revista sudura 3 2015

7/23/2019 Revista Sudura 3 2015

1/52


2/52


3/52


4/52


5/52

Septembrie / September

CUPRINS

ASOCIAIA INFORMEAZ THE SOCIETY INFORMS YOU

CONTENTS

ISSN 1453 - 0384

3 / 2015

Un model zic la scar nanometric pentrugerminarea surrii intergranulare asistatde hidrogen a sudurilor

Prof. dr. ing. Viorel Micloi, Dr. ing. Horia Dacu

Istoria i starea tehnic actual a primului podsudat din Romnia

Dr. ing. Dorel Boldu, Prof. dr. ing. Radu Bncil,Dr. ing. Anamaria Feier

Procese de micrombinare a elementelor decircuit electric

Conf. dr. ing. Ionel Dnu Savu

Calendarul manifestrilor tiinice

Proiectul european KorrAll

Personale

Lista rmelor cu reclame n SUDURA 3/2015

A physical model, at nanoscale for germi-nation of hydrogen assisted intergranularcracking of welds

Prof. dr. ing. Viorel Micloi, Dr. ing. Horia Dacu

History and current technical condition ofthe rst welded bridge from Romania

Dr. ing. Dorel Boldu, Prof. dr. ing. Radu Bncil,Dr. ing. Anamaria Feier

Microbonding processes for electricalcircuits

Conf. dr. ing. Ionel Dnu Savu

Calendar of scientic events

KorrAll European Project

Personals

List of companies with advertisements in

SUDURA 3/2015

4 4

15

28

25

27

43

48

15

28

25

27

43

48

Conferina anual a coordonatorilor sudrii,Buzu, 29-30.10.2015

ASR Annual Conference of welding coordi-nators, Buzu, 29-30.10.2015

24 24


6/52

SUDURA, XXV - 3/20154

Un model zic, la scar nanometric, pentru germinareasurrii intergranulare asistat de hidrogen a sudurilor

A physical model, at nanoscale, for germination ofhydrogen assisted intergranular cracking of welds

RezumatSe propune un model fizic, la o scar nanometric, pentru germinarea fisurrii intergranulare asistat de hidro-gen a sudurilor.El se bazeaz pe: luarea n considerare a aciunii concomitente a mecanismelor de plasticitate local care prinhidrogen (HELP), decoeziunea prin hidrogen (HEDE) i creterea presiunii la recombinarea hidrogenului ato-mic n hidrogen molecular (PRM); difuzia rapid a hidrogenului prin straturile intergranulare i modificareansuirilor mecanice ale straturilor intergranulare prin impuritile segregate n strat.Sunt discutate, n lumina modelului propus, unele ci de mrire a rezistenei fa de acest gen de fisurare i searat lipsa de suport tiinific a indicatorului H

D100gMD.

AbstractIt proposes a physical model, at a nanoscale, for the germination of hydrogen assisted intergranular cracking ofwelds.Te model is based on: taking into consideration of concurrent action of the local plasticity mechanisms, due ofhydrogen (HELP), hydrogen enhanced decohesion (HEDE) and pressure increase at the atomic hydrogen recom-bination into molecular hydrogen (PRM); the rapid diffusion of hydrogen through the intergranular layers andthe changes of the mechanical properties of the intergranular due of impurities segregated in the layer.Tere are discussed, in the light of the proposed model, some ways to increase the resistance to this type of crack-ing and it is shown the lack of scientific support of the indicator H

D100gMD.

1. Motivaia lucrriiCunoscut i cercetat de foarte mult vreme,influena nefast a hidrogenului asupra fisurrii la recea sudurilor rmne nc o problem foarte actual.

De pild n lucrarea [1] se arat c dei n ul-timele decade au aprut cca. 1500 studii consacrateacestei probleme, hidrogenul n suduri, mai ales ncazul oelurilor de foarte mare rezisten, din ce nce mai des utilizate, continu s limiteze n mod se-rios performanele structurilor sudate i mpiedic oprognoz cantitativ a acestora.

n cazul general al fragilizrii fisurrii asistatede ctre hidrogenul ambiental (contactul metaluluicu hidrogen sub presiune la diferite temperaturi;

gaze naturale; produse petroliere, etc.) (prescurtatFAHA), fisurile pot fi, de la caz la caz, intergranularesau transgranulare [2].

n cazul particular al fisurrii la rece a sudurilor(prescurtat FAHS), cele mai frecvente sunt fisurileintergranulare. [2; 3; 4; 5] Dat fiind aceast situaieeste firesc ca n problema FAHS s se acorde cea maimare atenie acestor straturi, care au nsuiri par-ticulare sub multe aspecte ca de pild caracteristicimecanice, difuzia foarte rapid a hidrogenului, acu-mularea unor impuriti segregate, caracterizarea

tensiunilor mecanice i altele.Limea foarte mic a straturilor intergranulare,

avnd ordinul de mrime a unui nanometru, reclam

Prof. dr. ing. Viorel Micloi1), Dr. ing. Horia Dacu2)1)Asociaia de Sudur din Romnia, 2)Institutul Naional de Cercetare-Dezvoltare n Sudur i ncercri de Materiale ( ISIM) Timioarae-mail: [email protected]


7/52

SUDURA, XXV - 3/2015 5

metode de investigare deosebit de sofisticate.Referindu-ne la mecanismul fundamental al

fisurrii asistate de hidrogen se constat c toateteoriile actuale sunt legate de fisurarea datoratconcentraiei locale a hidrogenului la scar sub-microscopic (nanometric) [6]. n ultimii ani re-

marcndu-se o tendin de interconectare a acestorteorii, n special a celor dou teorii cel mai frecventluate n considerare, i anume HELP (hydrogen en-hanced localized plasticity) respectiv HEDE (hydro-gen enhanced decohesion) [7; 4; 8; 9]. Acestea n sen-sul c este datorat existena ambelor mecanisme iaciunii lor concomitente.

Rezult n mod firesc c i n cazul FAHS s exis-te un model adecvat, la scar nanometric, care spermit i stabilirea metodelor fundamentale de evi-tare n practic a acestei fisurri.[10]

n literatura de specialitate, accesibil autoriloracestei lucrri, evident neexhaustiv n raport cutoat literatura existent n domeniu, nu a fost gsitun asemenea model, motiv pentru care se propunemodelul prezentat n cele ce urmeaz.

Se menioneaz c etapele urmtoare germinriiunei fisuri submicroscopice, n spe creterea n timpa acesteia, nu constituie obiectul prezentei lucrri.

n acest sens, complexitatea modelului necesitnoi cercetri.

2. Premisele alctuirii modeluluin cele ce urmeaz se trec n revist principalele

idei, rezultate din literatura de specialitate, pe cares-a bazat conceperea modelului n cauz.

2.1. Existena unor trsturi comune ntre FAHAi FAHS

Acest fapt este evideniat, de pild, cu lucrare [9].Prin aceasta FAHS poate fi considerat ca un caz

particular al FAHA, iar aceste particulariti urmeaza fi, n msura posibilului, evideniate n modelul

conceput.n acest fel a fost posibil recurgerea la literaturade specialitate consacrat a FAHA, care este multmai bogat dect cea care trateaz FAHS.

O important particularitate const n faptul cscenariul FAHS se petrece n condiiile variaiei nspaiu i timp a tuturor factorilor care monitorizeazfisurarea, adic; concentraia local a hidrogenu-lui, structura materialului, cmpul de tensiuni ideformaii, temperatura.

O asemenea situaie, foarte complex, nu poate

fi surprins integral ntr-un model fizic static. Deacest motiv autorii au fost constrni s adopte, ca oprim aproximaie, urmtoarea simplificare: modelul

va cuta s surprind situaia final, existent duprcirea sudurii pn la temperatura mediului ambiant.

n favoarea acceptrii unei asemenea simplificri,exagerate la prima vedere, pledeaz faptele urmtoare:

a) Caracterul ntrziat al FAHS. Dup cum se tieFAHS se poate manifesta la mult timp dup termi-

narea operaiei de sudare. Acest timp este de minute,ore sau chiar zile [10].b) FAHS se produce numai dup ce temperatura

zonei influenate termomecanic prin sudare scade subo anumit valoare, particular de la caz la caz, aa nu-mita temperatur critic de fisurare la rece. n funciede condiii, aceast temperatur este cuprins cel maifrecvent n intervalul +200 C +50 C, dar n cazuriexcepionale poate cobor chiar sub 0 C [33; 11a].

2.2.Aciunea concomitent a mecanismelor HELPi HEDE

Mult timp a existat o disput privind rspunsul lantrebarea: Prin care dintre cele dou mecanisme seproduce FAH?

reptat i-a fcut loc ideea valabilitii ambelormecanisme i chiar a aciunii lor conjugate [7; 4].

Dovada experimental a acestei sinergii se gseten lucrarea [14] i este susinut n [13].

Modelul propus de MARIN i colaboratorii [13]poate fi rezumat dup cum urmeaz (a se vedea Figu-ra 1, alctuit pe baza lucrrii citate mai sus):

Figura 1.a) Modelul MARTIN i colaboratori (pe bazalucrrii [29]); b) Etapa de transfer a hidrogenului ctrestratul intergranular (TD2); c) Etapa de germinare amicrosurii

a

b

c


8/52


Numai prin difuzie (D), sau n cazul prezeneiunui cmp de tensiuni mecanice i prin transportulefectuat de ctre dislocaiile n micare (

D1), ntr-

o zon (1) adiacent unui strat intergranular (2) iavnd o extindere de civa m ( 4-5), se realizeazo concentrare local a hidrogenului (etapa de con-

centrare a hidrogenului n zona adiacent stratuluiintergranular (Figura 1a).n momentul atingerii unei anumite concentraii

critice a hidrogenului (HC1

) se declaneaz mecanis-mul HELP (Figura 1bEtapa de transfer a hidrogenu-lui ctre starul intergranular).

n urma declanrii mecanismului HELP,dislocaiile n micare sunt oprite de ctre stratul in-tergranular 2, iar hidrogenul este transferat n aceas-ta (

D2). n acest fel se realizeaz o cretere treptat

a concentraiei hidrogenului n stratul intergranular.

Atingerea n acest strat a unei concentraii criticeH

C2, determin declanarea mecanismului HEDE n

zona 4 i apariia germenului de fisur 3 (Figura 1c)(etapa de germinare a microfisurii). De la caz la cazpoate urma o etap de cretere n lungul stratului in-tergranular a microfisurii astfel formate.

Modelul de mai sus, va fi particularizat ulterior(pct. 3) de ctre autorii prezentei lucrri pentrucondiiile specifice sudrii.

2.3. Luarea n considerare a difuziei rapide a hi-drogenului n lungul straturilor intergranulare.

Din cele de mai sus s-a constatat c FAHA decii FAHS, n cazul fisurilor intergranulare, estecondiionat de ctre concentrarea hidrogenului nanumite zone submicroscopice, adiacente straturilorintergranulare.

Un model privind FAHS trebuie deci s surprindmodul n care hidrogenul ajunge i cum acesta se poateconcentra n fia de supranclzire a zonei influenatetermic prin sudare. Adic n fia grunilor grosolani,n care se produce aceast fisurare.

