1. PROPRIETĂŢILE GENERALE ALE MATERIALELOR DE CONSTRUCŢII ŞI INSTALAŢII

1.1. NOŢIUNI GENERALE

Materialele de construcţii şi instalaţii se caracterizează, în principal, prin compoziţie chimică, structură şi proprietăţi.

Structura materialelor de construcţii reprezintă modul de asociere, de repartiţie şi de aranjare reciprocă a componenţilor materialelor respective. De exemplu, un material are structură compactă dacă nu are pori vizibili (de exemplu, laminatele, sticla), sau structură poroasă, cînd prezintă pori şi canale capilare (de exemplu, piatra ponce, spumele de polimeri) ; în cazul celor cu structură fibroasă (de exemplu, lemnul), materialul este dispus sub formă de fibre paralele.

Proprietăţile materialelor depind de compoziţia şi de structura lor şi se pot determina în laborator, pe baza unor metodologii de încercare stabilite prin prescripţii tehnice (standarde, normative sau norme interne).

Încercările şi analizele de laborator pentru stabilirea compoziţiei, a structurii şi a proprietăţilor materialelor de construcţii şi instalaţii se efectuează asupra unor probe reprezentative denumite probe medii. Felul de prelevare a probei şi cantităţile necesare sînt indicate pentru fiecare material în parte.

Materialele de construcţii avînd o omogenitate redusă şi prezentînd adesea anumite defecte de structură, încercările de laborator se efectuează, în general, pe un număr de 3 ... 6 probe medii, rezultatul fiind media aritmetică a rezultatelor parţiale obţinute.

1.2. PROPRIETĂŢI FIZICE

1.2.1. Densitatea a unui material reprezintă masa unităţii de volum şi se determină prin raportul dintre masa m şi volumul v ;

[kg/m3]

Masa m se determină din relaţia:

G = m . g,în care: G este greutatea, în N; g — acceleraţia gravitaţiei, în m/s2.

În tehnică se utilizează şi o altă mărime, greutatea specifică , definită ca greutate a unităţii de volum şi determinată prin raportul dintre greutatea G şi volumul v;

[daN/dm3], [daN/m3] sau [kN/m3]

Pentru materialele unitare, la determinarea densităţii se procedează astfel: se determină masa prin cîntărire şi volumul prin dislocuirea unei cantităţi de apă (sau alt lichid în care materialul nu este solubil şi cu care nu reacţionează). Dacă materialul este poros, se macină în prealabil într-un mojar. Aceeaşi metodă se aplică şi pentru materialele în grămadă (de exemplu, nisip, pietriş, pămînturi), folosindu-se picnometrul pentru determinarea exactă a volumului ce lichid dislocuit. Dacă proba are o formă geometrică regulată şi materialul este compact (de exemplu, laminatele din oţel, produsele din sticlă), volumul se poate determina pe baza măsurării dimensiunilor probei.

1.2.2. Densitatea aparentă a este raportul dintre masa probei şi volumul său aparent (volumul materialului, inclusiv porii pe care îi conţine proba). Masa se determină prin cîntărire, iar volumul aparent, fie prin dislocuirea unui lichid, fie eu ajutorul balanţei hidrostatice (fig. 1.1), eventual prin calcul pe baza măsurării dimensiunilor în cazul probelor cu forme geometrice regulate.

Volumul aparent se determină aplicînd principiul lui Arhimede, astfel: se agaţă proba cu un fir de talerul scurt al balanţei, echilibrîndu-se balanţa cu greutăţi aşezate pe celălalt taler, după care se introduce proba într-un lichid, restabilindu-se echilibrul cu greutăţi aşezate pe talerul de care s-a agăţat proba, masa acestor din urmă greutăţi fiind, egală cu masa volumului de lichid dislocuit de probă; la rîndul său, volumul dislocuit de probă este egal cu volumul probei. Dacă lichidul folosit a fost apa, masa greutăţilor aşezate pe talerul scurt al balanţei reprezintă chiar volumul probei, deoarece densitatea apei se consideră egală cu 1. Pentru un alt lichid volumul probei se obţine împărţind masa greutăţilor de pe talerul scurt la densitatea lichidului. Pentru materialele cu

1

Fig. 1.1. Balanţă hidrostatică.

porozitate deschisă (de exemplu, unele betoane sau pămînturi), proba se ţine în prealabil în lichid, după care urmează operaţiile descrise, sau se acoperă în prealabil cu o peliculă subţire de parafină, pentru aflarea exactă a volumului aparent.

1.2.3. Densitatea în grămadă sau în vrac se determină în cazul materialelor granulare (de exemplu, nisip, pietriş), prin raportarea masei probei respective (stabilită prin cîntărire) la volumul total ocupat de material (inclusiv porii şi golurile dintre granule). Se folosesc vase cilindrice cu înălţimea aproximativ egală cu diametrul şi de capacitate cunoscută (de regulă de 1 ; 5 sau 10 dm3).

1.2.4. Compactitatea C a unui material solid este raportul dintre densitatea aparentă a şi densitatea , fiind totdeauna subunitar:

sau

1.2.5. Porozitatea n reprezintă volumul porilor din unitatea de volum de material şi se determină cu relaţia

sau

1.3. PROPRIETĂŢI CHIMICE

Rezistenţa materialelor de construcţii şi instalaţii şi, in general, durabilitatea construcţiilor depind în mare măsură de comportarea lor faţă de acţiunile fizice şi chimice ale mediului de exploatare. Această comportare depinde de compoziţia chimică şi de structura fizică a materialului, precum şi de natura agentului agresiv.

Dintre acţiunile agresive mai importante se menţionează acţiunea focului şi acţiunile chimice agresive.a. Rezistenţa la foc a materialelor de construcţii şi instalaţii se determină prin încercări standardizate

efectuate, ele regulă, do organe de specialitate (organe de prevenire a incendiilor), care emit şi certificatele respective.

b. Rezistenţa la acţiunile chimice agresive se determină prin metode specifice fiecărei grupe de materiale şi sînt caracterizate, în general, printr-o durată mare. Asemenea acţiuni se numesc coroziuni şi se produc fie la suprafaţa materialului, fie în masa lui (dacă materialele nu sînt compacte).

1.4. PROPRIETĂŢI MECANICE

Proprietăţile mecanice ale materialelor de construcţii şi instalaţii au cea mai mare importanţă pentru utilizarea corectă a acestora.14.1. Rezistenţe mecanice

Rezistenţa mecanică este proprietatea materialelor de a se opune deformării sau ruperii sub acţiunea unor forţe exterioare (încărcări). În funcţie de natura încărcării rezultă rezistenţe mecanice de întindere, compresiune, încovoiere etc. Mărimea rezistenţei mecanice este specifică fiecărui material în parte.

Încărcările pot fi statice, dacă rezultă din aplicarea lor în timp îndelungat, variind cu viteză mică (de exemplu, acţiunea greutăţii unei clădiri asupra fundaţiei sale), sau dinamice, dacă rezultă din aplicarea lor bruscă sau variabilă în timp scurt (de exemplu, forţa de şoc şi de oboseală).

a. Rezistenţa la compresiune Rc se determină pe epruvete cubice, cilindrice sau prismatice şi este dată de raportul dintre valoarea forţei P de rupere a epruvetei (în N sau daN) şi suprafaţa pe care a acţionat (în cm2 sau mm2):

[daN/cm2] sau [N/mm2].

Încercarea la compresiune — la care forţele exterioare sînt dirijate către interiorul epruvetei — se execută cu presa hidraulică (fig. 1.2), prevăzută cu manometre pentru măsurarea forţei şi cu comparatoare pentru măsurarea deformaţiei longitudinale a epruvetei.

b. Rezistenţa la întindere se poate determina fie prin încercarea la întindere directă, fie prin încercarea la încovoiere.

Încercarea la întindere directă — la care forţele exterioare sînt dirijate către exteriorul epruvetei — se efectuează pe epruvete cu format special (fig. 1.3.).

Relaţia de calcul este aceeaşi ca în cazul compresiunii.

2

c. Rezistenţa la compresiune prin şoc Rcş se stabileşte pe epruvete cubice sau cilindrice, supuse la acţiunea unui ciocan sau a unui berbec metalic care cade de la diverse înălţimi (fig. 1.4.). Calculul se

efectuează cu relaţia

[daN cm/cm3]

în care : L este lucrul mecanic care a provocat ruperea, în daN cm; V — volumul epruvetei, în cm3. Lucrul mecanic L se calculează cu relaţia:

L = G(1+2+ ... + n)d [daN cm],în care: G este greutatea ciocanului sau a berbecului metalic, în daN; n — numărul loviturilor aplicate; (d

— înălţimea de cădere a primei lovituri, în cm.d. Rezilienţa (rezistenţa la încovoiere prin şoc) Kn se determină pe epruvete prismatice, solicitate la

şocuri provocate de un ciocan-pendul (fig. 1.5). Dimensiunile epruvetei şi greutatea ciocanului-pendul se aleg astfel încît să provoace ruperea dintr-o singură încercare, se calculează cu relaţia

[daN cm/cm2]

în care: G este greutatea ciocanului-pendul, în daN ; h — diferenţa dintre înălţimea iniţială de ridicare a ciocanului-pendul şi înălţimea de ridicare după ruperea epruvetei, în cm; A — secţiunea de rupere a epruvetei, în cm2.

e. Duritatea reprezintă rezistenţa pe care o opun materialele solide la pătrunderea unui corp dur şi nedeformabil de dimensiuni mici în masa lor. Se stabileşte prin diferite metode. Încercarea de duritate prin metoda Brinell constă din apăsarea unei bile de oţel dur de mărime standardizată, pe suprafaţa materialului, cu o forţă P standardizată, o anumită durată de timp (fig. 1.6).

f. Rezistenţa la uzură reprezintă rezistenţa materialelor solide la acţiunea de degradare provocată de diverse solicitări care creează eforturi superficiale de frecare (de exemplu, pe suprafaţa plăcilor de pavaj pe care se circulă). Ea se determină prin şlefuire, pe o masă rotativă (fig. 1.7). pe care se presară un abraziv (o pulbere cu granule de duritate mare), ce vine în contact cu epruvete care se încearcă. După un anumit număr de turaţii ale mesei rotative, se calculează uzura epruvetei, în funcţie de pierderea în greutate raportată la unitatea de suprafaţă (în N/m2) sau în funcţie de reducerea înălţimii epruvetei (în mm).

3

Fig. 1.2. Presă hidraulică :a - schema solicitării; b — schema încărcării;

1 — corpul pompei: 2 — piston; 3 — manometru; 4 — placă inferioară; 5 — placă superioară ; 6 —

dispozitiv cu rotulă ; 7 — epruvetă.

Fig. 1.3. Epruvete pentru încercarea la întindere directă.

Fig. 1.4. Aparat pentru determinarea rezistenţei la compresiune prin şoc:

1 — postament ; 2 — şine de ghidare; 3 — berbec; 4 — epruvetă

Fig. 1.5. Schema aparatului pentru determinarea rezilienţei.

Fig. 1.6. Schema încercării de duritate prin metoda

Brinell.

Duritatea Brinell HB se calculează cu relaţia

[daN/mm2]

în care: P este forţa de apăsare, în daN; A — suprafaţa amprentei (urmei) lăsate de bilă, în mm2.

g. Rezistenţa la oboseală se determină prin solicitarea repetată la tracţiune dinamică sau la încovoiere dinamică a epruvetelor confecţionate din materialul de încercat, cu eforturi efective mult inferioare celor de rupere. Se înregistrează numărul de solicitări la care materialul oboseşte si cedează (se rupe sau se fisurează).

1.4.2. Deformaţiile materialelor solide

O proprietate mecanică importantă a materialelor solide este capacitatea de a se deforma datorită anumitor acţiuni (contracţia la uscare, dilataţia termică, deformaţia sub încărcări etc.).

a. Contracţia la uscare se determină la materialele poroase (lemn, mortar, beton etc.) cînd acestea se usucă şi constă din reducerea volumului. Ea duce, de obicei, la fisurarea materialelor, fiind totodată un fenomen reversibil, deoarece materialele poroase uscate se umflă prin saturare cu apă.

Încercarea se efectuează pe probe saturate cu apă şi constă din măsurarea lungimii epruvetei prismatice cu microcomparatorul 1/100 mm, la diverse intervale de timp şi stadii de umiditate, pînă la uscarea completă. În mod uzual, contracţia la uscare se exprimă în mm/m.

b. Dilataţia termică pune în evidenţă faptul că materialele îşi măresc volumul prin încălzire, iar prin răcire şi-l micşorează. Încercarea este similară cu aceea descrisă la contracţia la uscare, epruvetele fiind prismatice sau cilindrice şi supuse la încălziri la diverse temperaturi, cu măsurarea variaţiilor lungimilor (de exemplu, metoda pirometrului, cunoscută din fizică).

c. Deformaţiile sub încărcări apar atunci cînd materiale solide sînt supuse la forţe exterioare. În cazul unor încărcări mici se produce o deformaţie elastică, care dispare atunci cînd încărcarea încetează. Dacă durata încărcării se prelungeşte mult sau creste peste o anumită valoare, apare deformaţia plastică sau remanentă, cu caracter permanent, după care urmează ruperea materialului.

Capacitatea de deformaţie elastică sau de deformaţie plastică diferă de la un material la altul şi se determină prin metode care se studiază la rezistenţa materialelor.

4

Fig. 1.7. Schema mesei rotative pentru determinarea rezistenţei la uzură:

1 — masă rotativă ; 2 — epruvetă.

2. CUNOŞTINŢE DESPRE METALE ŞI ALIAJE

2.1. NOŢIUNI GENERALE

Toate corpurile ce ne înconjoară - solide, lichide şi gazoase se compun din diferite substanţe, care se împart în simple şi compuse. Ele sînt compuse din particule minuscule, numite molecule, iar fiecare moleculă este compusă din părţi şi mai mici, numite atomi.

În cazul, cînd moleculele sunt compuse din diferiţi atomi, substanţa se numeşte compusă. Dacă moleculele sînt compuse din unii şi aceiaşi atomi substanţa se numeşte simplă. Aceste substanţe alcătuiesc mai mult de 98% din masa Pămîntului. Cel mai răspîndit metal în scoarţa pămîntului este aluminiul (7% din masa totală) şi fierul (5%). Elementele chimice se împart în două grupe: metale şi nemetale.

Cu peste 200 de ani în urmă M. V. Lomonosov a definit metalul astfel: „Se numeşte metal un corp de culoare deschisă, care poate fi forjat”. Mai tîrziu s-a constatat, că metalele posedă şi alte calităţi: conduc bine căldura şi electricitatea, pot fi sudate, laminate şi trefilate. La temperatura de cameră toate metalele, cu excepţia mercurului, sînt corpuri solide.

Prin urmare, metalele sînt elemente chimice cu următoarele proprietăţi caracteristice: sînt netransparente, au luciu metalic, conduc bine căldura şi curentul electric, iar multe dintre ele sînt maleabile şi pot fi sudate. Nemetalele sînt substanţe simple, care nu au proprietăţile caracteristice pentru metale: nu au luciu metalic, conduc rău căldura şi electricitatea.

Unele substanţe nemetalice în condiţii obişnuite sînt gazoase, de exemplu oxigenul, hidrogenul, azotul.

2.2. CLASIFICAREA ŞI PROPRIETĂŢILE METALELOR

2.2.1. Metale feroase

Din categoria metalelor feroase fac parte fierul şi aliajele lui — fonta şi oţelul. Fierul nu se foloseşte în tehnică în stare pură, ci numai sub formă de aliaje.

a. Fonta este un aliaj fier-carbon cu peste 1,7% carbon, elaborat în cuptoare înalte (furnale), din minereu de fier, cocs (cu rol de combustibil, reducător de oxizi de fier şi pentru carburarea fierului rămas liber) şi calcar (ca fondant pentru eliminarea sterilului din minereu). În mod curent fontele se elaborează cu un conţinut de 2,5 ... 4% carbon. În afară de carbon, fontele conţin cantităţi variabile de alte elemente ca impurităţi (siliciu, mangan, sulf, fosfor etc.), în funcţie de tipul fontei elaborate.

Fontele sînt de trei categorii: fonte cenuşii (de turnătorie), care au în ruptură această culoare datorită grafitului, sînt relativ moi, se toarnă bine şi se prelucrează prin aşchiere; fonte albe (de afînare), care au în ruptură culoarea albă datorită cementitei (carbură de fier), sînt foarte dure şi servesc pentru elaborarea oţelului; fonte speciale, care conţin în diferite proporţii unul sau mai multe elemente de aliere (siliciu, aluminiu, mangan, crom, titan etc.) şi au proprietăţi şi destinaţii speciale (fonte anticorosive, fonte refractare, fonte antifricţiune etc.).

