L

Data: ..................Sudarea electric prin presiune cap la cap prin topire intermediar STI

1. Scopul lucrrii. Sudarea prin topire intermediar este un procedeu de sudare prin presiune cap la cap a dou componente nclzite treptat pn la topire prin efect Joule-Lenz la trecerea curentului electric prin capetele componentelor n zona de contact, cu sau fr prenclzirea acestora, urmat de aplicarea unei fore de refulare.

Schema de principiu este identic cu sudarea cap la cap n stare solid (vezi L2).

Procedeul are dou variante:

sudarea cu topire direct;

sudarea cu prenclzire.

2. Principiul procedeului. n cazul procedeului STI suprafeele frontale ale capetelor componentelor ce se sudeaz intr n contact sub aciunea unei presiuni foarte sczute (practic nul). Curentul de sudare se nchide doar prin cteva puncte de contact n care densitatea de curent i rezistena de contact sunt foarte mari. Prin urmare rezult n aceste zone o degajare mare de cldur, prin efect Joule-Lenz, care topete materialul n punctele de contact conducnd la formarea unor puni de metal topit ntre suprafeele componentelor. Fenomenul este nsoit de expulzarea din zona de contact a unui jet continuu de picturi de metal topit asemntor unui foc de artificii. Dup obinerea unei pelicule continue de metal topit pe ntreaga suprafa frontal a componentelor i dup realizarea unei anumite scurtri la topire necesare, componentele sunt apropiate una de alta cu o vitez foarte mare, faza de refulare, care determin scoaterea (expulzarea, ndeprtarea) metalului topit mpreun cu oxizii i impuritile din zona de contact a pieselor i realizarea mbinrii sudate, pe ntreaga suprafa de contact, sub efectul deformaiilor locale ce au loc sub aciunea forei de apsare (refulare) exercitate asupra componentelor.Avantajele sudrii STI comparativ cu sudarea SSS:

caracteristicile mecanice ale mbinrii sudate comparabile cu cele ale metalului de baz, prin eliminarea oxizilor i impuritilor;

eliminarea operaiei de prelucrare obligatorie a suprafeelor frontale ale componentelor nainte de sudare;

Comparnd cele dou variante ale sudrii STI se constat c sudarea cu prenclzire confer urmtoarele avantaje comparativ cu sudarea cu topite direct:

puterea electric necesar pentru sudarea unei seciuni date este mai mic;

zona nclzit la temperatur mai ridicat este mai larg ceea ce conduce la uurarea deformaiei plastice necesare pentru obinerea mbinrii sudate, respectiv la reducerea vitezei de rcire dup sudare;

o scurtare la topire mai redus pentru obinerea unei nclziri necesare a componentelor, ceea ce conduce la economii de material i la bavuri interioare mici n cazul sudrii evilor.

Dezavantajele sudrii cu prenclzire fa de sudarea cu topire direct sunt:

productivitate mai sczut;

variaii n calitatea sudurilor ca urmare a nclzirii aleatorii, rmas la aprecierea operatorului sudor, n cazul folosirii mainilor de sudare manuale;

extinderea zonelor supranclzite de material ceea ce conduce la creterea granulaiei nsoit de scderea plasticitii mbinrii sudate;

complicarea mecanizrii i automatizrii procesului de sudare.3. Utilizarea procedeului. Procedeul STI se utilizeaz la sudarea:

- componentelor masive: bare rotunde, ptrate, dreptunghilare, etc (ex.: ine de cale ferat, fier beton, . a.);

componentelor cu perei subiri: table, benzi plane, curbe sau ambutisate, evi, etc., n general componente la care grosimea este redus n raport cu celelalte dimensiuni (ex. pnze de ferstru circular, profile pentru tmplrie metalic, .a.).

Obs. F.F. Important: ultima categorie de componente nu se preteaz la sudarea prin procedeul SSS datorit rigiditii reduse i a forelor de apsare- refulare de valori mari aplicate la sudare;

3. Descrierea procedeului de sudare STI

Descrierea procedeului de sudare STI se face cu ajutorul diagramelor de variaie n timp a parametrilor curent de sudare, deplasare bac mobil, for de apsare-refulare. n figura 3.1 se prezint descrierea procedeului de sudare STI.

a.

b.Figura 3.1. Diagrama sudrii STI

a. cu topire direct; b. cu prenclzire

Notaii:

I-valoarea efectiv a curentului de sudare;

s-spaiul parcurs de bacul mobil;