Conform [14], n corpurile policristaline existurmtoarele 5 ci de difuzie, caracterizate princoeficienii de difuzie afereni D

n(m2/s) i anume:

- difuzia prin reeaua cristalin sau n volum D, lacare se face referire cel mai frecvent;- difuzia prin canalul dislocaiilor, D

d, manifestat

cu prilejul unei deformaii plastice;- difuzia n lungul stratului intergranular, D

gh,

neglijat n practic totalitatea lucrrilor privindFAHS (nota autorilor);- difuzia n stratul superficial (liber), D

s;

- difuzia n punctul triplu, Dtg(la jonciunea a treigruni adiaceni).Despre D

tgexist puine date, dar se consider c

Dtg

> Dgb

.n problema care ne intereseaz (FAHS); este im-

portat de meninut, conform [14], c:- n mod tipic, n metale, difuzia prin stratul inter-granular este mult mai rapid dect difuzia prinreea. D

gb fiind cu patru pn la ase ordine de

mrime mai mare dect D.- n apropiere de temperatura de topire, viteza dedifuzie prin stratul intergranular este comparabilcu auto difuzia n metalul lichid.- diferena ntre D

gb i D se mrete odat cu

micorarea temperaturii. La temperaturi sub 0,6din temperatura de topire, n corpurile policris-taline difuzia prin straturile ntergranulare joacun rol cheie. (Not: FAHS producndu-se la tem-peraturi de regul sub 200 C, adic sub cca 0,27din temperatura de topire a Fe, exprimat n K,

observaia de mai sus este foarte important).i n cazurile FAHA difuzia n lungul straturilor in-

tergranulare este important. De exemplu n lucrarea[12], consacrat urmririi acestui fenomen cu ajutorulunui model tridimensional prelucrat pe calculator icare ine cont de difuzia intergranular a hidrogenu-lui, este gsit o legtur liniar, cu proporionalitatedirect, ntre viteza de cretere a fisurii i coeficientulde difuzie a H prin stratul inetergranular D

gb.

Un aspect interesant este relevat n lucrarea [15],din care rezult c H are o difuzie accelerat n lungulstratului intergranular i c aceasta poate fi ncetinitdac exist o densitate substanial de dislocaii, acu-mulate n stratul intergranular.

Lucrrile [16, 17] evideniaz un dublu efect al stra-turilor intergranulare: favorizarea difuziei H n lungulstratului i inhibarea acestuia prin capcanarea H. Deasemenea se arat c odat cu micorarea granulaieicrete cantitatea de H pe unitatea de suprafa, trans-portate de ctre straturile intergranulare.

n subsidiar se remarc faptul c rolul important

al difuziei H n lungul straturilor intergranulare laFAHA este recunoscut i cercetat de mult vreme.Drept exemplu stau lucrrile [17, 18, 19].

n schimb, extrapolarea posibil i util acunotinelor din domeniu FAHA ctre domeniulFAHS, care ne intereseaz n cazul lucrrii de fa, esten ntrziere. Se mai subliniaz odat faptul c autoriiprezentei lucrri, consider c n principiu i fr aexclude unele diferene, c aceast extrapolare esteposibil datorit unicitii mecanismelor de aciunea H, la scar nanometric, n zona intergranular de

fisurare, n cele dou cazuri.Alte aspecte interesante privind difuzia H n lun-

gul straturilor intergranulare i efectele acestei di-


9/52


fuzii sunt abordate i n lucrrile menionate n bib-liografie, cu atenionarea c unele dintre acestea au odat foarte recent (2014), demonstrnd interesulacordat problemei n cauz.

Fr a intra n amnunte, se amintete faptul cn afar de lucrri cu caracter experimental, proble-

ma difuziei intergranulare n corpurile policristalinea fost abordat i pe cale matematic.n acest sens se amintete modelul FISHER (1951)

[20, 21, 11], care analizeaz cazul a doi gruni izo-morfi, avnd aceeai orientare cristalografic n zonade contact printr-un strat intergranular, izolai derestul materialului i aflai la temperatur constant.

Condiiile de valabilitate prezentate mai sus nearat faptul c acest model corespunde unei abordria problemei n prima aproximaie.

n legtur cu acest fapt se consider util dife-

renierea surselor de hidrogen n cazul FAHS dupcum urmeaz:

- surs primar: constnd din custur, ca depozital hidrogenului introdus prin operaia de sudare;- surse secundare: straturile intergranulare capa-bile s transfere hidrogen ctre zonele din imedia-ta apropiere a straturilor, urmat de o difuzie prinreeaua cristalin;- Surse teriare: surse localizate la nivel microscopicsau submicroscopic, care n urma unei modificrin timp a temperaturii i/sau structurii metalogra-fice sunt capabile s furnizeze hidrogen difuzibil.De exemplu formaiunile de austenit rezidual,

iniial saturate cu hidrogen, care prin transformareulterioar n martensit sau bainit devin suprasatu-rate n H, cedndu-l zonei adiacente.

Sau capcanele reversibile de hidrogen sunt adusen situaia de-capcanrii hidrogenului. oate aces teaevideniaz un fapt important pentru modelul FAHSprezentat mai trziu i anume: n zonele ndeprtatede sursa principal de hidrogen, stratul intergranular

devine o surs local de H pentru regiunile adiacentestratului.Se mai face precizarea c n abordrile matema-

tice, la care se face referire n cele ce urmeaz, afost neglijat efectul segregrii unor impuriti ctrestratul intergranular. Asemenea impuriti, cu carese poate mbogi stratul intergranular, pot modificansuirile stratului intergranulare, deci i condiiilede fisurare intergranular asistat de H.

Acest fapt are consecine practice pentru dome-niul metalurgiei oelurilor. Acest aspect va fi abordat

parial n cadrul pct. 2.4.Pe parcursul timpului au fost gsite mai multe

rezolvri aproximative sau exacte a complexelor

ecuaii integrale care redau variaia n timp i spaiua concentraiei hidrogenului n toate punctele mo-delului FISHER [20]. Aceste soluii confirm faptul ci din punct de vedere cantitativ, nu numai calitativ,c straturile intergranulare constituie ci de difuzierapid a H i c indiferent de timp i spaiu aceste stra-

turi constituie surse de H pentru fiile adiacente, ctrecare i n care H difuzeaz pe calea reelei cristaline.Aproximri succesive ulterioare, legate de modele

mai apropiate de realitate, sunt realizate n lucrrile[22; 23].

n acestea sunt identificate 3 respectiv 4 regimuricaracteristice n care se realizeaz cinetica difuziei ncorpurile policristaline.

Pentru a rezuma cele artate n cadrul punctului2.3 se consider potrivit citarea din lucrarea [14],dup cum urmeaz:

Difuzia prin stratul intergranular este un procescomplex care incumb difuzia direct prin reeauacristalin de la surs, difuzia n lungul stratului in-tergranular, scpri ale difuzantului din stratul in-tergranular urmat de difuzia acestuia prin reeauacristalin ctre regiunile din jurul stratului inter-granular. Funcie de importana relativ a dife-ritelor procese elementare, pot fi observate diferitecinetici ale difuziei (sau regimuri ale difuziei). Fie-care regim se manifest ntr-un anumit domeniu detemperatur, timp, mrime de grunte, parametrii aireelei cristaline i ai stratului intergranular.

Recurgnd la o imagine plastic, prezent n lite-ratura consultat, difuzia intergranular rapid a hi-drogenului, pot fi asemnat cu o reea de distribuie,prin care hidrogenul ajunge ntr-un timp relativ scurtn raport cu difuzia prin reeaua cristalin, din sursade hidrogen n profunzimea corpului policristalin.

Pe baza celor artate n cadrul pct. 2.3, precum ia bogiei de date existente n literatura de speciali-tate consultat i lund n considerare faptul c:

- factorul de baz care determin FAHS este con-centraie local a hidrogenului n zona de fisurare;- frecvent fisurile la rece au un caracter inter-granular;- hidrogenul ajunge n zona n care se va producefisurarea mai repede prin reeaua straturilor inter-granulare dect prin reeaua cristalin se ajungela urmtoarea concluzie: Fisurarea intergranularasistat de hidrogen a sudurilor, trebuie s ia nconsiderare, obligatoriu, difuzia rapid a acestuielement prin reeaua straturilor intergranular,

cu precdere n fia de supranclzire din zonainfluenat termomecanic prin sudare.Un aspect interesant al faptului c Dgb D, este


10/52


straturile intregranulare, aceasta ducnd la o rupereintergranular de mic tenacitate. Scenariul descrisconst n difuzia hidrogenului prin i ctre straturileintergranulare, conjugat cu segregarea ctre acestestraturi a unor impuriti (Mn, Si, S, P).

Afirmaia fcut n titlul lucrrii: Ingineria stra-

turilor intergranulare, reduce n mare msur sus-ceptibilitatea fa de fragilizarea intergranular prinhidrogen n materiale metalice sugereaz posibili-tatea ca tot prin aceast nou metalurgie s se reducsusceptibilitatea fa de FAHS, adic obinerea uneimai bune sudabiliti a oelurilor, cu precdere a ce-lor de mare i foarte mare rezisten.

i mai explicit, n lucrarea [23] se afirm c meca-nismul fisurrii intergranulare produs de hidrogense consider a fi similar cu mecanismul fisurrii larenclzire subcritic (temper embrittlement).

De aceeai prere este i autorul lucrrii [24]artnd c fenomenul ruperii fragile intergranulara oelurilor este un rezultat al combinrii aciunii hi-drogenului dizolvat n reeaua cristalin cu aciuneaimpuritilor fragilizate care au segregat n prealabiln stratul intergranular.

Aciunea conjugat a hidrogenului i a impu-ritilor se manifest i n cadrul Ni, dup cumrezult din lucrarea [25]: Ruperea intergranularindus de ctre hidrogen n Ni la 77 K, a rezultatca urmare a atingerii unei concentraii critice a hi-drogenului n straturile intergranulare, concentraiecare depinde de prezena altor impuriti.

Puternica influen pe care o realizeaz mrimeagranulaiei iniiale de austenit asupra fragilizriiintergranulare prin hidrogen este indicat i n lu-crarea [26].

De semnalat este lucrarea [2], n concluziile creiase spune c n oelurile feritice, clite i revenite,fisurarea asistat de hidrogen apare de obicei la li-mitele de gruni ale fotilor gruni de austenit.

De asemenea o abundent literatur de specia-litate a artat c aceasta se produce datorit efectuluicombinat al elementelor care reduc coeziunea, prin-tre care este inclus i hidrogenul.

Legarea explicit a hidrogenului de alte elementecare reduc coeziunea a fost realizat n [31]. n acesta,n cazul oelurilor de foarte mare rezisten, pentruestimarea reducerii tenacitii la rupere n prezenahidrogenului (KH) se propune un parametru de im-purificare empiric, sub forma [104CH] + [Mn + 0,5Si+ S +P] (At %).

2.5. Luarea n considerare a creterii de presiunecum rezult din recombinarea hidrogenului atomic nhidrogen molecular (prescurtat RHA)

acela c n cazul determinrii prin metode clasice,pe epruvete policristaline, a lui D, se determin defapt nu o valoare a lui D, corespunztoarea difuzieiprin reeaua cristalin, ci o anume D

eff(coeficient de

difuzie efectiv) care are o valoare numeric, medieprocentual ntre D i D

gb.

2.4. Luarea n considerare a unor similitudinintre procesele care conduc la FAHS i fisurarea larenclzirea subcritic, post sudare (fisurarea la de-tensionare, reheat cracking, stress relief cracking)

Acest gen de fisurare este notat prescurtat, n celece urmeaz prin FRS.

Similitudinile n cauz sunt sugerate de mai multefore, dup cum urmeaz:

- FAHS i FRS au caracter intergranular;- n ambele cazuri, fisurarea este determinat de

ctre deteriorarea unor nsuiri ale stratului intre-granular, n spe micorarea forelor de coeziune.n cazul FAH aceasta se datoreaz aciunii hidro-genului [13] iar n cazul FRS prezentei n stratulintergranular a unor impuriti segregate dinsprecazul gruntelui [23b]. Este vorba de impuritileS, P, Sn, St, As i altele.Luarea n considere a acestor similitudini la sta-

bilirea modelului pentru FAHS este necesar deoa-rece operaia de sudare modific distribuia nzona de influen termomecanic prin sudare, atta hidrogenului (tratat anterior la pct. 2.3) ct i aimpuritilor.

