capitolul 11_sudarea prin presiune

7/31/2019 Capitolul 11_Sudarea Prin Presiune

1/16

SUDAREAMETALELOR SIALIAJELORTANAVIOSOFT 2011

1Autor : profesor Tnase Viorel

C11Capitolul 11

SUDAREA PRIN PRESIUNE

11.1.GENERALITATI

Sudarea prin presiune este procedeul de mbinare, destinat obinerii de piesesau subansambluri, realizat prin aplicarea unor fore exterioare. Efectul forelorexterioare depinde de temperatura zonelor adiacente ale pieselor de sudat i de

anumite particulariti ale procedeului utilizat.Rolul forelor exterioare const n principal n urmtoarele: aducerea

pieselor de sudat ntr-un contact strns prin deformarea lor plastic; obinereaunei suduri n care metalul s fie compact, lipsit de goluri i cu tensiuni internereduse; s asigure nchiderea spaiului n carc are loc topirea, evitndu-se astfelinteraciunea metalului topit cu mediul nconjurtor precum i expulzareametalului topit din zona sudurii care conine oxizi i alte impuriti.

Dup temperatura maxim care se atinge n locul de sudare procedeele desudare prin presiune se mpart n: sudri la rece, care nu depesc temperatura derecristalizare, i sudri la cald, la care se produc cristalizri n custur. Sudarea larece se poate executa numai prin presare sau prin presare i vibrare. Sudarea lacald se execut n stare solid sau prin topire.

nclzirea pieselor se poate realiza cu surse de nclzire indirect, reaciichimice exoterme n mediul nconjurtor sau surse directe i anume efectultermic al curentului electric i frecarea uscat.

Fig.11.1.1


2/16



C11

Fig.11.1.2

11.2. PROCEDEE DE SUDARE

11.2.1.SUDAREA PRIN PRESIUNE CU NCLZIRE CUFLACR.

Procedeul se aplic la sudarea n capete n stare solid, flacra nclzindsimultan ntreaga zona a mbinrii . Capetele de sudat, pregtite prin prelucrare,

sunt amplasate n interiorul unui arztor inelar care produce nclzirea metaluluipin la starea plastic (12001250CC, n cazul oelului). Aplicand o presiune de2040 MPa se realizeaz, prin refulare, sudarea celor doua capete. Pentru a seevita supranclzirea straturilor de suprafa, arzatorul execut micri axialeoscilatorii n jurul seciunii de contact.

O variant u procedeului const n nclzirea metalului cu flacr,apoitopirea poriunii de sudat cu arztorul fixat n dreptul seciunii de contact,dupa cart se aplic presiuni intermitente. In acest fel, se expul-


3/16



C11

Fig.11.2.1

zeaz materialul topit i impuritile dintre suprafeele de sudat. La piesele cugrosimi mari, pentru a se evita o nclzire neuniform, se folosete un arztorspecial, care permite numai nclzirea frontalapieselor de sudat. Arztorul sendeprteaz nainte de ase ncepe presarea.

11.2.2.SUDAREA PRIN PRESIUNE CU NCLZIRE ELECTRIC

DE CONTACT.

Procedeul este cunoscut sub denumirea de sudare electricprin rezisten, iarmbinrile pot fi executate n capete, n puncte sau n linie.

1)Sudarea n capete.Procedeul de sudare n capete const n ncalzirea prinrezistena de contact a prilor frontale ale pieselor de sudul, dup care seexecut operaia de presare cu o anumit for. Sudarea n capete se poate realizan stare solidi n stare topit.

A.SUDAREA N CAPETE N STARE SOLID.Principiul procedeuluieste prezentat in figura.. Piesele de sudat I i 2 sntfixate la o distande 2 I ntre dispozitivele de strngere 3 i 4, prin intermediulcrora este condus curentul electric de la secundarul transformatorului 5, iexercitpresarea cu o for F. Dispozitivele snt fixate de batiul mainii.

Operaia de sudare se realizeaz n dou etape: nclzirea pieselor ,1 aplicareapresiunii de refulare.

a)nclzirea pieselor. Piesele pregtite pe partea frontal, printr-o prelucrarengrijiti curate chimic, se aduc n contact ise supununei presiuni mici de

11,5 x105Pa. Prin conectarea curentului electric se produce nclzirea pieselor


4/16



C11de sudat pn la temperatura de deformam plastic, care depinde de natura

materialului metalic supussudrii.

