1

  Rezumatul fazei 2 (partea II) Lucrarea de  față  reprezintă partea  II a  fazei 2  intitulată ”Automatizare proces de  sudare FSW prin  informatizarea mașinii FSW existente. Concepția și realizarea tehnicii de aplicare a sudării FSW în mediu de gaz inert, din punct de vedere al sistemului de sudare, respectiv al uneltelor de sudare”,  a  proiectului  Nucleu  PN  19.36.01.01  “Cercetări  privind  dezvoltarea  de  noi metode inovative de aplicare a procedeului de sudare prin  frecare cu element activ rotitor  în vederea extinderii posibilităților de aplicare în domenii prioritare”. În  cadrul  prezentei  faze  a  proiectului  (faza  2,  partea  II)  colectivul  de  cercetare  și‐a  propus realizarea de activități care să ducă la îndeplinirea obiectivelor și obținerea rezultatelor aferente fazei 2 (partea II), prezentate la pct.3  și 4. Lucrările realizate în prezenta etapă sunt structurate în 5 capitole. Primul  capitol  prezintă  stadiul  actual  al  lucrărilor  desfășurate  în  cadrul  proiectului,  fiind prezentate cele două metode de sudare care se abordează  în proiect  și anume sudare FSW  în mediu  de  gaz  protector  FSW‐IG  și  sudare  FSW  sub  apă  SFSW;  obiectivele  proiectului, strategia/planul  de  desfășurare  a  proiectului  pe  faze  și  ani,  precum  și  principalele  activități realizate  în cadrul  fazei  I a proiectului,  respectiv  în  cadrul  fazei  II  (partea  I), activități  care au vizat: o analiză a realizărilor pe plan internațional în domeniul sudării FSW în mediu de gaz inert (FSW‐IG);  conceperea  de  variante  de  soluții  constructive  de  principiu  pentru  aplicarea procedeului  de  sudare  FSW  în mediu  de  gaz  protector;  soluții  tehnice  pentru  automatizarea procesului  de  sudare  FSW;  stabilirea  de  soluții  constructive  și  elaborarea  documentației  de execuție pentru module/dispozitive necesare a  fi  integrate pe mașina de  sudare FSW, pentru unelte de  sudare  care  să permită  sudarea  FSW‐IG;  soluții  constructive de principiu  (variante) pentru sistem monitorizare proces FSW‐IG. În capitolul al doilea este prezentat sistemul de sudare FSW  în mediu de gaz protector.   Este prezentată mașina  de  sudare  FSW  care  este  baza  sistemului  de  sudare  FSW‐IG,  precum  și posibilități  de monitorizare  a  procesului  de  sudare  din  punct  de  vedere  al  temperaturilor  și forțelor dezvoltate în procesul de sudare. În cadrul programelor experimentale de  sudare  se utilizează  sistemul complex de  sudare prin frecare  cu element  activ  rotitor  FSW,  constituit din mașina de  sudare  FSW din dotarea  ISIM, interfațată  cu  sisteme  de  monitorizare  a  temperaturii  și  forței.  În  figura  1  este  prezentat sistemul complex de sudare prin frecare cu element activ rotitor FSW, realizat la nivel de model funcțional  și utilizat  la dezvoltarea  a numeroase programe experimentale,  inclusiv  la  sudarea FSW clasic a titanului TiGr2. 

PN  19.36.01.01‐  “Cercetări  privind  dezvoltarea  de  noi  metode  inovative  de aplicare a procedeului de sudare prin frecare cu element activ rotitor în vederea extinderii posibilităților de aplicare în domenii prioritare” 

2

 Figura 1 Sistemul complex de sudare prin frecare cu element activ rotitor FSW 

Pentru monitorizarea în timp real a procesului de sudare, s‐au luat în considerare două soluții tehnice: 

‐ monitorizarea procesului FSW utilizând termografia în infraroșu; ‐ monitorizarea procesului FSW prin  controlul  forței de apăsare a uneltelor FSW asupra 

