, iar pe de alt parte numrului mai redus de scurtcircuite. Fora de reacie anodic are intensitate mic, iar transferul picturii se face aproape axial. n cazul dioxidului de carbon sau amestecurilor de gaze bogate n dioxid de carbon (> 20% CO2) manifestarea puternic a forei de reacie anodic determin formarea asimetric a picturii la vrful srmei mrind volumul acesteia i totodat probabilitatea mai mare ca pictura s sar n exteriorul bii metalice sub form de stropi. Lungimea mai mic a arcului electric n CO2 dect n argon determin la rndul ei creterea numrului de scurtcircuite. Aceste fenomene fac ca stropii i pierderile de material prin stropiri s fie cele mai mari la sudarea n CO2, sau amestecuri bogate n CO2. Caracterizarea transferului intermediar: specific puterilor medii de arc: curent de sudare, respectiv tensiune, medii: Is cr sha < Is < Is cr spa (18) productivitate medie la sudare, diminuat ns mult de rat mare a pierderilor de material prin stropi; energie liniar medie introdus n componente; fore dominante n arc: fora pinch, fora electrodinamic, fora gravitaional; nu este condiionat de gazul de protecie utilizat; transferul picturii: globular i prin scurtcircuit; arc instabil; pierderi mari de material prin stropi mari i stropiri intense, cuprinse ntre 5 10% se produc cele mai mari pierderi de metal la sudarea MIG/MAG) utilizare: sudarea tablelor de grosime medie; sudarea n poziie orizontal sau n jgheab; sudarea oelurilor carbon nealiate i a unor oeluri slab aliate. Aspectul transferului intermediar este prezentat n figura 31. Se observ dimensiunea mare a picturii de metal i formarea lateral a ei la marginea srmei electrod. Datorit instabilitii mari a arcului electric, respectiv pierderilor foarte mari de metal prin stropi transferul intermediar se va evita s se utilizeze la sudarea MIG/MAG.

Problema este pe deplin rezolvat prin utilizarea arcului pulsat care permite modificarea transferului nefavorabil, caracteristic arcului intermediar, ntr-un transfer fr scurtcircuite (asemntor transferului prin pulverizare) cu formarea unei picturi pe puls lipsit de stropi sau cu stropiri neglijabile. Ori de cte ori dac puterea arcului necesar la sudare, respectiv calculul parametrilor tehnologici de sudare conduce la valori cuprinse n domeniul arcului intermediar este recomandat folosirea sudrii n curent pulsat. Dac ns acest lucru nu este posibil fiindc nu se dispune de surse de sudare care s permit sudarea n curent pulsat, se recomand utilizarea amestecurilor de gaze bogate n argon. Se va evita sudarea n CO2 Figura 31 - Aspctul transferului globular 100% care determin stropirile a picturii de metal topit cele mai mari. Tot n acest sens este recomandat utilizarea surselor de sudare cu transfer prin tensiune superficial STT produse de firma LINCOLN, concepute special pentru acoperirea zonelor de transfer prin scurtcircuit sau intermediar (curentul nominal de sudare mai mic de 220A), pentru reducerea drastic a pierderilor de material prin stropi (de pna la cinci ori). Din pcate aceste echipamente de sudare sunt extrem de rare n practica industrial. 1.5.5 Transferul sinergic n curent pulsat, sau n impulsuri se caracterizeaz prin transferul dirijat a picturii de metal prin arcul electric prin modificarea periodic a curentului de sudare. 1.5.5.1 Principiul procedeului Deosebirea esenial dintre sudarea MIG/MAG n impulsuri i sudarea MIG/MAG clasic const n faptul c la acest procedeu, curentul de sudare nu mai este constant n timp, ci variaz periodic ntre o valoare maxim curent de puls i o valoare minim curent de baz cu o anumit frecven, figura 32. n timpul de puls tp, denumit i timp cald, valoarea ridicat a curentului de puls Ip determin topirea rapid i desprinderea sub efectul forelor electromagnetice a picturii de metal de dimensiuni mici fr scurt-

circuitarea arcului electric, asemntor transferului prin pulverizare, figura 32. n timpul de baz tb, denumit i timp rece, curentul de baz Ib de valori relativ mici asigur ntreinerea arderii stabile a arcului electric fr ns s produc topirea srmei, respectiv transferul picturii. Valoarea medie a curentului obinut se situeaz, n funcie de valorile parametrilor curentului pulsat, n domeniul transferului prin scurtcircuit Figura 32 - Principiul procedeului de sau intermediar corespunzsudare n curent pulsat toare sudrii clasice folosind curent constant. 1.5.5.2 Parametrii tehnologici ai curentului pulsat Principalii parametri ai curentului pulsat sunt, figura 33: curentul de puls Ip; curentul de baz Ib; timpul de puls tp; timpul de baz tb; frecvena pulsurilor f; durata ciclului de puls tc; curentul mediu de sudare Im ; curentul critic (de tranziie ) Itr; curentul efectiv Ief; a. Curentul de puls Ip. Trebuie s aib o valoare mai Figura 33 - Parametrii curentului pulsat mare dect valoarea curentului critic sau de tranziie Itr, pentru a asigura transferul prin pulverizare a picturii de metal topit. Sub influena curentului de puls Ip de valori ridicate are loc topirea vrfului srmei electrod i sub aciunea forelor electromagnetice pinch de valori mari Fp = I2/2 are loc detaarea picturii de metal la dimensiuni mici, asemntor transferului prin pulverizare. Totodat valoarea ridicat a curentului de puls Ip mrete stabilitatea arcului electric. Deci, din aceste puncte de vedere, este de dorit ca valoarea curentului de puls s fie ct mai mare. Pe de alta parte ns, o valoare prea ridicat a curentului de puls mrete presiunea dinamic a plasmei arcului, ceea ce poate conduce la perforarea tablei sau la apariia