Fonta folosită pentru diferite produse este fonta cenuşie şi se caracterizează prin rezistenţă mare la uzură şi gripare (datorită prezenţei grafitului), prelucrabilitate la aşchiere bună, sudabilitate slabă la rece, dar bună la cald. Datorită rezistenţelor mici la întindere şi la şoc, folosirea fontei este limitată la elementele de construcţii care lucrează la compresiune (arce, coloane, stîlpi, balcoane parapete de scări, garduri decorative etc.), la elemente de instalaţii (radiatoare, căzi de baie, sifoane de pardoseală, spălătoare etc.), la elemente de maşini (batiuri, volanturi etc.).

b. Oţelurile sînt aliaje fier-carbon cu pînă la 1,7% carbon, obţinute din fonte prin procedee metalurgice care au ca scop îndepărtarea sub anumite limite a carbonului şi a celorlalte elemente pe care le conţin (siliciu, mangan, fosfor, sulf etc.).

După compoziţia chimică, oţelurile pot fi : oţeluri carbon (nealiate) şi oţeluri aliate, iar după destinaţie, se disting: oţeluri de construcţie, oţeluri de scule şi oţeluri cu destinaţii speciale.

1) Oţelurile carbon sînt oţeluri în compoziţia cărora elemente însoţitoare (Si, Mn, P, S) intră numai ca impurităţi normale, a cărei prezenţă este determinată de condiţiile elaborării lor.

Proprietăţile mecanice ale oţelului carbon depind în special de conţinutul de carbon. Carbonul determină creşteri ale rezistenţelor mecanice şi ale durităţii oţelurilor, astfel că, după conţinutul de carbon, oţelurile pot fi: oţeluri moi (sub 0,25%C), semidure 0,25 ... 0,60% C, dure (0,60 ... 0,90% C) şi extradure (0,90 ... 1,7% C). Influenţa siliciului sub 0,35% şi a manganului sub 0,9% nu este esenţială. Fosforul şi sulful sînt elemente dăunătoare, deoarece imprimă fragilitate oţelurilor — fragilitatea la cald (sulful) şi fragilitatea 1a rece (fosforul), motiv pentru care conţinutul lor se limitează. După calitatea elaborării, oţelurile carbon pot fi:

oţel carbon obişnuit, la care se garantează numai caracteristicile mecanice, folosit la construcţii metalice, construcţii de maşini şi ca oţel-beton. Oţelurile laminate se notează prin simbolul OL, urmat de cifra care indică rezistenţa la rupere la tracţiune (în daN/mm2);

oţel carbon de calitate, la care se garantează caracteristicile mecanice şi compoziţia chimică; sînt tratate, în general, termic şi termochimic şi se folosesc în construcţii metalice şi mecanice;

oţel carbon superior, la care se garantează caracteristicile mecanice, compoziţia chimică şi conţinutul maxim de impurităţi şi care sînt folosite în construcţii de maşini.

5

2) Oţelurile aliate sînt oţeluri în compoziţia cărora s-au introdus unul sau mai multe elemente de aliere (Ni, Cr, Mn, Mo, V, W etc.) care îmbunătăţesc unele proprietăţi (elasticitatea, duritatea, rezistenţa la coroziune, refractaritatea etc.) şi se utilizează în domenii în care oţelurile carbon nu dau rezultate.

După conţinutul procentual al elementelor de aliere, oţelurile aliate pot fi: oţeluri slab aliate, la care suma totală a elementelor de aliere este sub 5%, iar elementul principal de

aliere sub 2%. Sînt folosite ca oţeluri de construcţie; oţeluri mediu aliate, la care suma totală a elementelor de aliere este 5 ... 10%, iar elementul principal

de aliere 2 ... 5%. Sînt folosite ca oţeluri de construcţie şi de scule; oţeluri înalt aliate, la care suma totală a elementelor de aliere este peste 10%, iar elementul principal

de aliere peste 5%. Se folosesc ca oţeluri inoxidabile şi anticorosive, refractare, magnetice, rapide etc.3) Produsele din oţel utilizate în construcţii sînt produse laminate la cald sau la rece şi se pot clasifica în:

produse din oţel pentru construcţii metalice şi din beton ; produse din oţel pentru beton armat şi produse din oţel pentru beton precomprimat.

Produse din oţel pentru construcţii metalice şi din beton. Din oţelurile de uz general pentru construcţii se obţin prin laminare o serie de produse folosite în construcţiile metalice şi în construcţiile din beton cu armătură rigidă (tab. 1). Pentru construcţii metalice se mai utilizează şi profile din bandă de oţel formate la rece. Profilele se execută din bandă de oţel carbon obişnuit, oţel carbon de calitate.

Produse din oţel pentru beton armat. Pentru realizarea armăturilor utilizate la betonul armat se folosesc: bare din oţel carbon obişnuit, tip OB 37 cu diametrul de 6 ... 40 mm; sîrmă trasă netedă (STNB) cu diametrul de 3 ... 10 mm; sîrmă trasă profilată pentru beton armat (STPB), cu diametrul de 3 ... 10 mm, utilizată ca armătură de rezistenţă sub formă de plase sau carcase sudate; oţel-beton cu profil periodic PC 52 şi PC 60, cu două nervuri longitudinale diametral opuse şi nervuri elicoidale la distanţe egale, înclinate faţă de nervurile longitudinale (fig. 2.1) şi cu diametre de 6 ... 40 mm, utilizat ca armătură de rezistenţă la elemente din betoane de clasă minimum Bc 15.

Produse din oţel pentru beton precomprimat. Pentru betonul precomprimat se folosesc, ca armătură, produse din oţel de înaltă rezistenţă, şi anume: sîrmă netedă trasă la rece (tip SBP I şi SBP II), cu diametrul de 1 ... 7 mm, sîrmă amprentată (tip SBPA I şi SBPA II), cu diametrul de 3 ... 7 mm, şi toroane, produse din 7 sîrme împletite sau răsucite tip TBP, urmat de cifre care arată diametrul nominal al toronului.

6

Fig. 2.l. Tipuri de armături cu profil periodic: a — tip PC 52 ; b — tip PC 60.

Tabelul 1.

Tipuri de produse din oțel pentru construcții și confecții metalice

2.2.2. Metale neferoase

Din categoria metalelor neferoase folosite în construcţii fac parte: aluminiul, cuprul, zincul şi plumbul.Aluminiul este un metal uşor (densitatea de 2700 kg/m3), ductil şi maleabil, casant la 600°C, cu rezistenţe

mecanice moderate, conductivitate electrică şi termică bune. Impurităţile îi reduc plasticitatea şi rezistenţa la coroziune. În aer devine mat, datorită formării peliculei de oxid de aluminiu (AI2O3), rezistentă la agenţi chimici oxidanţi.

Aliajele aluminiu-siliciu sînt aliaje cu proprietăţi bune de turnare, rezistenţe mecanice, duritate şi alungire relativ mari. Se folosesc pentru piese cu profil complicat şi rezistente la solicitări dinamice (piese de motoare, pistoane, armături, lagăre etc.).

Aliajele aluminiu-cupru sînt aliaje pentru turnare sau aliaje deformabile, dintre care duraluminiul (3,5 ... 4,5% Cu, 0,4... 0,8% Mg, sub 0,8% Si şi 0,4 ... 0,8% Mn) se foloseşte sub formă de profile, bare, sîrmă, tablă etc., la structuri de rezistenţă, ca material în lucrări de finisaj etc.

Aliajele aluminiu-magneziu sînt aliaje foarte uşoare (2500 kg/m3), în care magneziul (sub 12%) măreşte rezistenţa la întindere şi duritatea.

Cuprul este un metal cu densitate mare (8940 kg/m3), greu fuzibil (1083°C), ductil, foarte maleabil. Este rezistent în apă şi în abur, atacat de oxigen chiar la temperatura obişnuită. Se utilizează în electrotehnică şi pentru aliaje.

7

Aliajele cupru-zinc pot fi alame (sub 80% Cu) şi tombacuri (peste 80% Cu). Alamele au rezistenţe mecanice şi anticorosive mai ridicate faţă de cupru; alamele pentru turnare se folosesc la armături, lagăre, bucşe, piuliţe etc., iar alamele deformabile se folosesc sub formă de bare, tablă, sîrmă, ţevi, profile, plăci de condensatoare şi radiatoare etc. Tombacurile se folosesc sub formă de table, benzi, sîrmă, ţevi de radiatoare etc.

Aliajele cupru-staniu (bronzuri) sînt mai dure şi mai rezistente decît cuprul. Se folosesc ca bronzuri pentru turnătorie (pentru lagăre de maşini-unelte, organe de maşini, armături etc.) şi bronzuri laminabile (table, benzi, bare, sîrmă etc.). Sub denumirea de bronzuri se cunosc şi alte aliaje de cupru, cum sînt: bronzurile de aluminiu, utilizate la roţi dinţate, armături pentru abur şi apă etc.; bronzurile cu plumb, utilizate la cuzineţi, bucşe, lagăre etc.; bronzurile de beriliu, utilizate la arcuri conducătoare de curent, cleme, contacte pentru prize etc.; bronzurile cu cadmiu, folosite la conductoare aeriene, fire de troleibuz etc.Zincul este un metal greu (7140 kg/m3, relativ uşor fuzibil (419,5°C), casant peste 200°C, maleabil între 100 şi 150°C. Se foloseşte sub formă de tablă, benzi, bare etc., ca material de căptuşire, la zincarea tablei, a pieselor şi a ţevilor din oţel, ca element de aliere etc. Aliajele pe bază de zinc se folosesc în special ca aliaje pentru lagăre şi pentru lipit.

Plumbul este un metal cenuşiu-strălucitor, foarte moale, foarte greu (11340 kg/m3), uşor fuzibil (327°C). În aer, în prezenţa bioxidului de carbon şi a vaporilor de apă, plumbul se acoperă la suprafaţă cu o peliculă de carbonat bazic de plumb. Are o rezistenţă mare la coroziune sub acţiunea apei, a acizilor (cu excepţia acidului acetic şi azotic). Plumbul se foloseşte sub formă de foi sau de plan la căptuşirea aparatelor folosite în industria chimică, la protecţia contra radiaţiilor gamma şi Rontgen, la plăci de acumulatoare şi sub formă de ţevi de scurgere şi de presiune în instalaţiile sanitare, la elaborarea aliajelor de lipit, a aliajelor pentru cabluri electrice etc.

2.3. PRODUSE DIN METAL PENTRU ASAMBLĂRI

Produsele din metal pentru asamblări se clasifică în funcţie de materialele folosite în: produse metalice cu tije cilindrice; produse metalice cu pene; produse metalice accesorii.

2.3.1. Produse metalice cu tije cilindrice pentru asamblări

Din această categorie de produse fac parte: şuruburile, buloanele, niturile, cuiele şi scoabele.a. Şuruburile sînt folosite la asamblări demontabile. Ele pot fi: şuruburi pentru metale — numite şuruburi

metalice (fig. 2.2) şi şuruburi pentru lemn (fig. 2.3). Şuruburile pentru metal au partea filetată a tijei cilindrică, în timp ce şuruburile pentru lemn au partea filetată de formă conică.

După forma capului asupra căruia se acţionează în vederea înşurubării, există şuruburi cu cap hexagonal, cu cap pătrat, cu cap cilindric crestat, cu cap semirotund. De asemenea, şuruburile pot avea capul în întregime în afara pieselor ce se asamblează, parţial îngropat (cap semirotund) sau complet îngropat (cap înecat).

b. Buloanele sînt alcătuite dintr-o tijă cilindrică, parţial filetată, terminată printr-un cap hexagonal sau pătrat (fig. 2.4). Ele se folosesc pentru asamblări demontabile ale pieselor din lemn sau metalice. Atît şuruburile obişnuite, cît şi bidoanele se fabrică din oţeluri OL 38, sau OL 42. Se fabrică şi buloane de înaltă rezistenţă din oţeluri slab aliate, tratate termic.

8

Fig. 2.2. Şurub pentru metale:1 - corpul şurubului (tijei); 2 - capul şurubului;

3 - partea filetată a tijei.

Fig. 2.3. Şurub pentrulemn :

1 — corpul şurubului;2— capul

c. Niturile sînt formate dintr-o tijă cilindrică şi un cap, denumit cap de aşezare. Tijele niturilor se introduc în găurile elementelor de îmbinare şi prin batere se formează cel de-al doilea cap, denumit cap de strîngere (fig.

2.5). Niturile se folosesc la realizarea asamblărilor nedemontabile şi se obţin din oţeluri OL 34 si OL 38.e. Scoabele (fig. 2.7) servesc la asamblări ale pieselor de lemn la care mijlocul principal de îmbinare (cep,

prag, dorn) nu împiedică deplasările pe orice direcţie. Scoabele se fabrică de obicei din oţel-beton, prin îndoirea şi ascuţirea capetelor ce urmează a fi bătute în piesele de lemn.

2.3.2. Produse metalice cu pene pentru asamblări

În construcţii se folosesc asamblări cu pene inelare (netede sau zimţate) pentru executarea îmbinării pieselor de lemn. Ele au rolul de a împiedica deplasarea reciprocă a pieselor asamblate şi trebuie însoţite totdeauna de buloane de strîngere.

2.3.3. Produse metalice accesorii pentru realizarea asamblărilor

Dintre produsele metalice folosite ca accesorii la realizarea asamblărilor se menţionează zbanţurile, bridele şi colierele (fig. 2.8), care sînt piese din oţel folosite fie la fixarea unor piese de lemn sau metalice între ele, fie de diverse elemente ale construcţiei (de exemplu, pentru fixarea unor canale de ventilaţie de planşeul încăperii).

La cofrajele stîlpilor se folosesc: caloţi metalici de inventar; manşoane cu filet, folosite pentru întinderea tiranţilor metalici; cleme metalice, pentru fixarea panourilor de cofraj etc.

2.4. PRODUSE DIN METAL PENTRU CONFECŢII METALICE

Confecţiile metalice sînt alcătuite, în marea lor majoritate, din produse laminate la cald, executate din oţel carbon sau din oţel aliat. Pentru utilizări speciale se folosesc şi unele produse din metale neferoase.

9

Fig. 2.4. Bulon:1 — cap; 2 — corp; 3 — partea filetată a

corpului; 4 — şaibă; 5 — piuliţă

Fig. 2.5. Nit:a — înainte de batere ; b — după batere.

Fig. 2.6. Cuie:a — cui pentru construcţii; b — cui pentru tablă ; c — cui cu cioc;

d — cui-scoabă.

Fig. 2.7. Scoabă

Fig. 2.8. Zbanţuri (a) şi coliere (b

2.4.1. Produse metalice feroase laminate

Produsele laminate se pot clasifica după forma lor în: table, profile şi ţevi.a. Tabla din oţel carbon se poate prezenta sub formă de tablă groasă (tolă), tablă neagră, tablă zincată, tablă

striată şi tablă ondulată.Tabla groasă se prezintă sub forma unor foi cu grosimea de 5 ... 150 mm cu lăţimi de 800 şi 3000 mm şi

lungimi pînă la 12000 mm. Aceste table se folosesc la realizarea inimii profilurilor compuse pentru grinzi sau stîlpi metalici, la confecţionarea recipientelor sub presiune, a cazanelor de calorifer etc.Tabla neagră, cu grosimi între 0,25 şi 1 mm, serveşte pentru lucrări de tinichigerie (învelitori, jgheaburi, burlane etc.).

Foile au, de regulă, lăţimi de 500...1000 mm şi lungimi de 700...2000 mm.Tabla zincată se obţine din tablă subţire de oţel cu grosimea de 0,30...4 mm, prin acoperirea la cald a

ambelor feţe cu un strat subţire de zinc, ce are rolul de a proteja oţelul împotriva ruginirii. Se foloseşte la învelitori, la confecţionarea tubulaturii de ventilaţie, la glafurile ferestrelor etc.

Tabla striată este executată din tablă de oţel cu grosimi de 5 ... 10 mm. Pe una din feţe tabla striată are nervuri care se întretaie sub formă de romburi. Se foloseşte la acoperirea canalelor interioare pentru instalaţii, la planşee şi platforme industriale, la executarea treptelor pentru scări metalice etc.

