SUDAREA METALELOR

Metodă de îmbinare nedemontabilă a două corpuri metalice, prin stabilirea unor legături între atomii marginali ai celor două corpuri, în anumite condiţii de temperatură şi presiune.

Procedeu de sudare = modul practic de execuţie a unei suduri ţinând seama de grosimea piesei, de poziţia ei şi de natura metalului de sudat

Procedeele de sudare folosite în tehnica modernă permit obţinerea produselor de diferite gabarite - de la cele gigantice - la cele miniaturale

Avantaje

- economie de material (faţă de nituire - nu se suprapun tablele);

- se realizează etanşeitatea îmbinării;- în absenţa găurilor pentru nituri creşte rezistenţa asamblării;- se obţin construcţii mai suple (faţă de piesele turnate);- consum de manoperă mai mic;- rezistenţa la rupere a materialelor laminate şi sudate, este

mai mare decât a celor turnate;- se pot obţine construcţii mixte formate din mai multe părţi

fiecare din alt material sau obţinută prin alt procedeutehnologic;

- utilaje accesibile şi simple (pentru a suda materiale uzuale).

Dezavantaje:

- nu se pot executa serii de fabricaţie mari;

- de multe ori după sudură este necesar tratament termic;

- procedeele tehnologice de sudare de mare productivitate necesită utilaje scumpe.

Principiul fizic al sudării

Pentru crearea unor forţe de legătură între corpuri este necesar ca atomii dispuşi pe suprafaţa unuia dintre corpuri să reacţioneze cu atomii celuilalt corp.

Această condiţie se poate realiza prin două soluţii de bază :

1. încălzirea părţilor de îmbinat în poziţie alăturată - prin încălzire creşte plasticitatea metalului şi amplitudinea oscilaţiilor termice ale atomilor, creşte numărul de vacanţe;

2. exercitarea unei presiuni între ele.

Prin încălzire - se măreşte energia liberă a atomilor; - se slăbesc legăturile interatomice.- încălzire mare - se realizează o baie de metal topit prin solidificarea

căreia se obţine cordonul de sudură.

Prin presiune - exercitată între părţile de îmbinat - dă naştere la deformaţii plastice care determină curgerea materialului de-a lungul suprafeţelor în contact - se obţine apropierea straturilor interioare de metal. Dacă presiunea este destul de mare, ea singură poate realiza sudarea la rece - absenţa materialului de adaos şi încălzirea la temperaturi mai mici determină apariţia unei structuri mai simple. Nu apar diferenţe sensibile de compoziţie chimică, dar se obţin structuri cu grăunţi mari care înrăutăţesc proprietăţile mecanice.

Mecanismul apariţiei forţelor de legătură între părţile de sudat depinde de starea de agregare în care se găsesc acestea:- ambele lichide: stabilirea legăturii începe în baia comună odată cu interacţiunea materialelor topite şi se continuă cu procesul de cristalizare;- ambele solide - forţele de prindere a unei piese de alta se obţin prin apropierea mecanică a atomilor de pe suprafeţele în contact (distanta dintre atomii celor două corpuri trebuie să fie de ordinul parametrilor reţelei cristaline) - straturile de oxizi împiedică coeziunea moleculară.

Structura îmbinărilor sudate

Sudură = rezultatul operaţiei de sudare; elementul de asamblare. Uzual se foloseşte şi termenul de cusătură, sau cordon de sudură = zona îmbinării în care au acţionat efectiv forţele de coeziune interatomică - este diferită de zona materialului de bază.Cordoanele de sudură obţinute prin topire au o structură şi o compoziţie chimică proprie.

Material de adaos = metal sau aliaj sub formă de sârme, vergele sau granule, care participă la formarea cusăturii, de compoziţie chimică apropiată cu a materialului de bază

În cazul sudării cu material de adaos, cusătura înglobează şi material de bază. Baia de sudură astfel rezultată intră în reacţii chimice cu elemente din mediul înconjurător:

- O2 - dă naştere la oxizi;- H2 – favorizează apariţia fisurilor;- N2 - formează nitruri dure - reduc plasticitatea sudurii);- cu diferite elemente de aliere (Si, Mn, C, Cr).