Regimul de sudare depinde de densitatea de curent crete cuconductivitatea electricl termic a metalului de sudat l cu micorarea seciuniitransversale a materialului de sudat (datorit pierderilor mai mari de cldur ) A.Densitile de curent pot fi ntre10 i100 A/mm2 in cazul oelului moale (uzual2060 A/mm2),150200 A/mm2 la aluminiu i250300 A/mm2 la cupru.

Durata de meninere sub curent i densitatea de curent se condiioneaz re-ciproc; de obicei, aceast durat este de 0,5 pn la 15 s. Timpii de sudare mici nusnt favorabili ntruct se produce o nclzire neuniform n seciune i o absorbiemai mare a puterii electrice. Energia necesar pentru realizarea unei anumite su-duri crete cu mrirea duratei de ncalziire, n schimb scade puterea absorbit dela reea.

b)Aplicarea presiunii de refulare. Dup atingerea temperaturii de deformareplastic se aplic fora de presare pentru realizarea refulrii. Aceast presiune es-te de 1,53 105Pa n cazul oelului moale, de 3,55x105Pa la oeluri aliate, iar laaliaje neferoase de 1l,5-105Pa.

Refularea se realizeaz prin deplasarea unuia din dispozitivele de prindere,celalalt meninndu-se fix. Dup atingerea unei anumite deformri plastice, se n-trerupe curentul electric, piesele se rcesc i rmn mbinate n capete, avnd olungime mai mic dect cea iniial datorit refulrii.

Procedeul de sudare n capete se aplic la piese cu diametrul de 15 20mm, cum snt: fier-beton, elemente de construcie, benzi, obezi de roi, flane, ine-le, axe cardanice etc.

Pentru realizarea unor suduri de calitate superioar, n serii mari, cum sntsupape de motoare, scule achietoare din oel rapid cu suporturi din oeluri car-bon etc., se folosesc instalaii automate n atmosfera de gaz protector n zona decontact.

Procedeul de sudare n capete n stare solid prezint avantajul simplitii,execuiei rapide i posibilitii de automatizare. In acelai timp, procedeul prezin-ti dezavantaje deoarece oxizii formai n timpul nclzirii i impuritile de peprile frontale rmn n custur, provocnd diminuarea caracteristicilor mecani-ce ale pieselor sudate.

B.SUDAREA IN CAPETE CU TOPIRE.

In cazul acestui procedeu, nclzirea se conduce astfel nct pe suprafeelefrontale ale pieselor de sudat s se obin o pelicul de metal lichid ce se elimin,


5/16



C11mpreun cu oxizii i impuritile n timpul presrii cu vitez mare. Procedeul se

realizeaz, de asemenea, n dou etape: topirea i refularea metalului.Topirease poate realiza direct sau cu prenclzire. La topirea direct, capetele

de sudat snt apropiate cu vitez mici cu presiune nensemnat, fapt ce deter-min formarea unor jonciuni pariale i nclzire rapid pn la topire.

In cazul metodei de sudare prin topire cu prenclzire, pentru realizarea pren-clzirii se stabilesc contacte intermitente ntre suprafeele frontale ale pieselor desudat, prin apropierea lor cu viteze mari.

Refularea se obine prin deplasarea rapid a dispozitivului de fixare mobil.

La procedeul cu topire direct presiunea de refulare este de 8-14x105

Pa, iar laprocedeul de prenclzire de 46x105Pa.

Fig.11.2.2

Fig.11.2.3.a


6/16



C1111.2.3.SUDAREA IN PUNCTE

PRIN REZISTENTA ELECTRICAmbinarea prin sudare n puncte se realizeaz n principiu prin trecerea unui

curent electric printr-un contact i nclzirea contactului respectiv la temperaturiridicate, urmat de presarea i racirea sub presiune.