Tabla ondulată se execută din oţel cu un conţinut redus de carbon. Se poate livra neacoperită sau zincată. Se foloseşte pentru învelitori, pereţi exteriori la construcţii industriale, obloane metalice etc.

b. Profilele laminate la cald se prezintă sub formă de bare sau benzi şi se deosebesc după forma secţiunii transversale (v. tab. 1).

c. Profilele din bandă de oţel formate la rece se fabrică de forme şi dimensiuni ale secţiunilor standardizate (fig. 2.9 şi tab. 1).

d. Ţevile din oţel folosite pentru confecţii metalice sînt în mod obişnuit ţevi din oţel fără sudură, laminate la cald (cu diametre exterioare de 25 ... 530 mm şi grosimea peretelui de 2,5 şi 36 mm) sau trase la rece (cu diametre exterioare de 4... 200 mm şi grosimea peretelui de 0,5 ... 10 mm). Ţevile din oţel pentru instalaţii sînt ţevi din oţel sudate longitudinal sau elicoidal.

2.4.2. Produse metalice neferoase

În afara produselor din oţel, pentru confecţiile metalice se mai folosesc şi alte produse metalice, ca, de exemplu: table şi profile din aluminiu, table din zinc. ţevi din cupru, din alamă, din plumb etc. Acestea se folosesc la lucrări de învelitori, detîmplărie metalică, la lucrări de instalaţii etc.

2.5. COROZIUNEA METALELOR ŞI MĂSURI PENTRU PROTECŢIA CONTRA COROZIUNII

2.5.1. Fenomenul de coroziune

Coroziunea metalelor este un proces de degradare lentă, progresivă, a obiectelor metalice, de la suprafaţă spre interior, sub acţiunea mediilor chimice agresive. Coroziunea se poate produce sub acţiunea mediului ambiant (aer, umiditate, gaze industriale, apă dulce, apă de mare), sau sub acţiunea unor agenţi chimici cu care materialele metalice vin în contact, în timpul exploatării lor (soluţii acide sau alcaline, combustibili, lubrifianţi, produse de ardere etc.).

Procesul de coroziune se manifestă prin formarea unor produse de coroziune pe suprafaţa metalelor. Îngroşarea continuă a stratului corodat, precum şi desprinderea treptată a produselor de coroziune au ca rezultat pierderea în greutate şi susţinerea grosimii materialelor supuse coroziunii.

a. După modul în care se produce, coroziunea materialelor metalice poate fi, în principal, superficială, locală sau intercristalină.

Coroziunea superficială constă în corodarea întregii suprafeţe a produsului metalic. Ea poate fi uniformă, dacă se produce pe aceeaşi grosime în toată suprafaţa, sau neuniformă, dacă adîncimea do corodare este inegală.

Coroziunea locală cuprinde anumite zone din suprafaţa materialului metalic, formînd puncte, pete, adîncituri.

10

Fig. 2.9. Profile din bandă de oţel formate la recea — profil rotund deschis; b — profil T; c — profil ; d — profil cornier cu aripi egale ; e. — profil cornier cu

aripi neegale ; f — profil Z; g — profil U cu aripi egale ; h — profil U cu aripi neegale.

Coroziunea intercristalină are loc pe suprafeţele de contact ale grăunţilor cristalini. Coroziunea intercristalină este foarte periculoasă întrucît micşorează coeziunea metalului, ducînd la diminuarea rezistenţei mecanice, drept urmare a reducerii secţiunii.

b. În funcţie de mecanismul după rare se produce, coroziunea poate fi: coroziune chimică şi coroziune electrochimică.

Coroziunea chimică se produce prin reacţii chimice directe între agentul corosiv şi materialul metalic. Agenţii corosivi sînt gaze uscate sau lichide care nu conduc curentul electric (uleiuri, benzina, motorină, agenţi frigorifici etc.).

Coroziunea sub acţiunea gazelor uscate (coroziunea gazoasă) se produce în special, prin reacţia dintre metale şi oxigen (sau combinaţii oxigenate: CO2, SO2), în absenţa umidităţii. În urma acestei reacţii, la suprafaţa metalului se formează o peliculă de produse de coroziune, densă şi aderentă, care apără metalul de coroziunea ulterioară.

Coroziunea electrochimică are loc cînd metalele vin în contact cu soluţii, capabile să conducă curentul electric, numite electroliţi Astfel de electroliţi sînt soluţiile apoase de săruri, umiditatea atmosferică, apa, aburul etc.

Coroziunea electrochimică se bazează pe fenomene asemănătoare cu acelea care au loc în pilele galvanice. Este suficient ca metalul să prezinte neuniformităţi sau neomogenităţi chimice sau fizice pentru ca, în prezenţa unui electrolit să se formeze micropile electrice.

Coroziunea materialelor metalice se apreciază prin viteza de coroziune (în mm/an) sau prin pierderea de masă (în g/m2.h). După viteza de coroziune, materialele metalice pot fi: incorodabile (sub 0,001 mm/an), stabile (sub 0,05 mm/an) şi materiale cu rezistenţă slabă la coroziune (peste 1 mm/an).

2.5.2. Protecţia contra coroziunii

Deoarece tipurile de coroziune sînt numeroase şi condiţiile în care ea apare sînt extrem de variate, există diferite metode pentru combaterea coroziunii, şi anume: prin creşterea rezistenţei la coroziune a materialelor metalice şi prin acoperirea suprafeţei obiectelor metalice cu un strat de substanţă protectoare.

a. Creşterea rezistenţei la coroziune a materialelor metalice feroase poate fi realizată prin aliere cu anumite elemente. Astfel, alierea cu crom, cu nichel etc. asigură o rezistenţă mare la coroziune, Pe această bază s-au creat oţelurile inoxidabile şi anticorosive, care sînt foarte scumpe, iar utilizarea lor este economică numai cînd acţiunea agentului corosiv este deosebit de agresivă.

b. Acoperirile anticorosive pot fi nemetalice sau metalice. Acoperirile nemetalice se realizează cu uleiuri minerale, lacuri, unsori, vopsele, bitumuri şi emailuri

sticloase.Uleiurile minerale şi unsorile se folosesc pentru protecţia temporară a pieselor (cabluri, roţi dinţate etc.).Bitumurile se folosesc pentru izolarea la cald a ţevilor din plumb, fontă şi oţel, a robinetelor etc.Lacurile şi vopselele anticorosive se folosesc la acoperirea suprafeţelor metalice (ţevi, maşini-unelte, scule,

canale de aer etc.). Emailurile sticloase sub formă de peliculă de sticlă tehnică se folosesc pentru protecţia obiectivelor de

instalaţii (băi, chiuvete, recipiente şi cazane de abur, autoclave, frigorifere etc.).Acoperirile metalice se pot realiza prin cufundare, prin pulverizare, galvanizare (electrochimie) şi prin

difuziune (termochimic). Acoperirea prin cufundare în metal topit se aplică în cazul în care metalul cu care se efectuează acoperirea are punct de topire căzut. Prin acest procedeu se realizează plumbuirea sau zincarea ţevilor şi a armaturilor pentru instalaţii.

Pulverizarea constă în aplicarea unui strat de metal topit (Zn, U, Pb, Sn etc.) pe suprafaţa pieselor cu ajutorul unui jet de aer comprimat (rezervoare, boilere, hidrofoare etc.).

Acoperirea galvanică se realizează prin depunerea electrochimică a unui strat subţire de metal (crom, nichel, cadmiu etc.) pe piesele din oţeluri obişnuite.

Acoperirea prin difuziune se execută la temperaturi înalte, prin tratamente termochimice, conferindu-se pieselor rezistenţă la coroziune la temperaturi ridicate în mediu oxidant (cementare), în aer, vapori de apă, alcalii, gaze arse (nitrurare), în medii oxidante sau sulfurante la temperaturi înalte (alitare), în apă de mare (cromare) eltc.

2.6. ELABORAREA ALIAJELOR PENTRU TURNARE ÎN PIESE

2.6.1. Aliaje turnate în piese

În practica industrială, aliajele care se toarnă frecvent în piese sînt: aliajele fierului (fonta şi oţelurile), aliajele cuprului (bronzuri şi alame), aluminiului, magneziului, zincului, staniului, plumbului. Foarte rar se toarnă în piese metale pure din cauza caracteristicilor lor mecanice scăzute.

a) Fonta este un aliaj folosit pe scara largă în industria constructoare de maşini şi în alte ramuri industriale datorită caracteristicilor sale mecanice şi tehnologice şi a costului scăzut.

Fontele turnate în piese sînt: Fonte cenuşii cu grafit lamelor (STAS 568-75), care se folosesc pentru turnare în piese cu destinaţii foarte

11

diferite: piese pentru maşini agricole, maşini textile, în construcţii de autocamioane etc. Fonte cenuşii cu grafit nodular (STAS 6071-75) se întrebuinţează pentru turnarea pieselor care trebuie să aibă o

rezistenţă bună la uzura, cum sînt: segmenţi de pistoane, arbori cotiţi, cilindri de laminoare etc. Fontele maleabile (STAS 569-70) obţinute prin tratamente termice la recoacere (maleabilizare) aplicate pieselor

turnate din fonta albă.Fontele maleabile se folosesc pentru turnare de: bucşe, roţi dinţate, arbori cotiţi, axe cu came, lagăre etc.

Fonte cu proprietăţi speciale care sînt fonte cenuşii, albe sau maleabile aliate cu diferite elemente pentru îmbunătăţirea anumitor proprietăţi mecanice sau fizico-chimice.

Din această grupă fac parte: fonte refractare (STAS.6706-73) cu conţinut ridicat de crom şi nichel; fonte antifricţiune (STAS 6707-73) care înlocuiesc, metalele neferoase pentru lagăre obişnuite; fonte înalt aliate cu siliciu, crom. nichel sau cupru, care se folosesc în industria chimică.

b) Oţelurile reprezintă o categorie de material metalic cel mai folosit în tehnică. Acest lucru se datorează, pe de o parte, varietăţii mari de proprietăţi ce se pot obţine la diferite concentraţii de carbon, iar pe de altă parte posibilităţii alierii oţelului cu cele mai diferite elemente.

Oţelurile turnate în piese sînt: Oţelul carbon (STAS 600-74) clasificat în trei grupe:

— grupa 1: oţel cu prescripţii pentru rezistenţa de rupere la tracţiune şi alungire;— grapa a 2-a: oţel cu prescripţii pentru rezistenţa de rupere la tracţiune, pentru limita de curgere şi

alungire;— grupa a 3-a: oţel cu prescripţii pentru rezistenţa de rupere la tracţiune, pentru limita de curgere, pentru

alungire şi pentru rezilienţă sau gîtuire.Conţinutul de carbon al acestor oţeluri este cuprins între 0,08 şi 0,55%; ele au o structură ferito-perlitică, în

care proporţia de perlită creşte cu cît conţinutul de carbon este mai ridicat. Ca urmare, rezistenţa de rupere la tracţiune variază între 40 şi 60 daN/mm2, limita de curgere între 20 şi 35 daN/mm2, alungirea între 12 şi 20%, gîtuirea la rupere între 18 şi 35%, iar rezilienţa între 2,5 şi 5,0 daJ/cm2. Duritatea oţelurilor carbon turnate în piese este cuprinsă între 110 şi 169 HB,

Domeniile do utilizară ale oţelurilor carbon pentru turnătorie sînt funcţie de conţinutul de carbon, deci de structură şi caracteristici mecanice. Astfel oţelurile cu conţinut scăzut de carbon sînt folosite pentru piese întrebuinţate în electrotehnică (rotoare corpuri de rotoare etc.), a pieselor pentru o gamă larga de maşini şi utilaje în special a pieselor care urmează a fi cementate (came, axuri, roţi dinţate etc.).

Oţelurile cu conţinutul de carbon mai ridicat se utilizează pentru: cîrlige de cuplare, tampoane, şuruburi melc, roţi dinţate, arbori cotiţi şi alte piese solicitate la uzura fără sarcini la şoc prea mari. Oţeluri aliate (STAS 1773-67). Elementele de aliere întrebuinţate la elaborare sînt: siliciul, manganul, nichelul,

cromul, titanul, molibdenul, vanadiul, cuprul şi altele. Aceste elemente îmbunătăţesc însuşirile masei de bază feritică sau perlitică, conferind oţelului turnat caracteristici mecanice superioare. Oţelurile aliate se folosesc pentru obţinerea unei game largi de piese turnate; oţelurile aliate superioare se întrebuinţează numai după tratament termic.

Oteluri austenitice manganoase (STAS 3718-76) destinate turnării pieselor care trebuie să aibă rezistenţă mare la uzură.

Oţeluri aliate refractare şi anticorosive (STAS 6855-69) folosite pentru piese rezistente la coroziune atmosferică, la gaze sulfuroase, oxidante şi reducătoare; piese rezistente la temperatură şi presiune înaltă; piese cu plasticitate mare supuse la solicitări prin şoc (de exemplu: palete de turbine, supapele preselor hidraulice).

c) Aliajele de aluminiu turnate în piese (STAS 201/2-71):Aliaje Al-Si conţin 11-13,5% Si, fiind caracterizate prin bune proprietăţi de turnare şi rezistenţă mare la temperaturi obişnuite. Se folosesc la turnarea pieselor cu forme complicate. Aliaje Al-Cu conţin 7—11% Cu, dar mai pot conţine şi magneziu 1,2%, cînd procentul de cupru scade la 3,5%,

Se întrebuinţează pentru piese cu solicitări mijlocii (pistoane, chiulase motor etc.). Aliaje Al-Si-Cu conţin: Si = 4,5 ..., 6,0% şi Cu = 1,0 ... 6,5%, fiind utilizate pentru piese rezistente la

coroziune, piese de rezistenţă pentru motoare etc. Aliaje Al-Mg conţin 4,5—7,0% Mg şi uneori Si pînă la 1,3%, fiind caracterizate printr-o bună rezistenţă la apa

de mare şi la agenţi chimici. Aliaje Al-Zn conţin 4,5—6,0% Zn şi se folosesc pentru piese care necesită o stabilitate dimensională ridicată.

d) Aliajele cuprului se pot împărţi în trei grupe principale: alame, aliaje cupru-zinc (STAS 199/2-73); bronzuri, aliaje cupro-staniu (STAS 197/2-76), cupru-aluminiu (STAS 198/2-75) şi cupru-plumb-

staniu (STAS 1512-75); aliaje speciale.

Alamele de turnătorie au simbolul AmT, se folosesc la turnarea armăturilor pentru conducte de apă, abur etc. (alame obişnuite) şi pentru turnarea roţilor dinţate, piese pentru nave (alame speciale AmXT).

Bronzurile turnate în piese au următoarele caracteristici: rezistenţa ridicată la coroziune, rezistenţă medie la rupere şi la şoc, calităţi deosebite la uzură şi frecare.

Aliajele speciale reprezintă o mică fracţiune din greutatea aliajelor pe bază de cupru, totuşi ele sînt de un real folos pentru producţie. Astfel, aliajele Cu-Cr se folosesc pentru suporturi de electrozi, aliajele Gu-Be sînt

12

întrebuinţate pentru arcuri destinate instrumentelor muzicale.

2.6.2. Elaborarea fontei de turnătorie

a. Elaborarea fontei în cubilou. Cubiloul este un cuptor cu funcţionare continuă; pe măsură ce se evacuează fonta topită — la intervale de 10—15 min — prin gura de încărcare se introduce încărcătura nouă. Încărcătura cubiloului este alcătuită din: fonte brute de prima topire, deşeuri de fontă, deşeuri de oţel, fondanţi (CaO, F2Ca, dolomita), combustibil (cocs metalurgic) şi feroaliaje pentru aliere şi dezoxidare.

Părţile principiale ale unui cubilou (Fig. 2.10) sînt: cuva 1, umplută în permanenţă cu încărcătură prin gura 5, lîngă care se afla platforma de încărcare 14; creuzetul 2, prevăzut cu jgheabul de scurgere 6 pentru fontă şi gura pentru evacuarea zgurei 7; vatra 3, executată dintr-un amestec de nisip de turnătorie în amestec cu 12—14% argilă.

La exterior cubiloul are o manta metalică căptuşită cu cărămizi de şamotă 4. La bază, cubiloul este prevăzut cu un capac 8, susţinut de patru stîlpi metalici 9.

Aerul necesar arderii este adus de la un ventilator la toba 10 de unde pătrunde în cubilou prin gurile 11.

Deasupra gurii de încărcare se află coşul 12, iar deasupra acestuia se află parascînteiul 13.