materialelor de sudat .  Monitorizarea temperaturii procesului de sudare FSW  în mediu de gaz protector prin utilizarea tehnicii termografice în infraroșu constituie o provocare având în vedere faptul că la varianta 3 tip  incintă  (prezentată  în  figura  5),  a  dispozitivului  de  aplicare  a  gazului  de  protecție,  pereții incintei  cu  gaz  constituie  un  obstacol  pe  direcția  de  focalizare  a  camerei.  Trebuie  asigurate condițiile  de  desfășurare  a  procesului  de  sudare  astfel  încât  măsurarea  temperaturii  prin intermediul  sistemului  de  termografie  în  infraroșu  să  se  poată  realiza  la  1  mm  în  spatele umărului uneltei FSW, pe linia îmbinării. Aplicarea monitorizării temperaturii la sudarea FSW‐IG, utilizând  termografia  în  infraroșu,  se  poate  aplica  fără  probleme  în  cazul  variantelor  1  și  2 (figurile 2 și 3). Un mare  avantaj  al  acestei metode  de monitorizare  a  procesului  de  sudare  (pentru  care  s‐a depus  la OSIM București  cererea brevet de  invenție  cu nr. A 60369/ 24.05.2018)  îl  reprezintă faptul  că  se  pot  obține  informații  despre  desfășurarea  procesului  FSW,  respectiv  calitatea îmbinării, în timp real. Dimensiunile incintei de gaz de protecție și modul în care aceasta este integrată pe mașina FSW, nu permite amplasarea camerei termografice în așa fel încât fidelitatea măsurătorilor să poată fi garantată într‐un procent ridicat. În acest context, mașina s‐a completat cu un sistem original pentru monitorizarea forțelor și a temperaturilor dezvoltate în timpul procesului de sudare FSW Sistemul  de  control  prin  monitorizarea  forțelor  este  destinat  măsurării  forțelor  de  apăsare (componenta verticală) în cadrul operației de sudare prin frecare cu element activ rotitor. Acest sistem poate  fi utilizat  la  toate cele 3 variante de soluții  tehnice pentru asigurarea gazului de protecție. În  cadrul problematicii prezentului proiect,  asigurarea posibilităților de  controlare  a  forței de apăsare a uneltei asupra materialelor de  sudat este  foarte  importantă  și are un  rol decisiv  în determinarea poziției  relative dintre unealtă și material,  la  începutul procesului propriu‐zis de sudare. Montarea  pe  echipamentul  de  sudare  a  incintei  pentru  gazul  de  protecție,  produce 

3

efecte asupra procedurii curente de poziționare a uneltei de sudare în raport cu materialele de sudat la începutul procesului efectiv de sudare. Această operație se realiza vizual, pe baza experienței dobândite prin experimentări. Prezența incintei pentru gaz reduce și alterează posibilitățile de reglare a poziției uneltei de sudare FSW, având la bază orientarea/efectul vizual. Soluții pentru rezolvarea problemei: ‐ Utilizarea  sistemului de măsurare  și  control  al  forței  la  stabilirea poziției  relative a uneltei 

FSW în raport cu materialele de sudat. Procedură – pentru cuplurile de materiale similare și soluții constructive de unelte FSW, se stabilește prin experiment valoarea optimă a forței de apăsare Fz aferentă obținerii de  îmbinări  sudate cu caracteristici optime. Atingerea acestei valori optime este corelată cu momentul în care se declanșează secvența aferentă procesului efectiv  de  sudare,  care  rezultă  din  combinarea mișcărilor  de  rotație,  respectiv  de  avans longitudinal, ale uneltei de sudare FSW 

‐ Dotarea mașinii cu un aparat care să semnalizeze în timp real poziția uneltei FSW corelată cu distanța prescrisă pe verticală (de ex. comparator). 

Cele două soluții ar putea fi utilizate în mod independent, sau împreună, pentru verificare, dar și pentru a crește acuratețea poziționării. Pentru a putea suda prin frecare cu element activ rotitor în mediu de gaz inert,  respectiv pentru a obține un sistem complex de sudare FSW‐IG, se amplasează pe sistemul complex de sudare, unul din cele 3 sisteme de asigurare a gazului de protecție care sunt prezentate mai jos. Variante de aplicare a gazului de protecție la sudare FSW‐IG 

Soluția pentru varianta I de aplicare gaz protecție În această variantă alimentarea cu gaz de protecție se realizează unidirecțional pe fața de avans sau  retragere  a  uneltei  de  sudare  FSW.  În  figura  2  se  prezintă  o  imagine  a  soluției  tehnice aferente variantei I adaptată pe mașina de sudare FSW. Componență:  mașina  de  sudare  FSW–(poz.1);  duză  de  gaz‐(poz.2);  element  fixare  suport prindere sistem alimentare cu gaz de protecție (duză gaz)–(poz.3); sistem alimentare cu gaz de protecție (butelie de gaz cu reductor de presiune și debitmetru, duză de gaz, accesorii) – (poz.4). Soluția  constructivă permite  reglarea  în  raport cu unealta de  sudare FSW a elementului activ care  asigură  alimentarea  cu  gaz  astfel:  reglarea  pe  verticală‐  c=40mm,  respectiv  reglarea unghiulară ±300. 

 Figura 2 Varianta 1 de alimentare cu gaz de protecție 

4

Soluția constructivă este astfel realizată încât alimentarea cu gaz să poată fi realizată, în funcție de  aplicație,  în  două  moduri:  în  fața  uneltei  de  sudare  FSW  (pe  fața  de  avans  a  uneltei), respectiv în spatele uneltei de sudare FSW (pe fața de retragere a uneltei) Soluția  constructivă  referitoare  la  varianta  1,  a  fost  încercată/verificată  funcțional  prin dezvoltarea unui program experimental de sudare a titanului Ti Gr2, de grosime s=4mm. Rezultatele experimentelor preliminare de sudare sunt prezentate în Cap. 3.  

Soluția constructivă pentru varianta II de aplicare gaz protecție Soluția constructivă concepută și realizată pentru varianta 2, este prezentată în figura 3.                