unor defecte de tipul crestturilor marginale. n plus, trecerea (plonjarea) picturii cu viteze mari n baie poate conduce la mprocri de metal topit. Curenii de puls mari conduc la distrugerea prematur a duzei de contact precum i la creterea nivelului de zgomot. Prin urmare curentul de puls nu poate fi orict de mare. b. Curentul de baz Ib. Asigur stabilitatea arcului electric n perioada timpului de baz, evitnd stingerea acestuia. Curentul de baz are o valoare prea mic pentru a determina o topire semnificativ a srmei electrod, respectiv un transfer al picturii. n acest timp se produce totui o nclzire prin efect Joule Lenz a captului liber a srmei electrod favorabil topirii mai uoare a srmei n timpul de puls. Se recomand s se menin la o valoare ct mai redus pentru a obine un curent mediu la valori sczute, esena sudrii n curent pulsat. Totui curentul de baz nu rmne la o valoare constant ci se modific, ns n limite mici, ntre 20 120 A dup o variaie liniar proporional cu viteza de avans a srmei electrod. Prin aceasta se favorizeaz mbuntirea condiiilor de topire i de transfer a picturii de metal. c. Timpul de puls tp. Depinde de valoarea curentului de puls Ip, fiind o funcie de acesta. Cuplul de valori (Ip, tp) definete condiiile de transfer. Reglarea optim a celor dou valori determin detaarea unei singure picturi pe puls. Acest caz particular al sudrii MIG/MAG n curent pulsat caracterizat prin transferul unei singure picturi pe puls poart denumirea de sudare sinergic i constituie optimul reglrii parametrilor tehnologici de sudare, din punct de vedere a stabilitii arcului electric, a eliminrii totale a stropilor, a controlului dimensiunilor picturilor, respectiv a energiei introduse n componente. n literatura de specialitate sunt prezentate corelaii ntre curentul de puls Ip Figura 34 - Domeniul optim de transfer n curent pulsat i timpul de puls tp pentru asigurarea unui transfer optim. Aceste corelaii sunt de forma :n Ip tp = D

(19)

unde, n i D sunt constante ce depind n mod esenial de natura metalului de baz, de diametrul srmei i de gazul de protecie; de exemplu, pentru o

srm de oel nealiat cu diametrul de 1,2 mm i utiliznd un amestec de gaze Ar + 1,5% O2, valorile celor dou constante sunt : n = 2 i D = 400 A2 s. Dac durata timpului de puls este prea scurt, pictura de metal nu se poate forma i detaa n cursul unui puls. Astfel ea se mrete cu fiecare puls i se detaeaz dup mai multe pulsuri, sub forma unor picturi mari (globule) asemntor transferului globular a picturii prin efect gravitaional. Acest mod de transfer este nefavorabil din punct de vedere a stabilitii arcului i a modului de transfer conducnd la stropiri. Dac durata timpului de puls este prea lung la fiecare puls are loc detaarea mai multor picturi sub forma unui irag de mrgele care prin atingere pot scurtcircuita arcul electric conducnd i pe aceast cale la instabiliti i stropiri. n figura 34 se prezint corelaia dintre curentul de puls Ip i timpul de puls tp, pentru asigurarea unui transfer optim al picturii (o pictur pe puls). Se observ c domeniul de reglare a celor doi parametri este destul de extins. De regul alegerea unei valori reduse pentru curentul Ip trebuie compensat prin mrirea timpului tp i invers, figura 35. ntre cele dou forme de impulsuri exist ns urmtoarele diferene (chiar dac valoarea curentului mediu de sudare este constan-t): - detaarea picturii se face mai lent pentru impulsul cu amplitudine mai mic; - presiunea dinamic a arcului n cazul curentului Ip1 este mai mic dect pentru valoarea Ip2 ceea ce conduce la o ptrundere mai mic i la o diluie mai redus, lucru deosebit de important la sudarea tablelor subiri sau la placarea sau ncrcarea MIG/MAG cu un srm electrod din bronz de aluminiu; - nivelul de zgomot al arcului mai redus n cazul Ip1; - uzura mai redus a duzei de contact n cazul Ip1. Din aceste considerente timpul de impuls este legat direct de curentul de impuls, care la rndul lui depinde de materialul de adaos, diametrul srmei i gazul de protecie. n figura 35 nu s-au reprezentat i pantele de cretere/descretere, determinate de timpul de cretere tcr i timpul de descretere tdc a impulsului, din motive simplificatoare. La unele instalaii timpii tcr i tdc se pot regla ntre anumite limite, iar la alte instalaii sunt fixi, prereglai de ctre productor. n literatura de specialitate aceti parametri poart denumirea de UP SLOPE pentru tcr, respectiv DOWN SLOPE pentru tdc i ei acioneaz asupra transferului picturii de metal i a nivelului de zgomot al

arcului. O valoare redus a timpilor tcr, respectiv tdc d o pant abrupt, rezultnd un arc dur, cu un nivel sonor puternic care poate deveni suprtor pentru pentru operatorul sudor i pentru personalul muncitor. Forma pantelor de cretere i descretere este diferit de la o instalaie la alta: liniar, n trepte, logaritmic, exponenial, etc., nfluennd forma pulsului. Cea mai simpl form de puls este forma trapezoidal. d. Timpul de baz tb. Se regleaz astfel nct s se obin curentul mediu Figura 35 - Comparaie ntre 2 impulsuri de de sudare, a crui valoare curent determin topirea optim i lungimea adecvat a arcului electric. Este o rezultant a frecvenei pulsurilor n condiiile n care timpul de puls este constant. n tabelul 22 se prezint domeniul de variaie a principalilor parametri ai curentului pulsat folosii frecvent pe instalaiile de sudare utilizate n practic.Tabelul 22. Domeniul de variaie a parametrilor curentului pulsat Denumirea parametrului Simbolul Domeniul de variaie Curent de puls Ip (300 500) A Timpul de puls tp (2 5) ms Curentul de baz Ib (30 100) A Timpul de baz tb (2 20) ms Frecvena pulsurilor f (50 300) Hz Observaie: cel mai dificil de stabilit dintre parametrii de mai sus este durata optim a curentului de puls tp. Nr. crt. 1 2 3 4 5