Construcţiile moderne de cubilouri sînt prevăzute cu antecreuzete pentru omogenizarea compoziţiei chimice a fontei, cu mai multe rînduri de guri de aer cu insuflarea de aer preîncălzit la 200-600°C, cu insuflarea de aer îmbogăţit cu circa 25% în oxigen tehnic şi cubilouri cu cocs şi gaz metan.

Căldura de topire a încărcăturii se obţine prin arderea cocsului în aerul produs prin gurile de vînt, după reacţia exotermă C + O2 = CO2.

Procesul metalurgie din cubilou constă în diluarea fontei brute cu deşeuri de oţel însoţit de o slabă oxidare a siliciului (10-15%) şi a manganului (15—20%). Parţial se oxidează şi carbonul însă practic se poate considera că scăderea procentului de carbon se realizează numai prin diluare, deoarece la traversarea patului de cocs fonta se recarburează.

b. Elaborarea fontei în cuptoare electrice prin inducţie. Din punctul de vedere al principiului de funcţionare, cuptoarele pentru topirea metalelor şi aliajelor prin inducţie se împart în două grupe:

— cuptoare cu miez de oţel (cu canal);— cuptoare fără miez (cu creuzet).În figura 2.11. este reprezentată schema de principiu a cuptoarelor cu miez de oţel. Pe un miez format din

tole de oţel 5 se află o înfăşurare primară 4 de alimentare cu energie electrică şi înfăşurare secundară 3, sub forma unui canal închis, în care se află metalul topit 1. Canalul se execută din material refractar.

13

Fig. 2.10. Cubilou cu un rînd de guri de vînt.

Cîmpul magnetic creat de înfăşurarea primară induce în canalul cu metal un curent care, la trecere prin această spiră închisă, degajă o energie termică:

în care:I2 este curentul în canal, în A; R2 — rezistenţa electrică a spirei de metal topit, în , t — timpul, în s.În figura 2.12 este reprezentată construcţia schematică a cuptorului fără miez, constituită din cuva de topire,

executată din masă refractară, inductor şi ecran magnetic.Ecranul magnetic este format, din pachete de tole de transformator dispuse vertical în jurul spaţiului pentru

cuvă. În interiorul ecranului se află inductorul executat din ţeavă de cupru prin care circulă apa de răcire.La cuptoarele fără canal se obţine o circulaţie continuă a metalului, fapt ce duce la omogenizarea băii

metalice.Cuptorul cu inducţie este un agregat, economic, întrucît consumul de energie electrică este de 440—450

kWh/tonă de fontă lichidă.

În comparaţie cu cubiloul, topirea fontelor în cuptoare electrice prin inducţie prezintă următoarele avantaje: se micşorează proporţia de incluziuni nemetalice; se micşorează pierderile de metal prin ardere 0,5—3,0% faţă de 8-10% cît sînt aceste pierderi cu

cubilou; conţinutul de sulf şi de fosfor poate fi redus pînă la miimi de procente, folosindu-se încărcături ieftine

de fier vechi.2.6.3. Proprietăţile de turnare ale fontelor

Principalele proprietăţi tehnologice ce caracterizează comportarea fontelor la turnare sînt: fluiditatea, contracţia, segregaţia, retasura şi tensiunile interne.

Fontele au o bună fluiditate la turnare, în special fontele eutectice şi fontele cu grafit nodular. Contracţia liniară a fontei cenuşii este de 0,8—1,0%, iar a fontei albe de circa 1,7% datorită conţinutului mai redus de Si şi C.

Fontele se caracterizează printr-o segregaţie puternică în special în cazul pieselor mari şi cu pereţi subţiri, Retasura formată în piesele turnate din fonte nu este prea voluminoasă datorită contracţiei relativ mici a fontelor.

În piesele turnate din fonte, tensiunile interne sînt favorizate de neomogenitatea structurii şi de modificarea dimensiunilor în timpul tratamentului termic.

2.6.4. Elaborarea oţelului

După sursa de căldură necesară proceselor metalurgice, elaborarea oţelului se poate face prin: procedee care folosesc o sursă de căldură exterioară; procedee la care căldura este dată de procesele din cuptoare de elaborare. În porima grupă intră procedeul Siemens-Martin şi cuptorul electric cu arc, iar în grupa a doua, elaborarea

oţelului în convertizoare.

a. Elaborarea oţelului în cuptorul Siemens-Martin. Acest procedeu se aplică la elaborarea oţelului carbon şi a unor oţeluri slab aliate. Cuptorul funcţionează cu combustibil gazos (gaz metan, gaz de cocserie) sau cu

14

Fig. 2.11. Cuptor electric prin inducţie cu miez de oţel:

1 — baia metalică; 2 — căptuşeala refractară; 3 — canal; 4 — înfăşurarea primară; 5 — miez de oţel: 6 — carcasa

metalică.

Fig. 2.12. Cuptor electric prin inducţie fără miez de oţel:

1 - baia metalică ; 2 — căptuşeala refractară; 3 — inductor; 4 — ecran

combustibil lichid (păcura).Cuptorul Siemens-Martin (fig. 2.13) se compune din cuptorul propriu-zis (vatră, pereţi anteriori, posteriori

şi laterali şi din boltă) şi dintr-o serie de instalaţii anexe (camere regeneratoare, aparate de inversare şi altele). Pentru construcţia cuptorului se folosesc cărămizi de silice, la procedeul acid şi cărămizi din dolomită sau magnezită la procedeul bazic.

În vatră este prevăzut un orificiu pentru evacuarea oţelului, care se continuă cu un jgheab de turnare, în peretele anterior se găsesc 3—5 uşi de deservire, iar în pereţii laterali se află capetele de ardere, constituite din canale înclinate prin care se face admisia aerului şi evacuarea gazelor arse. În figură, circuitul aerului şi al gazelor arse s-a reprezentat prin săgeţi.

După capacitatea lor, cuptoarele Siemens-Martin pot fi de 5 t pînă la 400 t şi chiar mai mult. În ţara noastră cele mai mari cuptoare Siemens-Martin funcţionează la Combinatul siderurgic din Hunedoara.

Prin capacitatea cuptorului se înţelege cantitatea de oţel lichid, elaborată la o singură şarjă.Încărcătura cuptorului este constituită din: fontă lichidă sau solidă), fier vechi, materiale pentru formarea

zgurei (var, nisip cuarţos) decarburanţi (minereu de fier), deoxidanţi (feroaliaje) şi elemente de aliere în cazul oţelurilor aliate.

Elaborarea oţelului în cuptorul Siemens-Martin cuprinde următoarele faze: ajustarea cuptorului, încărcarea, topirea, fierberea, dezoxidarea metalului şi evacuarea şarjei.

În timpul topirii se produc reacţii de oxidare a Si, Mn, P şi C şi zgura de topice, care, datorită greutăţii specifice mai mici, se află deasupra băii de metal topit. Zgura se scoate din cuptor prin uşile de deservire. Fierberea este determinată de oxidarea puternică a carbonului şi formarea CO care se ridica la suprafaţa, metalului. Pentru realizarea dezoxidării în baia metalică se introduc dezoxidanţi sub forma de feroaliaje. Evacuarea oţelului în oala de turnare se face prin destuparea orificiului de evacuare.

Durata de elaborare a unei şarje este de 6-12 h, funcţie de capacitatea cuptorului, de regimul termic şi de natura oţelului elaborat.

b. Elaborarea oţelului în cuptorul electric ca arc. În practica industrială cel mai răspîndit este cuptorul electric cu arc cu vatra neconducătoare avînd capacităţi între 0,5 t şi 200 t.

Cuptorul este alcătuit dintr-o cuvă cilindrică şi o vatra sferică executate din tablă şi căptuşite cu material refractar şi din bolta detaşabila sau fixă, tot din material refractar. Cuva este prevăzută cu o uşa de încărcare iar în partea opusă se află orificiul cu jgheabul de evacuare a oţelului. Prin boltă pătrund trei electrozi alimentaţi cu curent alternativ trifazic de la un transformator care coboară tensiunea de la 3000—6000 V la tensiunea de regim de 80—200 V.

Arcul electric se închide după circuitul: electrod – arc – zgură – metal – electrod vecin.Electrozii folosiţi la cuptoarele cu arc sînt din grafit sau cărbune grafitizat.Încărcătura cuptorului electric constă din fier vechi şi fontă solidă care nu depăşeşte 20%. Elaborarea

oţelului cuprinde următoarele etape: încărcarea, topirea, afinarea, dezoxidarea şi alierea.Încărcarea şi topirea sînt două etape care prezintă importanţă atît din punct de vedere economic cît şi

metalurgic. Desfăşurarea proceselor în cursul acestor etape influenţează atît calitatea oţelului cît şi durata de elaborare a şarjei.

Afinarea se referă la decarburarea băii metalice care trebuie să se desfăşoare cu o viteză mare pentru a realiza o bună degazificare a metalului.

Dezoxidarea băii metalice se face prin difuziune, proces ce are la bază reacţia de trecere în zgură a oxigenului dizolvat în oţel pe baza legii repartiţiei. Scăderea conţinutului FeO din zgură se realizează prin adăugarea unor reducători (praf de cocs, CaO şi Fe2Ca) pe zgură. Cînd zgura devine reducătoare, oxizii din baia metalică difuzează în zgură.

În cazul oţelurilor aliate după dezoxidare se introduc elemente de aliere, cum sînt: Ce, Mn, Mo, Ti, V, W, 15

Fig, 2.13. Cuptor Siemens-Martin:1 — vatră; 2— metalul topit; 3 - zgură topită: 4 — bolba; 5—5' - arzătoare sau injectoare; 6 — 6' - camere regeneratoare; 7 — canal pentru aer rece; 8 — aparat de inversare; 9 — canal de fum.

Si. Elementele mai puţin oxidabile decît fierul se introduc chiar în încărcătura cuptorului.

c. Elaborarea oţelului în convertizorul cu oxigen. Elaborarea oţelului în convertizor se caracterizează prin faptul că încărcătura constă din fontă lichidă, iar afinarea se face prin suflare de oxigen. Datorită reacţiilor de oxidare exoterme, temperatura topiturii se ridica de la 1200— 1250°C (temperatura fontei lichide) pînă la 1600°C (temperatura oţelului lichid).

Convertizorul cu oxigen, numit şi convertizorul L.D., constă dintr-un recipient de tablă din oţel căptuşit cu cărămizi retractare. Oxigenul se suflă în convertizor printr-o ţeava de cupru (lance) răcită cu apă şi introdusă vertical prin gura convertizorului. La capătul inferior, lancea este prevăzută cu un ajutaj din cupru, cu 3—7 orificii, înclinate faţă de axa verticală cu 8—13°. Fiecare convertizor este prevăzut cu două lănci.

Jetul de oxigen introdus în convertizor, în contact cu topitura, are două efecte: unul mecanic şi unul termochimic.

Efectul mecanic produce o amestecare puternică a băii metalice, iar efectul termochimic constă în oxidarea parţială a topiturii de metal. Oxidul feros format difuzează repede în topitură determinînd oxidarea carbonului şi a elementelor însoţitoare. Ordinea de oxidare a elementelor corespunde afinităţii lor chimice pentru oxigen, şi anume: Si, Mn, C, P. Pentru formarea zgurei, în convertizor se introduc bucăţi de CaO iar pentru reglarea temperaturii, cînd se produce o supraîncălzire a băii metalice, se introduc anumite cantităţi de fier vechi.

Oţelurile obţinute în convertizorul cu oxigen sînt maleabile şi ductile, avînd o bună sudabilitate şi un conţinut scăzut de azot. Se întrebuinţează la fabricarea sîrmei, tablei, ţevilor, barelor etc.

2.6.5. Proprietăţile de turnare ale oţelului

Fluiditatea oţelului este mai redusă decît a fontelor deoarece conţine mai puţin carbon şi siliciu şi ca urmare capacitatea de turnare a oţelului este inferioară fontelor.

Contracţia oţelului este relativ mare, fiind cuprinsă între 2,18 şi 2,4% (contracţia liberă totală). Datorită contracţiei mari, oţelul are tendinţa accentuată spre formarea retasurilor şi crăpăturilor în timpul solidificării pieselor turnate.

Oţelul are o tendinţă mare de a absorbi gaze determinate de temperaturi înalte de supraîncălzire necesară turnării.

2.6.6. Elaborarea aliajelor neferoase

Aliajele neferoase se folosesc pentru turnarea în piese care trebuie să aibă anumite proporţii speciale, ca: greutate specifică mică; rezistenţă la uzură prin frecare; rezistenţă la coroziune; conductibilitate termică ridicată.

Principalele aliaje neferoase folosite pentru turnarea pieselor sînt: bronzurile, aliaje, Cu—Sn, Cu—Al, Cu—Pb; alamele, aliaje Cu—Zn; aliajele de aluminiu; aliajele de magneziu; aliajele antifricţiune pe bază de Sn„ Pb şi Al.

Materiale pentru elaborarea aliajelor neferoase. La elaborarea aliajelor neferoase se folosesc: a) Metale turnate în blocuri:

aluminiu tehnic primar (98,00 ... 99,8% Al); cupru (99,0—99,95% Cu); magneziu primar (99,85—99,9% Mg); nichel (97,6—99,8% Ni); plumb (99,5—99,95% Pb); staniu (96,25—98,35% Sn); zinc (97,5—99,99% Zn).

b) Prealiaje, adică aliaje intermediare folosite în cazul cînd alierea directă cu elemente în stare pură nu este posibilă.

Prealiajele se utilizează la elaborarea aliajelor dintre metalele de bază cu temperatura de topire scăzută şi elemente de aliere greu fuzibile (Ni, Cu, Mn etc.), în scopul evitării supraîncălzirii aliajului. Pentru aceasta este necesar ca prealiajele să aibă un conţinut cît mai ridicat, de elemente greu fuzibile şi temperatura de topire cît mai apropiată de cea a metalului de bază.

c) Deşeurile metalice şi metalele vechi neferoase se împart în următoarele categorii: cupru, alamă, bronz cu staniu, bronz cu aluminiu, bronz cu plumb, nichel, plumb şi altele.

d) Fondanţii au rolul de a antrena oxizii prin reducerea tensiunii superficiale între metal şi oxid şi de a rafina şi degaja baia metalică prin acţiune mecanică.

16

În practica industrială se folosesc următorii fondanţi: soda calcinată 50% şi fluorină 50% sau sodă 20%, fluorină 40% şi nisip da cuarţ 40% pentru bronzuri cu staniu: amestec de sticle şi borax pentru bronzuri cu aluminiu, mangal pentru alame şi amestecuri de cloruri şi fluoruri ale metalelor alcaline pentru aluminiu şi magneziu.

Cantitatea de fondanţi folosită variază între 0,5 şi 1% din greutatea încărcăturii.e) Dezoxidanţii servesc la reducerea oxizilor din baia metalică, cuprul fosforos în cazul aliajelor de cupru.

b. Elaborarea aliajelor de cupru. a) Bronzurile cu staniu se elaborează în cuptoare cu creuzet, cu flacără şi în cuptoare electrice. Ordinea de

topire a încărcăturii este următoarea: cuprul şi deşeurile de bronz apoi staniul şi dacă este necesar şi plumbul. Dezoxidarea se face cu adaosuri de cupru fosforos în proporţie de circa 0,05% din greutatea topiturii.Pentru eliminarea aluminiului din bronzurile cu staniu se foloseşte un fondant alcătuit din 50% ZnO şi 50%

borax, în proporţie de 6% din greutatea băii metalice pentru fiecare procent de aluminiu.Fierul şi stibiul se îndepărtează din aliaj cu ajutorul unui fondant compus din 50% sulfat de potasiu şi 50%

sodă calcinată.Temperatura de turnare a bronzurilor cu staniu este de 1100—1180°C.b)Bronzurile cu aluminiu se elaborează cu precădere în cuptoare de inducţie, topindu-se întîi cuprul şi apoi

aluminiul. Înainte de introducerea aluminiului, cuprul se dezoxidează cu cuprul fosforos, în aşa fel încît în aliaj să rămînă 0,01— 0,02 %P.

Pentru protejarea topiturii contra oxidării şi pentru micşorarea pierderilor prin ardere, aliajul topit se acoperă cu fondanţi. La topirea bronzurilor de aluminiu se aplică şi rafinarea cu clorură de mangan, care se introduce în proporţie de 0,2—0,4% din greutatea încărcăturii.