Piesele de sudat 3 sunt strnse ntre doi electrozi din cupru i rcii forat cuap. Cei 2 electrozi i elementele de mbinare nchid circuitul nfurrii secunda-re.Prin circuitul de sudare trece un curent de mii de amperi,care datorit efectuluiJoule,produce nclzirea pieselor n zona de contact.n acest punct de con-

tact,materialul trece n stare plastic chiar topit.Presiunea aplicat evit apariia microarcului electric la suprafaa de contact

i arderea superficial a metalului.Pentru realizarea unui punct de sudur suntnecesare urmtoarele condiii:

1. Trecerea curentului de sudare prin circuitul electric se va face dup aplica-rea presiunii asupra elementelor de mbinare;

2. ntreruperea circuitului de sudare se va face dup eliminarea presiunii apli-cate.

Fig.11.2.3


7/16



C11

Fig.11.2.4

Dup

modul de realizare a circuitului electric sudarea fn puncte pot fi din do-u pri i dintr-o singur parte.

A.SUDAREA N PUNCTE DIN DOU PRISe execut prin presarea tablelor de sudat 1i 2 cu o for P ntre doi elec-

trozi 3 i 4, care actioneaz pe ambele pri, fiind conectai la secundarul unuitransformatul de sudare 5, prevzut cu comutatorul de prize 6. Transformatoruleste in racordat la reeaua de alimentare prin intermediul unui contactor coman-dat de sistemul de comandS care asigur programarea curentului prin elemen-tul 7 i a forei prin elementul 9.

Procedeul const n realizarea presiunii dup care se conecteaz transfor-matorul de sudur. Ca urmare, ia natere un curent de densitate maxim care sestabilete ntre cei doi electrozi i care trece i pin rezistena de contact ntre celedou piese. Cldura care se dezvolta, prin efectul Joule determin o cretere atemperaturii n zona de contact. Pe msura nclzirii metalului, rezistena de con-tact se micoreaza, iar rezistivitatea crete, astfel c sursa termic se extinde njurul rezistentei de contact, formnd un nucleu de metal topit, cu participareaambelor piese .


8/16



C11Nucleul de metal topit este nconjurat n planul de contact de un inel de

gruni cristalini comuni, format prin sudarea n stare plastica datorit forei depresare P.

ntreruperea curentului dup formarea nucleului topit provoac solidificarea metalului i obinerea unui punct sudat rezistent. Mai multe puncteaezate dup o traiectorie formeaz o custur n puncte.

Sunt reprezentate diagramele caracteristice care exprima variaia curentuluiI2i a forei P n timpul sudrii, n cazul folosirii curentului alternativ.

Varianta a se aplic la sudarea tablelor cu grosimi de 4 -6 mm de oeluri cu c-

libilitate redus. Dup ce fora P atinge o anumit valoare constant pe toat du-rata procesului, se stabilete i un curent I, constant pentru o durat tt. Pentru in-tervalul t2 se anuleaz curentul .n acest timp, se menine presiunea asupra nu-cleului topit pentru a mpiedica afnarea metalului n timpul solidificrii.

In unele cazuri, dup ntreruperea curentului de sudare se mareste fora depresare (varianta b). Aceast variant se aplic in cazul tablelor cu grosimi peste 6mm din oel moale sau la table din aliaje uoare a cror grosime nu depete 11,5 mm.

La piese de grosime mare (peste 5 mm) i cu suprafaa mai puin neted seaplic o nclzire treptat a suprafeelor de contact i a metalului din zona cu-prins ntre electrozii de contact. Acest mod de nclzire se poate realiza prin co-nectarea intermitent a curentului de sudare (varianta c). In acest fel se evit o n-clzire excesiv a electrozilor.

La sudarea unor piese importante din aliaje de aluminiu cu grosimi de 25mm este necesar o variaie continu a curentului i a forei de presare (variantad). Avantajul mririi continue a curentului const n aceea c se mpiedic forma-rea unor puncte discrete de sudare ntre electrozii de contact i piesele de sudat

cnd acestea snt din metale neferoase sau table placate. Prin reducerea continu acurentului la sudarea aluminiului, magneziului i a unor oeluri aliate este posibi-l eliminarea porilor i a fisurilor.