e. Frecvena pulsurilor f. Frecvena pulsurilor depinde n principal de viteza de avans a srmei fiind o funcie direct proporional cu aceasta. Practic n cazul instalaiilor sinergice de sudare n curent pulsat reglarea frecvenei pulsurilor se face automat o dat cu modificarea vitezei de avans a srmei de ctre microprocesor prin funcia care leag cele dou mrimi. Frecvena pulsurilor mai depinde de diametrul srmei electrod, gazul de protecie, lungimea captului liber, lungimea arcului. Influeneaz direct

durata timpului de baz, deoarece timpul de puls este constant pentru anumite condiiile date de sudare, timpul de baz fiind prin urmare o rezultant a frecvenei (nu este un parametru care se regleaz).

Figura 36 - Corelaia dintre viteza de avans a srmei electrod i frecvena impulsurilor

n figura 36 este prezentat variaia frecvenei pulsurilor n funcie de viteza de avans a srmei. Aceast variaie este practic liniar i depinde de diametrul electrodului. Se recomand s se evite frecvene mai mici de 40 Hz deoarece efectul de plpire este obositor pentru operatorul sudor. Frecvena pulsurilor scade cu creterea lungimii captului liber. La variaiile aleatoare a lungimii captului liber din timpul sudrii modificarea frecvenei se percepe prin modificarea nivelului de zgomot, respectiv timbrul sunetului. Pentru operatorul sudor poate fi un mijloc practic de reglare i meninere a captului liber prin pstrarea aceluiai timbru al sunetului produs de arcul electric. f. Curentul mediu de sudare Im Viteza de avans a srmei electrod vas. Determin puterea (energia) arcului electric, respectiv cantitatea de cldur introdus n componente. Corespunde curentului de sudare impus din punct de vedere tehnologic pentru realizarea mbinrii sudate n condiiile de execuie i calitate cerute. Este echivalent din punct de vedere energetic cu valoarea curentului de sudare constant corespunztor sudrii MIG/MAG clasice. Pentru calculul curentului mediu Im se folosete relaia: Ip t p + Ib t b = f(IP t p + Ib t b ) Im = tc

unde : 1 1 = f= tC tP + tb

(20)

Prin urmare i la sudarea n curent pulsat modificarea curentului mediu se face prin modificarea vitezei de avans a srmei electrod vas, pe baza relaiei aproape liniare care exist ntre cei doi parametri:

Im = m v as

(21)

unde: m factor de topire [A s/m]; Din analiza relaiilor de mai sus rezult c, pentru pstrarea condiiilor de transfer (mrimea picturii constant), o dat cu creterea vitezei de avans a srmei, trebuie s se modifice i parametrii curentului pulsat. Teoretic, pentru modificarea curentului mediu se poate modifica unul sau toi parametrii curentului de puls. n practic ns pentru simplificarea reglrii, respectiv simplificarea programului microprocesorului la modificarea vitezei de avans a srmei se modific proporional frecvena pulsurilor. Curentul de puls Ip i timpul de puls tp, cei care asigur transferul efectiv a picturii i mrimea acesteia, rmn constani pentru anumite condiii date: metalul de baz, diametrul srmei, gazul de protecie. n figura 37 se prezint modificarea puterii arcului la modificarea vitezei de avans a srmei electrod.

Figura 37 - Corelaia dintre viteza de avans a srmei i puterea arcului

Creterea vitezei de avans a srmei determin creterea frecvenei pulsurilor i implicit reducerea proporional a timpului de baz. Prin aceasta mrimea picturilor rmne practic constant chiar la dublarea vitezei de avans a srmei deoarece att curentul de puls, respectiv fora electromagnetic cea care determin desprinderea picturii, ct i timpul de puls n care are loc topirea srmei rmn nemodificai. n schimb frecvena se dubleaz, figura 38.

Figura 38 - Modificarea frecvenei pulsurilor la creterea vitezei de avans a srmei

g. Curentul critic sau de tranziie Itr. Corespunde unei valoari minime a curentului de puls pentru care se poate realiza transferul prin pulverizare a metalului topit, valoare care asigur o for electromagnetic pinch de valori ridicate. Valoarea curentului critic Itr depinde n principal de materialul srmei electrod, de gazul de protecie, respectiv de diametrul srmei (vezi tabelul 20, 21 scap. 1.5.2). De asemenea mai este influenat de lungimea captului liber a srmei electrod i de lungimea arcului electric (tensiunea medie a arcului). h. Curentul efectiv de sudare Ief. Reprezint un curent continuu echivalent curentului pulsat care produce acelai efect Joule Lenz la trecerea printr-o rezisten. Pentru calculul lui se folosete relaia:

I ef =

1 I 2 dt t0

t

(22)

Valoarea curentului efectiv este mai mare dect valoarea curentului mediu cu care adesea se confund. Msurarea lui este greu de realizat necesitnd un aparat integrativ care este foarte scump. n practic aparatele de msur de pe sursele de sudare msoar valoarea curentului mediu. n cartea tehnic a echipamentului precizarea msurrii efective a curentului (dac aceasta este operaional) se face prin termenul TRUE

VALUE. Sunt ns foarte puine echipamentele de sudare industriale care au aceast opiune, care d adevrata valoare a cantitii de energie introdus n componente la sudarea n curent pulsat.1.5.5.3 Avantajele sudrii MIG/MAG n curent pulsat Se pot sintetiza astfel: asigur transferul fr scurtcircuit (prin pulverizare) a metalului topit n tot domeniul de lucru, deci i n cazul domeniilor corespunztoare transferului prin scurtcircuit, respectiv transferului intermediar, caracterizate prin instabilitatea procesului de sudare i stropiri intense. controlul energiei introduse n componente, de valori mai mici comparativ cu sudarea prin pulverizare cu care se compar adesea, cu efect asupra reducerii tensiunilor i deformaiilor la sudare; posibilitatea sudrii tablelor de grosime mic sub 5 mm, utiliznd un transfer fr scurtcircuit (prin pulverizare) i fr stropiri;