Efectul sudrii, n privina acumulrii impu-ritilor n fia de supranclzire a ZI-ului, con-form [23c], poate fi sintetizat astfel:

Creterea grunilor de austenit la parcurge reazonei temperaturilor de supranclzire a ciclului ter-mic la sudare are loc prin migrarea limitei de gruntea unui grunte mare (termodinamic mai stabil) ctreun grunte mai mic (termodinamic mai puin stabil),

alturat. Cu acest prilej are loc capcanarea impuritilorntlnite n cale, ducndu-le la acumularea acestora nstratul intergranular. Recurgnd la o imagine plastic,se poate spune c o cretere a gruntelor de austenitrealizeaz un efect de mturare a impuritilor, fraulfiind stratul intergranular.

Similitudinile existente ntre FAHA i FRS suntrelevate destul de frecvent i de mult timp n litera-tura de specialitate. n cele ce urmeaz sunt date uneleexemple.

n lucrarea [11], consacrat unui domeniu foarte

nou a metalurgiei i anume ingineria straturilor in-tergranulare, se afirm c fragilizarea prin hidrogense manifest prin pierderea coeziunii mai ales n


11/52


Hidrogenul se gsete dizolvat interstiial n me-tal sub forma de ioni pozitivi. Cnd iese, dintr-unmotiv oarecare, din soluie intrnd ntr-un spaiuliber, de volum dat, se recombin n hidrogen mole-cular (H

2). Acest proces determin o anume cretere

a presiunii, capabil s dezvolte, n zonele nvecinate

importante, solicitri mecanice de ntindere, subinfluena crora se pot produce ruperi localizate.Cu multe decenii n urm, la nceputul studierii

FAH, fisurarea era atribuit acestui fenomen. Ulte-rior, din motive bine ntemeiate, aceast explicaiea fost abandonat, ea rmnnd n picioare numaipentru explicarea fenomenului de blistering.

Recent (2014) s-a descoperit, prin determinriexperimentale (tomografie cu neutroni), c n spaiuliniial gol, format prin fisurare, exist hidrogen, mo-lecular desorbit din metal [29].

Se consider c acest lucru se poate ntmpla in cazul FAHS. Solicitarea, mecanic local rezultatducnd la creterea germenului de fisur.

Rezumnd, se arat c sub aspectul mecanismelorcare acioneaz sinergic n FAHS, modelul propus re-curge la HELP, HEDE i RHA.

2.6. Luarea n considerare a concentrrii n zonaadiacent limitelor de gruni, mai ales n zona punct-ului triplu (contactul ntre trei gruni alturai), atensiunilor mecanice, cu precdere, acelor de ordinuldoi i trei [30, 31]

De la caz la caz, nsumarea concentrrii de tensiu-ni contribuie la instaurarea deformaiilor plastice lo-cale i/sau la nvingerea coeziunii materialului, faptecare duc la germinarea microfisurilor.

3. Modelul propus3.1. Condiiile de valabilitate pentru modelModelul n cauz nu are o valabilitate general ci

numai una particular existent dac sunt ndepli-nite condiiile cum urmeaz:

3.1.1. Gen de fisurare acoperitFisurarea intergranular asistat de hidrogen, ncondiiile sudrii (FAHS)

3.1.2. Amplasarea fisuriin fia de supranclzire a zonei influenate ter-

momecanic prin sudare, n stratul intergranular alunui fost grunte de austenit.

3.1.3. emperatur constant, mai mic dect tem-peratura critic de fisurare la rece, n particular, tempera-tura mediului ambiant

3.1.4. Sursa de hidrogen pentru zona n care are loc

germinarea fisurii este hidrogenul propagat n lungulstratului intergranular i cel care ptrunde din stratulinrtergranular n reea

3.1.5. emperatura de nceput de transformare a aus-tenitei subrcite este mai mare n materialul custuriidect n ZI.Acesta este cazul cel mai frecvent ntl-nit la sudare.

Printre excepii se numr cazul sudrii unoroeluri de mare rezisten, tratate termomeca-

nic, utiliznd electrozi cu zestre de aliere mai maredect a materialului de baz, cnd locul predilect deapariie a FAHS se mut din ZI n custur.

3.1.6. Durata. Se consider c modelul este valabiln intervalul de timp cuprins ntre momentul rciriisudurii pn la temperatura mediului ambiant i mo-mentul n care frontul de hidrogen difuzat exclusiv prinreeaua cristalin ajunge la locul de germinare a fisurii.

Not: Punctele 3.1.1. 3.1.5. au fost tratate ante-rior. Este ns necesar analiza duratei de valabilitatea modelului, lucru care se face n cele ce urmeaz.

3.2. Durata de valabilitate a modelului.Deoarece n literatura de specialitate consultat

autorii nu au gsit informaii privind fenomenelecare au loc dup ce la locul de germinare a fisurii,n afar de hidrogenul propagat prin stratul inter-granular i cel scpat din strat ctre grunte, ajungei acela ce reuete s treac prin reeaua cristalina grunilor, modelul este considerat valabil pe odurat limitat.

n cele ce urmeaz se estimeaz orientativ aceastdurat.

Se au n vedere regiunile limitrofe zonei delegtur dintre custur, ca surs primar de hidro-gen i fia de supranclzire, n care se are loc ger-minarea fisurii, prezentate schematic n Figura 2.

Hidrogenul (H) din custura 1 traverseaz zonade legtur 2 i ptrunde n fia de supranclzirea austenitei 3, care cuprinde materialul nclzit cu

Figura 2.Schem pentru calculul duratei desudabilitate a modelului propus


12/52


prilejul sudrii pn la temperaturile maxime, aleseconvenional 1450 i 1100 C.

n legtur cu fia 1 din custura 1, adiacentacesteia, se amintete faptul c, dup cum au demon-strat msurtorile efectuate prin metoda topirii lo-cale prin fascicul laser i spectroscopie de mas [32,

11] concentraia local a hidrogenului din aceastfie, la un moment dat, este de cca 1,37 ori maimare dect concentraia medie din custur.

i acest fapt susine ideea c n condiiile FAHS,custura s poat fi considerat, n prim aproximaiei n urmrirea pe cale matematic a difuziei, ca osurs permanent i nu una instantanee. Acest lucrueste important deoarece n cazul sursei instantanee,stratul intergranular poate deveni, la un momentdat, un pu, i nu o surs de hidrogen [14].

Lund n considerare o valoare pentru aceast

zon uzual a gradientului temperaturilor maxime G= 250 C/mm, rezult c zona 3 are o extindere de x= 1,4 mm.

Convenional se consider c zona 6, n care areloc germinarea fisurrii se gsete la mijlocul zonei 3.Se are n vedere deci punctul A, situat la 0,7 mm de laextremitatea zonei de legtur.

Modelul propus se consider a fi valabil pn nmomentul n care frontul de hidrogen propagat prinreeaua cristalin ajunge n punctul x.

Pentru estimarea acestui timp se ia n considerareun regim cinetic de difuzie a hidrogenului n corpu-rile policristaline de tip B, conform [21, 14].

n figura 3[20] este artat schematic distribuialocal a difuzantului (n spe hidrogenul). (nu esterespectat reproducerea la scar a diferitelor zone).Notaiile utilizate 1 sursa permanent de hidrogen(custura); 2, 2, 2 gruni; 3, 3 straturi inter-granulare; 4 front de hidrogen.

Se consider, orientativ, c modelul propus estevalabil pn n momentul t cnd x = a = (Dt) = 0,7mm din aceast relaie putndu-se calcula t.

La alegerea valorii numerice pentru coeficientulde difuzie prin reeaua cristalin (D), trebuie s seaib n vedere c, n afar de materialul de baz sudat

i de temperatur, el mai depinde i de temperaturamaxim de austenitizare, deci de situarea n ZI apunctului considerat i de asemenea de valoarea tim-pului de rcire, realizat cu prilejul sudrii [30;9].

Se recurge la datele din [22], corespunztoareunui oel de tip 23G2SAF (oel aliat, microaliat cu Ni V, destinat structurilor sudate).

Pentru o temperatur de austenitizare de 1350 Ci t

8/5= 20s (valori uzuale), valoarea msurat, la 20,

a lui D este 3,53 x 10-7cm2/s, care va fi utilizat ncontinuare.

n subsidiar, pentru a sublinia variaiasemnificativ a lui D n ZI, se arat c n cazulaceluiai oel, la aceluiai t

8/5, micarea temperaturii

de austenitizare la 1050 C provoac o cretere de 1,8ori a lui D, iar o mrire a lui t

8/5la 60s, determin o

cretere de 2 ori a lui D.Lund n considere valorile x = 0,7 mm i D = 3,53

10-7cm2/a rezult pentru t valoarea aproximativ de

3,8 ore, ea trebuie considerat ca o valoare orientativ,datorit simplificrilor realizat la calculul ei, mai alesn privina constantei temperaturii.

Dup cum rezult din [22], n cazul aceluiai oeli parametrii 1300 C/10 s, creterea temperaturii dela 20 C la 100 C, duce la mrirea de cteva zeci deori a lui D.

Aceast valoare aproximativ poate fi consideratplauzibil dac se au n vedere rezultatele cuprinsen lucrrile [35; 36]. n acestea a fost determinatdistribuia local a hidrogenului la 5 ore de la termin-area unei suduri unistrat, realizate fr prenclzire.A rezultat c n 5 ore hidrogenul ptrunde complet

prin ZI.Pe baza celor de mai sus, se consider, n mod aco-peritor c valabilitatea modelului propus se extindepe cteva ore de la terminarea operaiei de sudare.innd seama de ordinul de mrime al ntrzierii lafisurare [10], se consider c modelul propus esteacceptabil din acest punct de vedere.

Cu acest prilej se atrage atenia asupra erorilormari care pot fi cauzate dac n urmrirea difuziei Hn suduri, se iau n considerare coeficienii de difuzien materialul de baz i nu n ZI. De pild conform

[37], coeficientul de difuzie este 1,10 x 10-6cm2/s, iarn ZI n funcie de condiiile de austenitizare i dercire, este 2 7 x 10-7cm2/s.Figura 3.Repartiia hidrogenului n gruntele (2)


13/52

SUDURA, XXV - 3/2015 11

De asemenea, variaia coeficientului de difuzientre diferitele fii ale ZI-ului, este tratat i nlucrarea [45], mpreun cu alte cauze, ca de pilddependena punctului martensitic superior detemperatura maxim de austenitizare i condiiilede rcire (t8/5) [34], i ele contribuie la repartiia

neuniform a hidrogenului n ZI.Se reamintete i faptul c n cazul corpurilorpolicristaline, coeficienii de difuzie determinaiprin metodele clasice, ca valoare numeric, nu suntun coeficient de difuzie prin reeaua cristalin, ci omedie ponderat ntre coeficientul privind difuziaprin reeaua cristalin i coeficientul de difuzie, multmai mare, prin straturile intergranulare.

4. Prezentarea modeluluiSe face cu ajutorul Figura 4a-e, corespunztoare

unei succesiuni temporale.

4.1. Situaia iniial (figura 4a)Corespunde unuimoment iniial, n care sudura s-a rcit sub tempera-

tura critic de fisurare la rece, considerat, ntr-oprim aproximaie, egal cu temperatura camerei,iar hidrogenul difuzat prin stratul intergranular 2 nu

a ajuns nc n zona reprezentat n figur.Stratul intergranular 2 separ grunii 1, 1, care

fac parte din fia de supranclzire a ZI-ului. Ide-al, din punct de vedere al producerii FAHS, att nprivina concentrrii ulterioare a hidrogenului, ct idin cel al mrimii tensiunilor mecanice proprii (mai

ales de ordinul doi i trei), este ca acest strat s fieun punct triplu, n care ajung n contact trei gruniadiaceni (tensiuni mecanice x, y, z, figuratesimbolic prin 3).