Temperatura de turnare a bronzurilor de aluminiu este de 1100—1200°C, în funcţie de forma piesei turnate.c) Alame. La elaborarea alamelor ordinea de topire a încărcăturii este următoarea: cuprul, deşeuri de alamă

şi zincul. Alama se topeşte fie sub un strat de cărbune fie sub un strat de fondant (25% Na2O; 65% SiO2; 10% NaCl).La topirea alamei nu se folosesc dezoxidanţi speciali deoarece însuşi este zincul dezoxidant.

c. Elaborarea aliajelor de aluminiu. La elaborarea aliajelor de aluminiu se topeşte întîi aluminiul în care apoi se dizolvă prealiajele. Aliajele de aluminiu fiind sensibile la oxidare şi absorbţie de gaze se elaborează sub un strat de fondanţi de compoziţie complexă (fluoruri şi cloruri ale metalelor alcaline).

După topirea şi îndepărtarea zgurei se dezoxidează metalul cu ajutorul unui fondant, iar apoi aliajul topit se modifică cu unele metale (Ti, Ta, B, Be, Zn etc.) care se introduc în cantităţi de miimi de procente.

Aliajul modificat se degajează cu clor sau azot (5—10 min la 750°C) după care metalul se toarnă.La elaborarea aliajelor aluminiu-siliciu de tipul siluminului, modificarea se face cu sodiu metalic (0,1%)

sau cu un amestec de săruri ale sodiului (75% NaF, şi 25% NaCl) la 750—800°C după rafinare. După modificarea băii metalice şi amestecarea acesteia aliajul se toarnă.

d. Elaborarea aliajelor cu bază de magneziu. Aliajele do magneziu se elaborează în cuptoare cu creuzet, iar topirea se face în următoarea ordine: fondanţi (40—50% din greutatea metalului), aliaj ai de magneziu şi elementele de aliere sau prealiajele.

La elaborarea aliajelor de magneziu o atenţie deosebită se acordă pregătirii fondantului pentru izolarea bună a metalului de contactul cu aerul şi gazele de ardere în scopul evitării aprinderii magneziului. În timpul topirii baia metalică trebuie să fie acoperită cu un strat de fondant.

După topire, aliajul se încălzeşte pînă la 720—740°C şi se amestecă timp de 4—6 min.La turnarea aliajelor cu bază de magneziu este necesar ca fondantul să rămînă pe fundul creuzetului. Pentru

aceasta aliajul se supraîncălzeşte pînă la 880—890°C, după care se răceşte în creuzet pînă la 690—770°C fără a se agita. La această temperatură, creuzetul se transportă la locul de turnare, evitîndu-se agitarea aliajului.

e. Proprietăţile de turnare ale aliajelor neferoase. Aliajele de aluminiu şi magneziu se caracterizează printr-o capacitate bună la turnare, grosimea minimă a pereţilor pieselor mici este de 3 mm, în timp ce la piesele mai mari şi de importanţă, grosimea nu trebuie să scadă sub 4 mm.

Aceste aliaje au o contracţie mare la solidificare şi deci tendinţa de a forma macroretasuri; aliajele cu compoziţia eutectică manifestă tendinţa de a forma macroretasuri interioare, iar cele care se solidifică într-un interval de temperaturi formează microretasuri şi retasuri exterioare datorită pericolului impurificării aliajului cu oxizi, este obligatorie umplerea liniştită şi neîntreruptă a formei.

Bronzurile fără staniu şi alamele speciale au tendinţa de a forma retasuri concentrate ca urmare a contracţiei mari în timpul solidificării de a produce straturi de oxizi pe suprafaţa aliajului lichid şi de a forma sufluri. În schimb bronzurile cu staniu formează microretasuri interioare care pătrund adînc în piesa turnată.

Lipsa tendinţei de formare a macroretasurilor la bronzurile cu staniu se datoreşte unui interval mare de temperaturi de solidificare; de exemplu, pentru bronzul cu un conţinut de 5—10% Sn, intervalul de solidificare este de 150—200°C. La bronzurile fără staniu şi la alame acest interval este relativ de obicei, nu depăşeşte 50°C.

17

3. GAZE ŞI LICHIDE COMBUSTIBILE

Metalele şi aliajele de sudat folosite curent au temperaturi de topire sub 1500°C. Pentru îmbinarea prin topire a acestora, este necesar ca flacăra de sudare să degajă o cantitate de căldură cît mai mare, în care scop pentru sudare sau lipire este folosită zona primară a flăcării, unde temperatura este cea mai mare. Flacăra de sudare se obţine, aşa cum s-a arătat, prin arderea unui gaz combustibil sau vapori de lichide combustibile în amestec cu aer sau cu oxigen pur. În amestec cu aer, temperatura flăcării este mai mică şi nu poate fi folosită decît pentru metale şi aliaje cu temperaturi joase de topire şi cu o conductivitate termică mâi redusă, sau lipire. Pentru sudarea oţelului, a aluminiului şi a cuprului, flacăra cu amestec de aer nu este corespunzătoare. În general, pentru sudare şi tăiere, flacăra de gaze şi lichide combustibile nu este folosită în amestec cu aer, ci numai cu oxigenul. În flacăra formată de gazul combustibil şi oxigen, aerul participă numai în flacăra secundară, care degajă căldura şi ajută parţial la încălzirea piesei în timpul operaţiei de sudare.

Gazele şi vaporii de lichide combustibile folosite la sudare, tăiere şi lipire sînt: acetilenă, gazele naturale, hidrogenul, vaporii de benzină, de benzen, de gaze lichefiate etc.

Acetilenă (C2H2) constituie gazul cel mai propriu sudării, deoarece are o temperatură de ardere în oxigen foarte înaltă, cuprinsă între 3100 şi 3200°C. Are o putere calorică de circa 12600 ∙ 4,1868 kJ/m 3, iar căldura degajată în zona primară este de asemenea mare, de circa 5050 ∙ 4,1868 kJ/m3; masa specifică a acetilenei este de 1,18 kg/m3. Se foloseşte la sudarea oţelului, a fontei, metalelor neferoase etc. Prezintă dezavantajul că în amestec cu oxigen sau aer este explozivă, din care cauză sînt necesare măsuri speciale de securitate. Se prepară în generatoare de acetilenă, din carbură de calciu (carbid), care în contact cu apa produce acetilenă, conform reacţiei:

CaC2 + 2H2O=C2H2 + Ca(OH)2 + 30,4 ∙ 4,1868 ∙103 J/mol.Carbura de calciu (CaC2) se fabrică din oxid de calciu şi cărbune pe cale electrochimică; are aspectul de

granule compacte de culoare galbenă-brună pînă la neagră-albastră, iar în spărtură proaspătă are o structură cristalină. Se fabrică în şase granulaţii de la dimensiunea de 80—120 mm pentru tipul O, de 50—80 mm pentru tipul IV pînă la granule mici de 2—7 mm pentru tipul V. Volumul de acetilenă dezvoltat de 1 kg carbid este de 280 1 pentru granulaţiile 0 şi I, de 270 1 pentru granulaţia II şi de 240 pentru granulaţiile III, IV şi V. Carbidul se livrează în butoaie de tablă subţire cu un conţinut de 100 kg, închise ermetic. Butoaiele cu carbid trebuie ferite de umezeală şi foc şi de aceea se păstrează în magazii anume destinate acestui scop. Granulaţiile mici se folosesc în centralele de acetilenă, iar cele mari pentru producerea acetilenei în generatoarele de acetilenă. Reziduul rezultat la producerea acetilenei, hidroxidul de calciu Ca(OH)2, sub formă de nămol, se îndepărtează din generatoare şi se aruncă în gropi special destinate acestui scop, deoarece din ele se degajează acetilenă în continuare care poate provoca explozii.

Conform reacţiei de dezvoltare a acetilenei rezultă că, în urma descompunerii carbidului, de produce o mare cantitate de căldură. Deşi pentru descompunerea unui kilogram de carbid este necesară teoretic o cantitate de 0,56 1 apă, rezultînd 344,4 l acetilenă, în practică în generatoare cantitatea de apă se ia de peste 10 1 pentru fiecare kilogram de carbid, deoarece în caz contrar temperatura produsă depăşeşte 60°C. Apa absoarbe căldura dezvoltată, ceea ce previne temperaturile mari şi pericolele legate de acestea. Temperatura de aprindere a acetilenei este de 35°C. În general, acetilenă este debitată din generatoare la presiuni foarte mici sub 0,1∙10 5 N/m2, ceea ce asigură securitatea necesară.

Acetilenă dizolvata. Acetilenă la presiune de peste 1,6∙105 N/m2, la temperatura de 60°C, se descompune în hidrocarburi foarte explozive. De aceea, acetilenă nu se livrează în butelii la presiuni mari, ca majoritatea celorlalte gaze, ci numai în butelii speciale prevăzute cu masă poroasă, deoarece în capilarităţile porilor acetilenă se poate transporta fără pericol de explozie. În aceste butelii se introduce şi acetona, care are proprietatea de a dizolva acetilenă comprimată (1 l acetonă dizolvă 23 1 acetilenă). În buteliile prevăzute cu masă poroasă şi acetonă, acetilena se poate comprima la (15-16)∙105 N/m2 la temperatura de 20°C, fără să prezinte pericole. Buteliile conţin circa 25% masă poroasă, 40% acetonă şi 29% acetilenă dizolvată (în volume), restul de 6% formînd spaţiul de siguranţă în partea superioară a buteliei. Cantitatea de acetilenă Q din butelie, dizolvată de acetonă, se calculează cu relaţia:

Q=0,4∙V∙23 kp=9,2∙V∙kp [1]în care:V este volumul buteliei, în 1 (în general V=40 1);

(p - presiunea din butelie şi pc - presiunea de consum, în N/m2).

La presiunea p=15∙105 N/m2 şi pc=pa=105(presiunea atmosferică de consum) rezultă kp=15, iar cantitatea de acetilenă din butelie este:

Q=9,2∙40∙15=5520 l,adică echivalentul a aproximativ 22 kg carbid.Acetilenă dizolvată în butelii prezintă următoarele avantaje: puritate mare a gazului; securitate în exploatare; posibilitate de folosire în orice loc de muncă.

18

Buteliile de acetilenă dizolvată sînt vopsite în alb şi poartă o inscripţie roşie.Hidrogenul este cel mai uşor gaz cunoscut (0,9 g/l) şi are o putere calorică destul de redusă de circa

2570∙4,1868∙103 J/m3; temperatura flăcării de hidrogen în amestec cu oxigenul este de 2200°C, iar căldura utilizată în zona reducătoare este de 1300∙4,1868∙103 J/m3. Se foloseşte la sudarea metalelor şi aliajelor uşor fuzibile. Se livrează în butelii, vopsite în verde-închis cu inscripţia roşie, cu capacitatea de 40 1 la presiunea de 150∙105 N/m2. Cantitatea de gaz disponibilă din butelii se calculează conform aceleiaşi relaţii:

în care:V este volumul buteliei, în 1 (în general 40 1);

(p - presiunea din butelie şi pc - presiunea de consum, în N/m2).

În cazul presiunii p=70∙105 N/m2 şi pc=pa=105 N/m2 (presiunea atmosferică de consum) rezultă k = 70, iar cantitatea de gaz într-o butelie de 40 l este:

Q=40∙70=2800 1.Gazele naturale conţin în general 94 - 97% metan (CH4), iar în unele cazuri puritate lor ajunge la 99% CH4.

Ţinîndu-se seamă de aceste proporţii, puterea calorică a gazelor naturale se apreciază egală cu cea a metanului, adică de 8500∙4,1868∙103 J/m3 sau 12000∙4,1868∙103 J/kg. Deşi are o putere calorică destul de mare, căldura dezvoltată în zona reducătoare a flăcării este numai cu puţin mai mare decît cea a hidrogenului. Temperatura de ardere în oxigen este de 2000°C. Temperatura de aprindere în aer este de 340°C. Gazele naturale sînt folosite la sudarea aliajelor uşor fuzibile şi la tăiere, datorită costului mult mai redus, în comparaţie cu alte gaze. Sînt foarte explozive în amestec cu aerul. Cele mai bune rezultate se obţin cînd sînt folosite la presiunea de 4-6 N/cm2.

Vaporii de benzină, de petrol lampant sau de benzen (C6H2) pot fi folosiţi cu bune rezultate la sudarea metalelor uşor fuzibile şi la tăiere. Temperatura flăcării amestecului de vapori de benzină cu oxigen este de 2550°C, a vaporilor de petrol lampant în amestec cu oxigen — de 2475°C, iar a celor de benzen — de 2500°C. Pentru obţinerea vaporilor sînt necesare suflaiuri prevăzute cu flacără de preîncălzire, care să vaporizeze lichidul necesar; aceste suflaiuri prezintă inconvenientul că se deteriorează destul de repede. Puterea calorică a vaporilor de benzină este de 30000∙4,1868∙103 J/m3, a petrolului de 23000∙4,1868∙108 J/m3 şi a benzenului de 33800∙4,1868∙103 J/m3.

Vaporii de gaze lichefiate, propanul (C3H8) si butanul (C4H10), cu o putere calorica de 21700, respectiv 28200∙4,1868∙103 J/m3, deşi comode în exploatare, au dezavantajul că în zona reducătoare degajează cantităţi reduse de căldură, de circa 2000∙4,1868∙103 J/m3. Vaporii acestor gaze se folosesc la tăiere şi lipire. Gazele lichefiate se livrează în butelii cu capacitatea de circa 26 1; greutatea buteliei este de circa 12 kg şi este vopsită în albastru-închis.

Pentru sudarea metalelor şi aliajelor uşor fuzibile, ca şi la tăiere, se mai folosesc: gaze de iluminat, gaz de apă, gaz de cocserie etc., a căror temperatură de ardere în oxigen variază între 1900 şi 2100°C şi care au puteri calorice cuprinse între 2600 şi 4500∙4,1868∙103 J/m3. Aceste gaze conţin H şi CO, care le fac combustibile. Temperaturile de ardere a acestora în oxigen variază între 1900 şi 2000°C.

De câţiva ani, în ţările cu industrie dezvoltată se foloseşte un nou gaz lichefiat, metilacetilenă-propadienă, cunoscut sub numele de gazul MAPP. Vaporii acestui gaz au caracteristici apropiate de cele ale acetilenei cu temperatura de ardere în oxigen de 2925°C; acest gaz prezintă marele avantaj că poate fi înmagazinat, transportat şi manipulat ca orice gaz lichefiat. De asemenea, noul gaz lichefiat are limitele de explozie în amestec cu aer şi oxigen mult reduse faţă de acetilenă, ceea ce-i conferă o mare siguranţă în exploatare.

Pentru obţinerea temperaturilor înalte la arderea gazelor combustibile este folosit oxigenul industrial (STAS 2031-77) care, amestecat cu acestea în proporţii corespunzătoare, după aprindere, generează flacăra de sudare. Oxigenul tehnic se livrează în trei tipuri: tip 99, tip 98 şi tip 97, numerele reprezentînd puritatea oxigenului respectiv. Pentru sudare şi tăiere, oxigenul cei mai corespunzător este de tip 99. Oxigenul se livrează în butelii de oţel 40 1, la presiunea de 1500 N/cm2. Capacitatea unei butelii pentru presiunea atmosferică de lucru este Q = 40∙150=6000 1 = 6 m3 oxigen (kp=150) şi, în cazul cînd presiunea s-a micşorat din cauza consumului, cantitatea disponibilă se calculează cu relaţia lui Mariotte, dată mai înainte pentru hidrogen.

19

4. METALE DE ADAOS, SÎRME ŞI FLUXURI

Pentru sudarea diferitelor metale şi aliaje este necesară folosirea de metale de adaos corespunzătoare calitativ cu materialul de bază, adică de o compoziţie chimică care să confere cusăturii sudate aceleaşi caracteristici mecanice.

Pentru oţel, întreprinderile din ţară fabrică, conform STAS 1126-78, numeroase tipuri de sîrme marcate cu simbolul S (sîrmă) urmat de cifre şi litere, care indică atunci cînd este cazul elementele de aliere cuprinse în aceste sîrme, precum şi conţinutul maxim de carbon. Unele calităţi de sîrme pentru sudarea oţelului nealiat au şi litera X, care indică un material cu puritate mai înaltă (S şi P redus, de maximum 0,03% pentru fiecare).