Figura 39 - Nivelul stropirilor la sudarea MIG/MAG funcie de tipul de transfer

posibilitatea sudrii n poziii dificile, vertical, peste cap, ca efect al controlului bii metalice, prin reducerea volumului acesteia; posibilitatea utilizrii srmelor groase, ds = 1,6...2,0 mm la sudare, cu asigurarea unui transfer fr scurtcircuit (prin pulverizare) la valori reduse ale curentului mediu, pentru care n cazul sudrii clasice transferul este prin scurtcircuit sau intermediar. Transferul prin pulverizare, n cazul srmelor groase, la sudarea clasic, poate fi atins numai la valori foarte mari ale curentului de sudare, ceea ce limiteaz utilizarea acestor srme numai la componente groase. Prin utilizarea curentului pulsat srmele groase pot fi utilizate i la sudarea componentelor cu grosimi mici, prin aceasta diminundu-se costul materialului de adaos.

Avantajul folosirii srmelor groase este cu att mai important n cazul sudrii aluminiului i aliajelor sale, unde apar dificulti mari la antrenare, n special n cazul srmelor subiri acestea fiind srme moi greu de antrenat prin tubul flexibil de ghidare. n plus tot n acest caz se reduce pericolul porilor din custur datorit suprafeei mult mai reduse raportate la cantitatea de metal depus cunoscut fiind aviditatea mare a oxidului de aluminiu fa de umiditatea din aer (suprafaa exterioar a srmei este acoperit cu un strat de Al2O3 a crei grosime depinde de modul de pstrare a srmei). eliminarea stropirilor sau diminuarea drastic a acestora. n figura 39 se prezint nivelul stropirilor n cazul sudrii MIG/MAG n curent pulsat, comparativ cu sudarea clasic n CO2 100% sau n amestecuri de gaze bogate n Ar: minimizarea influenei factorului uman asupra calitii mbinrii sudate; mbuntirea calitii mbinrilor sudate; posibilitatea sudrii stratului de rdcin fr pericolul strpungerii acestuia; stabilitate mai bun a arcului electric la fluctuaii mai mari ale poziiei pistoletului de sudare; estetica mai bun a custurii sudate; reducerea riscului de lipire al srmei electrod n baia de sudur; uurina amorsrii arcului electric prin ascuirea vrfului srmei electrod.1.5.5.4 Caracterizarea transferului prin curent pulsat Particularitile principale ale acestui mod de transfer sunt: specific puterilor mici i medii ale arcului electric: domeniul transferului prin scurtcircuit, respectiv domeniul transferului intermediar; productivitate mic i medie n funcie de puterea arcului, dar mai mare dect a tipurilor de transfer pe care le substituie: rat de depunere mai mare, ptrundere mai ridicat, viteze de sudare mai mari, fr pierderi de material; energie liniar controlat introdus n componente: mai mare dect la sudarea prin scurtcircuit, respectiv mai mic dect la sudarea prin pulverizare, la aceeai valoare a curentului mediu de sudare; fora dominant n arc: fora electromagnetic pinch dat de valoarea ridicat a curentului de puls; transferul materialului: sinergic, fr scurtcircuit n tot domeniul de lucru; asemntor transferului prin pulverizare dar cu transferul dirijat a picturii o pictur pe puls; transferul picturii (o pictur pe puls) este condiionat de gazul de protecie: argon sau amestecuri bogate n argon cu mai mult de 80% Ar; nu se poate suda n curent pulsat folosind CO2 100%;

transferul este condiionat de polaritatea curentului: numai curent continuu CC+; stropiri foarte reduse sau fr stropiri (transfer sinergic); eliminarea operaiei de curire a stropilor; stabilitate nalt a arcului electric; prezena inductanei n circuit deranjeaz derularea rapid a fenomenelor de transfer; necesit echipamente de sudare mai scumpe i mai complicate; necesit o mai bun cunoatere a fenomenelor specifice sudrii n mediu de gaze protectoare n cazul reglajului manual); uor de operat la sudarea cu surse de sudare sinergice cu invertor; utilizare: la sudarea oelului carbon: pentru tehnologii de sudare specifice transferului intermediar; la sudarea stratului de rdcin; la sudarea n poziie; transferul (procedeul) ideal la sudare aluminiului i aliajelor sale n special n domeniul transferului prin scurtcircuit i intermediar; nu este recomandat n domeniul transferului prin pulverizare; ptrundere sigur la sudare; estetic foarte bun a custurii; se pot suda MIG pulsat table subiri de pn la 1 mm (comparabil cu sudarea WIG); la sudarea oelurilor nalt aliate: n toate domeniile de transfer; la sudarea cuprului i aliajelor de cupru: n domeniul specific transferului prin scurtcircuit i intermediar; este transferul (procedeul) optim pentru toate materiale metalice; Aspectul transferului picturii la sudarea n curent pulsat obinut prin filmare rapid este prezentat n figura 40. n concluzie, folosirea curentului pulsat este specific domeniului corespunztor transferului (arcului) intermediar caracterizat prin stabilitate sczut a arcului electric i pierderi mari de material de adaos prin stropi. Figura 40 - Aspectul transferului picturii n Utilizarea curentului pulsat n curent pulsat (prin filmri rapide) domeniile specifice transferu-

lui prin scurtcircuit respectiv transferului prin pulverizare nu este raional nici din punct de vedere tehnologic i nici din punct de vedere economic.1.5.6 Transferul prin tensiune superficial, sau transferul STT (Surface Tension Transfer), reprezint cel mai nou tip de transfer al picturii de metal la sudarea MIG/MAG. n continuare l vom numi simplu transferul STT aa cum s-a impus deja n literatura de specialitate. Apariia transferului STT este indisolubil legat de folosirea invertoarelor n construcia echipamentelor de sudare MIG/MAG, i mai exact de dezvoltarea invertoarelor cu vitez foarte mare de rspuns, respectiv timpi de reacie foarte mici de ordinul microsecundelor. Aceasta presupune ca frecvena invertorului s fie 100 kHz, performan pe care doar ultima genetaie de invertoare o are.

