prelucrarea prin sudare

Upload: misterplus

Post on 04-Mar-2016

74 views

Category:

Documents


6 download

TRANSCRIPT

PRELUCRAREA PRIN SUDARESudarea este o metoda de imbinare nedemontabila a doua corpuri solide prin stabilirea in anumite conditii de temperatura si presiune a unor forte de legatura intre atomii marginali ai celor doua corpuri.Procedeul este cunoscut din cele mai vechi timpuri dar se aplica intens si generalizat la sfarsitul secolului XX o data cu dezvoltarea rapida a industriei. Sudarea inlocuieste asamblarile prin nituire, structurile turnate si se aplica aproape tuturor materialelor utilizate in tehnica.Principalele avantaje ale imbinarii prin sudare sunt:-fata de constructiile nituite: structuri mai suple mai usoare, economie de material pentru eclise si nituri, productivitate ridicata, reducerea zgomotului, calitate superioara a ansamblului, etanseitate, rezistenta la coroziune etc.-fata de structurile turnate: structuri mai suple si mai usoare, forme constructive mai simple, rezistenta mecanica mai buna, adaosuri tehnologice minime, volum de munca mai mic, manopera redusa, posibilitatea mecanizarii, automatizarii etc.Principiul fizic al sudarii.Aparitia fortelor de legatura intre atomii unor corpuri metalice diferite se explica prin faptul ca atomii metalici au legaturi libere si pot intra in interactiune cu atomii din suprafata altui corp atunci cand cele doua corpuri se apropie destul de mult la distante comparabile cu distantele interatomice din reteaua cristalina. Acest lucru se poate realiza prin exercitarea unei presiuni intre piese si prin incalzire. Mecanismul aparitiei fortelor de legatura depinde si de starea de agregare a materialelor in contact: solid-solid, lichid-lichid, solid-lichid.La sudarea in faza lichida stabilirea legaturilor incepe cu interactiunea picaturilor in baia de metal comuna, se continua in procesul de cristalizare a cordonului de sudura si depinde de solubilitatea reciproca, de marimea tensiunilor superficiale, de diferenta de densitate cat si de alte proprietati fizice ale materialelor. Din punct de vedere al solubilitatii se pot considera trei grupe de materiale:-materiale cu solubilitate nelimitata Fe-Ni, Fe-Cr, Ni-Mn, Ag-Au etc.Fortele de coeziune apar prin difuziune si dizolvare reciproca. Dupa racire cristalele din cordon sunt constituite din atomii ambelor metale rezultand o structura caracteristica de turnare.-materiale cu solubilitate limitata Fe-Cu, Cu-Zn etc. Prin cristalizare apar solutii saturate a celor doua metale formand o masa metalica de baza in care se separa faze excedentare sub forma unui conglomerat un amestec mecanic. Fortele de legatura se manifesta atat inter-cristalin in interiorul cristalelor de solutie solida cat si intra-cristalin intre cristalele amestecului mecanic.-materiale total insolubile Fe-Mg, Fe-Ag, Fe-Pb. In urma solidificarii se formeaza un amestec mecanic de cristale ale celor doua materiale. Fortele de legatura se manifesta intre atomii aflati in cristale diferite, intensitatea legaturilor este mai redusa si ca urmare si rezistenta imbinarii.La sudarea in faza solida fortele de legatura se creeaza prin apropierea mecanica a atomilor din cele doua suprafete. Acest lucru este impiedicat de peliculele de oxizi, uleiuri si pelicula mono-moleculara de gaze adsorbite pe suprafata libera a pieselor metalice. Peliculele de oxizi si uleiuri se pot indeparta prin metode mecanice si chimice cunoscute. Pelicula mono-moleculara de gaze de foarte mare densitate se poate indeparta doar prin deformare plastica o data cu indepartarea frontului de atomi afectati aflati in suprafata. In urma deformarii plastice la rece de exemplu, sunt aduse in suprafata fronturi de atomi din interior care nu ajung in contact cu atmosfera ci direct cu frontul de atomi din materialul vecin care a suferit acelasi proces. Sunt create astfel conditiile apropierii si crearii fortelor de legatura. Chiar si in aceste conditii pentru o imbinare rezistenta ar fi necesar ca orientarea retelelor cristalelor care se intalnesc sa fie identica. Acest lucru este putin probabil ceeace impune necesitatea introducerii unei energii suplimentare de activare, la sudarea prin presare la rece aceasta poate fi energia unui camp ultrasonic. La sudarea prin presare la cald incalzirea la temperaturi superioare recristalizarii asigura conditiile unei imbinari foarte rezistente. Se asigura reducerea efortului de deformare, cresterea plasticitatii si favorizarea apropierii celor doua materiale. O data cu cresterea temperaturii procesele de difuzie se intensifica, se formeaza o zona de schimb de atomi intre cele doua materiale, imbinarea capata un caracter volumic.La sudarea in faza solid-lichid cunoscuta ca sudarea prin presare la cald prin topire intermediara se combina caracteristicile celor doua procedee anterioare asigurandu-se imbinari rezistente pentru anumite categorii de materiale.Compozitia chimica si structura imbinarilor sudate.Zona imbinarii sudate este diferita de cea a materialului de baza, deosebirea fiind in functie de modul in care a fost realizata imbinarea.In cazul sudarii prin presare, absenta materialului de adaos si incalzirea la temperaturi inferioare temperaturii de topire fac sa nu apara modificari de compozitie chimica deoarece procesul dureaza foarte putin si zona de imbinare nu este in contact direct cu atmosfera. Modificarile structurale se materializeaza prin deformarea cristalelor in zona de imbinare cu atat mai pronuntata cu cat gradul de deformare aplicat este mai mare si temperatura este mai mare; prin cresterea marimii grauntilor si aparitia unor structuri in afara de echilibru in cazul sudarii la temperaturi mari cu influente negative asupra proprietatilor. Aceste modificari se pot atenua si chiar elimina prin aplicarea unor tratamente termice.In cazul sudarii prin topire, zona de imbinare, cordonul are o compozitie chimica proprie. In cordon se inglobeaza materialul de adaos si o cantitate importanta din materialul pieselor de sudat. Baia de metal topit inter-actioneaza chimic cu mediul, atmosfera de protectie, baia de zgura etc. Din baie se pierd elemente ca: Si, Mn, C, Cr etc. prin oxidare si se castiga elemente ca O2, H2, N2etc. prin absorbtie de gaze. Toate componentele cordonului pot fi considerate ca fiind bine amestecate in baia de metal topit datorita temperaturii ridicate si a agitatiei ei. Dupa solidificare in imbinare apar urmatoarele zone caracteristice, figura 7.1: a) cordonul C cu o structura dendritica tipica pentru materialul turnat in cochila metalica; b) zona de tranzitie de topire intermediara, ingusta, de trecere constituita dintr-un amestec de metal topit si material de baza supraincalzit si format din constituenti de difuzie reciproca ai acestora. Cu cat diferenta de compozitie chimica intre materialul cordonului si materialul de baza este mai mare cu atat zona este mai vizibila. c) zona de influenta termica ZIT. In aceasta zona au loc transformari in faza solida, recristalizari, difuzii etc. Adancimea ei depinde de regimul termic, marimea cordonului si deci a pieselor de sudat, de procedeul de sudare si parametrii acestuia. Zona se caracterizeaza printr-o gama larga de structuri de la structuri de supraincalzire la structura materialului de baza neinfluentat termic. d) Materialul de baza neinfluentat termic cu compozitia si structura nemodificate.