Sîrma de oţel nealiat este marcată cu S10 şi cea de calitate mai pură cu S10X; cifra 10 indică conţinutul de maximum 0,10% C din sîrmă. Sîrmele aliate sînt marcate cu literele M (mangan), S (siliciu), Mo (molibden), C (crom) etc.; astfel marca sîrmei S12M2 indică sîrma cu 0,12% C şi cu un conţinut pînă la 2% Mn, iar S12M25 indică o sîrmă cu aceleaşi elemente componente ca şi sîrma S12M2/şi cu un conţinut pînă la 1% siliciu; marca sîrmei S12MoC indică o sîrmă cu 0,12% C, molibden şi crom într-o proporţie sub 1%. Pentru sudarea oţelurilor speciale, inoxidabile, antiacide, refractare etc., sîrma de sudare se livrează o dată cu materialul de bază. Sîrmele au diametrul de la 0,5 pînă la 12,5 mm şi se livrează în colaci sau în legături de vergele.

Pentru sudarea fontei cenuşii se folosesc vergele turnate VT-S30 şi VT-S36, cu diametrul de 4—14 mm şi cu lungimi de 450—700 mm. Prima marcă are un conţinut de siliciu de 3—5% Si, iar a doua de 3,6—4,8% Si şi sînt folosite pentru sudarea fontei la cald.

Pentru sudarea cuprului se foloseşte sîrma de cupru electrolitic CuE sau vergele cu Cu—Ag cu 1% Ag de 1 m lungime, cu diametrul de 4, 5, 6 şi 8 mm.

Pentru sudarea alamei sînt folosite sîrme (1—3 mm) şi vergele (2—3 mm) de alamă pentru sudare şi lipire, şi anume mărcile Am Si Lp şi MnSnLp, prima conţinînd 58—62% Cu 'şi 0,2—O,3o/O Si şi a doua 59_610/0 Cu, 0,2—0,3"/o Si, 0,8—1,2% Sn, restul Zn. Aceste sîrme sînt folosite atît la sudarea alamei, cît şi la lipirea cuprului, a bronzului, oţelului, fontei etc.

Sîrmele se depozitează în locuri uscate şi curate, pentru ca să nu se degradeze. Sîrmele nu se vor proteja prin ungere cu ulei sau substanţe organice, deoarece acestea impurifică baia de sudură. La folosire, sîrmele se vor şterge cu bumbac curat; îndreptarea şi tăierea sîrmelor se vor face în condiţii de curăţenie, iar după tăiere şi îndreptare, fiecare bară se va şterge cu bumbac curat.

Deoarece în timpul sudării se formează oxizi care impurifică sudura, este necesară folosirea fluxurilor sub formă de pulberi, paste sau lichide, pentru asigurarea protecţiei metalului topit, ca şi la afinarea acestuia. In general, la sudarea oţelurilor obişnuite nu este necesară folosirea fluxurilor, în schimb, la sudarea oţelurilor speciale, a metalelor şi aliajelor neferoase, a fontei etc., folosirea fluxurilor este absolut necesară. Fluxurile formează deasupra băii de sudură zguri uşoare, cu temperaturi de topire mai joase decît cele ale materialelor de' sudat şi afinează metalul topit. Fluxurile se îndepărtează uşor după sudare, prin periere, după care piesa sudată trebuie spălată bine. Fluxurile sînt constituite din compuşi chimici care au o mare capacitate de dizolvare a oxizilor formaţi. Cele mai folosite substanţe care compun fluxurile sînt:

— boraxul amestecat cu acid boric şi sare de bucătărie pentru sudarea cuprului şi a alamei. Un amestec recomandabil de flux este: 60...70% borax, 10...20% acid boric, 20 ... 30% clorură de sodiu;

— cloruri de litiu, potasiu, sodiu, în amestec cu fluoruri de potasiu sau de calciu, cu borax etc. pentru sudarea aluminiului şi a aliajelor de aluminiu.

— carbonaţi de sodiu şi potasiu pentru sudarea fontei, cum sînt fluxurile: 70% borax topit, 20% clorură de sodiu, 10% acid boric sau 50% borax şi 50% acid boric.

Pentru sudarea sub flux este necesar ca, după presărarea fluxului, o sîrmă-electrod sau o bandă-electrod (în cazul sudării de încărcare) să fie permanent antrenată în arcul de sudare. La variantele mai noi ale acestui procedeu, care conduc la o productivitate şi mai mare, se utilizează şi un material de adaos granulat cu conţinut mare de fier, introdus în prealabil în rost, peste care se presară fluxul protector, sudîndu-se apoi obişnuit cu o sîrmă-electrod.

În ţară, sîrmele pentru sudarea sub flux se fabrică în conformitate cu STAS 1126-76. Ele trebuie să conţină cît mai puţine impurităţi, adică S+P maximum 0,04% pentru fiecare; în cazul sîrmelor de calitate superioară, conţinutul maxim de impurităţi este de 0,03% pentru fiecare.

Pentru asigurarea unui bun contact, sîrmele trebuie să fie cuprate lucios şi complet lipsite de orice fel de murdărie sau impurităţi. Pentru sudarea oţelului carbon, unele sîrme au un conţinut mărit de mangan, deoarece la folosirea curenţilor mari de sudare arderea manganului este intensă. Pentru sudarea oţelurilor aliate se folosesc sîrme aliate corespunzătoare cu diferite elemente: mangan, siliciu, molibden, crom etc.

Pentru sudarea sub flux, sîrmele din oţel destinate sudării oţelurilor carbon, oţelurilor slab, mediu şi înalt aliate, precum şi încărcării, au compoziţii foarte variate (conform STAS 1126-76), după cum urmează: cu conţinut redus de carbon (<0,20% C) şi cu conţinut de 0,5 ... 2%Mn şi 0,10...0,30% Si; slab aliate cu mangan (1 ... 2% Mn) şi molibden (0,5% Mo); slab aliate cu mangan (0,5 ... 2% Mn), crom (1 ... 3% Cr) şi molibden (0,5 ... 1% Mo); slab aliate cu nichel (0,5 ... 1,2% Ni), mangan (1 . . . 1,5% Mn) şi eventual cu molibden (0,5% Mo); slab aliate cu crom-nichel (0,5 . .. 0,7% Cr, 1 ... 2,5% Ni); slab aliate cu nichel-vanadiu şi nichel-cupru; aliate cu crom (6 .. .12% Cr) şi molibden (0,7.. . 1% Mo);

20

aliate cu crom sau crom-molibden (pînă la 9,5% Cr sau 4,2 ... 6% Cr; 1... 3% Mo); înalt aliate cu: Cr, Cr-Ni, Cr-Ni-Mo, Cr-Ni-Mn, la care conţinutul de elemente de aliere poate trece chiar de

30%; pentru încărcare, cu conţinut de carbon de 0,2... 1% C, aliate cu crom (1 ... 5% Cr), sau şi cu siliciu (0,9... 1,2%

Si), eventual cu molibden (0,4 ... 0,6% Mo).Pentru obţinerea de acoperiri din oţeluri înalt aliate rezistente în diferite medii, se fabrică şi benzi din

oţeluri cu conţinut de 18 ... 24% Cr şi 10 ... 17% Ni, unele aliate şi cu Mo, Nb sau Mn, care servesc la depunerea unuia sau a mai multor straturi de suduri. Unele benzi au un conţinut de elemente de aliere pînă la 50%.

Diametrele uzuale ale sîrmelor sînt: 1,2; 1,6; 2; 2,5; 3,15; 4 şi 5 mm. Sîrmele se livrează în colaci; pentru producţie, în majoritatea cazurilor, se înfăşoară în bobine cu diametrul de 250—700 mim şi în greutate de 10—75 kg.

Fluxurile pentru sudarea cu arc electric acoperit au rolul de menţinere a arcului de sudare, de protecţie a băii de sudură şi uneori de aliere a sudurii; de aceea, alegerea lor pentru sudarea unui oţel este foarte importantă. Pentru sudarea oţelului nealiat cu sîrme nealiate, fluxul trebuie să fie silicomanganos. Pentru sudarea oţelurilor slab aliate cu mangan sau cu mangan-siliciu, cu sîrme slab aliate cu mangan, fluxul, de asemenea, trebuie să fie silicomanganos. Pentru sudarea oţelurilor slab aliate cu mai multe elemente se folosesc sîrme aliate cu elementele respective şi fluxuri bazice. Tot fluxuri bazice se folosesc la sudarea oţelurilor înalt aliate, inoxidabile, antiacide, refractare, austenitice etc., întrebuinţîndu-se şi sîrme înalt aliate de compoziţie corespunzătoare oţelului de sudat.

Fluxurile, prin topire, influenţează favorabil formarea depunerii şi permit răcirea prea rapidă a sudurii depuse; micşorează pierderile prin ardere a elementelor de aliere, uniformizează alierea în masa metalic topită şi, totodată, permit alierea cu elemente noi necesare sudurii depuse. Fluxurile, în afară de protecţia necesară, influenţează favorabil formarea dimensională a depunerii, în funcţie de parametrii de sudare aleşi, adică: curent, tensiune, viteză. După sudare, zgura topită se solidifică pe întreaga lungime a sudurii deasupra metalului depus şi se desprinde de sudura solidificată ca o substanţă sticloasă

Fluxurile pot fi: topite (de fuziune), care conţin minereuri de mangan, cuarţ şi fluorină cu adaosuri de oxizi de calciu, magneziu

şi aluminiu. Se fabrică prin topirea componenţilor într-un cuptor, după care fluxurile se granulează în apă. Au aspect sticlos şi o masă specifică de 1,5—1,8 kg/dm3. Fluxurile topite se folosesc pentru viteze de sudare pînă la maximum 60 m/h.

ceramice, cu un proces de fabricaţie asemănător învelişurilor electrozilor; masa cu componenţi măcinaţi fin, aglomerată cu silicat de sodiu, se granulează, apoi se usucă. Aceste fluxuri se fabrică şi în ţară. Fluxurile ceramice conţin marmură, fluorină, feldspat, oxizi de aluminiu etc. şi feroaliajele FeMn, FeSi, FeTi, FeCr etc. În funcţie de destinaţia fluxului. Sînt larg folosite la sudarea oţelurilor aliate şi la încărcări. Deşi cu aceste fluxuri se obţin suduri de calitate, prezintă însă dezavantajul că la transport şi păstrare se prăfuiesc;

sinterizate, la care masa de componenţi după măcinare fină şi j amestecare este presată în brichete, care sînt sinterizate la 1000—1100°C în cuptoare; după sinterizare, brichetele se sfărîmă mecanic şi se sortează granulaţiile la dimensiunile necesare. Obişnuit, acest flux nu conţine feroaliaje.

Fluxurile pasive au o mare parte din conţinutul de SiO2 şi MnO înlocuită cu A12O3 şi de asemenea conţin cantităţi mari de CaF2; nu reacţionează cu metalul băii şi nu influenţează conţinutul de elemente din sîrmă. Aceste fluxuri au o bună fluiditate şi sînt corespunzătoare sudării oţelurilor aliate în curent continuu şi curent alternativ.

Pentru alierea băii de sudură cu siliciu şi mangan se folosesc fluxurile topite, puternic acide, cu conţinuturi mari de SiO2 şi MnO (40—50% SiO2 şi 35—45% MnO), iar pentru alierea cu mult siliciu şi cu puţin mangan se folosesc cele cu conţinuturi mari de SiO2 şi puţin MnO (40—50% SiO2 şi 15—20% MnO); în ultimul caz însă este necesar să fie folosite sîrme aliate cu mangan. Fluxurile cu conţinuturi mari de SiO 2 şi MnO sînt sensibile la impurităţi, în special la rugină, iar fluxurile cu conţinuturi mari de SiO2 şi puţin MnO pot da naştere la incluziuni; de asemenea, la aceste fluxuri pătrunde oxigenul în sudură. Pentru sudarea oţelurilor aliate şi de rezistenţă înaltă se folosesc fluxurile bazice cu conţinut de CaO şi MgO şi cu conţinut redus de SiO2 şi MnO (10—15% în total). La folosirea acestor fluxuri se previne pătrunderea oxigenului în sudură. Gradul de bazicitate a fluxurilor este raportul

(CaO + MgO)/SiO2; fluxurile acide pierd prin ardere mangan şi transferă siliciu în sudură, iar fluxurile bazice în general transferă în sudură mangan. Pentru sudare, la folosirea unui flux mai acid, este necesar un conţinut de mangan mai mare în sîrmă, iar dacă fluxul este mai bazic, pot fi folosite sîrme cu conţinut mai mic de mangan. în cazul fluxurilor acide pot fi folosiţi curenţi de sudare mari; se obţin suduri cu aspect frumos.

În ţară, sînt standardizate (STAS 9477/1-73) fluxurile topite — bazice şi acide — pentru sudarea oţelurilor. Fluxurile bazice sînt simbolizate prin FB, iar cele acide prin FSM (silico-manganoase), urmate de conţinutul mediu de oxid de mangan. Densitatea fluxurilor standardizate variază între 1,2 şi 2 kg/dm3, în funcţie de sort.

În tabelul 2 este dată compoziţia fluxurilor standardizate la noi în ţară. Dimensiunile granulelor de flux sînt între 0,3 şi 2,5 mm, livrate pe sorturi de dimensiuni — sortul 1, sortul 2 şi sortul 3 — avînd granulaţiile 0,3 ... 1,5 mm; 0,3 ... 2,5 mm şi 1,5 ... 2,5 mm.

Indicaţii de utilizare: fluxul marca FSM 37 este destinat sudării automate şi semiautomate a oţelurilor carbon şi slab aliate, cu

conţinut redus de carbon, mărcile OL 32 ... OL 44 şi N1 ... N5; curentul nominal recomandat este max. 1100 A;

21

Tabelul 2Compoziţia chimică a fluxurilor standardizate

Marca fluxului

Compoziţia chimică %

SiO2 MnO CaO MgO A12O3 TiO3 CaF2

FeO S P

max.

FB 10 35-39 8-11 17-21 7-13 16-21 1-2 4-6 1,5 0,07 0,07

FSM 20 43-46,5 18-22 17-21 6-9 max. 3 - 5-6,5 1,2 0,10 0,10

FSM 37 41-44 35— 39 4-8 2-4 max. 4 1-2 2-4 2,0 0,15 0,10

FSM 37B 41-44 35— 39 4-8 2-4 max. 4 1-2 3,5-5,5 2,0 0,15 0,10

fluxul marca FSM 37 B este destinat sudării automate şi semiautomate a oţelurilor carbon şi slab aliate; fluxul conţine fluor, ceea ce permite sudarea tablelor oxidate; curentul nominal recomandat este max. 1100 A;

fluxul marca FSM 20 este destinat sudării oţelurilor carbon şi slab aliate cu mangan, mărcile OL 32... OL 44 şi N1 şi N2, în cazul vitezelor mari de sudare (1,4 . . .1,6 m/min); curentul nominal recomandat este max. 1200 A;

fluxul marca FB 10 este destinat sudării oţelurilor slab aliate; curentul nominal recomandat este max. 1000 A.Alegerea sîrmei şi a fluxului se fac în funcţie de calitatea oţelului de sudat.Pentru sudarea oţelurilor carbon pot fi alese următoarele variante:

sîrme aliate cu Mn şi fluxuri cu conţinut mare de SiO2 şi cu conţinut redus de MnO sau fără MnO; sîrme cu conţinut redus de Mn şi fluxuri cu conţinut mare de SiO2 şi MnO,

Pentru sudarea oţelurilor slab aliate se recomandă sîrme aliate corespunzător, cu limitarea conţinutului de SiO2 în flux la maximum 35%.

Grosimea stratului de flux care trebuie presărat pe linia de sudură variază între 20 mm pentru tablele subţiri şi pînă la 60 mm pentru tablele groase.

Consumul de flux pentru tablele cu grosimea pînă la 15 mm depăşeşte consumul de sîrmă cu 20—50%, proporţia fiind cu atît mai mare cu cît tablele sînt mai subţiri, iar pentru grosimi mai mari, consumul de flux este de 0,8—1 din consumul de sîrmă. Atît în timpul operaţiei de sudare, cît şi după sudare, fluxul netopit trebuie strîns prin exhaustare sau manual cu peria şi făraşul; el se refoloseşte imediat prin introducerea în buncărul de flux al tractorului. Zgura solidificată, de asemenea, se recomandă să fie strînsă, deoarece prin remăcinare şi sitare poate fi refolosită în proporţie de circa 25% faţă de fluxul proaspăt.

Sîrmele şi fluxurile trebuie păstrate în încăperi lipsite de umiditate; se recomandă ca înainte de sudare fluxurile să fie uscate la 250—300°C; uscarea fluxurilor previne formarea porilor şi a fisurilor în sudură.