Figura 41 Mecanismul stropirii din vrful srmei la sudarea MIG/MAG cu transfer prin scurtcircuit

Pe de alt parte conceptul de transfer prin tensiune superficial STT presupune cunoaterea n profunzime a fenomenelor i factorilor care guverneaz procesul de transfer al metalului topit la sudarea MIG/MAG n general i n cazul transferului prin scurtcircuit, n special. Transferul STT vine s diminueze sau chiar s elimine dezavantajul principal al sudrii cu transfer prin scurtcircuit i anume stropirile inerente i n cantitate relativ mare. n acest sens, la analizarea sistemului de transfer STT se pornete de la analiza cauzelor care determin apariia stropirilor n cazul transferului prin scurtcircuit, prezentate i dezvoltate pe larg n cadrul subcapitolului 1.5.1.

Figura 42 - Mecanismul stropirii din baia metalic la sudareaMIG/MAG cu transfer prin scurtcircuit

n principiu este vorba de dou tipuri de stropiri la sudarea cu transfer prin scurtcircuit i anume stropiri din vrful srmei electrod i stropiri din baia metalic. Cauza acestor stropiri n ambele cazuri este determinat de scurtcircuitele care apar ntre pictura de metal i baia topit. Stropirile care apar din vrful srmei electrod se datoresc scurtcircuitelor solide dintre pictur i baia metalic, care produc sub aciunea curentului de scurtcircuit de valori foarte mari (peste 300 A), respectiv a forelor pinch de valori ridicate, gtuirea puternic a picturii pn la vaporizarea i expulzarea exploziv a punii de metal formate n vrful srmei electrod. Datorit presiunii mari generate de vaporizarea instantanee a punii are loc desprinderea de picturi foarte fine din vrful srmei sub forma unui jet de scntei care se mprtie n spaiul arcului electric i n mediul nconjurtor. Mecanismul acestui tip de stropiri este prezentat n figura 41. Stropirile care se produc din baia metalic au drept cauz scurtcircuitele incpiente care apar ntre pictura de metal n formare la vrful srmei i baia metalic. n contactele punctiforme care se produc la nivelul bii are loc vaporizarea, sub aciunea densitii mari de curent care apare, a metalului topit din aceast zon care genereaz o for de reacie puternic, capabil s mping pictura din axa srmei i chiar s-o desprind din vrful acesteia, nvingnd forele de tensiune superficial. Pictura este aruncat n afara spaiului arcului electric sub forma unor stropi de metal de dimensiuni mari ca i cum ar sri din baia metalic.

Pierderile de material de adaos sunt foarte mari, iar stropii foarte periculoi (produc arsuri) i foarte adereni. Mecanismul de producere a stropirilor de acest tip sunt prezentate n figura 42. Pe baza acestor observaii firma american Lincoln a realizat un echipament de sudare special n acest scop, denumit sugestiv Invertec STT, care prin performanele nalte ale invertorului, permite comanda, controlat riguros, a parametrilor principali ai procesului de sudare curent, respectiv tensiune, pentru diminuarea efectelor negative produse de scurtcircuitele care au loc n cazul sudrii clasice. Acest lucru este posibil deoarece timpul de rspuns al inverorului este foarte mic, de ordinul a 10 s (n cazul invertorului de 100 kHz), mult mai mic dect timpul cu care se deruleaz fenomenele specifice transferului prin scurtcircuit de ordinul a 3 5 ms. Caracteristic acestui echipament de sudare este c sursa nu mai are o caracteristic extern rigi, cum este la sudarea MIG/MAG clasic pentru producerea fenomenului de autoreglare, ci are o alur variabil (chiar surprinztoare la prima vedere) trecnd prin toate formele de caracteristici cunoscute, rigid, cobortoare, brusc cobortoare, n funcie de cerinele de proces.

Figura 43 - Principiul transferului prin scurtcircuit

1.5.6.1 Principiul transferului STT . Modul de formare i de detaare a picturii de metal topit din vrful srmei electrod i modul de variaie al parametrilor tehnologici principali de sudare curentul prin arc, respectiv tensiunea de lucru sunt prezentate n figura 43. Definirea celor doi parametri prin denumirile de mai sus, diferite oarecum de denumirile ncetenite n practica sudrii, nuaneaz de fapt particularitile care caracterizeaz acest mod de transfer comparativ cu sudarea clasic.