Fig.7.1 Zonele imbinarii sudate prin topireAnaliza arata ca imbinarea sudata prin topire este neomogena atat din punct de vedere chimic cat si structural. Prin aplicarea unor tratamente termice ulterioare este posibila o oarecare omogenizare a compozitiei si structurii in zona de influenta termica zona cordonului ramanand in continuare cu aspectul de turnare.Sudabilitatea materialelorSudabilitatea este o proprietate tehnologica complexa care apreciaza capacitatea materialelor de a realiza imbinari sudate rezistente care sa corespunda conditiilor de exploatare ca si materialul de baza. Sudabilitatea este influentata in principal de trei categorii de factori: 1) metalurgici, care se refera la compozitia chimica, structura materialului si transformarile structurale ale materialului in timpul procesului; 2) constructivi care se refera la dimensiunile respectiv grosimea pieselor sudate, configuratia imbinarii si influenta acesteia asupra starii de tensiuni 3) tehnologici care se refera la tehnologia de sudare, parametrii regimului cat si la totalitatea conditiilor tehnologice din fazele de pregatire pentru sudare, de executie a imbinarii si de prelucrare termica si mecanica ulterioara a acesteia.Avand in vedere caracteristicile de comportare metalurgica, constructiva si tehnologica la sudare materialele se pot imparti in patru clase de sudabilitate:Ia-materiale cu sudabilitate buna neconditionata,Ib- materiale cu sudabilitate buna conditionataII- materiale cu sudabilitate sever conditionataIII- materiale cu sudabilitate necorespunzatoare.In tabelul 7.1 sunt prezentate exemple de materiale incadrate in clasele de sudabilitate si caracteristicile acestora.Tabelul 7.1.ClasaComportarea la sudareExemple de materiale

IaNu sufera transformari structurale nefavorabile; nu sunt sensibile la geometria ansamblului sudat; pot fi sudate prin toate procedeele fara restrictii.Oteluri nealiate si slab aliate cu %C