Stratul intergranular 2 se consider a fi stratulcorespunztor unor foti gruni de austenit.Asemenea straturi favorizeaz FAHS, datoratacumulrii n ele, din cauza segregrii i a efectuluide mturare din perioada de cretere a grunilor(translaia limitei de grunte ctre un grunte maimic, care urmeaz a fi nghiit de ctre gruntele mai

mare), a impuritilor coninute n materialul de

baz. Este vorba att de impuritile dizolvate iniialn materialul de baz ct i a acelora coninute n dife-

rite precipitate, dizolvate cu prilejul supranclzirii.Acumularea impuritilor este figurat n Figu-

ra 4a prin apariia mai frecvent a simbolului I n

a

b

d

c

e

Figura 4.Modelul propus: a) Situaia iniial; b) Difuziahidrogenului Hig prin stratul intergranular, scparea uneipri din aceast (H1) ctre corpul gruntelui i difuzia ncorpul gruntelui (Hsd); c) Etapa de pregtire a aciuniimecanismului HELP; d) Etapa de transfer a hidrogenuluiHp, ctre stratul intergranular i de germinare a micro-surii 6, prin mecanismul HEDE; e) Etapa de manifes-tare a mecanismului PRM


14/52


stratul 2, fa de corpul grunilor 1, 1.4.2. Momentul ajungerii hidrogenului, difuzat

intregranular Hig, n zona de germinare a viitoareimicrofisuri(Figura 4b)

Acest moment este ulterior aceluia n care ncepemigraia hidrogenului din custur ctre ZI, anume

momentul n care, conform unui model clasic [26; d],are loc transformarea austenitei subrcite i apariian custur a unei soluii suprasaturate cu hidrogen.

Din Hig, o parte H

s, scap ctre grunii 1, 1,

ptrunde n reeaua cristalin a acestora i prindifuzie (H

sd) numete concentraia local n zona

4, adiacent stratului intergranular (din motivede simplificare a figurii 4b i a celor urmtoare, sereprezint doar situaia creat n gruntele 1.

4.3.Momentul realizrii n zona 4, adiacentstratului intregranular pe seama lui Hsd, a unei

concentraii critice HCH, dependent i de starealocal a tensiunilor mecanice, la care se declaneazmecanismul HELP (Figura 4c).

4.4.Momentul n care n stratul intergranu-lar 2, pe seama hidrogenului H

P transportat de

ctre dislocaiile aferente deformaiei plastice, serealizeaz concentraia critic H

CF, necesar pentru

declanarea mecanismului HEDE

. Drept urmare aparegermenele de fisur 6. (Prin liniile 5 sunt figuratemicrodeformaiile plastice produse de ctre meca-nismul HELP) (Din motive de claritate, n Figura 4dnu mai sunt figurate impuritile )

4.5.Momentul declanrii mecanismului decretere a presiunii P n volumul microfisurii 6, peseama recombinrii hidrogenului atomic H2 (prezen-tat mecanisme PRM)(Figura 4e)

Se menioneaz c n Figura 4d, realizat la omrire mai mare dect figurile precedente, din mo-tive de claritate, nu mai sunt prezentate toate ele-mentele din figurile precedente.

n aceast etap, hidrogenul din stratul intergra-

nular Ha, aflat n stare atomic (ioni pozitivi de hidro-gen) gsindu-se ntr-o concentraie mare, migreazctre spaiul gol al microfisurii 6. Aici se recombin nstare molecular ca H

2, proces care duce la o cretere

nsemnat a presiunii P.Aceasta face ca la vrful microfisurii 6 s se instau-

reze un cmp de tensiuni triaxiale 3, intens, capabils determine o cretere longitudinal a microfisurii.Adic se creeaz condiiile necesare pentru instau-rarea aa numitei [46] perioadei de autopropagarelent a fisurii.

Aceast perioad nu constituie obiectul prezenteilucrrii.

n privina ei, autorii nclin spre modelul creterii

intermitente a fisurii, dovedit prin nregistrri deemisie acustic, constnd n succesiunea formrii iruperii unei enclave plastice format la vrful fisurii[38].

Ipotetic, sub rezerva unei confirmri sau infirmribazate pe cercetri experimentale, desfurarea n

continuare a etapei de propagare lent a fisurii, seface n conformitate cu cele explicitate schematic,n Figura 5a, n care este propus un prim moment,dup cel artat n Figura 4e.

Sub influenele concentratorului de tensiunimecanice de la vrful fisurii 6, hidrogenul dizolvat,aflat n zonele nvecinate, se acumuleaz treptatn zona 7. La un moment dat n aceast zon serealizeaz o anumit concentraie critic H

ec, la care

sub influena cmpului de tensiuni mecanice exis-tent, se deformeaz (Figura 5b, mecanismul HELP),rezultnd enclava plastic 8. n acesta, mecanismulHEDE provoac ulterior apariia unei extinderi 9 amicrofisurii (Figura 5c) care crete cu AF.

Repetarea n timp a acestei succesiuni de procese,duce la creterea intermitent a fisurii, fapt doveditexperimental prin tehnica emisiei acustice.

n cele din urm, dac sunt ndeplinite anu-mite condiii, i fisura, n procesul ei de creteredobndete aa numita mrire critic (n conceptele

mecanicii ruperii) se declaneaz creterea foarterapid a fisurii i instaurarea ruperii fragile a struc-turii sudate.

Figura 5.a) Acumularea hidrogenului la vrful surii;b) Formarea enclavei plastice prin HELP

a

b


15/52

SUDURA, XXV - 3/2015 13

Acest scenariu simplificat este valabil dac n timp,pe parcursul creterii microfisurii, nu intervin i altemecanisme, de pild oboseala, ducnd la o etero-pro-pagare lent a microfisurii.

5. Concluzii i propuneri

Ordinea prezentrii nu corespunde neaprat cuimportana atribuit.5.1. FAHS are loc ca urmare a aciunii concomitente,

n etape diferite a mai multor mecanisme: plasticitatelocal promovat de ctre hidrogen (HELD); decoeziu-nea promovat de ctre hidrogen (HEDE) i cretereade presiune rezultat n urma combinrii hidrogenuluiatomic n hidrogen molecular.

5.2. Principalele cale prin care hidrogenul ajungen zona de fisurare este reeaua straturilor inter-

granulare, n care are loc o difuzie mult mai rapid a

hidrogenului, n comparaie cu difuzia prin reeauacristalin (corpul grunilor).

5.3. Fisurarea intergranular asistat de hidro-gen este determinat de atingerea unei concentraiilocale la scar nanometric a concentraiei hidro-

genului. n consecin pentru ca actualul estimatoral pericolului de FAHS, anume H

D100M, care se refer

la o concentraia medie macroscopic n metalul de-pus, s aib o baz tiinific, este necesar, dacaceasta exist, o corelare ntre concentraia medie

nanoscopic i caracteristica local maxim, la scarnanometric.

Acesta este doar unul dintre deficienele nume-roase ale controlului H

D100M, care face necesar nlo-

cuirea sa.5.4. Similar cu hidrogenul, impuritile din oeluri,

care sunt pronunat segregate n straturile intergra-nulare, mai ales cu prilejul sudrii, pot fragiliza acestestraturi, promovnd fisurarea.

n consecin pentru evaluarea pericolului defisurare la rece, pe lng elementele care figureaz nrelaii de genul carbon echivalent, este raional s seaibe n vedere i Impuritile din oeluri.

De asemenea rezult c mrirea puritiioelurilor pentru construciile sudate, este o cale dembuntire a sudabilitii acestora.

5.5. Unele elemente chimice, segregate pe straturi-

le intregranulare, pot mri, altele pot micora valoar-ea coeficientului de difuzie a hidrogenului prin stratulintergranular.

Dac, recurgnd la noile tehnologii ale metalur-giei straturilor intergranulare, se reuete, prin mi-croaliere, s se dopeze aceste straturi cu elementecare micoreaz n msur suficient coeficientul dedifuzie a hidrogenului, se poate obine o micorarea nclinrii spre FAHA a oelurilor pentru structurisudate.

Bibliografe

[1] PADY, G.K i KOMIZO, Y.: Diffusible Hydrogen in Steel Weldments, ransactions of JWRI, Vol. 42(2013), no. 1, p 3961

[2] MC. MAHON, C.J.Te role of grain boundaries in hydrogen-induced cracking (HIC) of steels, in Gaseoushydrogen embrittlement of materials in energy technologies; vol. 2; Edited by R.P. GANGLOFF and B.P. SOMER-DAY: WOODHEAD PUBLISHING 2012; p. 154165

[3] DADFARNIA, M. s.c.: Degradation models for hydrogen embrittlement, in Gaseous hydrogen embrittle-ment of materials in energy technologies; vol. 2; Edited by R.P. GANGLOFF and B.P. SOMERDAY: WOODHEADPUBLISHING 2012; p. 326377

[4] SOFRONIS, P., s.c.: Hydrogen embrittlement of pipeline steels: causes and remediation, Hydrogen PipelineR&D Project R.M., Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge N January 5-6, 2005, p. 157[5] VASUDEVAN, R, s.c.: Hydrogen Assisted Cracking in HSLA Pipeline Steels. Welding Journal, Sept. 1981,

p. 155s168s[6] GANGLOFF, R.: Hydrogen Assisted Cracking of High Strength Alloys. Comprehensive Structural Integ-

rity, vol. 6, Elsevier Science, New York, 2003[7] BARNOUSH, A.: Hydrogen Embrittlement, revisited by in situ electrochemical nanoidentation, Diserta-

tion Universitat des Saarbrucken, Saarbrucken, 2007[8] MARIN, M.L. s.c.: Hydrogen induced intergranular failure in nickel revisited.Acta Materiala, 60 (2012),

p 27392745[9] EBIHARA, K. . colab.: Evaluation of Stress and Hydrogen concentration at Grain Boundary of Steels using

Tree-Dimensional Polycrystalline Model, in Progress in Nuclear Science and echnology, vol. 2, p. 3843, (2011).[10] MICLOI, V.: Inspecia ntrziat a sudurilor: o condiie formulat incert i de multe ori neglijat .SUDURA (ASR ROMANIA); Nr. 4 i 5; 2008


16/52


[11] MICLOI, V.: ratamente termice conexe sudrii prin topire a oelurilor.a. Vol. 1: Ed. SUDURA, imioara, 2003; p. 245248; b. Vol. 2: Ed. SUDURA, imioara, 2004; p. 192235c. Vol. 2: Ed. SUDURA, imioara, 2004; p. 196200; d. Vol. 1: Ed. SUDURA, imioara, 2004; p. 218222[12] MICLOI, V.: Propuneri privind corelarea aciunii hidrogenului cu fisurarea la rece a sudurilor, Sudura

(ASR Romania), Nr. 2, pag. 4-8, 2014[13] DJUKIC, M.B. s.c.: Hydrogen embrittlement of low carbon structural steel. Procedia Materials Science 3

(2014), p. 11671172; 20th European Conference on Fracture, CECF 20[14] MEHRER, H.: Diffusion in Solids, SPRINGER VERLAG, Berlin, 2007[15] OUDRIS, A., s.c.: Te diffusion and trapping of hydrogen along the grain boundaries in polycristal nickel.