 Figura 3 Varianta 2 de alimentare cu gaz de protecție 

Componență  sistem  sudare  FSW‐IG  (Varianta  2):  mașină  de  sudare  FSW  (poz.  1),  sistem alimentare cu gaz de protecție (butelie gaz, reductor de presiune cu debitmetru, distribuitor de gaz,  furtunuri  de  legătură)  –  poz.  2;  placă  suport  pentru  poziționare  și  fixare  element  activ alimentare cu gaz (poz. 3); element activ alimentare cu gaz, duză de gaz (poz. 4); dispozitiv fixare materiale de sudat (poz. 5); dispozitiv și unealtă de sudare FSW (poz. 6). Soluția tehnică asigură alimentarea zonei de lucru a uneltei de sudare FSW cu un sistem circular care asigură o distribuire uniformă a gazului inert în jurul uneltei. Distribuirea uniformă a gazului în jurul uneltei de sudare este realizată prin intermediul unor orificii poziționate echidistant pe un contur circular, conform detaliu din figura 3. Această variantă de sistem de alimentare cu gaz de protecție este montată și fixată pe arborele principal al mașinii de sudare, prin  intermediul unei plăci de poziționare și fixare.  În figura 4 se prezintă modul în care se poziționează sistemul de alimentare cu gaz de protecție, în  situația  funcțională.    Zona  circulară  a  sistemului  de  distribuire  a  gazului  de  protecție  este amplasată foarte aproape de unealta de sudare (figura 4), pentru a asigura prezența uniformă și eficientă a gazului de protecție la sudare.   

Orificii  multiple,  echidistante, pentru distribuire gaz protecție  

Detaliu zonă distribuire gaz protecție  

1 2

3

4

5

6

5

 Figura 4 ‐ Element activ alimentare cu gaz 

 Pentru verificarea aptitudinilor funcționale și a eficienței asigurării prezenței gazului în zona de lucru s‐a dezvoltat un program experimental în care s‐au realizat experimente de sudare FSW‐IG pentru cupluri de materiale din titan Ti Gr2, respectiv pe oțelul DD13. Programul experimental este prezentat în Cap 3.  

Soluție constructivă pentru varianta III de aplicare gaz protecție Această variantă asigură alimentarea zonei de  lucru cu gaz de protecție prin  intermediul unei incinte pentru gaz (figura 6), amplasată pe arborele principal al mașinii de sudare FSW (figura 5). Componență  sistem  sudare  FSW‐IG  (Varianta  3)  (figura  5): mașină de  sudare  FSW  (poz.  1); sistem  alimentare  cu  gaz  de  protecție  (butelie  gaz,  reductor  de  presiune  cu  debitmetru, distribuitor de gaz, furtunuri de legătură) – poz 2; placă suport element activ alimentare cu gaz (poz. 3); dispozitiv și unealtă de sudare FSW (poz. 4); dispozitiv fixare materiale de sudat (poz. 5);  sistem monitorizare  proces  sudare  utilizând  tehnica  termografică  în  infraroșu  (utilizabil doar  la  variantele  1  și  2)  (poz.  6);  sistem monitorizare  proces  sudare  prin  controlul  forței verticale de proces Fz (poz. 7). 

 Figura 5  Varianta 3 de alimentare cu gaz de protecție 

1

2

3

4

5 6 7

6

Incinta pentru gaz de protecție (figura 6) are următoarea componență: bridă fixare pe mașină de  sudare FSW  (poz. 1); elemente  reglabile pentru montaj  (poz. 2); elemente de asamblare (poz. 3); incintă pentru gazul de protecție (poz. 4); elemente etanșare (poz. 5); ștuț alimentare gaz (poz. 6). 

 Figura 6 Varianta 3 de alimentare cu gaz de protecție 

Incinta  asigură menținerea  gazului  de  protecție  la  presiunea  prescrisă  în  timpul  procesului efectiv de sudare FSW‐IG (în zona de impact dintre unealta de sudare și materialele de sudat). Dispozitivul pentru asigurarea gazului de protecție este amplasat pe arborele principal al mașinii de sudare FSW. Pereții  laterali ai  incintei sunt realizați din material  transparent, care permite urmărirea în timp real a procesului FSW. Caracteristici pentru incinta de gaz de protecție: Incinta pentru gaz de protecție are un volum de aprox.  1,4  dm3  și  este  realizată  din material  transparent;  poziționare  incintă  pe  verticală  în raport  cu materialele  de  sudat  ±  30 mm;  alimentarea  cu  gaz  de  protecție  se  face  direct  din butelia cu gaz inert, prevăzută cu reductor de presiune și debitmetru. Celelalte două variante ale dispozitivelor pentru asigurarea gazului de protecție  în zona sudurii (varianta  1  și  varianta  2)  sunt  astfel  concepute,  încât  să  se  poată  înregistra  temperatura  de proces pe toată perioada experimentului. La varianta  III, datorită caracteristicilor soluției tehnice prezentate, se poate aplica metoda de monitorizare proces prin măsurarea și controlul forțelor (forța Fz).  Având  la bază caracteristicile și datele tehnice ale sistemelor prezentate mai sus, s‐au elaborat Caietul de sarcini, respectiv Cartea tehnică pentru sistemul FSW‐IG. Unelte de sudare Sunt  prezentate  date  privind  unelte  de  sudare  utilizate,  cu  diferite  geometrii  de  unelte  de sudare. Având la bază experiența acumulată la sudarea titanului TiGr2 utilizând procedeul FSW clasic, s‐au stabilit caracteristicile dimensionale și de formă ale uneltelor de sudare. Uneltele de sudare pentru programul experimental preliminar au geometria prezentată în figura 7, având 3 variante de pin:   a)  cu pin  conic neted, b)  cu pin  conic  cu 4  teșituri plane,  respectiv  c)cu pin cilindric neted.  