Etapele transferului STT: n perioada T0 T1 sursa furnizeaz curentul de sudare Is, respectiv tensiunea arcului Ua, n funcie de necesitile tehnologice impuse de aplicaia dat. Este perioada (singura) n care se poate vorbi de un arc electric normal, obinuit, n care cei doi parametri au o configuraie similar cu cea de la sudarea clasic. Sub aciunea cldurii arcului are loc topirea vrfului srmei electrod cu formarea picturii de metal, respectiv topirea piesei cu formarea bii metalice. n momentul T1 pictura (sfera) de metal atinge, prin creterea dimensiunilor ei i a lungimii relativ reduse a arcului, baia topit ntr-un punct. Un sesizor de tensiune furnizeaz un semnal care comand sursa, ntr-un timp extrem de scurt de ordinul microsecundelor, s scad curentul la cca 10 A, pe care l menine aproximativ 0,75 ms, timp suficient ns ca sub aciunea tensiunii superficiale pictura (sfera de metal) s se transforme ntr-un cilindru de metal topit, ca o punte, care unete vrful srmei cu baia metalic. Astfel, sub aciunea tensiunii superficiale care acioneaz la interfaa pictur-baie metalic, contactul punctiform iniial (sfer pe suprafa), se transform ntr-un contact ferm de suprafa, de seciune circular (cilindru pe suprafa). n momentul T2 curentul sursei crete brusc la o valoare bine precizat, dup care are o cretere liniar cu o pant de nclinaie dat. Tensiunea dintre srma electrod i pies, la nceput, are de asemenea o cretere brusc, urmat de o cretere liniar cu o anumit pant i apoi de o cretere exponenial. Creterea exponenial a tensiunii pe aceast poriune nu este comandat de surs pentru un anumit scop, ci este rezultatul creterii rezistivitii punii de metal topit, datorit creterii temperaturii acesteia prin efect Joule Lenz , ct i a subierii acesteia sub aciunea forelor pinch. Cele dou fenomene determin creterea rezistenei circuitului pe poriunea cilindrului de metal topit ceea ce conduce la creterea exponenial a cderii de tensiune pe aceast poriune de circuit (rezistivitatea este direct proporional cu temperatura). Microprocesorul face derivata semnalului dUs/dt n faza final a perioadei T2 T3 i n momentul n care aceasta a atins o valoare de prag bine definit, care corespunde fizic cu subierea cilindrului de metal i formarea unei puntie foarte nguste (de ordinul zecimilor de mm) aproape de momentul vaporizrii i ruperii (expulzrii), comand din nou sursa s scad curentul la valoarea de 10 A, timpul T3. n momentul T4 are loc ruperea puntiei la o valoare a curentului foarte mic (densitate de curent foarte mic n seciunea puntiei) evitnd vaporizarea instantanee a acesteia i mpingerea (plonjarea) picturii, sub efectul forei electrodinamice, cu acceleraie mare n baia metalic, rspunztoare de producerea mprocrilor de material din baie (aa cum

se ntmpl la sudarea MAG clasic cu transfer prin scurtcircuit, vezi scap. 1.5.1). Prin urmare, ruperea puntiei are loc sub aciunea forei de tensiune superficial F de la nivelul bii metalice care nvinge cealalt for de tensiune supeficial ce ine pictura la vrful srmei i care este mult mai mic n aceast faz (vezi diametrul de contact a puntiei cu vrful srmei i diametrul de contact al cilindrului de metal cu baia). Astfel, pictura desprins din vrful srmei formeaz pe suprafaa bii o mic proeminen ca o movil. n momentul T5 sursa comand din nou creterea brusc a curentului la valoarea unui curent de puls Ip (peste 400 A) prin creterea tensiunii sursei. Sub aciunea forei de refulare a arcului (fora jetului de plasm) pictura este apsat (deformat) nspre baie mrind brusc distana dintre vrful srmei i baia metalic i evitnd astfel scurtcircuitele incipiente datorit oscilaiei bii. Sub aciunea tensiunii superficiale pictura este absorbit de baia metalic, fr stropiri. Aceast faz a transferului de metal poart denumirea sugestiv de plasma boost, noiune dificil de tradus n romnete, cu semnificaia de plasm intensificat. n timpul T6 T7 curentul, comandat de surs, scade logaritmic la valoarea Is. Acest mod de scdere a curentului are un efect de linitire, de micorare a oscilaiilor bii metalice, care ar putea produce scurtcircuite incipiente nainte de formarea picturii producnd stropiri necontrolate.1.5.6.2 Stabilitatea transferului picturii la sudarea STT. Stabilitatea transferului picturii la sudarea STT presupune asigurarea unui transfer de metal n picturi cu volum constant, respectiv la un diametru cuprins n domeniul (1,0 1,2)ds specific transferului prin scurtcircuit, la apariia unor factori perturbatori care schimb echilibrul sistemului. Aceasta presupune ca nivelul cldurii introduse n sistem, la apariia factorilor perturbatori, s rmn practic constant. n cazul sudrii STT aceast cldur se compune din: cldura arcului normal pe perioada T0 T1, cldura obinut prin efect Joule Lenz pe captul liber a srmei, respectiv cldura arcului de plasma boost pe perioada T5 T6. Prin urmare, stabilitatea sistemului este dat de relaia: (Qarc + QJ-L + Qpl. boost) = const.

(23)

Asigurarea stabilitii sistemului n cazul apariiei unor factori perturbatori la sudarea STT se face printr-o bucl de reglare automat cu ajutorul unui SRA, cu care este prevzut echipamentul de sudare STT. Datorit condiiilor n care are loc sudarea STT cel mai important factor perturbator, este modificarea lungimii captului liber lcl, care modific la