Se constat practic c, dintre toate aceste rezistene, cea mai mare valoare oau rezistenele electrice de contact, fapt care se poate explica prin existena unuicontact imperfect ntre elementele respective datorit asperitilor, oxizilor imurdriei. Rezult de aici c cea mai mare parte din cldur se va dezvolta acolounde apar rezistenele electrice de contact: ntre electrozi i piese i ntre piesele

care se sudeaz. Electrozii, fiind confecionai din materiale bune conductoarede electricitate i cldur (cupru, cupru + cadmiu, cupru + crom, cupru + cobalt +


9/16



C11beriliu), vor absorbi repede cldura dezvoltat ntre electrozi i piese, distribuind-

o n circuitul de rcire.B.REGIMUL DE SUDARE.

La sudarea prin puncte regimul de sudare cuprinde urmtorii parametriprincipali: intensitatea curentului de sudare, diametrul electrodului, fora de ap-sare i timpul de sudare.

In practica industrial se aplic dou regimuri de sudare: - regimuri moi, caracterizate prin: durat mare (1,53 s); apsare mica

(5 105Pa) i densitatea de curent mare (160400 A/mm2).Regimul moale se aplic la sudarea pieselor din oeluri moi sau n cazul oelu-

rilor clibile cu grosime peste 1 mm.Regimul tare se folosete la sudarea tablelor din oel inoxidabil, aluminiu si

aliajele sale, alte metale i aliaje neferoase cum i la piese din oel carbon moale cugrosime foarte mic.

Sudarea n puncte se aplic n industria autoturismelor, autobuzelor, avioa-

nelor, vagoanelor etc. De asemenea, se folosete la executarea ,plaselor din srm,carcaselor pentru armarea betonului i n domeniul construciilor metalice.Regimul moale-oeluri

Tabelul 12.2.1.

Regimul tare-oeluri


10/16



C11Tabelul 12.2.2.

Distana ntre puncte se determin cu relaia:

l = (2-3) dp ,

dp-diametrul punctului de sudur.

12.2.4.SUDAREA N LINIEPRIN REZISTENTA ELECTRICA

Procedeul de sudare n linie are la baz aceleasi principii i utilaje ca i sudarean puncte, cu deosebirea c electrozii au forma unor role de contact . Rolele seexecut de obicei din cupru, rcite cu ap, avnd menirea de a produce presareatablelor prin frecare, rolele antreneaz tablele ntr-o micare de avans cu viteza desudare.


11/16



C11

Fig.12.2.5Regimul de sudare n linie se aplic n dou variante, i anume:c) Regimul caracterizat prin valori constante pentru curent si fora de apsare .

Aceast variant prezint dezavantajul supru nclzirii suprafeei de contact, deaceea este mai puin folosit. Supranclzirea se datorete propagrii cldurii cu o

vitez mai mare dect viteza de sudare.Regimul caracterizat prin ntrerupere i conectare ritmic a curen tului n timp cerolele de contact au o turaie constant.

n funcie de ritmul ntreruperilor i de viteza de deplasare a rolelor se obinpuncte distincte sau suprapuse. n ultimul caz mbinarea sudat devine etan.Aceast variant a sudrii n linie permite realizarea unor viteze mari de sudarei o calitate superioar a mbinrii.

Principalii parametri ai procesului de sudare snt: curentul de sudare, forade apsare a rolelor, pasul dintre dou puncte succesive, condiiile de intermiten- a curentului, viteza de sudare i dimensiunile rolelor de contact.


12/16



C11Sudarea cap n cap cu role este o variant a sudrii n linie care se aplic la

sudarea evilor dup generatoare Prin acest procedeu se sudeaz evi din oelcarbon cu diametrul ntre 10 i 400 mm i grosimea peretelui de 0,514 mm.

Fig.12.2.6

12.3.MASINI DE SUDAT PRIN PRESIUNEPRIN REZISTENTA ELECTRICA

Fig.12.3.1


13/16



C11

Fig.12.3.2

Fig.12.3.3


14/16



C11

Fig.12.3.4.Maina de sudat n puncte BOSVA

Pentru sudarea la aceast main,se aeaz piesele pe electrodul fix 3.Seapas cu piciorul pe pedala 13,prghia 14 se rotete,mpinge tija 7 n sus.Datoritdeplasrii n sus a tijei,piulia 6 va comprima arcul 5 i va roti prghia pe care estebraul mobil 2.Acesta va imprima electrodului 3,o micare de apropiere de elec-

trodul fix 3 , strngnd ntre ei piesele de sudat.Pe tija 7 se afl fixat cu ajutorul urubului de blocare 11 buca cu aripi 10 pe

care sunt montate dou tije cu capete din cupru 9.