Structura unei îmbinări sudate

MB1,2 - material de bază 1, 2 = metalul sau aliajul elementelor constructive care se asamblează;

CS - cusătura sudată - structură dendritică tipică metalelor turnate;

ZIT1,2 - zonă influenţată termic – zonă îngustă de trecere întrecusătură şi metalul de bază = amestec de metal topit şi metal de bază supraîncălzit, format din constituenţi de difuziereciprocă. Adâncimea ei depinde de regimul termic folosit. Înfuncţie de viteza de răcire se obţin structuri de călire care măresc duritatea oţelului.Cu cât deosebirea dintre compoziţia chimică a metalului de adaos şi cea de bază este mai mare, cu atât această zonăeste mai vizibilă.

Clasificarea procedeelor de sudare

1. În funcţie de starea de agregare a materialului în zona cordonului desudură în timpul sudării:- părţile de sudat - ambele lichide sau ambele solide.

• sudarea în fază lichidă - stabilirea legăturii începe în baia comună odată cu interacţiunea materialelor topite şi se continuă în timpul procesului de cristalizare. Intensitatea interacţiunii depinde de:

- de solubilitatea reciprocă: - cu solubilitate nelimitată: Fe-Ni, Fe-Cr, Ni-Mn, Ag-Au etc;

- cu solubilitate limitată: Fe-Cu, Cu-Zn etc.; - cu insolubilitate totală: Fe-Mg, Fe-Pb.

- de mărimea tensiunii superficiale; - de diferenţa între proprietăţile lor fizice

•sudarea în stare solidă - forţele de prindere a unei piese de alta se obţin prin apropierea mecanică a atomilor de pe suprafeţele în contact, sub acţiunea unei forţe exterioare. Pentru prinderea totală ar trebui ca distanţa dintre atomii celor două corpuri să fie de ordinul parametrilor reţelei cristaline. Practic acest lucru nu se produce datorită existenţei unor straturi de oxizi pe suprafaţa materialelor. Aceste straturi împiedică coeziunea moleculară. În plus, microneregularităţile suprafeţelor de separaţie determină o suprafaţă de contact reală mai mică decât cea aparentă.

În concluzie în cazul sudării prin presiune, când materialele sunt în stare solidă, este necesară încălzirea lor (creşte plasticitatea metalului şi amplitudinea oscilaţiilor termice ale atomilor, creşte numărul vacanţelor).

2. După natura metalelor în zona sudată

 

Sudarea poate fi:

- omogenă - se realizează între două materiale cu aceeaşi compoziţie chimică, sau foarte apropiată. Metalul de adaos va avea şi el aceeaşi compoziţie chimică.

- eterogenă - se realizează între două materiale de natură chimică diferită, sau cu aceeaşi compoziţie chimică, dar materialul de adaos are natură chimică diferită. Pentru obţinerea prin sudare prin topire a unei îmbinării eterogene de calitate se impun anumite condiţii caracteristicilor materialelor de sudat:

- să prezinte compatibilitate metalurgică;- să aibă:

- temperatura de topire,

- conductibilitatea termică şi - coeficientul de dilatare termică

de valori apropiate;

3. După felul energiei utilizate pentru încălzirea locului de îmbinare

 

Sudarea cu sursă termică de natură chimică - se realizează când energia calorică este furnizată de reacţii chimice (sudarea cu gaze).

Sudarea electrică – când energia calorică se obţine prin transformarea energiei electrice prin rezistenţă, arc electric, inducţie etc.

PROCEDEE DE SUDARE

 

Sudarea prin topire cu flacără de gaz

Sudarea cu arc electric

Sudarea prin topire cu plasmă termică

Sudarea electrică prin rezistenţă

Sudarea prin topire cu flacara de gaz

- se foloseste la:- sudarea pieselor subtiri din otel carbon cu grosimea sub 4mm;- sudarea aliajelor neferoase (bronz, alama);- repararea pieselor din fonta.

- sursa termică – reactia chimica controlata intre un gaz combustibil (de obicei acetilena) in amestec cu oxigenul (1).

- ca material de adaos folosesc sârme (2), care au compoziţia chimică apropiată de a materialului de bază (3).

Sudarea prin topire cu arc electric

În acest caz, calitatea sudurii este influenţată de pregătirea şi de disponibilitatea sudorului.

• Productivitatea este scăzută. Metoda se aplică pentru toate tipurile de cusături, indiferent de poziţia acestora.