7

 a   b             c            Pin conic neted  Pin cu 4 teșituri  Pin cilindric neted 

Figura 7  Geometrii de unelte de sudare pentru FSW‐IG 

Materialul  utilizat  la  realizarea  uneltelor  de  sudare  este  carbura  sinterizată  de wolfram,  tip P20S. Ridicarea nivelului de automatizare prin informatizarea unor module componente ale mașinii de sudare prin frecare cu element activ rotitor  Sistemul de automatizare a procedeului de sudare prin frecare cu element activ rotitor (friction stir welding, FSW), este constituit din următoarele componente principale: 1) Programator pentru parametri FSW; 2) Program automat de prescriere a parametrilor și executare a sudurii; 3) Metodă de vizualizare în timp real a graficelor de forță și de temperatură; 4) Metodă de automatizare a procedeului de sudare FSW. Sistemul de automatizare a fost astfel gândit încât să asigure realizarea următoarelor obiective: O1)  Implementarea pe un echipament FSW a unui programator centralizat  și complex pentru parametri FSW, care să conducă cele trei programatoare simple actuale. Programatorul pentru parametri  s‐a  executat  sub  forma  unui  aparat,  în  care  se  vor  monta  toate  componentele necesare. Programatorul trebuie interconectat cu echipamentul FSW și integrat cu acesta. Programatorul centralizat are următoarele  funcții principale: prescrierea vitezei pe verticală, a turației uneltei și a vitezei de deplasare a uneltei FSW pe orizontală. Programatorul este dotat cu software pentru programarea de către utilizator a parametrilor și a altor funcții. O2)  Programatorul  asigură  elaborarea  unor  programe  de  funcționare  automată  a echipamentului  FSW,  pe  baza  unor  diagrame  de  timp,  în  care  să  fie  incluse  următoarele secvențe:  rotirea  uneltei,  coborârea  uneltei,  pătrunderea  uneltei  în  metalele  de  bază, deplasarea  uneltei  pe  orizontală  cu  viteză  tehnologică,  extragerea  uneltei  și  oprirea  rotirii. Programele sunt memorate și apelate din memorie pentru execuție cu asigurarea repetabilității rezultatelor. Programatorul de parametri realizează și anumite funcții suplimentare, pentru obiectivele O3 și O4. O3)  Elaborarea  și  implementarea  unei  metode  de  vizualizarea  graficelor  de  forță  și  de temperatură,  în  timp  real,  la  executarea  unor  operațiuni  de  sudare  FSW  (sau  prin  alte procedee). O4) Elaborarea  și  implementarea unei metode  (unor metode) de automatizare, prin  software dedicat,  care  constă  în  introducerea  anumitor  corecții  asupra  parametrilor  principali  ai procedeului  de  sudare  prin  frecare  cu  element  activ  rotitor  (friction  stir welding,  FSW)  ,  în situațiile  în care se constată abateri de  la anumite valori de referință ale parametrilor  forță și temperatură. 

8

S‐au elaborat Specificația pentru sistem de automatizare a procedeului de sudare prin  frecare cu element activ rotitor, precum și Cartea tehnică aferentă acestui sistem de automatizare.   Capitolul al treilea prezintă programul experimental de sudare. Sunt menționate materialele de sudat  abordate  în  acest  program  experimental  preliminar de  sudare  și  anume  table  de  titan TiGr2 (grosime 3mm și 4mm) și oțel DD13 (grosime 2mm).  În  cadrul  prezentei  etape  a  proiectului  au  fost  analizate  rezultate  ale  experimentărilor preliminare de realizare de  îmbinări sudate prin procedeul FSW cap  la cap a tablelor din titan TiGr2 (ASTM B 265‐03), de grosime 3mm și 4mm Având  în vedere unele deficiențe constatate  la  sudarea FSW clasic a  titanului TiGr2,  în cadrul prezentului  proiect  ne‐am  propus  găsirea  unor  alternative  pentru  îmbunătățirea  calității îmbinărilor sudate, dar și a desfășurării întregului proces în ansamblu. Din  acest  motiv,  în  această  etapă  s‐a  abordat  problematica  sudării  FSW  în  mediu  de  gaz protector. Programul experimental  de sudare FSW în mediu de gaz inert, dezvoltat pe sistemul FSW‐IG prezentat în cap. 2, a cuprins experimente de sudare FSW‐IG cu aplicarea variantei 1 de asigurare a gazului de protecție în zona de sudare; precum și experimente de sudare FSW‐IG cu aplicarea variantei 2 de asigurare a gazului de protecție în zona de sudare. 