22

5. ELECTROZI PENTRU SUDAREA CU ARC ELECTRIC

5.1. Protecţia metalului topit şi rolul învelişului electrozilor

În intervalul arcului de sudare (la transferul picăturilor de metal din electrod), ca şi în baia de sudură, se produc intense oxidări şi nitrurări. Dacă acestea sînt în proporţie mare, compuşii formaţi pătrund în sudură şi provoacă defecte şi fragilizarea metalului. În acest caz este absolut necesar să se asigure o protecţie corespunzătoare. Pătrunderea hidrogenului în sudură fiind dificilă de evitat, dacă el se degajează în timpul procesului de sudare, este indicat să fie îndepărtate sursele care îl generează. Hidrogenul poate proveni din umiditatea din învelişul electrozilor sau de pe metalul de bază, din grăsimi sau din rugină. O curăţire atentă a rostului sudurii de orice impuritate, calcinarea electrozilor cu învelişuri higroscopice sau a fluxului umezit înlătură degajarea hidrogenului.

Fenomenele de oxidare şi de nitrurare se previn folosindu-se învelişuri sau fluxuri de protecţie. La transferul picăturilor de metal din electrod se produce şi transferul în picături al învelişurilor şi al fluxurilor spre baia de sudură, care formează deasupra băii de metal topit baia de zgură protectoare. Baia de zgură, datorită compuşilor ce-i conţine, rafinează pe de o parte metalul topit, iar pe de altă parte constituie protecţia băii metalice contra pătrunderii oxigenului şi azotului din aer care, la temperatură înaltă a arcului electric, au o acţiune foarte energică.

La sudarea cu electrozi înveliţi, rolul de protecţie îl formează învelişurile electrozilor ce conţin substanţe dezoxidante, de aliere, zgurifiante, fondaţi etc., şi care, împreună cu substanţele de ionizare şi cu lianţii, ca şi cu componentele de adaos, formează protecţia şi alierea băii de sudură; zgurile bogate, fluide şi uşoare împiedică pătrunderea oxigenului şi a azotului din aer, precum şi a hidrogenului ce eventual se poate degaja. Dintre componenţii cei mai folosiţi în învelişurile electrozilor pot fi menţionaţi:

oxizii de titan sub formă de ilmenit sau rutil, care, reacţionînd cu oxizi de fier, formează compusul TiFeO3 uşor de eliminat în zgură; oxizii de titan (în special rutilul) se folosesc la producerea electrozilor cu învelişul titanic;

cuarţul (bioxidul de siliciu), care cu oxidul de fier formează compusul FeSiO3, o zgură fluidă şi uşoară; silicea şi silicaţii naturali sub formă de cuarţ, dolomitul, magneziul etc., sînt componenţi de bază ai electrozilor acizi şi oxidici;

carbonatul de calciu sub formă de cretă sau marmură formează o protecţie de CO2 şi reduce oxidul de fier; este componentul principal al electrozilor cu înveliş bazic; învelişul bazic fiind foarte higroscopic, este necesar ca înainte de sudare electrozii să fie calcinaţi, pentru că în caz contrar hidrogenul degajat impurifică sudura;

celuloza, care prin ardere degajează gaze protectoare, în special CO şi care împreună cu substanţele minerale formează componentul principal al electrozilor cu înveliş celulozic.

Zgura formată deasupra băii de sudură, în afară de rolul ei de rafinare a băii şi de protecţie contra pătrunderii oxigenului şi azotului, are şi un rol termic, împiedicînd răcirea rapidă a băii de sudură şi de formare a compuşilor de călire duri.

Cu componenţii principali enumeraţi, destinaţi protecţiei picăturilor de metal topit din electrod şi a băii lichide de sudură în amestec cu componenţii ionizaţi, zgurifianţi, lianţi, şi plastifianţi, învelişurile îndeplinesc următoarele roluri:

de ionizare, în vederea uşoarei amorsări şi a menţinerii stabile a arcului, format între electrod şi piesă;

de protecţie a băii de sudură lichide, faţă de pătrunderea oxigenului şi azotului; de rafinare a băii de sudură lichide în gazul cînd în picăturile de metal transferate s-au produs oxidări

sau nitrurări; de aliere a băii lichide în cazul cînd în înveliş sînt introduse feroaliaje sau oxizi de metale pentru

alierea sudurii; de topire a compuşilor mai greu fuzibili, formaţi în procesul de sudare; pentru aceasta, se introduc în

învelişuri zgurifianţi, fluidifianţi şi fondanţi; de protecţie contra răcirii prea intense a băii de sudură, deoarece zgurile

sînt rele conducătoare de căldură; de producere a unui aspect frumos la suprafaţa sudurii solidificate, sub

formă de solzi mărunţi, uniform repartizaţi; de mărire a masei de metal depus prin introducerea în învelişuri a

pulberii de fier.La fabricarea electrozilor de înaltă calitate, numărul componenţilor ce formează masa de învelire ajunge pînă la 15.Zgura formată deasupra sudurii trebuie să se îndepărteze cît mai uşor. La electrozii de calitate, dacă rîndul depus a fost executat de un sudor experimentat, zgura se autodetaşează, astfel încît după sudare nu mai este necesară decît o uşoară periere a rîndului depus. Stropii de metal în jurul cusăturii se curăţă cu dalta pneumatică sau manual cu dalta şi ciocanul.Electrozii folosiţi pentru sudarea cu arc electric pot fi neînveliţi sau înveliţi (fig. 5.1).Electrozii neînveliţi pot fi vergele de sîrmă cu secţiune plină (fig.5.1, a) sau vergele cu

23Fig. 5.1. Electrozi pentru sudarea cu arc

electric: a — electrod-sîrmă

neînvelită; b - electrod-sîrmă cu miez; c — electrod învelit

miez, adică cu inimă (fig. 5.1, b). Întreprinderile producătoare livrează aceşti electrozi în bare sau în colaci, din care se taie lungimile necesare şi se îndreaptă după tăiere.

Sudarea cu vergele de sîrmă, cu secţiunea plină, este rar folosită; la sudarea fontei sînt folosite vergele turnate din fontă. La sudarea cu vergele de sîrmă, sudurile se execută cu curent continuu, polaritatea directă (polul minus la electrod) şi în general cu curenţi reduşi; curgerea metalului se produce în picături mari, şi de aceea uneori se pot produce întreruperi ale arcului. Pot fi executate cusături în orice poziţie, în afară de poziţia verticală coborîtoare. Pătrunderea este slabă, iar trecerile se pot realiza uşor şi la deschideri mărite ale rosturilor. Zgura se formează în cantităţi neglijabile, iar suprafaţa cusăturii este convexă şi cu solzi mari.

Sudura obţinută cu sîrmă cu miez are, în general, caracteristici mecanice apropiate de sudurile obţinute cu electrozi înveliţi, însă, ţinînd (seamă de protecţia mai redusă pe care o are miezul faţă de învelişul electrodului, sudura este de calitate mai inferioară, în special caracteristicile de tenacitate. Se obţin suduri cu caracteristici mai bune faţă de cele executate cu electrozi-sîrme, iar procesul de sudare se desfăşoară continuu, întreruperile fiind rare. Faţă de sudurile realizate cu electrod-sîrmă, pătrunderea este mai mare şi se obţin rezultate mai bune la sudarea rădăcinilor.

Electrozii înveliţi (fig. 5.1, c) sînt folosiţi pe scara cea mai largă, deoarece se pot obţine caracteristici superioare ale sudurilor depuse, în funcţie de natura învelişului şi grosimea lui. După grosimea învelişului electrozii pot fi: cu înveliş subţire, simbolizaţi cu (s), la care raportul diametrului electrozilor cu înveliş (D) faţă de diametrul

vergelei (d) este de: D/p = maxim, 1,40, iar masa învelişului este de maximum l0% din masa sîrmei. Aceşti electrozi se folosesc la execuţia construcţiilor de importanţă redusă sau la reparaţii;

cu înveliş mediu, simbolizaţi cu (m), la care raportul D/d = 1,40 ... 1,55, iar masa învelişului este de la 10 ... 20% din masa sîrmei. Electrozii cu înveliş mediu pot fi folosiţi şi la executarea construcţiilor sudate importante. În funcţie de componenţii învelişului, electrozii pot fi folosiţi şi la suduri de poziţii;

cu înveliş gros, simbolizaţi cu (g), la care raportul: D/d = 1,55 ... 1,70, iar masa învelişului este de peste 20% din masa sîrmei, mergînd pentru unele sorturi pînă la 355. Electrozii sînt destinaţi construcţiilor sudate importante, precum şi procedeelor productive de sudură cu electrozi înveliţi: cu pătrundere adîncă, cu arc înecat etc.;

cu înveliş foarte gros, simbolizaţi cu (f.g) la care învelişurile conţin componenţi speciali sau pulberi de fier; sînt destinaţi lucrărilor speciale sau sudării cu coeficient mare de depunere.

5.2. Electrozi înveliţi, caracteristici, tipuri, dimensiuni, încercări

Electrozii pentru sudarea oţelurilor carbon şi aliate, precum şi electrozii pentru încărcare prin sudare, se fabrică în conformitate cu STAS 1125-76.

La cerere, fabricile producătoare pot executa şi electrozi cu alte diametre şi alte lungimi. De exemplu, se pot fabrica electrozi cu diametrul de 1,6 mm, iar pentru diametrul de 2 mm pot fi fabricaţi electrozi cu lungimea de 250 mm. În cazul sudării unor rosturi pentru table şi profile groase, pot fi fabricaţi la cerere şi electrozi cu diametrul de 8, 10 şi 12,5 mm, la lungimi de fabricaţie de 450 mm sau alte lungimi.

În vederea prinderii în cleştele portelectrod, electrozii se livrează dezveliţi la un capăt pe o lungime de 25±5 mm, iar la capătul opus, în vederea unei amorsări rapide a arcului, electrozii trebuie să fie polizaţi conic. Electrozii de diametre mici, de 2 şi 2,5 mm, însă în lungimi de fabricaţie de 450 mm, se livrează dezveliţi la mijlocul vergelei asigură o corectă manipulare pentru amorsarea şi menţinerea arcului, fără trepidaţii.

Masa electrozilor cu înveliş subţire se deduce dacă la masa vergelelor se adaugă circa 4%.Învelişul electrodului trebuie să fie compact, omogen, uniform, aderent pe vergea şi rezistent, spre a asigura

menţinerea uniformă şi constantă a arcului electric; el trebuie să fie depus prin imersionare sau presare, coaxial faţă de vergeaua electrodului, în care caz se obţine o topire uniformă, fără desprinderi ale învelişului, fără stropiri excesive şi fără formarea de peniţe, adică de ieşituri ascuţite ale învelişului topit, care împiedică desfăşurarea unui proces stabil şi uniform de sudare.

Arcul electric trebuie să se amorseze uşor şi să se menţină stabil pentru curenţii, polaritatea şi intensitatea prevăzute.

După felul învelişului, se deosebesc următoarele sorturi de electrozi: Acid, simbolizat cu (A), cu grosimea învelişului medie sau groasă, conţinând din punct de vedere metalurgic

componenţi cu caracter acid: oxid de fier, bioxid de siliciu, oxid de mangan, feromangan etc. Zgura formată este foarte fluidă, iar după răcire se desprinde uşor; se solidifică în formă de fagure. Zgura acidă are un interval mare de solidificare, de circa 90°C, prezentînd după solidificare forma caracteristică structurii de fagure. Se sudează cu polaritate directă, adică polul minus la electrod, cu curenţi mari, astfel încît viteza de sudare este şi ea mare. Productivitatea sudării este şi ea bună, obţinîndu-se coeficienţi de depunere de peste 11 g/Ah. Electrozii cu înveliş acid sînt destinaţi în special sudării în poziţie orizontală — cu electrodul înclinat la 50 ... 80° faţă de orizontală — a oţelurilor carbon cu conţinut pînă la maximum 0,20% C pentru oţeluri calmate şi maximum 0,25% C pentru oţeluri necalmate. Forma exterioară a sudurii depuse la sudarea cu viteze mari este plată sau uşor concavă.

Bazic, simbolizat cu (B) care are, în general, un înveliş gros şi conţine din punct de vedere metalurgic componenţi cu caracter bazic: carbonaţi de calciu (piatră de var, marmură, cretă, calcit etc.) împreună cu clorură

24

de calciu şi feroaliaje. Zgura este compactă şi se ridică uşor deasupra metalului topit, iar după solidificare are un aspect lucios. Intervalul de solidificare a zgurilor bazice este redus, de 20 ... 25°C; după solidificare zgura în spărtură nu este poroasă şi se înlătură mai dificil. La sudarea cu electrozi cu înveliş bazic se foloseşte curent continuu, polaritate inversă menţinîndu-se în tot timpul operaţiei de sudare un arc cît mai scurt şi electrodul înclinat în direcţie de sudare la 75 ... 80°. Se poate suda în toate poziţiile. Unele întreprinderi producătoare fabrică şi electrozi cu înveliş bazic pentru sudarea cu curent alternativ.

La sudare, se recomandă ca electrozii folosiţi să fie lipsiţi de orice umiditate; în caz contrar, sudura conţine gaze, în special hidrogen, ceea ce provoacă porozităţi şi crăpături în suduri. De aceea, înainte de folosirea electrozilor bazici, se recomandă calcinarea acestora în cuptoare la temperaturi de 250—300°C, timp de 2 h. Sudura executată cu electrozi cu înveliş bazic este foarte rezistentă la fisurare atît la cald, cît si la rece şi de aceea aceşti electrozi se recomandă la sudarea oţelurilor slab aliate de rezistenţă mare şi a oţelurilor cu conţinut mărit de carbon pînă ia 0,45%. În general, electrozii cu înveliş bazic sînt recomandaţi la executarea construcţiilor sudate greu solicitate. Prezintă dezavantajul că au coeficient de depunere inferior electrozilor cu înveliş acid, fiind de 9,5 ... 10,5 g/Ah. Unele sorturi de electrozi folosesc şi învelişuri cu conţinut de pulbere de fier şi în acest caz creşte coeficientul de depunere, obţinîndu-se un randament chiar de peste 120%. Titanic, simbolizat cu (R) rutilic, sau cu (T) titanic, şi sînt cu înveliş mediu sau gros, ultimul fiind mai

corespunzător poziţiilor de sudat verticală şi peste cap. Învelişul conţine minerale de titan, cum sînt rutilul (TiO2) sau ilmenitul (FeTiO2). Electrozii simbolizaţi cu R conţin o cantitate mai mare de rutil. Zgura acestor electrozi este densă şi vîscoasă, dacă învelişul este rutilic. Electrozii (T) au o zgură mai fluidă şi mai puţin densă. Intervalul de solidificare a zgurii este destul de mic, de circa 35°, iar după solidificare zgura se înlătură uşor şi în spărtură ea este poroasă. Arcul electrozilor cu înveliş titanic se menţine foarte uşor, iar stropirile sînt reduse. Sudează favorabil în toate poziţiile, în special, în poziţia vertical urcătoare, care pot fi executate cu viteze mărite de lucru. La sudare se foloseşte curent continuu sau alternativ de valoare mijlocie. Pătrunderea este bună. Electrodul se menţine înclinat la 60 ... 75° în sensul de sudare. Sudurile care rezultă sînt plate sau uşor concave, cu solzi fini, avînd suprafeţe lucioase. Electrozii sînt destinaţi sudării oţelurilor cu conţinut redus de carbon pînă la 0,25% C şi oţelurilor slab aliate cu Mn, destinaţi construcţiilor sudate.:

Celulozic, simbolizat cu (C), care conţine în înveliş cantităţi mari de materii organice, combustibile, şi care în timpul procesului de sudare se descompun şi produc cantităţi mari de gaze protectoare, asigurând în felul acesta protecţia băii de sudură. Zgura se produce, în cantităţi reduse şi se îndepărtează uşor. Arcul format se menţine uşor. Pierderile prin stropire sînt mai mari faţă de ceilalţi electrozi, iar suprafaţa sudurii nu are un aspect frumos. Electrodul este corespunzător în special efectuării sudurilor de poziţie, chiar şi a acelor vertical-coborîtoare şi de aceea aceşti electrozi sînt folosiţi la lucrări pe şantiere. La sudare, se recomandă menţinerea electrodului înclinat în sensul de sudare cu 60 ... 80°. Se foloseşte curent continuu, polaritate inversă, iar pentru limitarea stropirilor, se recomandă curenţi mai reduşi. Stratul de sudură realizat este convex, iar pătrunderea este suficient de bună.