Acta Materialia, Vol 66, nr. 19, nov. 2012, p. 68146828.[16] KOISHI, AKASAVA i c.: Effects of Grain Size on Hydrogen Environment Embrittlement of High Streng-

ht Low Alloy Steel in 45MPa Gaseous Hydrogen. Materials ransaction, vol. 51, nr. 2 (2010) i 347-353, TeJapan Institute of Materials

[17] LASILA, D. H. i BIRNBAUM, H. K.: Hydrogen embrittlment of nickel: modeling of the effect of diffusivesegregation of hydrogen on intergranular fracture. echnical Report, January 1986, Office of Naval Research,N 00014 83 0468

[18] BIRNBAUM, H., s.c.:Hydrogen segregation and diffusion at grain boundaries, Journal de Physique Col-

loques, 1988, 49 (C5), p. C5-397 C5-401[19] ICHIMURA, M., s.c.: Grain boundary effect on hydrogen in pure aluminum, Materials ransaction, 32

(12), (1991), p. 11091114[20] FISHER, J. C. : J App. Phys, 22, 74 (1951)[21] HARRISON, L.G.: rans. Faraday Soc., 57; 1191; (1961)[22] BOIAN, .A.: Evaluation of the influence of hydrogen on the cold cracking formation in welded joints, ez

de doctorat Doc. I.I.W IX 2020 02[23] QIAO, L. i c:Mechanism of hydrogen induced intergranular cracking of tubular steels SCIENCE IN CHI-

NA(Series E), Vol. 39, N. 5, Oct. 1996[24] MACMAHON, C.J.: Hydrogen induced intergranular fracture of steels, Engineering Fracture Mechan-

ics, 04-2001; University of Pennsylvania[25] BIRNBAUM, H. i alii: Hydrogen segregation and diffusion at grain boundaries, Journal de Physique

Colloques, 1988, 49 (C5), p. C5-397 C5-401.[26] VOSHIHIKO, KIAGANA i alii: Hydrogen embrittlement susceptibility of microstructures formed in

multipass weld metal for H780 class steel, Journal of Materials Science, January 2008, vol. 43, nr. 1, p. 12 22.[27] SHVAI WANG, s.c.: Hydrogen induced failure of iron,Acta Materialia, Vol. 63, May 2014, p. 275-282[28] BANDYOPADHYAY, N i colab.: Hydrogen-induced cracking in 4340-type steel: Effects of composition,

yield strength, and H2 pressure, Met. rans. A., 14A, 881 (1983)[29] GRIESCHE, A. . colab.: Tree-dimensional imaging of hydrogen blister in iron with neuron tomography.

Acta materials 78 (2014), p. 1422.[30] RADAJ, D.: Heat effects of Welding, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 1992

[31] MICLOI, V: O cauz suplimentar a eterogenitii ZI la sudarea unor anumite oeluri , SUDURA(IMIOARA): XX-3/2010: p. 419.[32] * * * : Osaka University and Nippon steel interim report on wet metal hydrogen cracking applying

numerical modeling of hydrogen distribution[33] MICLOI, V.: Evoluia n timp a unor concepte fundamentale privind o problem de principiu important

la sudare: fisurarea asistat de hidrogen. SUDURA (ASR ROMANIA), Nr. 2, 2012[34] MICLOI, V. i G. SOLOMON: Fisurarea sudurilor.Vol. 1, p. 15, Editura PRINECH, Bucureti, 1999[35] SAOH, K., s. c.: Journal of Japanese Welding Society, 1974, 48 (4), p. 248-252[36] * * *: Cracking test for nipple - level grove multi - larger welds. Japanese Welding Association Standard,

WES 1105-1985[37] JOK, M.L. s. c.: On the micromechanics of brittle fracture: existing vs. injected crackles, Acta Metallur-

gica, 37 (1), 1989, p. 87-97.[38] MICLOI, V. i colab:Bazele proceselor de sudare. Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti 1982, p.

154-161.


17/52

SUDURA, XXV - 3/2015 15

Istoria i starea tehnic actual a primului pod sudat dinRomnia

History and current technical condition of the rst weldedbridge from Romania

Rezumatn ara noastr, primul pod din oel sudat a fost construit n Reia la 1937, peste rul Brzava, cu o deschiderede 31.42 m i o nlime central H = 4,0 m. Acesta a fost unul dintre primele poduri complet sudate din Europa.Lucrarea prezint situaia actual a podului de la Reia, analiza strii de tensiuni n structur i propuneripentru reabilitarea podului.

AbstractIn our country, the first welded steel bridge was erected in Reia in 1937, as a highway bridge over Brzavariver, with a span of 31.42 m and a central height H = 4,0 m. It was one of the first completely welded bridges inEurope. Te paper describes the present situation of the bridge in Resita, the stress analysis in the structure andproposals for the rehabilitation of the structure.

1.Descrierea

structurii

Podul, clasificat camonument istoric subCS-II-m-B-10911 [1],este amplasat pesterul Brzava n zonacentral a municipiuluiReia i desparte car-

tierele Reia Romnde Reia Montan.Este considerat primulpod sudat din Romnia,fiind construit de ctre societatea Uzinele de Fier iDomeniile Reia-UDR n anul 1937 sub conducerea

Acad. Dan Mateescu, pe atunci eful Uzinei de podurimetalice i procurist al societii UDR. Pe vremuri,n acest loc era o vam care delimita Reia Romnde Reia Montan, iar comercianii erau obligai splteasc o tax de trecere.

Podul de la Vam, aa cum este cunoscut n zon,este un pod rutier oblic cu o singur deschidere (un-ghiul de oblicitate ntre axa cii pe pod i obstacol este

de = 61-62). Infra-structura este realizatdin zidrie de piatr(moloane), iar supras-tructura din oel sudat.

Soluia constructivconst din dou grinziprincipale de tip Vi-erendeel (similare cu

o grind cu zbrele,dar formate doar dintalpa superioar, ceainferioar i montani;

toate legturile n noduri sunt rigide). Grinzile cii,lonjeroni i antretoaze, formeaz reeaua de grinzide la nivelul cii.

Pe acestea se reazem dala din beton armat caresusine calea de rulare din mbrcminte bituminoas.

Grinzile principale Vierendeel cu talpa superioarpoligonal (funcie parabola de gradul 2), au deschi-

derea de 32.0m i nlime maxim de 4.08m.Structura are opt panouri, fiecare cu o lungime de

4,00 m. Comparativ cu axa longitudinal a podului

Dr. ing. Dorel Boldu1), Prof. dr. ing. Radu Bncil1), Dr. ing. Anamaria Feier2)1)Universitatea POLITEHNICA din Timioara2)ASR Timioara, INCD URBAN INCERC Timioara

e-mail: [email protected]

Figura 1. Primul pod sudat din Romnia construit la Reia(Foto autori)


18/52


acestea sunt deplasate (decalate) n amonte/aval cuun panou orizontal, panourile de capt ale reeleide grinzi orizontale, rezultnd astfel triunghiulare,corespunztoare oblicitii mari.

Talpa de jos are o seciune dublu T asimetricsudat, format din elemente cu dimensiunile:

35x300 mm la talpa inferioar, 20x300 mm la talpasuperioar i 10x1000 mm la inim, pe care sunt dis-puse elementele de rigidizare verticale n form deT n nodurile panourilor (cu rol de a forma un cadrurigid) i dou elemente de rigidizare verticale simple,amplasate la o treime din lungimea panoului.

Talpa superioar const dintr-o seciune compuscu doi perei realizat din dou profile UPN 300distanate la 300 mm i o plac superioar de dimen-siune 15x400 mm. n lungime la distane egale suntprevzute trei diafragme de rigidizare la torsiune a

seciunii formate din tabl 8x300-300 mm.

Montanii sunt realizai din profile IPN 300ntrite cu dou plci de 15x400 mm sudate la tlpi.La legtura cu antretoaza sunt dispui ranforicare rigidizeaz semicadrul transversal format dinantretoaz i montani (Figura 2).

n prezent, traficul pe pod este doar pietonal,circulaia vehiculelor de orice fel fiind interzis nzona respectiv.

Starea tehnic a poduluiStarea tehnic actual a podului a fost determinat

pe baza observaiilor directe n amplasament, a rele-veului infrastructurii i a tablierului metalic, a desene-lor de reconstituire a structurii tablierului realizatedup msurtorile din teren efectuate la nceputul

lunii august 2013 i a documentrii fotografice pre-cum i conform cu instruciunile tehnice [2], pentrustabilirea strii tehnice a unui pod existent, elaboratede Administraia Naional a Drumurilor-AND).

1.1 Inspecia n situn perioada anilor 80 tablierul metalic a fost in-

vadat de diverse conducte pentru utiliti (termofi-care, telefoane, energie electric) agate haotic peconsolele trotuarului cu elemente metalice improvi-zate, neuniforme etc. (Figura 3.a), fapt care a modi-ficat funcionalitatea podului. Podina original a

trotuarelor a fost nlocuit i ridicat cu cca.30 cm,dunnd aspectului i originalitii podului. n pre-zent parapetul nu are asigurat nlimea necesarpentru respectarea condiiilor de siguran cerute destandardele actuale.

Starea de conservare i ntreinere a podului este:- satisfctoare n cazul infrastructurilor din zid-

rie din moloane de piatr; se constat unele exfolieriale mortarului din rosturile elevaiilor culeelor, uneledegradri locale i depuneri de gunoaie, moloz etc.,n zona banchetelor pe care reazem aparatele dereazem.

- necorespunztoare n cazul intradosului tabli-erului unde se observ degradarea accentuat aproteciei anticorosive (zone puternic ruginite) astructurii metalice, degradarea stratului de acoperire

a armturilor din dala de beton armat i degradri alegurilor de scurgere pentru evacuarea apelor meteorice(Figura 3.b)

- satisfctoare n cazul tablierului de la nivelulcii unde se constat prezena proteciei anticorosive,

cu unele degradri locale la nivelul racordului cu caleasau trotuarele i n interiorul seciunii tlpii supe-rioare (Figura 3.c).

Figura 2. Grinda principal parabolic Vierendel,montanii i ranforii la legtura montant - antretoaz(Foto autori)

Figura 3. Starea actual a podului (Foto autori)

a b c


19/52

SUDURA, XXV - 3/2015 17

n cadrul inspeciei vizuale nu s-au sesizat fisurisau deteriorri semnificative ale seciunii barelor sauale sudurilor, cu excepia unor defecte/deformri lo-cale la nivelul superior al grinzilor principale, gene-rate cel mai probabil, de ctre impactul cu vehiculelecare au circulat n trecut pe pod; acestea pot fi ns

reparate/ndreptate.Calea pe pod este realizat cu o mbrcmintebituminoas specific pentru calea pe poduri i prezintfisuri n axa podului, respectiv degradri n zona guri-lor de scurgere a apelor pluviale, n zona racordului cuterasamentul i n zona de racord cu trotuarul.

Trotuarul original a fost demontat i nlocuit cutabl striat care protejeaz conductele de termoficaremontate pe consola trotuarului; prezena acestoraduneaz funcionalitii podului (trepte de urcare/coborre pe trotuar la capetele podului), respectiv

siguranei pietonilor, prin nlimea insuficient aparapetului (cca.70 cm peste nivelul podinii fa de1.0-1.20 m ct ar fi necesar).

Lipsete sistemul de iluminare funcional sauarhitectural.

Zona amplasamentului, la nivelul albiei majore/minore a rului Brzava, este insalubr, presrat cudiverse deeuri din plastic/metal/textile/organiceaduse de ap sau produse de persoane fr adpost.

2. Aplicarea metodologiei din NormativulAND 522-2005, Romnia

Reabilitarea podurilor este o chestiune complex.Administraia Romn a Drumurilor a adoptat ometodologie calitativ de verificare, bazat pe apre-cierea strii tehnice a structurilor, de ctre experi.Sunt definii indicii de calitate, n cele din urm stareatehnic a structurii fiind dat de indicele total IST:

(1)

Semnificaia indicilor de calitate Ci i Fi esteprezentat n tabelul 1.

Pentru fiecare indice sunt date note (de la 1 - 10).n funcie de indicele total IST se determin stareatehnic, respectiv clasa tehnic a podului, apoi se de-cide strategia pentru mentenan sau pentru reabili-

tarea structurii.Clasa tehnic a podului rezult din ncadrarea ntr-una din categoriile de mai jos:

y stare foarte bun pentru; IST = 81100;y stare bun materialul din care sunt alctuitesuprastructura i infrastructura prezint un nce-put de degradare cu defecte i degradri vizibileIST = 6180;

y stare satisfctoare elementele constructiveprezint degradri vizibile pe zone ntinse cuafectarea seciunii transversale IST = 4160;

y stare nesatisfctoare elementele constructivesunt ntr-o stare avansat de degradare IST =2140;

y starea tehnic nu asigur condiiile minime desiguran a circulaiei IST < 20.