Sudare FSW –IG – table de titan TiGr2 Pentru sudare FSW cap la cap în mediu de gaz protector FSW‐IG s‐a utilizat tablă de titan TiGr2 de dimensiuni 200x100x4mm, aplicarea gazului de protecție argon s‐a realizat local, unidirecțional în zona de îmbinare, prin intermediul unei duze de gaz; la experimentări utilizându‐se unelte din carburi sinterizate de wolfram tip P20: 

- Unealtă cu pin conic neted de lungime 3,85mm și umăr neted Ø 20mm. - Unealtă cu pin conic cu patru teșituri plane, de lungime 3,85mm și umăr neted de diametru 

Øumăr 20mm  In tabelul 1 sunt prezentați parametrii tehnologici ai procesului de sudare FSW‐IG.  

Tabelul 1 Parametrii tehnologici și aspectul îmbinării  Experimente  sudare FSW‐IG  – Ti Gr2

Materiale Grosime (mm) 

Unealtă Parametri sudare 

Material  Tip pin Lungime 

pin lpin (mm)

Tip/diametru umăr 

Øumăr (mm) 

Turațien 

(rot/min)

Viteză sudare 

v (mm/min) 

Sens rotație

Titan Ti Gr2  4  P 20S 

Conic neted 3,85 neted20 

750  20‐120  antiorar

Conic cu 4 teșituri plane 

3,85 neted20 

750  40‐120  antiorar

3,85 neted20 

700  40‐80  antiorar

Sudare pe direcția de laminare – utilizare gaz de protecție – Argon

Spre exemplificare,  la un experiment s‐a realizat pentru a evidenția efectul utilizării gazului de protecție,  și  anume  pe  o  porțiune  s‐a  sudat  fără  gaz  de  protecție  (zona  A,  figura  8),  iar  pe cealaltă porțiune s‐a utilizat gazul cu debit de 16l/min (zona B, figura 8).  

9

Figura 8 Aspectul îmbinării sudate ‐  sudare Ti Gr 2 S‐a constatat că în zona în care s‐a utilizat gaz de protecție la debitul precizat, calitatea îmbinării s‐a îmbunătățit, sudura fiind fără imperfecțiuni majore (figurile 8 și 9).  

                             a) v= 100mm/min                         b) v=120mm/min 

Figura  9 Aspectul macroscopic al îmbinării sudate La viteza de sudare de 100mm/min,  la  rădăcina  îmbinării s‐au  format defecte de  tip „lipsă de aderență” între nucleu și materialul de bază (figura 9a, zonele marcate A, B). Odată cu mărirea vitezei de  sudare  la o valoare de 120mm/min, calitatea  îmbinării  sudate  s‐a  îmbunătățit,  fapt relevat  și  de  aspectul macroscopic  (figura  9b).  Nu  se  disting  în  acest  caz  defecte majore  în sudură, se observă doar  o mică „rupere„ de material la rădăcină (materialul plastifiat a aderat de placa de bază‐ zona A. 

Temperatura dezvoltată în timpul procesului de sudare, generată în zona  în  care  unealta  de  sudare  acționează  asupra materialelor  de îmbinat, este ridicată, ajungându‐se la înroșirea umărului uneltei și a materialelor de sudat în zona sudurii (figura 10). 

 Figura 10 Secvență proces sudare FSW‐IG la TiGr2 

Argon

v1= 20-50mm/min V2= 80-120mm/min

Argon Exp. 1/V1

Exp. 1/V1

Zona A

10

Evaluarea  calității  îmbinării  sudate  s‐a  realizat  prin  încercări  de  tracțiune  statică.  Pentru exemplificare,  în  tabelul  2  sunt  prezentate  rezultate  obținute  la  încercarea  de  rupere  prin tracțiune statică. 

Tabelul 2 Rezultatele încercărilor de tracțiune statică Încercare  Tracțiune îmbinări sudate  Tip echipament  MU 100KN, ZD 10/90 

Șubler electronic  Condiții de încercare: Temperatură  220C 

Material  

Nr. probă (poansonat) 

a (mm) 

b (mm)

a x b (mm2) 

Fmax 

(N) Rm 

(N/mm2) Locul ruperii

Titan TiGr2  1/V1  4,2 13,2 55,44 16250 318  SUDÎn  figura  11  se  prezintă  aspectul  probei  după efectuarea  încercării, modul și zona  în care s‐a rupt  aceasta  în  urma  încercării  la  tracțiune statică. Figura 11. Aspectul epruvetei după încercarea de rupere la tracțiune  

S‐au  constatat  următoarele:  rezistența  la  rupere  a  îmbinării  sudate  reprezintă  72,3%  din rezistența la rupere a materialului de bază; inițierea ruperii s‐a produs în zona corespunzătoare diametrului  uneltei  de  sudare;  comparativ  cu  FSW  clasic,  la  utilizarea  FSW‐IG,  rezistența  la rupere a fost cu 10‐15% mai mare. Sudare FSW‐IG table din oțel DD13 In tabelul 3 sunt prezentați parametrii tehnologici ai procesului de sudare FSW‐IG, cap la cap, a oțelului DD13, utilizând varianta 2 de asigurare a gazului de protecție în zona de acțiune a uneltei de sudare. 

