Universitatea Tehnica Gh. Asachi IasiFacultatea CMMI

TEHNOLOGIA MATERIALELOR

Sudarea prin deformare plastica

Student:Gherasim Alexandru, grupa 4102 A

Sudarea prin deformare plastica

Introducre

In urma prelucrarii materialelor metalice prin deformare plastica la rece sau la cald, prin sudare sau prin aschiere datorita actiunii unor forte exterioare sau a caldurii (ori ambelor) structura initiala a materialului se schimba. Odata cu schimbarea strcuturii se schimba si anumite proprietati ale acestora.

Date generale

Sub aspect de principiu, imbinarea la rece se realizeaza sub actiunea fortelor de adeziune atomice si a difuziei la nivel atomic. Pentru realizarea imbinarii este necesar un grad de deformare minim a componentului la sudare (%); acesta depinzand de materialul de baza: Cu titlu de exemplu se indica gradele de deformare minime pentru cateva materiale de baza si anume: aur 35%, argint 50%, aluminiu 60%, cupru 90%, fier 81%.Sudarea se face fara material de adaos.Dupa sudare se produce o bavura a sudurii care trebuie indepartata ulterior.
Prin sudare la rece se pot executa doua tipuri de imbinari sudate:
- suduri cap la cap
- suduri prin suprapunere

Nivelul de deformare plastica prin sudare la rece se apreciaza prin cresterea suprafetei in cazul sudarii cap la cap, respectiv prin reducerea sectiunii la sudarea in puncte. Prin deformarea plastica se produce o distrugere a eventualelor straturi superficial de oxid de la suprafata materialului de baza.Deformarea plastica

Deformarea plastica se poate face la temperaturi mai mici decat temperatura de reclistalizare. Sub actiunea unor forte exterioare in materialele metalice au loc deformari elastice si plastice, modificari ale formei si dimensiunilor grauntilor, structurii precum si a proprietatilor acestora. Deformatiile plastice au loc la tensiuni mai mari decat limita de elasticitate si provoaca deplasari pe distante mari ale atomilor, materialul modificandu-si starea initiala (forma, dimensiuni, structura)(figura 2).

Deformarea plastica se realizeaza prin alunecare si maclare. Alunecarea consta in deplasarea unor portiuni din cristal de-a lungul unor plane cristalografice, specifice fiecarui sistem cristalografic. Maclarea consta in modificarea orientarii unei portiuni din cristal astfel incat reteaua cristalina transformata si cea maclata devin simetrice in raport cu un anumit paln numit plan de maclare.Prelucrari ale metalelor prin deformare plastica:-forjarea libera a pieselor-forjarea in matritaMasini unelte folosite la prelucrarea prin deformare plastica a tablelor:-foarfeci-prsese mecanice-prese hidrauliceLaminarea este metoda de prelucrare prin deformare plastic la cald sau la rece la care materialul este obligat satreacforat printer doi cilindri n rotaie (Fig. 1.2.2). Cei doi cilindri au axele de rotaie O1i O2. Dimensiunile materialului (h0) se reduc n direcia apsriii cresc n celelalte direcii (de la b0 la b1).

Tragerea este procedeul de deformare plastica materialelor, sub aciunea unei fore de traciune F, n scopul obinerii unor fabricate de tip bar, srm,evi etc. Materialul ductil 2 este tras printr-o matri1 a crui seciune este mai micdect seciunea iniiala materialului. Principiul tragerii este prezentat n Fig. 1.2.3 (d0 dimensiunea materialului; d1 dimensiunea produsului final)

Extrudarea este procedeul de prelucrare prin deformare plasticcare constn tragerea forata materialului, datoritunei fore de compresiune. Matria are o deschidere profilati de seciune mai micdect a materialului comprimat. Semifabricatul 1 este obligat streacprin matria 2 sub aciunea forei F realizatde pistonul 3. Schema de principiu este prezentatn (Fig. 1.2.4)

ndoirea este operaia de deformare plasticprin care se schimborientarea axei semifabricatului frafectarea lungimii acestuia. Procesul de ndoire are loc cu ajutorul unui poanson care deformeazsemifabricatul prin apsarea acestuia pe un suport cu profil adecvat.Tablele sunt semifabricate care au una din dimensiuni (grosimea) mult mai micdect celelalte dou. Prelucrarea lor prin deformare plasticasigurobinerea unor piese complexe cu forma apropiatde cea finali cu o mare economie de material. ndoireai ambutisarea sunt doudin metodele de prelucrare a tablelor cu aplicaii n domeniul electronic.Ambutisarea este procesul tehnologic de prelucrare prin deformare plasticprin care, dintr-un semifabricat plan se obine o piescavcu sau frmodificarea grosimii materialului. Prin apsarea poansonului 1, semifabricatul 4 este obligat sia forma cavitii matriei 2 care coincide cu forma piesei dorite. Principiul ambutisrii este prezentat n:Fig. 1.2.8.