rndul lui aportul de cldur prin prin efect Joule Lenz. Pentru pstrarea echilibrului, bucla de reglare automat modific corespunztor durata timpului tp a curentului de plasma boost i aportul de cldur dat de acesta, cldura arcului Qarc rmnnd practic constant. n figura 44 se pre-zint modul de lucru a buclei de reglare automat. Informaia pentru bucla de reglare automat se preia, pentru fiecare transfer, n perioada T2 T3, nainte de momentul de plasma boost prin tBRA. Se msoar variaia tensiunii din momentul T2 pe poriunea tBRA (unde este o variaie liniar). n aceast poriune pictura de metal formeaz, sub aciunea Fiugra 44 - Funcionarea buclei de reglare tensiunilor superficiale, un automat cilindru de metal topit cu seciune comparabil cu a srmei care unete vrful srmei electrod cu baia metalic. Rezistena electric a poriunii de circuit dintre vrful srmei i i baia metalic este format din rezistena captului liber plus rezistena cilindrului de metal topit. Aceasta din urm rmne aproximativ constant n timpul sudrii (lungime, seciune, variaie constante). Panta de cretere a tensiunii sursei n perioada T2 T3, Us = Ik x Rtot,depinde strict de distana dintre duza de contact i pies lt = lcl + lctop.. ntruct dimensiunile cilindrului topit rmn practic constante rezult c panta de cretere a tensiunii este o funcie de lungimea captului liber lcl, care poate furniza astfel o informaie (un semnal) util pentru bucla de reglare automat. Panta de cretere a tensiunii este integrat i memorat de microprocesorul sursei STT, iar semnalul rezultat va defini durata timpului de plasma boost tp. Acest semnal variabil intr n bucla de reglare automat i se compar cu un semnal de referin ntr-un etaj de comparaie. n momentul n care s-a stabilit egalitatea celor dou semnale se comand scderea curentului de plasma boost Ip, aa cum s-a artat, dup o curb logaritmic, bine justificat tehnologic. n concluzie SRA va modifica permanent durata timpului de plasma boost tp ca funcie de lt sau lungimea captului liber lcl (parametrul perturbator) asigurnd astfel ca suma cldurilor dezvoltate pentru nclzirea i topirea vrfului srmei s rmn constant. Dac lungimea captului liber a srmei lcl crete, rezult c rezistena captului liber crete i deci

cldura prin efect Joule Lenz crete. Cldura arcului Qarc rmnnd constant, pentru pstrarea echilibrului rezult c aportul de cldur dat de arcul plasma boost trebuie s scad, ceea ce se realizeaz prin SRA care comand scderea proporional a timpului de plasma boost tp. Fenomenele se petrec similar la scderea lungimii captului liber, cnd SRA comad creterea timpului tp.1.5.6.3 Avantajele transferului STT reducerea substanial a stropirilor; eliminarea manoperei de ndeprtare a stropilor de pe pies, duz de gaz, etc.; utilizarea dioxidului de carbon 100% ca i gaz de protecie: geometrie foarte bun a custurii, ptrundere sigur, reducerea pericolului de formare a porilor n custur, pre de cost redus; mbuntirea condiiilor de lucru pentru operatorul sudor prin reducerea stropirilor i a cantitii de fum degajat (vaporizri reduse de metal topit); calitate foarte bun la sudarea stratului de rdcin comparabil cu sudarea WIG, dar cu productivitate net superioar; ideal pentru sudarea stratului de rdcin la evi, sau n locuri unde accesul pentru resudarea rdcinii este nu este posibil; sensibilitate redus la apariia factorilor perturbatori (variaia lungimii captului liber), cu transfer optim a picturii de metal echivalent sudrii sinergice, dar n acest caz n domeniul sensibil al transferului prin scurtcircuit (abordare inedit, inovativ, greu de nchipuit pn nu demult la acest mod de transfer); 1.5.6.4 Caracterizarea transferului STT specific puterilor mici i medii ale arcului electric, la un curent de sudare de max. 220 A; transferul picturii se face exclusiv sub aciunea forelor de tensiune superficial F; gazul de protecie utilizat: CO2 100%; pierderi foarte mici de material prin stropi; nivel foarte redus de stropiri; stabilitate mare a procesului de transfer asigurat cu ajutorul unui SRA prin transfer sinergic; necesit un echipament de sudare cu invertor special, ultraperformant, relativ scump, sursa STT (firma Lincoln); sensul de sudare recomandat spre dreapta (prin tragerea custurii) cu nclinarea capului de sudare la un unghi = 0 - 5, pentru asigurarea stabilitii maxime a fenomenelor de transfer (arcul trebuie s bat pe baia metalic; utilizare:

exclusiv n domeniul transferului prin scurtcircuit i intermediar specific sudrii MIG/MAG standard, la sudarea oelurilor carbon i a oelurilor nalt aliate (n acest caz gazul de protecie este un amestec ternar specific 90% He + 7,5% Ar + 2,5% CO2); de fapt acest tip de transfer a fost realizat special n acest scop; ideal pentru sudarea stratului de rdcin a evilor (dar nu numai); sudarea tablelor subiri; sudarea n poziie. 1.6 Parametrii tehnologici de sudare Elaborarea corect a unei tehnologii de sudare presupune cunoaterea parametrilor tehnologici de sudare, a factorilor de influen care acioneaz asupra acestor parametri, respectiv influena pe care parametrii de sudare o au asupra fenomenelor de transfer a picturii, asupra geometriei custurii, asupra calitii mbinrii sudate n general. Parametrii tehnologici de sudare specifici procedeului de sudare n mediu de gaze protectoare MIG/MAG sunt: - natura i polaritatea curentului; - curentul de sudare (viteza de avans a srmei electrod); - tensiunea arcului electric; - viteza de sudare; - lungimea captului liber al srmei electrod; - distana duz de gaz pies; - diametrul srmei electrod; - debitul de gaz; - nclinarea srmei electrod. 1.6.1 Natura i polaritatea curentului. Sudarea n mediu de gaze protectoare MIG/MAG se desfoar exclusiv n curent continuu, polaritate invers. Utilizarea polaritii inverse asigura urmtoarele avantaje: stabilitate mai bun a arcului electric, ptrundere mai bun i mai sigur a custurii, transfer n picturi mai fine cu stropiri mai reduse, geometrie mai favorabil a custurii, transferul prin pulverizare a metalului topit n cazul curenilor de sudare mari, favorizeaz fenomenul de microFigura 45 - Influena polaritii curentului la sablare n cazul sudrii sudarea MIG/MAG aluminiului i aliajelor