Tabelul 3 Parametrii tehnologici de sudare Experiment sudare FSW‐IG –  oțel DD13

Materiale Grosime (mm) 

Unealtă Parametri sudare 

Material  Tip pin Lungime 

pin lpin (mm)

Tip/diametru umăr 

Øumăr (mm) 

Turațien 

(rot/min)

Viteză sudare 

v (mm/min) 

Sens rotație

Oțel DD13  2 P 20S 

 

Cilindric neted Ø5 

1,85 neted 20 

800 20 pornire 40(până la ½ sudură), 60 (după ½ sudură) 

antiorar

Sudare pe direcția de laminare – utilizare gaz de protecție – Argon, debit 16l/min Aspectul probei sudate este prezentat în figura 12. 

 

 

 

Figura 12 Aspectul îmbinării sudate FSW‐IG la oțel DD13 

11

Se observă un aspect uniform la suprafața îmbinării sudate. Evaluarea îmbinării se va realiza în etapa următoare a proiectului, când se vor preleva epruvete din  îmbinare, din zone unde s‐au utilizat  viteze  diferite  de  sudare. Monitorizarea  temperaturii  de  proces,  precum  și  a  forțelor dezvoltate  în procesul de  sudare, a  fost posibilă prin utilizarea  sistemului de  termografiere  în infraroșu,  respectiv prin utilizarea  sistemului de monitorizare a  forțelor. Pentru  fiecare probă sudată s‐au realizat înregistrări temperaturii de proces, care se prelucrează utilizând software‐ul specializat al camerei termografice pentru a genera diagramele de evoluție a temperaturii pe tot parcursul desfășurării procesului de sudare. În  capitolul  patru  sunt  prezentate  date  privind  diseminarea  de  informații  privind  rezultatele fazei 2 (partea II) a  proiectului, prin: actualizarea paginii web a proiectului  (inclusă în website‐ul ISIM, la secțiunea cercetare http://www.isim.ro/nucleu19‐36/19360101/index.htm) – figura 13, pregătirea  de  materiale  de  promovare  a  proiectului,  precum  și  prezentarea,  respectiv distribuirea acestora la manifestări științifice la care ISIM a participat, cu ocazia vizitelor tehnice la diferite firme, etc. 

Figura 13– Print screen website proiect 

 Astfel  se  continuă prima acțiune  (D1) din planul de  diseminare  și  valorificare  a  rezultatelor obținute  în  cadrul  proiectului,  cu  scopul  de  a cunoaște  activitățile  și  rezultatele  obținute,  prin promovarea  proiectului  pe  website‐ul  ISIM. 

Informațiile  de  pe  website  se    actualizează  pe  parcursul  derulării  proiectului  astfel  ca  la finalizarea fiecărei faze, rezultatele obținute să fie publice prin rapoartele de activitate. A doua acțiune din planul de diseminare  și valorificare a  rezultatelor are ca scop prezentarea rezultatelor obținute  în cadrul proiectului,  în articole  în publicații de specialitate  și/sau  lucrări prezentate  la manifestări  științifice,  cu  scopul  cunoașterii  noilor  tehnici  de  sudare  FSW‐IG  și SFSW  în mediul  științific, academic  și  industrial, deschiderii de noi oportunități de colaborare, precum și creșterii vizibilității la nivel național și internațional a activității de cercetare derulate. Astfel, în cadrul acestei faze a proiectului s‐a elaborat lucrarea științifică cu titlul ”Nouă metodă ecologică  pentru  îmbinarea  aliajelor  de  titan  / New  ecologic method  for  joining  of  titanium alloys”,  autori  L.N.  Boțilă,  R.  Cojocaru  și  C.  Ciucă,  publicată  în  revista  Sudarea  și  Încercarea Materialelor / Welding and Material Testing, Nr.3/2019. De asemenea au fost pregătite date și elemente  necesare  elaborării  unei  noi  lucrări  științifice  cu  titlul  preliminar  "Soluții  și experimente  preliminare  pentru  dezvoltarea  procedeului  de  sudare  prin  frecare  cu  element activ  rotitor  în  mediu  de  gaz  inert",  pentru  publicare  în  revista  Sudarea  și  Încercarea Materialelor / Welding and Material Testing. A treia acțiune (D3) din planul de diseminare și valorificare a rezultatelor proiectului se referă la materiale de promovare a proiectului care să fie distribuite, pe parcursul derulării proiectului, cu ocazia  participării  ISIM  la  conferințe,  târguri,  expoziții,  etc.,  în mediul  științific,  academic  și industrial, către companii industriale. În cadrul acestei etape a proiectului s‐a realizat un material de prezentare tip fișă a proiectului‐format A4  (figura 14) pentru a  fi distribuit cu broșura  ISIM  la saloane de  invenții, evenimente științifice și tehnice, unde ISIM a participat sau a fost organizator. 