Aplicarea acestei metodologii pentru podul anali-zat a condus la urmtorul rezultat: indicele de calitateC = 66, indicele funcional F = 8 i indicele total alstrii tehnice IST = 74; plasnd podul n categoria 2 -stare tehnic bun.

Aceast metodologie este potrivit pentru poduri-le metalice executate n ultimii 20 40 ani. Pentrustructuri mai vechi are doar un caracter informativ.n aceast direcie se recomand aplicarea unei me-todologii mai detaliate, similar cu cea folosit la veri-ficarea podurilor de cale ferat.

O propunere pentru o schem general de verifi-care complet i necesar pentru poduri cu vechimen exploatare se prezint n organigrama din Figura 4.

Aceasta a rezultat din experiena autorilor i a analizeistrii tehnice a peste 40 de poduri existente [3], [4].

Tabel 1.Semnicaia indicilor de calitate


20/52


Se subliniaz fap-tul c metodologiacalitativ adoptatde normativul AND- pentru poduri deosea, nu prevede

o analiz a striide eforturi dinstructur. Practic de-cizia administraieise face pe baza unorcriterii care pot aveaun caracter subiectivi depind de apre-cierea expertului. nconsecin metodo-logia calitativ preluat i adaptat de la verifica rea

podurilor de cale ferat, este mai complex i ia nconsiderare mai multe criterii: aprecierea capacitiiportante precum i a siguranei n exploatare, respec-tiv a duratei de via rmase. Referitor la analiza striide eforturi, se subliniaz faptul c, n general un cal-cul plan este suficient. Analiza spaial a structuriieste util pentru structuri complexe, cum ar fi po-durile metalice oblice, poduri n curb (rar ntlnitela structurile vechi) sau pentru structurile cu grinzicu zbrele continue.

Pentru poduri n aliniament rezultatele unui cal-cul spaial nu difer semnificativ fa de un calcultradiional / simplu. Cu toate acestea, o analiz asistatde calculator este n toate cazurile recomandabil.

O problem mai dificil const n evaluarea striide oboseal a structurii. n aceast direcie se poateaplica metodologia de cumulare liniar a vtmrilor

prescris de standardul european [8]. Pentru struc-turi importante, cu deschideri mari i detalii critice, serecomand adiional i utilizarea principiilor mecanicii

ruperii. Prezenafisurilor n elemen-tele structuralemodific n modesenial compor-tamentul lor. Ru-

perea ca proces decretere a dimen-siunilor fisurilorsub ncrcrile dintrafic va fi puternicinfluenat de duc-tilitatea materialu-lui [9].

3. Analiza structuriin prezent, podul este pietonal, traficul de vehiculede orice fel este interzis n zon. La verificarea struc-turii au fost luate n considerare i aciunile speciale,reprezentate de ctre un vehicul de 3,5 tone, carecorespunde unei ambulane, respectiv o main apoliiei. Se subliniaz faptul c, beneficiarul nu are nicio documentaie tehnic a podului (probabil s-a pierdutn arhivele fostei UDR), astfel ca structura podului (fi-gura 5), s-a reconstituit prin desene structurale bazate

pe datele colectate la inspecia de la faa locului (rele-veul structurii) i corelarea lor cu imaginile foto, fcutede autori.

Analiza structural s-a fcut cu metodele de calculvalabile i utilizate n prezent, reglementate de stan-dardele naionale, racordate la cele europene [6], [7],[8], utiliznd relaiile:

y Verificare la starea limit a capacitii derezisten (SLU)

(2)

Figura 4. Propunere pentru o metodologie complex de vericare

Figura 5. Vedere general a tablierului (model reconstituit n computer)


21/52

SUDURA, XXV - 3/2015 19

are caracteristici de sudabilitate corespunztoare,puse n eviden prin comportarea bun a sudurilorn timp.

Principalele rezultate ale analizei strii de eforturidin structur spaial, sunt prezentate pentru grin-da principal Vierendeel (GPV), n tabelul 2, respec-

tiv tabelul 3 pentru lonjeroni i antretoaze. Suntredate numai elementele (barele) cele mai solicitate.n general eforturile sunt mai mici dect rezistenelede calcul. La talpa superioar comprimat, valoriletensiunilor sunt la limit. Deformaiile sunt mai micidect cele maxime recomandate.

n concluzie, podul ndeplinete condiiile necesarede rezisten i stabilitate pentru a fi meninut nfunciune, cu unele msuri de reabilitare i ntreinere.

mbinrile sudate au fost inspectate vizual i s-aconstatat o bun stare tehnic a acestora. Aplica-

rea sudurii la poduri metalice la timpul respectiv s-adesfurat ntr-un context european defavorabil aces-tui tip de mbinri. Dup un nceput promitor aufost nregistrate o serie de catastrofe.

Astfel: seria accidentelor marcante a nceput lasfritul deceniului trei, cnd s-a prbuit un tablieral viaductului Rdesdorf, unul din cele 50 de podurisudate cu inim plin, construite ntre anii 1931-1937 n Germania. Cauza accidentului a fost fisurareauneia din tlpile inferioare ale grinzii principale, fisu-ra pornind de la o rigidizare de inim. La dou lunidup acest eveniment cedeaz podul Hasselt (Belgia),cu deschiderea de 74,50 m, o structur de tip Vier-endel, integral sudat. Construit din oel belgian curezistena de rupere de 42-45 kg/cm2, tablierul a ce-dat datorit ruperii platbandei inferioare, care avea ogrosime de 55 mm, mult prea mare pentru a se puteaasigura la acea dat, un oel omogen. Dup doi ani, nBelgia mai cad dou poduri din aceeai serie. Acesteevenimente au condus n multe ri europene la in-terzicerea temporar, complet a sudurii la poduri. Cu

att mai mare este meritul constructorilor de la Uzi-nele Reia care au aplicat aceast soluie nou ntr-operioad de pionierat, normele n domeniu fiind la orarespectiv, extrem de sumare. Este interesant de subli-niat faptul c, autoritile locale au aprobat soluiacu tablier sudat, deoarece era cea mai ieftin din maimulte variante prezentate [11]. Cordoanele de sudurau fost executate orizontal, grinda fiind ntoars dedou ori; aproximativ 2/3 din lungimea acestora aufost fcute n uzin, restul pe antier [D. Iordnescu,C. Georgescu, Construcii pentru transporturi n

Romnia, Vol. 1&2, CCCF Bucureti, 1986]. Proiec-tantul i executanii au intuit corect necesitatea unordetalii adecvate, folosind n funcie de solicitri soluii

(solicitrile de calcul, nu depesc, capacitatea derezisten a elementului)y Verificarea la starea limit ultim e exploatrii

normale (SLEN) (3)(deformaiile din exploatare nu depesc defor-

maiile limit prescrise).Obs. Standardul european [6], nu limiteaz la po-duri rutiere deformaiile maxime; totui literatura despecialitate recomand pentru o exploatare corect astructurii, valori limit pentru deformaii; la podurirutiere aceast valoare este L/500 [10].

Pentru analiza structural a podului au fost lua-te n considerare urmtoarele ncrcri: aciunipermanente G (greutatea structurii metalice, greu-tatea plcii din beton i straturile bituminoase, ele-mente secundare, etc), precum i aciuni variabile

Q, produse de aglomerarea dens cu oameni pe pod,n valoare de 5 kN/m2 (modelul de ncrcare LM4din standard) [6]. Au mai fost luate n considerarei ncrcrile produse de un vehicul de urgen(ambulan) de 3,5 tone, aciunea zpezii, a vntu-lui i efectele unei variaii de temperatur de 400 C.

Acestea au un efect nesemnificativ asupra strii deeforturi din structur.

Analiza structural a fost realizat cu un pro-gram de calcul automat. S-au luat n considerareurmtoarele combinaii de aciuni:

la SLU notat cu C1:

(4)

Combinaia 2, la SLEN - notat cu C2:

(5)

cu coeficienii de siguran pariali:

G= 1.35,

Q,1= 1,5

i cu coeficientul de simultaneitate 0,i= 0,7La stabilirea rezistenei de calcul a materialului s-apornit de la anul de execuie 1937, de la datele exis-tente n literatura de specialitate i de la experienaautorilor. S-a considerat c materialul este din oelS 235 J0 (cunoscut sub numele vechi ca oel marcaOL 37-2k) avnd limita de curgere f

yd= 235 N/mm2,

similar cu oelurile actuale. La timpul respectiv in-dustria siderurgic din Romnia putea s producun asemenea oel. Acest lucru a fost confirmat i denumeroase ncercri de material efectuate de autori

[3], [4], pe epruvete extrase din poduri de cale ferat,construite la Reia n aceeai perioad. Un argu-ment n plus n aceast direcie este faptul c oelul


22/52


corecte i la ora actual. Prin experien i intuiie aufolosit suduri de col, cordoane cap la cap i suduri nK (la mbinarea talp - inim, la grinda principal). n

lipsa unor mijloace moderne de verificare, folosind otehnologie adecvat, de multe ori intuitiv, au realizatun pod sudat care rezist n bune condiii la peste optdecenii de la darea n folosin a structurii.

4. Propuneri de reabilitare

Podul prezint o degradare normal generat nprincipal de ntreinerea periodic sporadic pe par-cursul celor 76 de ani de funcionare, dar este ntr-ostare tehnic acceptabil n special n ceea ce privetesigurana structural.

Podul poate fi reabilitat i adus la o starecorespunztoare condiiilor actuale de calitate prinefectuarea unor lucrri de reabilitare de mic am-ploare; acestea sunt n ordine:

- Ecologizarea albiei i ndeprtarea conducte-lor existente care mai sunt nc funcionale, ntr-o

Tabel 2.Eforturi i deformaii maxime n grinda principal Vierendeel (GPV)

Tabel 3.Eforturi i deformaii maxime n lonjeroni i antretoaze

Figura 6.Aspecte din timpul montajului (foto original de peinternet).Se vd grinda principal Vierendel (grinda de rigidi-zare cu inim plin, talpa superioar parabolic i montanii)


23/52

SUDURA, XXV - 3/2015 21

locaie nou; - Lucrri de reabilitare care sunt necesare la

infrastructur sunt: refacerea rosturilor zidriei depiatr cu mortar de ciment, curarea banchetelor,construirea de noi scri de beton pentru acces subpod pe fiecare parte, n amonte i n aval;

- Lucrrile de reabilitare care vor fi efectuate pepod/tablier, sunt: structura podului metalic va ficurat de rugin, se vor elimina straturile de vop-sea veche i apoi se va sabla, se va restabili sistemulde protecie anticorosiv adecvat pentru mediul ncare structura funcioneaz;

- Lucrri de reabilitare la trotuare i balustrade:eliminarea tablei striate existente i refacerea po-dinii n soluia original, curarea i aplicarea uneiprotecii anticorozive, n acelai mod ca i la ele-mente structurale;

- Reabilitarea cii pe pod: dispunerea unui nou

strat de uzur impermeabil, refuncionalizarea guri-lor de scurgere a apelor i prevederea unor tuburide drenaj, refacerea rosturilor de dilatare, la captulpodului;

- Lucrri care s sublinieze faptul c structuraeste un monument istoric: iluminarea funcionali artistic, dispunerea unei plcue de identificarela un capt al podului, promovarea monumentuluiprin informaii turistice.

5. Concluzii

n concluzie se poate afirma c podul peste rulBrzava este ntr-o stare tehnic acceptabil i cuunele msuri tehnice simple, poate fi pstrat nc operioad ndelungat n exploatare ca pod pietonal,fiind un monument de art tehnic inginereasc.

Este de remarcat faptul c n cadrul unui programeuropean CBC intitulat Cooperare TransfrontalierRomnia-Serbia, Municipiul Reia a inclus acest podpe lista monumentelor istorice i tehnice care vor fireabilitate n perioada imediat urmtoare.