Oxidic, simbolizat cu (O), cu învelişul format din oxizi de fier şi oxizi de mangan, astfel încît după sudare stratul depus conţine cantităţi reduse de carbon şi mangan. Se foloseşte numai la sudarea oţelurilor moi, cu rezistenţă redusă şi cu un conţinut de carbon pînă la maximum 0,20%. Electrodul este destinat efectuării straturilor subţiri executate în poziţie orizontală sau în jgheab. Curentul folosit poate fi continuu sau alternativ; sudura executată are un aspect frumos. În timpul sudării, electrodul se menţine înclinat în sensul de sudare la 50 ... 75°.

După destinaţie, STAS 1125-76 stabileşte următoarele cinci grupe de electrozi:I — pentru sudarea oţelurilor carbon şi slab aliate cu R540 N/mm2;II — pentru sudarea oţelurilor de înaltă rezistenţă cu R> 540 N/mm2;III — pentru sudarea oţelurilor slab aliate rezistente la temperaturi pînă la 600°C;IV — pentru sudarea de încărcare cu metale, avînd proprietăţi speciale;V — pentru sudarea oţelurilor înalt aliate inoxidabile, anticorosive şi refractare.

Caracteristicile mecanice, compoziţia chimică şi caracteristicile sudurii pentru fiecare marcă de electrozi sînt stabilite de către întreprinderea producătoare şi sînt prescrise în fişa tehnică a electrodului respectiv şi pe eticheta fiecărui pachet de electrozi.

Poziţiile de sudare ale electrodului se simbolizează:1— toate poziţiile;2— toate poziţiile, exceptînd poziţia verticală de sus în jos;3— poziţia orizontală, orizontală în jgheab şi uşor înclinată;4— orizontală şi orizontală în jgheab.

Simbolizarea curentului de sudare se face astfel:1— curent continuu şi alternativ;2— curent continuu.

Caracteristicile tehnice speciale ale electrozilor pentru sudarea oţelurilor carbon şi slab aliate se simbolizează:

H — electrozi cu conţinut redus de hidrogen;P — electrozi cu pătrundere adîncă;Fe — electrozi cu înveliş care conţine minimum 15% pulbere de fier.

25

Notarea electrozilor cuprinde caracteristicile mecanice ale sudurii, urmate de caracteristicile de sudare sau alte caracteristici importante:

— E 50.24.13./A.m.l.2.H — pentru electrozii a căror sudură depusă are o rezistenţă minimă la tracţiune de 50 daN/mm2, alungirea 24%, rezilienţa 13 daN/cm2, cu înveliş acid, cu grosimea medie a învelişului, pentru sudarea în toate poziţiile, exceptînd poziţia verticală de sus în jos, numai la curent continuu, sudura fiind cu conţinut redus de hidrogen;

E 52.22.13/B.g.4.1.H.Fe.l20 — pentru electrozi a căror sudură de pusă are o rezistenţă minimă la tracţiune de 52 daN/mm2, alungirea 22%. rezilienţa 13 daN/cm2, cu înveliş bazic, gros înveliţi, pentru sudarea orizontală şi orizontală în jgheab, la curent continuu şi alternativ, cu con ţinut redus de hidrogen, cu pulbere de fier în înveliş şi un randament mediu de 120%;

— E MolCr2/M.g.l.2. — pentru electrozii a căror sudură depusă are un conţinut mediu de 1% molibden şi 2% crom, cu înveliş bazic, gros, numai la curent continuu.

Pentru sudurile de încărcare, există 10 grupe de electrozi, notaţi cu litera E, urmată de numărul grupei de aliere de la 1 pînă la 10. Pe baza compoziţiei chimice, aceşti electrozi se clasifică în tipuri, pe grupe de aliere, cu specificarea durităţii metalului depus prin încărcare. Durităţile sînt date în unităţi HB (Brinell) sau HRC (Rockwell), specificate la tipul electrodului, după cifra grupei de aliere. Deoarece majoritatea acestor sorturi de electrozi au şi proprietăţi speciale, acestea se simbolizează prin litere, după cum urmează:

r — rezistent la ruginire (numai la acţiunea apei, aburului de apă şi a atmosferei);c — rezistent la coroziune;o — rezistent la coroziune prin oxidare la cald la temperaturi peste 600°C;t — termostabil la temperaturi ridicate; e — rezistent la eroziune şi cavitaţie; a — rezistent la aşchiere şi tăiere; d — se durifică şi se ecruisează la rece; n — nu se magnetizează.Determinarea caracteristicilor mecanice ale metalului depus se execută conform STAS 7356/1-73, şi

anume:— pentru încercarea de duritate, se execută pe o placă de (14 ... 16) X (60 . .. 80) X (120 . . . 160) mm

depuneri cu o înălţime de minimum 14 mm (pentru electrozi de 3,25 sau 4 mm grosime), care rezultă din depunerea a cel puţin cinci straturi de metal de adaos, late de 14 ... 20 mm, cu lungimea pînă la 150 mm. După depunere, suprafaţa superioară se prelucrează pe o adîncime de 3 mm, după care se şlefuieşte;

— pentru încercarea la tracţiune şi la încovoiere prin şoc, se execută suduri între plăci cu grosimea de 20 mm şi late de 80+10 mm, prelucrate fiecare la un unghi de 10°, după care se aşează cu deschiderea în sus pe o placă-suport de 10x30 mm, conform figurii 5.3. Lungimea epruvetelor diferă în funcţie de numărul de epruvete de tracţiune şi de încovoiere prin şoc, însă de minimum 280 mm. Pentru obţinerea după sudare a unei probe plane, plăcile se asamblează cu o săgeată, conform figurii 5.3.

În funcţie de calitatea metalului depunerile între plăci se execută: cu încărcarea iniţială a marginilor şi a plăcii-suport sau numai la

plăcii-suport; cu preîncălzirea plăcilor şi cu diferite răciri înainte de sudarea

unui nou rînd; cu diferite tratamente termice etc.

Din plăcile asamblate se prelevează epruvetele, cu ajutorul cărora se determină: rezistenţa la tracţiune şi limita de curgere în N/mm2; alungirea, în %; rezilienţă, în N/cm2.

Prelevarea epruvetelor pentru încercările de rezistenţă, alungire şi rezilienţă se efectuează prin aşchiere conform figurii 5.4.

26

Fig. 5.3. Asamblarea plăcilor pentru încercarea sudurilor la tracţiune şi la încovoiere prin şoc.

5.3. Regimuri de sudare

În vederea realizării unor îmbinări de calitate este foarte importantă alegerea unui regim corespunzător, astfel încît să fie obţinută în afara calităţii şi o productivitate cît mai mare. Prin regim de sudare la folosirea electrozilor înveliţi se înţelege alegerea curentului optim şi a unei viteze de sudare corespunzătoare, astfel încît să fie realizată pătrunderea necesară şi un aspect cît mai frumos la suprafaţa cusăturii. Electrodul se alege în funcţie de: calitatea materialului, grosimea lui şi poziţia de sudare.

Curentul de sudare se alege în funcţie de diametrul electrodului, cu relaţia:I=(k+md)d [A],

în care: I este curentul de sudare, în A; d — diametrul electrodului, în mm; k şi m sînt coeficienţi determinaţi experimental, avînd valorile k=20 şi m=6.

Pe baza relaţiei de mai sus, valorile curentului de sudare pentru diferite diametre de electrozi rezultă, în general, la limitele maxime cu excepţia dimensiunilor 3,25 şi 4 mm, la care valorile calculate sînt valorile medii ale curentului de sudare.

O relaţie mai simplă pentru calculul valorii medii a intensităţii curentului este:I=kd [A],

în care: k este un coeficient cuprins între 25 şi 50; d — diametrul electrodului, în mm.Pentru electrozi cu diametrul de 1,6 şi 2 mm se ia valoarea minimă, adică 25; pentru diametre de 2,5 şi 3,25

mm, valoarea 30; pentru diametre de 4 şi 5 mm, valoarea 40, iar pentru diametre de electrozi de 6 mm valoarea 50.Pentru fiecare dimensiune de electrod, curentul de sudare este indicat de fabricile producătoare pe

ambalajul electrozilor, unde se dau limitele inferioară şi superioară; între aceste limite, curentul de sudare se foloseşte în funcţie de grosimea tablei de sudat, iar în funcţie de felul cum trebuie obţinut rîndul de sudură, mai lat sau mai pătruns, se va da o înclinare a piesei, respectiv electrodului, după cum rezultă din figura 5.5. Cu cît grosimea materialului de bază este mai mare, cu atît mai indicată este folosirea unui curent de sudare mai mare. în cazul sudării de poziţie — faţă de sudarea în poziţie orizontală — curenţii se vor reduce cu 5—15% pentru sudarea la poziţie verticală şi cu 10—20% pentru sudarea pe plafon.

În general, curenţii mai mari sînt folosiţi la sudarea cu electrozi cu înveliş acid; la electrozii cu înveliş titanic, curenţii se iau ceva mai reduşi; urmează electrozii cu înveliş bazic, iar cei mai reduşi curenţi sînt folosiţi la electrozi cu înveliş celulozic. în cazul învelişurilor cu amestec de pulbere de fier, curenţii se vor mări, în funcţie de cantitatea de pulbere de fier, ţinîndu-se seamă şi de natura învelişului. Electrozii cu înveliş titanic şi cu pulbere de fier de mare randament (>150%) se sudează cu curenţi măriţi, luîndu-se pentru k din relaţia (2) valoarea 60. Electrozii cu înveliş bazic şi cu pulbere de fier se vor suda cu curenţi de sudare calculaţi după relaţia (2) cu valoarea de 45—50.

Tensiunea arcului de sudare se stabileşte automat la menţinerea arcului, în funcţie de intervalul menţinut de sudor, şi variază în funcţie de intensitatea curentului. Astfel, la sudarea cu curent continuu, tensiunea variază între 20 şi 30 V pentru curenţi de sudare între 60 şi 300 A. Viteza de sudare care se imprimă electrodului în lungul liniei de sudură şi care rezultă din cele două mişcări, de oscilaţie şi de înaintare în lungul băii de sudură, variază de la 40 cm/min, în cazul rîndului filiform, pînă sub 15 cm/min, în cazul rîndurilor late sau al sudurilor de colţ groase.

5.4. Coeficientul de depunere şi randamentul electrozilorPentru execuţia îmbinărilor sudate este foarte importantă masa metalului topit din electrod şi în special

masa metalului depus din electrod. Masa metalului topit din electrod se exprimă cu relaţia:Mt=tIt [g],

în care: Mt este masa metalului topit din electrod, în g; t— coeficientul de topire, în g/Ah; I — curentul de sudare, în A; t — timpul de menţinere a arcului, în h.

Masa metalului topit ere întotdeauna inferioară masei vergelei electrodului, în funcţie de coeficientul de topire t care reprezintă o caracteristică a electrodului, determinată de natura învelişului. Pentru sudare este important însă coeficientul de depunere d, care indică cantitatea de metal depus în rost, după ce s-au scăzut pierderile prin ardere şi capetele rămase; se deduce din coeficientul de topire t, scăzîndu-se pierderile , adică:

d=(1-)t

27

Fig. 5.4. Prelevarea epruvetelor de tracţiune şi rezilienţă pentru determinarea caracteristicilor mecanice:

1 — probă pentru epruvetă la tracţiune; 2 — probă pentru epruvetă la rezilienţă.

Valoarea pierderilor este cuprinsă între 0,06 şi 0,20. Pentru diferite sorturi de electrozi, coeficientul de depunere variază în funcţie de înveliş, astfel:

pentru învelişuri titanice 3—9 g/Ah; pentru învelişuri bazice 9,5—10,5 g/Ah; pentru învelişuri acide 11—12 g/Ah. Pe baza coeficientului de depunere d se calculează cantitatea de metal depusă Md, în grame:

Md=d It [g],Depunerile cele mai mari se realizează cu electrozi cu pulbere de fier în înveliş. Aceşti electrozi se remarcă

printr-un mare randament.Randamentul electrodului este raportul din masa de metal depus faţă de masa de metal topit a electrodului

înmulţit cu 100; randamentul electrodului se exprimă în procente, adică:

[%]în care: Md este masa de metal depus; Mt — masa de metal topit.La electrozii înveliţi, randamentul este în general sub 100% şi numai în cazul cînd se introduc în înveliş

componenţi împreună cu pulbere de fier, randamentul poate trece la 100%. în prezent, în ţară se fabrică electrozi cu randament de peste l00%; astfel, întreprinderea Industria sîrmei fabrică electrozii EL-42BFe cu randament de 110% şi electrozii EL-42TFe cu randament de 140%, iar întreprinderea de sîrme şi produse de sîrme din Buzău fabrică electrozii EL-42BFe (Supercito) cu randament de 115% şi electrozii EL-42TFe (Fericito R) cu randament de 160%. Aceşti electrozi sînt destinaţi sudării oţelurilor cu conţinut redus de carbon.

Electrozii cu pulbere de fier în înveliş, avînd un randament mai mare, conduc şi la un coeficient de depanare mai mare. Astfel, electrozii cu înveliş titanic şi conţinut de pulbere de fier în înveliş, cu un randament de depunere de circa 150%, au un coeficient de depunere de circa 20 g/Ah, ceea ce face ca sudarea cu aceşti electrozi să conducă la productivităţi mai mari faţă de electrozii obişnuiţi.

5.5. Folosirea şi păstrarea electrozilor

Pentru sudarea cu arc electric, în unele cazuri, se folosesc şi sîrme-electrozi neînveliţi cu sau fără inimă. Aceştia sînt folosiţi la lucrări de importanţă mai redusă sau în cazul cînd împrejurările creează această situaţie. Deşi caracteristicile de rezistenţă la sudarea cu sîrme-electrozi sînt corespunzătoare, valorile alungirii şi ale rezilienţei sînt reduse. Pentru suduri de încărcare însă pot fi folosiţi şi aceşti electrozi, deoarece cu unele calităţi pot fi obţinute durităţi de peste 50 HRC.

Sîrma-electrod cu inimă poate fi folosită la suduri de îmbinare, deoarece materialele ionizate şi într-o măsură redusă şi dezoxidante din inima electrodului oferă posibilitatea sudării şi cu curent alternativ. Cu unele calităţi de sîrmă-electrod cu inimă pot fi obţinute chiar valori ale alungirii de circa 20% şi ale rezilienţei de peste 6 N/cm2. Sîrmele neînvelite cu inimă nu sînt proprii sudării construcţiilor importante.

În prezent, electrozii cei mai folosiţi pentru sudarea oţelurilor cu conţinut de carbon pînă la 0,25% sînt electrozii cu înveliş titanic. Tot pentru sudarea oţelurilor cu conţinut redus de carbon se folosesc şi electrozi cu învelişuri oxidice, acide şi celulozice. Pentru sudarea oţelurilor cu conţinut mărit de carbon pînă la 0,5%, cei mai corespunzători electrozi sînt cei cu înveliş bazic.

La sudarea cu electrozi cu înveliş titanic pot fi folosite surse de curent continuu sau alternativ. La sudarea cu curent continuu, pentru anumite poziţii, sînt indicaţi polaritatea directă şi curenţi micşoraţi cu 10 ... 15% faţă de curenţii normali. În cazul sudării cu curent alternativ, tensiunea de amorsare trebuie să fie minimum 50 V.

În general, curenţii folosiţi se vor lua după indicaţiile de pe etichetele cutiilor de electrozi.La sudarea cu electrozi cu înveliş, bazic se folosesc curenţi mai reduşi faţă de curenţii indicaţi pentru

electrozii cu înveliş titanic.Sudarea se execută cu polaritate inversă (polul + la electrod) iar arcul se menţine cît mai scurt. Electrozii cu

înveliş bazic pot fi folosiţi şi la suduri de poziţie, inclusiv poziţia vertical coborîtoare.Electrozii se livrează ambalaţi în cutii de carton. La folosirea cutii lor se vor desface numai la un capăt.

Electrozii se vor păstra în dulapuri destinate special păstrării electrozilor sau în etuve speciale, în încăperi lipsite de umiditate. Electrozii bazici, înainte de folosire, se vor calcina la temperatura de 300°C, timp de 2 h. Este absolut necesară calcinarea, deoarece aceşti electrozi sînt foarte higroscopici şi pot produce defecte în suduri (pori, crăpături etc.), dacă timpul de depozitare depăşeşte 3— 4 zile.

Ţinînd seamă că electrozii cu înveliş bazic sînt foarte higroscopici peste cutiile de carton mai este prevăzut şi un material suplimentar din material plastic.

28