sale. n contrast, polaritatea direct determin un arc mai puin stabil, greu de controlat i reglat, de lungime mare, cu transfer globular n picturi mari, pierderi mari de metal prin stropiri intense, geometrie nefavorabil a custurii cu ptrundere mic i supranlare mare, imposibilitatea obinerii transferului prin pulverizare indiferent de valoarea curentului de sudare sau gazul de protecie utilizat, respectiv a obinerii fenomenului de microsablare. nfluena polaritii curentului asupra geometriei custurii la sudarea MIG/MAG este prezentat n figura 45. n schimb rata depunerii AD (kg/h) este mai ridicat n cazul utilizrii polaritii directe n comparaie cu polaritatea invers, figura 46. Acest potenial avantaj al polaritii directe nu poate fi utilizat ns n vedere creterii productivitii muncii la sudarea MIG/MAG datorit numeroaselor dezavantaje prezentate mai sus, dezavantaje care limiteaz folosirea polaritii directe, eventual la sudarea cu arc scurt prin scurtcircuit frecvena scurtcircuitelor fiind mai redus iar mrimea picturii mai mare dect n cazul polaritii inverse. Arcul electric ns este relativ stabil, dar greu de reglat. Aceste particulariti ale polaritii curentului la sudarea MIG/MAG sunt puse n legtur direct cu puterea de topire mai mare a arcului electric la polaritatea direct comparativ cu polaritatea invers. Cu alte cuvinte, nclzirea i topirea vrfului srmei electrod este mai puternic cnd srma este la catod fa de cazul cnd este la anod. Aceasta parc vine n Figura 46 - Influena polaritii curentului asupra real contradicie cu alte ratei depunerii procedee de sudare ca sudarea cu electrod nvelit sau sudarea WIG unde lucrurile se petrec pe dos. De exemplu la sudarea WIG polaritate invers cc+, sudarea nu este posibil deoarece are loc topirea instantanee a electrodului nefuzibil de wolfram. Prin legarea la catod a srmei electrod, datorit diametrului mic al acesteia, pata catodic se extinde din vrful srmei, deplasndu-se pe suprafaa lateral a acesteia sub forma unei pete catodice mobile.

Aceast micare aleatoare a petei catodice pe suprafaa exterioar a srmei pe o anumit distan de la vrful acesteia determin o nclzire suplimentar a captului. Este ca i cum captul liber al srmei electrod ar fi prenclzit pe o anumit lungime din exterior. Se poate vorbi n acest caz de generarea la captul srmei a dou arce, figura 47b, respectiv figura 48a: un arc principal intens, localizat pe suprafaa picturii de metal topit n vrful srmei, zona CD, respectiv un arc secundar slab care nconjuoar simetric vrful srmei, zona A-B-C, pe o lungime ce depinde de valoarea curentului respectiv Figura 48 - Concentrarea petei catodice la de gazul de protecie utisudarea MAG, CC la creterea presiunii lizat. Fenomenul este spea) p=1 at; b) p=3 at; c) p= 5 at cific srmelor electrod de diametre mici (sub 2 mm), neacoperite. La o privire atent cele dou arce pot fi vizualizate n timpul sudrii. Se observ un arc intens n vrful srmei pe suprafaa picturii i un arc slab, mai blnd, care nconjoar (mbrieaz) suprafaa srmei pe o anumit lungime a captului liber, (3 5) mm. Aciunea arcului secundar la suprafaa srmei provoac o nclzire a acesteia (echivalent cu o prenclzire), ceea ce deFigura 47 - Generarea arcului electric termin o topire mai uoaelectric dublu la sudarea MIG/MAG, cu r a srmei sub aciunea polaritate direct arcului principal. a suprafaa srmei acoperit cu un strat Fenomenul descris special; b srm normal poate fi asimilat cu metoda prenclzirii srmei electrod nainte de introducerea n arcul electric, binecunoscut n tehnica

sudrii, n vederea creterii productivitii muncii prin creterea ratei depunerii la sudare. Pata catodic mobil care acioneaz pe suprafaa picturii genereaz o for de reacie mobil, asemntoare forei de reacie anodic, care respinge asimetric pictura format n vrful srmei figura 48a, asemntor cu sudarea MAG n polaritate invers utiliznd bioxid de carbon 100 % ca i gaz de protecie, cu deosebirea c de aceast dat pictura este mai mare. Acest mod de formare a picturii n vrful srmei va genera un transfer globular cu picturi foarte mari, aruncate n exteriorul bii metalice, respectiv un numr mare de scurtcircuite ale arcului ceea ce va conduce la stropiri deosebit de intense cu pierderi mari de material de adaos. Acest mod de transfer explic limpede de ce polaritatea direct nu se utilizeaz la sudarea MIG/MAG. Pentru a putea suda MIG/MAG n polaritate direct cu asigurarea unui transfer axial a picturii este necesar restricia micrii petei catodice simetric la vrful srmei. Acest lucru poate fi realizat prin acoperirea suprafeei srmei cu un strat de material special, figura 47a (caz echivalent cu nveliul electrozilor) sau prin creterea presiunii n coloana arcului la aproximativ 5 atmosfere figura 48, prin sudarea ntr-o incint presurizat sau sudarea hiperbaric sub ap. Un alt aspect negativ al polaritii directe la sudarea MIG/MAG este nclzirea excesiv a capului de sudare (duza de gaz, duza de contact) nsoit de pericolul deteriorrii premature a acestuia, respectiv necesitatea lurii unor msuri mai severe de rcire a capului de sudare. Aceast solicitare termic se exercit i asupra operatorului sudor. Cauza este determinat de fenomenul prezentat mai sus prin cldura mult mai mare generat la catod dect la anod. Cercetrile autorilor n acest domeniu s-au axat pe studiul influenei polarittii directe la sudarea MAG asupra stabilitii arcului electric, asupra fenomenelor de transfer, asupra ratei depunerii AD, respectiv asupra diluiei. Au fost efectuate cercetri privind posibilitatea ncrcrii prin sudare MAG cu polaritate direct avnd n vedere avantajele poteniale oferite i rata de depunere mare i ptrunderea mic, deziderate principale ale ncrcrii prin sudare. Au fost obinute cteva rezultate interesante. Rata depunerii la sudare crete n funcie de curentul de sudare n limite foarte largi cu 5080%. O