Figura 7.Aspecte din timpul montajului (fotooriginal de pe internet); se vede reeaua de grinzide la nivelul cii, format din lonjeroni i antretoaze.Surs internet

Bibliografe

[1] ***Studiu de fezabilitate pentru First Welded Bridge in Europe pentru Primria Reia(cod CPV 71241000-9), Cross Border Cooperation Romania-Serbia, SC ABRAXAS srl and SC BB-CONS srl, . 2013.

[2] *** Instruciuni tehnice pentru stabilirea strii tehnice a podurilor, indicativ AND 522:2005, Bucureti, 2005.[3] Boldu, D.: Contribuii la determinarea capacitii portante a podurilor metalice vechi n vederea meninerii lor

n exploatare, Ph.D. thesis, Univ. POLITEHNICA Timioara, 2002.[4] Petzek, E.: Safety in Operation and Rehabilitation of Steel Bridges, Ph.D. thesis, Univ. POLITEHNICA

Timioara, 2004.[5] Petzek, E. Bncil, R.: General Principles Regarding the Rehabilitation of Existing Railway Bridges, chap-

ter 18, in book Infrastructure Design, Signalling and Security in Railway, 2012, http://www.intercopem.com/books/[6] *** SR EN 1990:2004/A1:2006, Eurocode: Basis of structural design, Asociaia de Standardizare din

Romnia-ASRO, Bucureti, 2006.[7] *** SR EN 1991-2:2004, Eurocode 1: Action on structures-Part 2: raffic load on bridges, Asociaia de Stan-

dardizare din Romnia-ASRO, Bucureti, 2004[8] SR EN 1993-2:2007 Eurocode3: Design of steel structures-Part 2 - Steel bridges, Asociaia de Standardizare

din Romnia-ASRO, Bucureti, 2007[9] Reabilitarea podurilor metalice istorice cu console i articulaii(Gerber) - Editura Politehnica, Seria 5, Ingi-

nerie Civil, Nr. 108, ISSN: 1842-581X, ISBN: 978-606-554-709-4[10] Bncil R., Boldu D., Feier A., Hernea S., Malia M., Deflection and precambering of steel beams-

Conferina Braov CIBV 2014[11] D. Iordnescu, C. Georgescu, Construcii pentru transporturi n Romnia, Vol. 1&2, CCCF Bucureti,

19861986


24/52


25/52


26/52


Asociaia de Sudur din Romnia organizeaz anual conferina coordonatorilor sudrii. Conferina se adreseazpersoanelor cu responsabiliti de coordonare a sudrii.

Programul conferinei cuprinde prezentri privind probleme de actualitate legate de coninutul i condiiile deaplicare ale unor directive europene i standarde noi n domeniul managementului proceselor de sudare.

Data: 29-30.10.2015Locaie: Hotel Pietroasa Buzu (Piaa Daciei nr. 1)Organizatori: ASR n colaborare cu Filiala ASR Buzu i SC DUCTIL SA Buzu

Joi, 29 octombrie 201508.00 - 09.00 nregistrarea participanilor

09.00 - 10.00 Deschiderea ConferineiR. Btrnu (director general SC DUCTIL Buzu) - Prezentare DUCTIL BuzuD. Alexandrescu (director calitate VAE APCAROM Buzu) - Prezentare VAE APCAROM Buzu

10.00 - 10.30 Tema 1: Utilizarea tehnicilor virtuale n instruirea i perfecionarea personaluluiS. Savu (Universitatea Craiova) - Simulatorul de sudare, instrument alternativ pentru pregtirea practica viitorilor sudori

10.30 - 11.00 Pauz11.00 - 13.30 Tema 2: Noi procese i materiale pentru sudare

A. Banu (DUCTIL Buzu) - Creterea performanelor la sudarea MIG/MAG utiliznd transferul HPS (cudemonstraie practic la Ductil Buzu) E. Frici (COMELF Bistria) - Metode moderne de pregtire a rosturilor pentru sudare; avantaje ieficien economic I. Vrgolici (VAE APCAROM Buzu) - mbinarea materialelor disimilare prin sudare cap la cap prinpresiune cu topire intermediar V. Brenner (DINSE Germania), S. Udrea (Laser Technology Buzu) Sudarea MAG cu energie controlat(cu demonstraie practic la Laser Technology Buzu)

13.30 - 15.00 Pauza de mas15.00 - 17.00 Tema 3: Standarde

P. enchea (ASR) - Noile standarde din seria ISO 9000 i ISO 14000 i implicaiile lor asupra activitiide sudareSeminar EWF Calitatea materialelor consumabile pentru sudare. Stadiul i tendinele standardizrii

europene i internaionale - Moderator P. enchea (ASR)17.00 - 17.30 Pauz17.30 - 19.00 edin deschis ASRO/CT 39 Sudare i procedee conexe

CONFERINA ANUAL A COORDONATORILOR SUDRII29-30 octombrie 2015, Buzu

Asociaia de Sudur din Romnia

Filiala ASR Buzu

PROGRAM CONFERIN


27/52

SUDURA, XXV - 3/2015 25

Traducerea SR EN ISO 14341:2011, Materiale consumabile pentru sudare. Srme electrod i depuneriprin sudare pentru sudare cu arc electric n mediu de gaz protector cu electrod fuzibil a oelurilor nealiatei cu granulaie fin. Clasificare (EN ISO 14341:2011) (nlocuiete SR EN 440:1996)Informare privind aplicarea EN ISO 9606-1:2013 Calificarea sudorilor. Sudare prin topire. Partea 1:Oeluri

19.00 Cin festiv

Vineri, 30 octombrie 201509.00 - 11.00 Mas rotund Sudarea oelului beton (standarde, reglementri, instruire) - organizatla sediul CONSTAM BuzuIntervenii:

C. Negril (ASRO), P. enchea (ASR) - Standardizarea n domeniul sudrii oelurilor betonP. Bratu (ICECON Bucureti), V. Moraru (CONSTAM Buzu) - Analiza reglementrilor tehnice din Romniareferitoare la sudarea oelului betonH. Dacu (ISIM Timioara) - Pregtirea specialitilor sudori europeni pentru sudarea oelului beton -Ghidul EWF 544-01

11.00 - 14.00 Vizite tehniceVAE APCAROM BuzuEURO DESIGN/Fabrica de sticl Buzu tradiie buzoian

14.00 Un plcut rmas bun (Bufet suedez la Hotel Pietroasa)

Sponsori principali ASR 2015

Sponsori ASR 2015

14-17.10.2015Trgul Tehnic Internaional

Bucure (T.I.B.)

Bucure

Romniahp://www.b.ro

20-22.10.2015 A 10-a ediie a Trgului de SudurAntwerp

Belgiahp://www.weldone.be

20-23.10.2015 Trgul de sudur din BraziliaSao Paulo

Braziliahp://www.essentradeshows.com

28-30.10.2015Al 5-lea Colocviu IIW de cercetare i

colaborare in sudur

Limburg

Germaniahp://www.iiwwelding.org

29-30.10.2015Conferina anual a coordonatorilor

sudrii

Buzu

Romniahp://www.asr.ro

29-30.10.2015 Al 10-lea colocviu Pulverizare HVOF Erding

Germaniahp://hvof.gtsev.com

10-11.11.2015

A 3-a Conferin internaional

n domeniul sudrii cu fascicol deelectroni

Chicago

SUA hp://www.aws.org

Calendarul manifestrilor tehnico-tiiniceinternaionale i naionale 2015


28/52

1SUDURA, XXV - 3/2015

Joi, 29 octombrie 201508.00 - 09.00 nregistrarea participanilor09.00 - 10.00 Deschiderea Conferinei

R. Btrnu (director general SC DUCTIL Buzu) - Prezentare DUCTIL BuzuD. Alexandrescu (director calitate VAE APCAROM Buzu) - Prezentare VAE APCAROM Buzu

10.00 - 10.30 Tema 1: Utilizarea tehnicilor virtuale n instruirea i perfecionarea personaluluiS. Savu (Universitatea Craiova) - Simulatorul de sudare, instrument alternativ pentru pregtirea practica viitorilor sudori

10.30 - 11.00 Pauz11.00 - 13.30 Tema 2: Noi procese i materiale pentru sudare A. Banu (DUCTIL Buzu) - Creterea performanelor la sudareaMIG/MAG utiliznd transferul HPS (cu demonstraie practic la Duc-til Buzu)E. Frici (COMELF Bistria) - Metode moderne de pregtire a rosturi-lor pentru sudare; avantaje i eficien economic

I. Vrgolici (VAE APCAROM Buzu) - mbinarea materialelor disimi-lare prin sudare cap la cap prin presiune cu topire intermediar V. Brenner (DINSE Germania), S. Udrea (Laser Technology Buzu) Sudarea MAG cu energie controlat (cu demonstraie practic la Laser

Technology Buzu)13.30 - 15.00 Pauza de mas

15.00 - 17.00 Tema 3: StandardeP. enchea (ASR) - Noile standarde din seria ISO 9000 i ISO 14000 i implicaiile lor asupra activitii

de sudareSeminar EWF Calitatea materialelor consumabile pentru sudare. Stadiul i tendinele standardizriieuropene i internaionale - Moderator P. enchea (ASR)

PROGRAM CONFERIN

Scopul proiectului FlexiFab este de a dezvolta un sistem flexibil de sudare prin frecare cu element activ roti-tor, FSW, capabil s realizeze fabricaia automatizat a structurilor complexe din aliaje de aluminiu de diferitecaliti i grosimi, utilizate n sectorul mijloacelor de transport. Aluminiul are o serie de caracteristici caretrebuie luate n considerare la sudarea prin topire. Prin reactivitatea sa la aer i coeficientul ridicat de conduc-tivitate sudurile sunt predispuse la diferite defecte, cum ar fi crestturile marginale, topirea excesiv, topireaincomplet, ptrunderea incomplet a sudurii, porozitatea i fisurarea.

Proiectul FlexiFab va dezvolta un sistem robotizat de sudare a componentelor i pieselor din aluminiu. Aces-ta va oferi utilizatorilor de metale i fabricanilor de structuri metalice din Europa, n special IMM-urilor,urmtoarele avantaje:

Reducerea semnifcativ a costurilor necesare sudrii componentelor i structurilor din aluminiu, n spe -

cial datorit lipsei rebuturilor i a reparaiilor ca urmare a utilizrii unui sistem automatizat; mbuntirea condiiilor de lucru pentru sudori care vor f expui unor solicitri fzice reduse.Soluia pe care o va dezvolta proiectul FlexiFab va avea o arie de aplicare larg la sudarea aluminiului la nivelindustrial. Ea va rspunde cerinelor de mbuntire a productivitii muncii n sectorul prelucrrii metale-lor i de contracare a lipsei de personal calificat pentru sudarea aluminiului din Europa.

De asemenea, ca parte a angajamentelor luate n Uniunea Europeanpentru a asigura un sector de fabricaie bazat pe cunoatere, FlexiFabva reprezenta o nou iniiativ pentru a sprijini dezvoltarea proprietaiiintelectuale protejate n domeniul sistemelor de sudare automatizat aaluminiului cu beneficii clare pentru industria prelucrtoare de metal.Proiectul este realizat de un consoriu transnaional, format din zece

parteneri: Federaia European de Sudare, mbinare i Tiere (EWF);Asociatia de Sudur din Romnia (ASR); Meta Vision Systems Limited(META); Innora SA; IGM Robotersysteme AG (IGM); Bodula DivisionIndustrial SL; RRS Schilling GmbH; TRA-C Industrie; TWI Limited;Lund University.

Realizarea proiectului n cadrul Programului european Cercetare n sprijinul asociaiilor de IMM-uri confirmfaptul c rezultatele sale vor fi dedicate industriei europene.

www.flexifab.info

Figura 1.Exemple de structuri din aluminiu utilizate frecvent n industria

mijloacelor de transport

Figura 2. Conceptul FlexiFab va per-mite aplicarea procedeului FSW la rea-lizarea unei game largi de geometrii alepieselor de sudat prin utilizarea diferite-lor tipuri de unelte de sudare

Acest proiect este finanat din cadrul Programului de Cercetare FP7 al Uniunii Europene, numr contract FP7-SME-2013-606156-FlexiFab.