Deformarea elastici plastica metalelori aliajelor

Sub aciunea unor fore exterioare metalelei aliajele pot suferi deformri elasticei plastice .Deformarea elastica materialelori aliajelor se menine numai n timpul aciunii unor fore exterioare capabile sle modifice formai dimensiunile .La nlturarea acestor fore metalul sau aliajul revine la formai dimensiunile iniiale.Deformarea plastica metalelori aliajelor se produce numai la o animitvaloare a forelor exterioare . Aceastdeformare se meninei dupindeprtarea forelor care a provocat-o . Metalelei aliajele sunt corpuri solide deformabile care au nsuiri elasticei plastice. De aceea ,la prelucrarea metalelor prin lovire sau presare ,deformarea plasticeste precedatntotdeauna de deformarea elastica. Dupnlturarea forei exterioare ,deformarea elasticse recupereazi rmne numai deformarea plastic.

Mecanismul deformrii plasticeLa prelucrarea prin deformarea plastic, metalelei aliajele se deformeaz, n principal, prin doumecanisme,i anume: alunecarea si maclarea.Alunecarea n reelele cristaline constn deplasarea n ntregime a unei pri de cristal, n raport cu altele, pe planele de maximdensitate de atomi, numite plane de alunecare,i n direciile de alunecare pe care atomii auaezarea cea mai dens. La alunecare, deplasarea se face cu un multiplu ntreg de distane atomice si pe un numr mic de plane atomice ( 1 pnla 100 plane atomice ), fra distruge coeziunea dintre prile alturate ale cristalului.Maclarea constn deplasarea unei pri de cristal, astfel nct partea respectivsse plaseze, n raport cu un plan ntr-o poziie simetricprin reflectare n oglind. La maclare atomii se deplaseazpe distane mai mici dect un spaiu interatomic, de aceea maclarea nu produce o deformare permanentnsemnat.Deformarea prin maclare este favorizatde scderea temperaturiii de creterea vitezei de deformare. Alunecarea se ntlnete la deformarea monocristalelori agregatelor policristaline unui numr mare demetale si aliaje n timp ce maclarea are loc numai n cazul anumitor metalei aliaje.Din acest punct de vedere plasticitatea metalelor este determinatde capacitatea lor de a produce plane de alunecare. Cu ct un metal are mai multe plane de alunecare, cu att plasticitatea lui este mai ridicat.

Deformarea plastica metalelori aliajelor la recei la cald

Deformarea la rece are loc la temperaturi sub 0,3 Ttop (temperatura de topire a metalului ,n K),find caracterizatprin creterea duritii a rezistenei la ruperei prin micorarea ductibilitii . Aceaststare a materialului obinutca rezultat al deformrii se numete ecruisarei reprezinto stare instabil.Deformarea plasticla cald are loc la temperaturi ce depesc 0,7 Ttop ,fapt ce permite ca procesul de recristalizare sse desfoare in acelai timp cu deformarea .Prelucrarea la cald ,n comparaie cu cea la rece , prezintunele avantaje : reducerea importanta energiei necesardeformariii diminueazneomogenitilei suflurilei se frmieazstructura grosolande la turnare . Totodat,procedeul prezinti unele dezavantaje : se produce oxidareai decarburarea suprafeei materialului ,structurai proprietile mecanice sunt mai puin uniforme pe seciunea transversaldect la metalele prelucrate la recei apoi recoapte .Metalelei aliajele prelucrate prin deformare plasticse caracterizeazprintr-o structurfibroasrezultatprin deplasarea particolelori incluziunilor ,n structuri paralele cu direciile freferate ale grunilor deformai .Aceaststructureste stabili nu poate fii distrusnici prin tratamentei nici prin deformri plastice ulterioare .La proiectarea procesului tahnologic de prelucrare,pentru a se obine piese cu caracteristici mecanice optime ,se vaine seama de structura fibroasi de starea de anizotropie a materialului . n timpul procesului de deformare plastic,datoritmicri relative dintre corpurile solide n contact apare rezistena la micarea respectiv. Frecarea exterioareste ,n general ,duntoare , deoarece mrete energia consumatla deformare ,curgerea neomogena materialului ,diminueazcalitatea suprafeelor prelucratei sporete uzura sculelor . Frecarea exterioareste benificnumai la procesul de laminare,asigurnd prindereai antrnarea metalului .