F-fora de apsare;

t-timpul;

tpr-durata prenclzirii;

ttop-durata topirii;

ti-durata unui impuls de prenclzire

trefc-durata refulrii sub curent;

tp-durata pauzei ntre impulsuri;

treffc-durata refulrii fr curent;

trep-durata repausului bacului mobil;

tret-durata retragerii bacului mobil;

Ipr-curentul de prenclzire;

Itop-curentul de topire;

Iref-curentul de refulare;

stop-scurtarea la topire;

spr-scurtarea la prenclzire

srefc-scurtarea la refulare sub curent;

sreffc-scurtarea la refulare fr curent;

sref-scurtarea total la refulare;

tref-durata total a refulrii;

Fpr-fora de prenclzire;

Fref-fora de refulare;

Ftop-fora de topire.

4. Parametrii tehnologici de sudare STI

Regimul de sudare STI este caracterizat de urmtorii parametri tehnologici:

a. Parametri electrici:

tensiunea electric aplicat componentelor Uet;

curentul de sudare Is:

curentul de prenclzire Ipr;

curentul de topire Itop;

curentul de refulare Iref;

b. Parametri geometrici:

scurtarea total stot:

scurtarea la prenclzire spr;

scurtarea la topire stot;

scurtarea la refulare sref;

lungimea liber iniial l;

lungimea liber final lf;c. Parametri de timp:

viteza de topire vtop;

viteza de refulare vref;

durata topirii ttop;

durata refulrii sub curent tref.c;

durata refulrii fr curent tref.f.c;

durata prenclzirii tpr;

d. Parametri mecanici:

fora de apsare F:

fora de prenclzire Fpr;

fora de topire Ftop;

fora de refulare Fref;

fora de strngere n bacuri Fstr;

5. Verificarea experimental a tehnologiilor de sudare

Tabelul 1. Relaii de calcul a parametrilor tehnologici la sudarea STI

Nr. crt.Parametrul tehnologic de calculUnitatea de msurRelaii de calculObservaii

(Valori de calcul)Exemplu de calcul

1.Metalul de bazDefinirea metalului de bazSudarea STI TDSudarea STI - Pr

OL 37.3k (C=0,22%)

Sin de cale ferat (C=0,7-0,8%)

2.Diametrul barei dGrosimea s; limea b;(Platbenzi)

Aria Amm

mm

mm2 d =

A = d2/4

s = ; b = ;A = bsA aria seciunii transversale a componentelor

3.Curentul de sudare Is:

- de prenclzire Ipr:

- de topire Itop:

- de refulare Iref:A Is = j x A (1)

I pr = j pr x A (1)

I top = j top x A (1)

I ref = j ref x A (1)

I ref STI-TD = (2,0 3) I top. TD (2)

I ref. STI-Pr = (1,5 3) I top. Pr (3)

I ref. max = (3,0 5) I top. max

j densitatea de curent (A/mm2)

- pentru oel:

STI-TD: jtop = (5,0 20) A/mm2

STI-Pr: jtop = (2,5 10) A/mm2

jpr = (4,0 40) A/mm2

STI-TD; STI-Pr:

jref = (18 30) A/mm2

- pentru aluminiu: jtop = (15 30) A/mm2

jref = (130 300) A/mm2

Obs.

Relaia (1) relaia general de calcul

Relaia (2) sudarea STI TD

Relatia (3) sudarea STI Pr

4.Viteza de topire vtopmm/sv top. max = (2 4) vtop (4)vmax top viteza maxim de topire

vtop viteza medie de topire

vtop = (2 6) mm/s oeluri carbon

vtop = (810) mm/s oeluri INOX. A

vtop = (1220) mm/s aliaje din Al

5.Scurtarea la sudareS:

- scurtarea la prenclzire spr - scurtarea la topire stop

- scurtarea la refulare: sref.tot - sub curent sref.c. - fr curent sref.f.c.mm Stop = (0,5 0,6) d (5)

Stop = (3,5 5,0) (6)

Stop = (7,0 11) (7)

Stop TD = (0,5 0,6) d (8)

Stop TD = (4,0 6,0) (9)

Stop TD = (3,0 3,5) (10)

Stop TD = (2,0 3,0) (11)

Stop Pr =(0,25 0,4) d (12)

Stop Pr = (1,5 2,5) (13)

Stop Pr = (2,0 3,0) (11)

Stop Pr = (0,3 0,6)Stop TD (14)