12

 a)      b)   c) 

Figura 14 Materiale ‐ promovare proiect PN 19 36 01 01 

ISIM  Timișoara  a  participat,  în  perioada  de  desfășurare  a  prezentei  etape  a  proiectului,    la evenimente  cu  caracter  inovativ,  științific  și  tehnic,  cu  largă  participare  națională  și internațională din mediul academic, științific și din industrie.  La aceste evenimente a fost expus un  material  de  promovare  a  proiectului  (figura  14b),  s‐a  distribuit  fișa  de  prezentare  a proiectului  (figura 14a)  și  s‐a distribuit broșura  ISIM  (figura 14c) care promovează  și proiectul Nucleu PN 19 36 01 01:  - Salonul Internațional de Invenții și Inovații Traian Vuia, 12‐14 iunie 2019, Timișoara; - A  20‐a  Conferință  Internațională  de  Tehnologii Neconvenționale  ICNcT  Conference  2019  / 

20th  International  Conference  of  Nonconventional  Technologies  10‐11  Octombrie  2019, București 

- Conferința  Internațională  TIMA  19  Tehnologii  Inovative  pentru  Îmbinarea  Materialelor Avansate  7‐8 Noiembrie 2019, Timișoara 

De asemenea, materiale de promovare a proiectului au  fost distribuite cu ocazia efectuării de vizite în industrie ale specialiștilor ISIM.  Astfel  se  contribuie  la  realizarea  a  celei  de  a  patra  acțiuni  (D4)  din  planul  de  diseminare  și valorificare  a  rezultatelor  proiectului.  Ca  urmare  au  fost  atinse  toate  punctele  prevăzute  în planul de diseminare al proiectului.  Capitolul  cinci prezintă  concluziile bazate pe  rezultatele obținute  în  cadrul prezentei etape  a proiectului.  Sintetizând  activitățile desfășurate  și  rezultatele obținute  în  cadrul  acestei  faze  a proiectului,  se  constată  că  s‐a  realizat:  ridicarea  nivelului  de  automatizare  proces  sudare  și monitorizare  prin  informatizarea  unor module  componente  ale   mașinii  FSW,  elaborându‐se Cartea  tehnică  pentru  sistem  de  automatizare  a  procedeului  de  sudare  FSW;  s‐au  realizat module/dispozitive și unelte de sudare pentru aplicarea sudării FSW‐IG; sisteme monitorizare și control proces sudare prin frecare cu element activ rotitor în mediu de gaz inert FSW‐IG; sistem complex de sudare FSW‐IG prin integrare module/dispozitive, unelte și sisteme de monitorizare proces, pe mașina de sudare FSW; s‐a elaborat Caietul de sarcini și Cartea tehnică/manualul de utilizare  a  sistemului  de  sudare  FSW‐IG;  s‐a  realizat  un  program  experimental  preliminar  de testare a  funcționării sistemului de sudare  la utilizarea sudării FSW–IG stabilindu‐se  factori de influență specifici sudării FSW‐IG. De asemenea s‐a actualizat website‐ul proiectului, s‐a publicat o  lucrare  științifică  și  s‐au  stabilit  elemente  pentru  a  doua  lucrare  științifică/tehnică;  s‐au realizat materiale  de  promovare,  respectiv  promovarea  proiectului  la  evenimente  științifice. 

13

Toate  aceste  informații  și  rezultate  sunt  cuprinse  în  raportul  de  cercetare  aferent  prezentei etape a proiectului. 

Rezultate,  stadiul  realizării  obiectivului  fazei,  concluzii  și  propuneri  pentru  continuarea proiectului  (se  vor  preciza  stadiul  de  implementare  a  proiectului,  gradul  de  îndeplinire  a obiectivului cu referire la țintele stabilite si indicatorii asociați pentru monitorizare si evaluare). 

Stadiul de implementare a proiectului: S‐a finalizat faza 2 „Automatizare proces sudare FSW prin informatizarea mașinii FSW existente. Concepția și realizarea tehnicii de aplicare a sudării FSW în mediu de gaz  inert, din punct de  vedere al  sistemului de  sudare,  respectiv al uneltelor de sudare” a proiectului Nucleu PN 19 36 01 01, fază la care se poate concluziona că:  • S‐a realizat tehnica de lucru pentru sistem de sudare FSW‐IG;  • S‐au utilizat unelte de  sudare  realizate din  carburi  sinterizate de wolfram P20S,  cu umăr 

neted, respectiv pin cu diferite dimensiuni și configurații geometrice: pin cilindric neted, pin conic neted și pin conic cu 4 teșituri plane; 

• S‐au realizat trei variante de asigurare a gazului de protecție în zona de sudare: o varianta 1 ‐ alimentarea locală, unidirecțională, a zonei de lucru,, cu gaz de protecție; o varianta 2  ‐ alimentarea zonei de  lucru a uneltei de sudare FSW cu un sistem circular 

care asigură o distribuire uniformă a gazului inert în jurul uneltei; o varianta 3 – alimentarea zonei de lucru (din jurul uneltei de sudare) cu gaz de protecție 

prin  intermediul unei  incinte pentru gaz, amplasată pe arborele principal al mașinii de sudare FSW. 