- sursa termică – arcul electric - temperatura este mai mare de 4000 0 C

Sudarea prin topire cu plasmă termică

- plasma = amestec de electroni, ioni si particule neutre aflate in permanenta miscare – stare de agregare asemanatoare celei gazoase

- temperatura arcului electric deschis poate atinge 6000 - 8000 0 C

Sudarea electrică prin rezistentă

Sudarea prin puncte - se utilizează pentru table subţiri până la 10mm şi se folosesc electrozi metalici fixaţi în cleştii maşinii de sudat. Productivitatea este destul de bună – se realizează în jur de 2000 de puncte/minut.

• se foloseşte pentru sudarea platbandelor sau a profilelor matriţate şi a casetelor de protecţie a mecanismelor podurilor rulante.

Sudarea se execută cu ajutorul unor maşini stabile sau cu dispozitive de sudat (cleşti, pistolete) portative. Acestea din urmă permit sudarea în poziţii dificile, ca de exemplu, direct pe piesele asamblate de dimensiuni mari cum sunt şasiurile autovehiculelor. Prin alegerea corespunzătoare a formei electrozilor şi a braţelor care îi susţin, se pot realiza cele mai variate lucrări de asamblare.

1,2 – circuit electric de alimentare a electrozilor;

3 – piese de sudat;

4 – electrozi metalici

Sudarea în linie - procedeu asemănător sudării prin puncte cu deosebirea ca în locul

electrozilor se folosesc role apăsate pe piesele care se sudează.- are un domeniu de răspândire mai restrâns decât sudarea prin

puncte - dificultăţi legate de aplicarea rolelor pe piesă, din cauza uzării lor accentuate şi datorită costului mai mare al utilajului.

Sudarea în linie se aplică la asamblarea rezervoarelor de combustibil, tobelor de eşapament şi caroseriilor autovehiculelor, a radiatoarelor din tablă, a cuvelor maşinilor de spălat, a carcaselor de diferite tipuri.

Avantaje ale sudării in linie:• rezistenţa mecanică a îmbinării este mai mare decât cea a unei

suduri prin puncte;• sudura în linie poate asigura etanşeitatea.

• Circuitul de sudare (piesele sudate şi role) - alimentat cu curent electric de mare intensitate, la fel ca în cazul sudării prin puncte. Prin deplasarea relativa a rolelor faţa de piese se obţine o linie de sudură, alcătuită de fapt, din punct de sudură parţial suprapusă.

• Ca şi electrozii folosiţi la sudarea prin puncte, rolele sunt confecţionate din materiale pe bază de cupru, bune conducătoare de electricitate şi căldură, şi sunt răcite forţat cu apa.

• Maşinile de sudat în linie sunt acţionate mecanic, forţa de apăsare obţinându-se cu dispozitive pneumatice sau hidraulice.

Lipirea materialelor metalice

- Se realizează prin difuzia reciprocă dintre metalul de bază si aliajul pentru lipit.

- Piesele metalice – in stare solidă;

- Materialul de adaos – in stare lichidă (metal sau material nemetalic).

presupune: stabilirea condiţiilor în care are loc execuţia îmbinării sudate;alegerea materialelor de adaos; stabilirea parametrilor tehnologici de sudare;stabilirea prelucrărilor post sudare; alegerea echipamentelor de sudare şi a dispozitivelor.

urmăreşte două aspecte:• aspectul calitativ - asigurarea calităţii impuse îmbinării

sudate la cel mai înalt grad;• aspectul economic - preţ de cost cât mai redus, adică:

cunoaşterea comportării la sudare a metalului de bază;cunoaşterea performanţelor procedeului de sudare

utilizat, a parametrilor tehnologici de sudare şi a recomandărilor tehnologice specifice;

cunoaşterea performanţelor echipamentelor de sudare şi exploatarea acestora.

Elaborarea tehnologiei de sudare

METODE ȘI MIJLOACE DE CONTROL APLICATE SUDURII

Verificarea se execută în trei faze: - înainte de sudare - în timpul sudării - după sudare

Tipurile de defecte ale sudurilor ce pot fi puse în evidență prin control vizual

a) Suprafață neregulată

d) Defecte de găuriri, cavitățib) Defecte de poziție, sinuozitate, grosime variată;

c) Defect de sinuozitate ,grosime variată

Discontinuități de suprafață ce pot fi detectate prin controlul cu lichide penetrante

Etapele punerii in evidență a defectelor de suprafață cu ajutorul lichidelor penetrante