Sref.tot = (0,15 0,25) d (15)

Sref.tot = (0,8 1,5) (16)

Sref.tot = (1 2) (17)

Sref.tot = 0,7 + 0,07xd (18)

Sref.tot = + 0,09x (19)

Sref = (Sref + Sref )/2 (20)

Sref.tot = Sref.c. + Sref.f.c. (21)

respectiv:

Sref.c. ( Sref.f.c. (22)

Spr ( 0 (22*)Relatia (5) bare din otel carbon

Relatia (6) sectiuni cu pereti subtiri din otel carbonRelatia (7) sectiuni cu pereti subtiri din aliaje de aluminiu

Relatia (8) bare din otel carbon d = (10 50) mm

Relatia (9) table din otel carbon:

= (1 4) mm

Relatia (10) table din otel carbon:

= (5 10) mm

Relatia (11, 11 ) tevi din otel carbon:

= (2,5 8) mm

cu topire directa respectiv cu preincalzire;Relatia (12) bare din otel carbon d 50 mm

Relatia (13) table din otel carbon = 5 10 mm

Relatiile (8), (9), (10), (11)

sudarea STI TD

Relatiile (12), (13)

sudarea STI Pr Relaia (15) bare din oel carbonRelaia (16) table din oel carbonRelaia (17) oeluri aliate si refractare

Relatia (18) bare din otel carbonRelatia (19) table din otel carbon

Relatia (20) tevi cu sectiunea S si perete de grosimea din otel carbon Sref pentru bare cu sectiunea S

Sref pentru table cu grosimea

Sref. c. scurtarea la refulare sub curent

Sref f.c. scurtarea la refulare fr curent

Spr scurtarea la prenclzire

6.Viteza de refulare vrefmm/s___vref = (10 15) mm/s otel carbonvref = (30 50) mm/s otel austenitic

vref = (100 200) mm/s aluminiu

vref= (300 600) mm/s aliaje de aluminiu, oeluri aliate ce dau nastere la oxizi cu Ttop ridicate.

7.Timpul de refulare:

- refulare sub curent tref.c.- refulare fr curent tref.f.c.stref.c. = (0,50,7) Sref.tot/vref (23)

tref.c. = 0,5 Sref.tot/vref (24)Relaia (23) - pentru sudarea STI -TD

Relaia (24) - pentru sudarea STI - Pr

8.Fora de apsare F:

- la prenclzire Fpr.

- la topire Ftop.

- la refulare Fref.

- de strngere n bacuri Fstr.bac.daN F = p x AFref = pref x A (25)

Fpr = Fref /10 (26)

Ftop ( 0 (27)

Fstr.bac. = 1.5 Fref (27*)

p presiunea specific la refulare:

pTD presiunea specific la refulare la sudarea STI-TD

pPr presiunea specific la refulare la sudarea STI-Pr

p = (37)daN/mm2 seciuni masive din

oel carbonp = (5 9) daN/mm2 sectiuni cu

pereti subiri din otel carbon

p = (14 20) daN/mm2 oel INOX

p = (16 30) daN/mm2 oel de

nalt rezisten; aliaje de aluminiu

(valoarea maxima se alege pentru

aliaje speciale);

otel carbon:

pTD = (810) daN/mm2

oel carbon pPr = (4 6) daN/mm2 otel slab aliat

pTD = (10 12) daN/mm2

otel slab aliat

pPr = (4 6) daN/mm2

otel austenitic cu Ni/Cr < 1

pTD = (20 25) daN / mm2

otel austenitic cu Ni/Cr < 1

pPr = (12 14) daN/mm2

cupru

pTD = (25 40) daN/mm2

aluminiu

pTD = (12 15) daN/mm2

pentru aliaje de aluminiu

pTD = (13 20) daN/mm2

alam si bronz:

pTD = (14 18) daN/mm2

9.Lungimea captului liber l:mm2li = 2lf + Stop + Sref.tot. (28)

2lf = (1,1 1,2) d (29)

2lf (3,0 6,0) (30)

2lf = (3 4) d (31)

2lf = (4 5) d (32)

2lf = (0,5 1) (33) 2li dublul lungimii libere iniiale 2lf lungimea liber final

Relaia (29) bare din oel carbonRelatia (30) benzi din oel carbon:

= (1 4) mm

Relatia (31) bare din aluminiu

Relatia (32) bare din cupru

Relatia (33) benzi aliaje din aluminiu

Obs.

_1223976610.unknown

_1223976636.unknown