Clasificarea procedeelor de prelucrare prin deformare plastic

Se cunosc multe procedee de prelucrare a metalelor prin deformare plastic,nsn practica industrialse folosesc un numr limitat de procedee. Pe baza solicitrilor exterioare aplicate ,procedeele de prelucrare prin deformare plasticpot fii incluse n cinci grupe .1.Deformare prin compresiune , realizat, prin solicitarea de compresiune mono-i poliaxial,n aceastgrupse includ : forjarea liber,forjarea n matrie ,extrudareai laminareamatriarea ,constn deformarea simultann ntregul volum al materialului ,iar curgerea acestuia este dirijatai condiionatde forma ,i dimensiunile locaurilor matriei .2.Deformarea prin traciune-compresiune ,constn deformarea metalului printr-o solicitare compusde traciunei compresiune , din aceastgrupfac parte : trefilarei tragerea barelori aevilori ambutisarea adnc.3.Deformarea prin ncovoiere se obine prin solicitarea de ncovoiere ,aplicatunui semifabricat plan ; ncovoierea poate fii realizatliber sau prin matriare4.Deformare prin forfecare constn deformarea prin rsucire a unei poriuni de semifabricat fade altele ,ca de exemplu la rsucirea manetoanelor de la arborii cotii .

Materiale sudabile

In principiu pot fi sudate prin presiune la rece materiale metalice la care temperatura de recristalizareeste mai mare decat temperatura ambianta. Astfel de materiale sunt aluminiu si cupru, in principal, dar si argint, plumb, staniu, indiu, aur. Otelul ar putea fi sudat folosind insa un material intermediar (din aluminiu sau cupru).

Sudarea

Sudareaeste o metodde mbinare nedemontabila doucorpuri solide, cu compoziii apropiate, prin stabilirea, n anumite condiii de temperaturi presiune, a unor fore de legturntre atomii marginali ai celor doucorpuri de mbinat .

Parametrii de sudare

Principalii parametri de sudare sunt:
a. pentru sudarea cap la cap:- forta de refulare
- lungimea libera a componentelor in sistemul de prindere (distant dintre bacuri);
- viteza de refulare;
- forta de fixare in bacuri (cu cca 50% mai mare decat forta de refulare);
- forta de refulare;b. pentru sudare prin suprapunere - gradul de deformare prin sudare; Inainte de sudare este necesara prelucrarea mecanica si curatirea componentelor pe suprafata de imbinat. Gradul de deformare plastic minim la sudarea cap la cap trebuie sa asigure o crestere a suprafetei de min 160 % in cazul aluminiului si 80 % in cazul cuprului.Procedeul se poate realiza cu sau frmaterial de adaos. Sudabilitatea metalelor este o proprietate a acestora care definete capacitatea lor de a realiza mbinri nedemontabile care scorespundcondiiilor impuse de exploatare. Pentru oeluri o sudabilitate bunse asigurpentru un coninut de pnla 0.4 - 0.5 % C. Dintre fonte, sunt sudabile numai cele cenuii. Cuprul se sudeazbine dacnu conine O2 mai mult de 0.04 %. Alamai bronzul se sudeazgreu. Aluminiuli aliajele sale se sudeazgreu datoritoxidrii metalului topiti conductivitii termice mari. Se sudeazbine nicheluli aliajele sale.Sudarea la recese aplicpentru mbinarea materialelor suficient de plastice latemperaturi joase: aluminiu, cadmiu, plumb, alam, zinc. Presiunea se aplicbrusc sau progresiv. Presiunile utilizate depind de perechea de material de mbinat: de la 10 N/mm2 pentru Pb Pb la 550 N/ mm2.Sudarea cu arc electricpoate fi directsau indirect. La metoda directunelectrod se identificprin piesa de sudat iar cel de-al doilea electrod este bara metalicce amorseazarcul electric. (Fig. 1.8.5)Varianta indirectare la baznclzirea prin radiaie a piesei de la cei doi electrozi bare metalice. Arcul electric se stabilete prin aplicarea ntre electrozi a unei tensiuni care determinionizarea aerului din jurul acestora. Electrodul de sudurare miezul din oel iar nveliul are la bazo componentdominantcu un amestecat din diverse pulberii constituie fluxul dezoxidant. Prin acest procedeu se realizeazcontacte electrice din argint oxid de cadmiu, cupru tungsten sau alte materiale refractare pe suport din cupru, realizarea termocuplelor etc.

Sudarea prin presiuneeste un procedeu extrem de rspndit. n cadrul acestui procedeusudarea n puncteeste cel mai utilizat procedeu n construciaechipamentelor electronice. Procedeul se realizeazn general la trecerea unui current electric de valori ridicate printr-un contact, nclzirea acestuia la temperaturi naltei rcirea sub presiune (Fig. 1.8.6). Se sudeazsimultan unul sau mai multe puncte.

Sudarea cu energie nmagazinateste utilizatn cazurile n care este necesaro definire precisa energiei consumate la sudarea fiecrui punct (Fig. 1.8.8).