Cnd tija 7 se va deplasa n sus, capetele tijelor vor atinge plcuele 8 i senchide circuitul primar al transformatorului.Prin circuitul secundar se induce cu-rentul de sudare care trece prin electrozii din Cu.reglarea curentului de sudare seface cu comutatorul C.


15/16



C11Pentru reglarea apsrii electrodului 3,se acioneaz piulia 6,iar pentru re-

glarea cursei electrodului se acioneaz un opritor.Arcurile fixate de pedal asigu-r repoziionarea acesteia.

Maina a fost prevzut su un sistem care s permit aplicarea presiunii na-inte de nchiderea circuitului de sudare i nlturarea presiunii dup deschidereacircuitului de sudare.

Cldura rezultat n procesul de sudare este preluat de un sistem de rcirecu ap a electrozilor i a braelor.

12.4.SUDAREA PRIN PRESIUNE CU NCLZIREPRIN INDUCIE.

nclzirea prin inducie se realizeaz cu o surs de curent alternativ de frec-ven corespunztoare i cu un inductor potrivit formei, dimensiunilor i propri-etilor piesei de sudat. Echipamentul de nalt frecven I alimenteaz, printr-uncircuit de ncrcare, primarul unui transformator 2, iar secundarul transformato-rului alimenteaz inductorul 3, n interiorul cruia se plaseaz piesa de sudat 4.

nclzirea prin inducie se realizeaz datorit efectului pelicular si anume cu

ct frecvena curentului este mai mare, cu att curentul are tendina de a cretespre straturile superficiale ale pieselor. Datorit densitii mari de curent, pieselese nclzesc la temperaturi ridicate Adancimea de ptrundere a curentului elec-tric depinde de rezistivitatea si permeabilitatea magnetic a metalului i de frec-vena curentului.

Sudarea cu inducie se aplic la sudarea tablelor cap n cap pentru fabricareaevilor sudate pe generatoare.. Sudarea se realizeaz la o frecven de alimenta-re2500 kHz, funcie de adncimea necesar de ptrundere. Datorit costului ri-

dicat, procedeul de sudare prin inducie se aplic la evi din aluminiu, din oelaustenitic etc.

12.5.SUDAREA PRIN FRECARE.La procedeul de sudare prin frecare, nclzirea suprafeelor de mbinat se

realizeaz pe seama forelor de frecare dezvoltate ntre dou suprafee aflate nmicare relativ. Cldura degajat datorit frecrii depinde de fora P care pre-seaz reciproc piesele, de coeficientul de frecare i de viteza relativ de deplasare.

Pe msur ce capetele de sudat se nclzesc are loc i deformarea lor plastic

sub aciunea forei de presare. Dup atingerea temperaturii necesare, se opretemicarea pieselor, fapt ce permite realizarea mbinrilor suprafeelor n contact.


16/16



C11Principalii parametri ai procesului de sudare prin frecare snt: viteza relati-

v, compresiunea specific n timpul sudrii, scurtarea la refulare, durata proce-sului de sudare i starea suprafeelor.

Suprafeele de mbinat trebuie s fie curate de oxizi, s fie perpendicularepe axa barelor i s fie prelucrate ngrijit prin achiere.

Procedeul de sudare prin frecare se aplic la oeluri carbon, oeluri aliate ila metale i aliaje neferoase. De asemenea, se pot suda i materiale diferite, deexemplu: oel-bronz, cupru-aluminiu etc. Sudarea prin frecare se folosete la m-binarea pieselor cu seciuni circulare i cu diametre egale sau diferite, ca de

exemplu: sudarea prelungitoarelor burghielor, tijelor de la corpul pistonului, lauruburi, capul hexagonal de corpul cilindric etc.In comparaie cu sudarea electric n capete, sudarea prin frecare prezint

urmtoarele avantaje: consum redus de energie, putere mic de racord a instalai-ei, exploatarea simpl a utilajului i uurina mecanizrii i automatizrii proce-deului.

Fig.12.5.1

capitolul 11_sudarea prin presiune

Documents