• Monitorizarea  forțelor dezvoltate  în procesul de  sudare  se poate  realiza prin  intermediul sistemului de monitorizare a forțelor 

• Monitorizarea  temperaturii  dezvoltate  în  procesul  de  sudare  FSW  în  mediu  de  gaz protector, în funcție de varianta prin care se asigură gazul de protecție în zona de sudare, se poate utiliza fie un sistem de monitorizare a temperaturii prin termografie  în  infraroșu, fie monitorizarea  temperaturii  utilizând  termocuple    (funcție  suplimentară  a  sistemului  de monitorizare  a  forței,    dar  care  poate  fi  utilizat  și  pentru monitorizarea  temperaturii  de proces); 

• Experimentările preliminare au demonstrat  că utilizarea argonului  ca  și gaz   de protecție poate îmbunătăți calitatea îmbinărilor sudate. 

• S‐au constatat și unele deficiențe ale soluțiilor alese până în această etapă a proiectului: o soluția de la varianta 3 (incinta) de aplicare a gazului de protecție trebuie îmbunătățită. 

În cadrul etapei următoare a proiectului se va realiza definitivarea referențialului; o este  necesară  analizarea  și  eventual  revizuirea  unor  soluții  tehnice  privind  sistemele 

care asigură prezența gazului de protecție, în special din punct de vedere vizual față de unealta de sudare FSW, în timpul secvenței de poziționare, care cuprinde poziționarea uneltei în raport cu materialele de sudat. 

▪ Trebuie analizată cu atenție comportarea  la sudare FSW‐IG a uneltei din carbură P20S,  în raport cu TiGr2 și în corelare cu echipamentele în ansamblu. 

▪ Diseminarea de  informații privind rezultatele obținute  în cadrul acestei etape a proiectului s‐a realizat prin actualizarea paginii web a proiectului, respectiv  pregătirea de materiale de promovare a proiectului, precum  și prezentarea,  respectiv distribuirea acestora  la  târguri, expoziții, etc. la care ISIM a participat. 

14

▪ S‐a  elaborat  și  publicat  lucrarea  științifică  cu  titlul  ”Nouă  metodă  ecologică  pentru îmbinarea aliajelor de  titan  / New ecologic method  for  joining of  titanium alloys”, autori L.N. Boțilă, R. Cojocaru și C. Ciucă, publicată  în revista Sudarea și Încercarea Materialelor / Welding and Material Testing, Nr.3/2019.  

▪ Au  fost pregătite date  și  elemente necesare elaborării unei noi  lucrări  științifice  cu  titlul preliminar  "Soluții  și  experimente  preliminare  pentru  dezvoltarea  procedeului  de  sudare prin  frecare  cu  element  activ  rotitor  în mediu  de  gaz  inert",  pentru  publicare  în  revista Sudarea și Încercarea Materialelor / Welding and Material Testing. 

Activitățile prevăzute  pentru  partea  II  a  fazei  2  a  proiectului  au  fost  realizate,  iar  rezultatele obținute în această fază (parte din faza 2) a proiectului sunt în concordanță cu cele prezentate la pct. 3 și 4 și cu obiectivele prezentate la pct. 1 din prezentul raport de activitate și constau în:  

• Ridicarea nivelului de  automatizare proces  sudare  și monitorizare prin  informatizarea unor module  componente  ale   mașinii  FSW.  Carte  tehnică  sistem  de  automatizare  a procedeului de sudare FSW (R2) 

• Caiet de sarcini și manual de utilizare a sistemului de sudare (R5); • Module/dispozitive și unelte de sudare pentru aplicarea sudării FSW‐IG (R6, R7); • Sisteme monitorizare  și  control proces  sudare prin  frecare  cu element activ  rotitor  în 

mediu de gaz inert FSW‐IG (R8); • Sistem complex de sudare FSW‐IG prin  integrare module/dispozitive, unelte  și sisteme 

de monitorizare proces, pe mașina de sudare FSW (R9); • Program  experimental  preliminar  de  testare  a  funcționării  sistemului  de  sudare  la 

utilizarea sudării FSW în mediu de gaz inert. Factori de influență specifici sudării FSW‐IG, asupra procesului de sudare (R9); 

• Website proiect actualizat (R14); • Articole / lucrări științifice sau tehnice (R15); • Materiale de promovare‐ fișă promovare (R16),  • Promovare proiect  la evenimente științifice  (R17)  • Raport de cercetare și raport de activitate cu rezultatele cercetării pentru faza 2 partea 

II (R20) Rezultatele obținute în această fază a proiectului sunt în concordanță și cu rezultatele estimate prezentate în schema de realizare a proiectului.  Lucrările  în cadrul proiectului vor continua cu faza 3 “Verificarea prin experiment a tehnicii de aplicare a sudării FSW  în mediu de gaz  inert. Definitivare referențial”,  în care se va  realiza un program de verificare prin experiment a tehnicii de aplicare a FSW în mediu de gaz inert (Sistem complex  de  sudare  FSW‐IG);  se  va  definitiva  documentația  de  execuție  și  se  va  definitiva referențialul. 

 Responsabil proiect, 

Ing. Boțilă Lia‐Nicoleta