29/52

SUDURA, XXV - 3/2015 27

Proiectul european KorrAll Alian pentru formarea continu i transferul de cunotine n domeniul protecieianticorozive derulat n cadrul Programului european Leonardo da Vinci (proiect LLP-LdV/PAR/2013/RO/231)i realizat de un consoriu format din GSI-SLV Duisburg, conductor de proiect, i IFINKOR, FachhochschuleSuedwestfalen Iserlohn (Germania), SLV Polska Zabrze (Polonia), ASR i Universitatea Eftimie Murgu dinReia (Romnia) a fost finalizat la data de 30.09.2015.Proiectul a urmrit realizarea unui schimb de experien i transfer de know-how ntre experii instituiilorpartenere n domeniul proteciei anticorozive, precum i n domeniul formrii profesionale.Obiectivul principal al proiectului a fost ca, pe baza experienei partenerului german, respectiv n conformitatecu cerinele la nivel european privind calificarea personalului, s se elaboreze o curricul pentru un curs deformare n domeniul proteciei anticorozive care s fie implementat n rile partenere (Polonia i Romnia).n acelai timp, s-a avut n vedere informarea instituiilor partenere din Polonia i Romnia privind experienapartenerului german n implementarea sistemului de calificare i asigurare a calitii n domeniul protecieianticorozive, precum i integrarea acestuia n cerinele de calificare la nivel european.n cadrul proiectului au fost abordate urmtoarele aspecte:

Prezentarea cilor de calificare actuale n domeniul proteciei anticorozive (la scar naional n rileparticipante, respectiv la nivel european);Analiza Cadrului Naional/European al Calificrilor, a standardelor, proceselor, reglementrilor tehnice,a problemelor specifice i a necesarului specific n rile partenere privind calificarea personalului n dome-niul proteciei anticorozive;Analiza structurii i a modului de realizare a cursurilor de calificare n domeniul proteciei anticorozive

care se desfoar n Germania de ctre instituia partener; Fundamentarea unui concept pentru asigurarea transparenei calificrilor pentru comparabilitateacompetenelor, a nivelurilor de cunotine i a calificrilor profesionale n domeniul proteciei anticoroziven rile partenere.

La finalul proiectului a fost elaborat o curricul pentru o aciune de perfecionare a personalului n domeniulproteciei anticorozive.Curricula cuprinde 120 uniti de nvare (UT) a cte 45 minute avnd urmtoarea structur:

Introducere n regulile de baz (11UT);Coroziunea i protecia anticoroziv a oelului (10 UT) ;Sisteme de acoperire/ sisteme de protecie anticoroziv (13 UT);Pregtirea suprafeelor (11 UT);

Aplicarea materialelor de acoperire (6 UT);Utilaje i echipamente pentru pregtirea suprafeelor (8 UT);Utilaje i echipamente de aplicare (7 UT);Asigurarea calitii (11 UT);Protejarea betonului i reparaia podurilor compozite (3 UT);Utilizarea schelelor n lucrrile de protecie anticoroziv (5 UT);Supradimensionarea (6 UT);Calculaia costurilor (4 UT);Managementul personalului (5 UT);Securitatea muncii i protecia mediului (9 UT);Component variabil a planului de nvmnt (11 UT).

Partenerii proiectului KorrAll doresc s continue colaborarea printr-un nou proiect care s asigure implemen-

tarea practic efectiv a aciunii de perfecionare propuse.

Finalizarea proiectului european KorrAll

Alian pentru formarea continu i transferul decunotine n domeniul proteciei anticorozive

Detalii despre proiectul KorrAll sunt incluse n broura de prezentare a proiectului care poate fi obinut de la Secretariatul ASR sau poatefi accesat direct, mpreun cu alte informaii despre proiect, la adresa http://www.asr.ro/index.php/proiecte.


30/52


Procese de micrombinare a elementelor de circuit electr ic

Microbonding processes for electrical circuits

RezumatPrezenta lucrare reprezint o relativ scurt prezentare a unui amplu studiu teoretic i experimental privindcaracteristicile proceselor de micrombinare a elementelor de circuit electric, influenele care se manifest ncadrul acestor procese i caracteristicile morfo-funcionale ale micrombinrilor rezultate. Sunt abordate douprocedee de micrombinare i anume: micrombinarea eutectic i micrombinarea prin topire cu fascicul laser.n lucrare sunt prezentate aspectele generale i specifice ale celor dou procedee de micrombinare i cercetrile

experimentale derulate pentru evidenierea influenelor diverilor parametri de proces asupra caracteristicilormorfologice i funcionale ale mbinrilor rezultate. Din punct de vedere al funcionalitii micrombinrilor afost evaluat rezistena electric de contact.

AbstractTe paper presents, in brief, large theoretical and experimental study on the characteristics of the microbondingof the elements contained by electrical circuit, on the influences revealed during the implementation of thoseprocesses and the morphological and functional characteristics of the microbonds. Te aprroached processes are:euectic microbonding and laser microbonding.Tere are presented the gerneral and specific aspects of the two microbonding proceses and the experimen-tal research performed to reveal the influences of different technological parameters on the morphological and

functional characteristics of the bonds. Regarding the functionality it have been evaluated the contact electricalresistance.

1.Introducere

Conceptul de micrombinare i-a fcut simitprezena la sfritul anilor 50, o dat cu dezvoltareaexploziv a domeniului microelectronicii. recereade la tuburile incandescente la tranzistoare i maiapoi la circuite integrate a impus i dezvoltarea de

tehnologii de prelucrare aplicabile n situaii ncare subiectul prelucrrii era o component cu di-mensiuni sub-milimetrice a unui circuit electronic.Dezvoltarea dispozitivelor electromecanice de micidimensiuni (MEMS) a impus i dezvoltarea de pro-cedee de micro-prelucrare a componentelor acestora,inclusiv a celor pentru mbinarea acestor compo-nente. La nivelul anilor 90, a nceput s fie din cen ce mai utilizat conceptul de micrombinare, deinu s-a stabilit un consens pentru definiia concep-tului de micrombinare i a graniei dintre m-

binare i micrombinare. Acest consens lipsetei n prezent, [1-7]. n literatura tehnic se folosescurmtoarele definiii:

Micrombinrile sunt mbinri avnd cel puinuna dintre dimensiuni maxim de ordinul sutelor demicrometri. Micrombinrile sunt mbinri avnd zone

influenate termic cu limi de maxim 200 m. Micrombinrile sunt mbinri la care ma-

terialul de adaos este aezat cu precizie, toleranelelocalizrii materialului de adaos fiind de obicei expri-mate n sute de micrometri. Micrombinrile sunt mbinri realizate pe

elemente avnd cel puin una dintre dimensiunimaxim de ordinul sutelor de micrometri.

Domeniul micrombinrii a cunoscut o impor-tan deosebit n ultimele dou decenii devenindo direcie de cercetare de vrf n ntreaga lume. Dealtfel, domeniul micro i nanotehnologia n care esteinclus i micrombinarea reprezint, n prezent, un

domeniu de cercetare de vrf, susinut att prin am-ple programe de cercetare finanate public la niveleuropean, ct i prin participarea marilor firme care

Conf. dr. ing. Ionel Dnu SavuUniversitatea din Craiova, Facultatea de Mecanic

e-mail: [email protected]


31/52

SUDURA, XXV - 3/2015 29

activeaz n domeniu. n prezent procesele de micro-mbinare cele mai utilizate sunt [1-4,6,7]: microm-binarea anodic, micrombinarea cu sticl sinterizat(aglutinat), micrombinarea prin lipire cu polimersau cu adeziv, micrombinarea eutectic, microm-binarea prin topire cu fascicul laser, micrombinarea

termosonic. Dintre acestea, pentru mbinarea ele-mentelor de circuit, prezint o larg aplicabilitatemicrombinarea eutectic i micrombinarea cu fas-cicul laser.

2. Micrombinarea eutectic2.1 Aspecte generaleProcesul de micrombinare eutectic are o

vechime considerabil. Analizndu-se o serie de ar-tefacte antice, recuperate din vechile piramide egip-tene s-a observat c majoritatea obiectelor de cult

metalice erau asamblate cu ajutorul unui aliaj Au-Snavnd o temperatur de topire sczut. Aceast ideea fost preluat i utilizat ntr-o form tiinificsub numele de mbinare eutectic pentru primadat n anul 1960. n cazul micrombinrii eutecticelipirea se realizeaz utiliznd ca material de adaosaliajul eutectic format cu elemente provenind de lacele dou componente de mbinat. Principiul proce-deului de micrombinare eutectic [3,6-7] const niniierea unei reacii eutectice ntre materialul saumaterialele de baz i aliajul de mbinare. Acest prin-cipiu exploateaz faptul c temperatura eutectica unui sistem de aliaje corespunde celei mai micitemperaturi de topire a sistemului de aliaje respec-tiv. Astfel, dac cele dou materiale care se mbinpot forma un aliaj eutectic ele se pot mbina la otemperatur relativ sczut fr utilizarea unui ma-terial de adaos suplimentar [6-9]. n practic, ns, oasemenea situaie se ntlnete rar i, de aceea, estenecesar n majoritatea cazurilor utilizarea unui altreilea material astfel nct acesta s formeze eutec-

tici cu materialul sau materialele de baz ce trebuiembinate. Dac, ns, cele dou materiale de baz nupot realiza aliaje eutectice cu un al treilea material,atunci exista posibilitatea rezolvrii problemei prindepunerea pe suprafeele de mbinat a unor straturisubiri din materiale care pot forma un aliaj eutecticmpreun cu materialul de baz. Pentru a declanareacia eutectic cele dou elemente de mbinattrebuie aduse n contact ferm i nclzite la tempera-tura eutectic [3,6-10].

Avantajul micrombinrii eutectice este faptul c

temperatura la care are loc reacia de formare a aliaju-lui eutectic este mai mic dect oricare dintre tempe-raturile de topire ale celor dou elemente, astfel nct

topirea i mbinarea vor avea loc strict la interfaa din-tre cele dou straturi depuse, pe o grosime de ordinulmicronilor.

Cel mai uzual sistem binar formator de aliaj eutec-tic, utilizat la mbinarea elementelor de circuit elec-tronic, este sistemul Au-Si [7,9]. Acesta formeaz eu-

tecticul cu compoziia masic 97.1 mas % Au 2.85mas % Si, eutectic care se formeaz la temperaturade 363 C. n practic exist ns i eutectici care autemperatura de formare chiar mai mic dect aliajulmenionat. Un astfel de eutectic este eutecticul sis-temului Sn-Pb cu temperatura de formare de 183 C,dar care n urma unei directive europene nu se maipoate utiliza datorit coninutului de plumb.

2.2 Parametrii tehnologici ai procesului de mi-crombinare eutectic i influena lor asupra carac-

teristicilor micrombinrilorLa procedeul de micrombinare eutectic cu ele-

ment rezistiv, procedeu utilizat n cele mai multecazuri, principalii parametri tehnologici de mbinarece influeneaz caracteristicile micrombinrilor eu-tectice sunt [3,6-9]: emperatura de nclzire a aliajului de mbinare impul de nclzire n vederea umectrii alia-

jului de mbinare Viteza de umectare a aliajului de mbinare impul de meninere a sursei termice n con-

tact cu piesa de mbinat i aliajul de mbinare. Presiunea exercitat asupra componentelor n

timpul operaiei de micrombinare eutectic Viteza de rcire a mbinrii.Temperatura de nclzire a aliajului de mbinat

trebuie s fie cu cel puin 10-15 C mai mare decttemperatura de topire a aliajului eutectic pentru aeficientiza procesul de mbinare. Daca temperatu

revista sudura 3 2015

Documents