Fazele de funcionare ale instalaiei sunt:1. ncarcarea condensatorului C ataat schemei pe perioada cnd ntreruptorul Keste deschisi condensatorul este conectat la o sursde current continuu;2. descrcarea condensatorului (cnd K este nchis) peste nfurarea primaratransformatorului de sudare.Pe parcursul desfurrii procesului de sudare cele doupiese sunt presate cufora F.Sudarea n linieeste un procedeu care se realizeazn acelai mod cu sudarean puncte. Deosebirea constn forma electrozilor care se materializeazsub aspectul unei role (Fig. 1.8.9). Cordonul de sudureste uniformi continuu.

Sudarea prin presiune cu nclzire prin inducie, cu nclzire prin frecaresunt alte metode folosite. Principiul de realizare a sudrii prin presiune la recei vibrare cu ultrasunete este prezentat n (Fig. 1.8.10). Presiunea asupra pieselor se aplicprin intermediul unei scule care este n acelai timpi sonotrod (produce undele ultrasonice). Suprapunereavibraiilor create peste presiunea exercitatasigurenergia necesarrealizriisudrii.

Procedeul de sudare este extins pe scarlargpentru mbinarea cablului flexibilplat la un terminal, la mbinarea terminalelor conductorilor izolai n industria calculatoarelor electronice, la mbinarea conexiunilor izolate etc.

Sudarea prin frecare HUP (heat under power)

Procedeul utilizeazin prima faza ciclului de sudare modul de antrenare in micarea de rotaie de la procedeul de sudare prin frecare continu, continuandu-se apoi cu ciclul de lasudarea cu oprire inerial.

Sudarea prin frecare cu impuls

Energia necesarsudrii este introdusin componentele de sudat sub formde impulsuri determinate de fore centrifugale ale unor mase rotitoare neechilibrate.

Sudarea prin frecare orbital

Se aplicla sudarea componentelor care au seciunea diferitde cea circular. Componentele de sudat executo micare de rotaie in jurul axelor proprii, iar axele, distanate intre elei reciproc paralele, executo micare de rotaie pe o orbitradial una fade cealalt. Componentele in micare sunt presate una pe cealaltiar cand temperatura capetelor atinge valoarea sudrii distana dintre axele componentelor de sudat se reduce la 0.

Sudare prin frecare cu material de adaos

Inclzirea componentelor se realizeazprin rotaia unei piese intermediare din acelaimaterial sau material diferit de cel al componentelor de sudat. In acestmod se extindedomeniul de aplicare a procedeului laevii bare de orice lungime , avand seciunea rotundsau profilat, respectiv la sudarea unor piese de legturintre douflane sau plci.

Sudare prin frecare indirect

Procedeul este denumit indirect, deoarece generarea cldurii este realizat de un elementseparat, spre exemplu, de un disc care se rotete intre componentele de sudat. Acesta ii continumicarea de rotaie panse atinge temperatura de2202500Cdupcare se indeprteazi urmeazrefularea. Astfel se asiguro rezistenla traciune de0,81din valoarea materialului de baz.

Sudarea cu ultrasunete

Este un procedeu de sudare in stare solid. Energia necesarsudrii se introduce in componentele de sudat, prin provocarea unor vibraii localizate a lor in locul imbinrii cu o frecvencorespunztoare ultrasunetelor . In timp ce, componentele sunt presate una fade cealaltcu o forperpendicularpe suprafalor de contact. Legtura metalicse realizeazfrtopirea metalelor care se sudeazi, astfel, ea este lipitde structurile de turnare care insoesc topirea. In sudurse evideniazmici deformaii plastice.

Procesul are aplicaii industriale interesante in cazul imbinrilor bimetalice cu forme variate ale sudurii. Sudurile realizate cu ultrasunete pot fi de tipulin puncte, inelare, in linie intreruptsau in linie continu.

Bibliografie

[3.1] Nanu, A., Tehnologia materialelor, Ed. Didactici Pedagogic,Bucureti, 1977[3.2] Georgescu, G.S., ndrumtor pentru ateliere mecanice, Editura Tehnic,Bucureti, 1978

http://mec.upt.ro/dolga/EIM_3.pdfhttp://www.referat.ro/http://www.scrigroup.com/tehnologie/tehnica-mecanica/Structuri-obtinute-in-urma-ope21482.php

Cuprins

Deformarea plastica

Deformarea elastici plastica metalelori aliajelor

Mecanismul deformrii plastice

Deformarea plastica metalelori aliajelor la recei la cald

Clasificarea procedeelor de prelucrare prin deformare plastic

Sudarea

Sudarea prin frecare HUP (heat under power)

Sudarea prin frecare cu impuls

Sudarea prin frecare orbital

Sudare prin frecare cu material de adaos

Sudare prin frecare indirect

Sudarea cu ultrasunete

Bibliografie